EP3519671B1 - Appareil de régulation de pression d'injection pour la récuperation assistée du pétrole par polymère - Google Patents

Appareil de régulation de pression d'injection pour la récuperation assistée du pétrole par polymère Download PDF

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EP3519671B1
EP3519671B1 EP17786962.5A EP17786962A EP3519671B1 EP 3519671 B1 EP3519671 B1 EP 3519671B1 EP 17786962 A EP17786962 A EP 17786962A EP 3519671 B1 EP3519671 B1 EP 3519671B1
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modules
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    • E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
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    • E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons

Definitions

  • One of the methods consists in injecting a viscous solution of polymers, in particular polyacrylamide, to mobilize a greater volume of the field.
  • the injected polyacrylamides are however sensitive to mechanical and chemical degradation of molecular weights, which requires precise handling to maintain their effectiveness.
  • the polymers are in powder form, which is dissolved in water at a sufficiently high concentration, to reduce the size of the so-called maturation, that is to say dissolution, tanks. Indeed, the dissolution time of these powders is of the order of 1 hour.
  • the concentration of these solutions is 10 to 20 grams / liter with high viscosities (1000 to 10,000 cps).
  • this stock solution should be diluted to 1 to 3 grams per liter for injection.
  • Various methods are used to avoid mechanical degradation by a sudden drop in pressure, to adapt the injection pressure to the pressure of the specific well.
  • the first consists in installing a metering pump per well, and sending the stock solution to the head of each well to dilute it with the injection water.
  • the second method consists of diluting the stock solution on the dissolution platform, and sending this diluted solution to each well through separate pipelines.
  • the third method consists in completely diluting the stock solution by the injection water assembly, and using the water injection lines. This method requires the lowest investments.
  • the water pump will be set above the pressure of the well with the highest pressure, and it will be necessary to reduce the pressure on the other wells, which normally corresponds to a degradation that is all the higher as the pressure differential is greater.
  • valve heads With approximately 10 valves, a pressure drop of 50 bars can be created.
  • the valve heads can be fitted with hydraulic motors as standard, allowing the same opening on all valves with a single adjustment.
  • the material must therefore be very flexible and easy to handle.
  • mechanical degradation is understood to mean the degradation of the polymer in the solution injected into the well, measured by the drop in viscosity of the solution after passing through the pressure regulation device.
  • the hole in the cover has a diameter of between 10 and 25 mm.
  • Valves are needle or needle type, although other types of valves work as well.
  • the hole is preferably in a central position.
  • Each vortex module can be positioned so that the hole is downstream or upstream of the flow.
  • the vortex modules are all positioned in the same direction with the hole downstream of the flow of the aqueous polymeric solution.
  • a module with an internal diameter of 50 mm and two 2-inch needle valves.
  • This 50 mm diameter is given by the interior of the vortex module, which will have the necessary restriction for a passage allowing a pressure drop of 5 bars.
  • This restriction could be from 10 to 25 mm, while maintaining the outside diameter of the vortex module.
  • Each module will preferably have a length of between 10 and 20 cm.
  • modules could, for example, consist of a perforated washer associated with pieces of 10 cm tube.
  • the tube contains between 4 and 20 vortex modules. This makes it possible to obtain pressure drops of up to 20 bars (4 modules), and up to 100 bars (20 modules).
  • the vortex modules are able to be inserted into the tube.
  • the outside diameter of the vortex modules is slightly less than the inside diameter of the removable tube. Preferably, it is less than 1 mm.
  • the pressure modulation valve (s) can be positioned upstream or downstream of the tube containing the vortex modules.
  • the internal diameter of the tube is between 1.27 cm (1 ⁇ 2 inch) and 10.16 cm (4 inches), preferably between 1.27 cm (1 ⁇ 2 inch) and 7.62 cm (3 inches).
  • this equipment can be used in underwater injection, on which the two modulating valves are controlled from the surface by a hydraulic motor, and the tube itself will be fixed by quick collars, allowing disassembly, modification of the number of modules, reassembly in a fairly easy manner.
  • the subject of the invention is also a method for reducing the injection pressure of an aqueous polymeric solution as a function of the pressure of the well, using the apparatus according to the invention, in a method for enhanced oil recovery.
  • the pressure drop created in a valve or in a vortex module is at most 5 bar, preferably between 1 and 5 bar.
  • the flow rate per well is set at 19 m3 / hour, measured with an electromagnetic flow meter.
  • 5 modules are placed in the tube, and the pressure can be modulated with the 2 valves from 125 to 135 bars.
  • 6 modules are placed in the tube, and we can modulate from 120 to 130 bars.
  • the degradation observed is less than 5% even with a pressure difference of 50 bars.

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Description

  • Lors de la mise en service d'un champ pétrolier, on distingue plusieurs phases de production :
    • D'abord, la production de pétrole due à la pression interne du champ qui, habituellement, se réduit rapidement ;
    • Puis, le maintien d'une pression par l'injection d'eau (water flooding) jusqu'à ce que les puits producteurs atteignent une concentration pétrole/eau de 2 à 5%. À ce moment, le coût d'injection d'eau rend le coût du pétrole non compétitif ;
    • Ensuite, une récupération assistée du pétrole par diverses méthodes.
  • Une des méthodes consiste à injecter une solution visqueuse de polymères, en particulier de polyacrylamide, pour mobiliser un volume supérieur du champ.
  • Cette méthode a été industrialisée lors du premier choc pétrolier en 1973.
  • Les polyacrylamides injectés sont cependant sensibles à la dégradation mécanique et chimique des poids moléculaires, ce qui oblige à une manipulation précise pour maintenir leur efficacité.
  • D'une manière générale, les polymères se trouvent sous forme de poudre, qui est dissoute dans de l'eau à une concentration assez élevée, pour diminuer la taille des cuves dites de maturation, c'est-à-dire de dissolution. En effet, le temps de dissolution de ces poudres est de l'ordre de 1 heure. La concentration de ces solutions est de 10 à 20 grammes/litre avec des viscosités élevées (1 000 à 10 000 cps).
  • À l'utilisation, cette solution mère doit être diluée à 1 à 3 grammes par litre pour être injectée. Diverses méthodes sont utilisées pour éviter la dégradation mécanique par une chute de pression brutale, pour adapter la pression d'injection à la pression du puits spécifique.
  • La première consiste à installer une pompe doseuse par puits, et envoyer la solution mère en tête de chaque puits pour la diluer avec l'eau d'injection.
  • La deuxième méthode consiste à diluer la solution mère sur la plateforme de dissolution, et d'envoyer cette solution diluée dans chaque puits par des pipelines séparés.
  • La troisième méthode consiste à diluer totalement la solution mère par l'ensemble d'eau d'injection, et d'utiliser les lignes d'injection d'eau. Cette méthode demande les investissements les plus faibles.
  • Dans ce cas, la pompe à eau sera réglée au-dessus de la pression du puits dont la pression est la plus élevée, et il faudra réduire la pression sur les autres puits, ce qui correspond normalement à une dégradation d'autant plus élevée que le différentiel de pression est plus important.
  • Pour éviter cette dégradation, on utilise des réducteurs de pression spécifiques qui ne doivent pas dégrader le polymère.
  • Plusieurs méthodes sont possibles :
    • La réduction de pression par un long tube calibré qui permet des réductions de pression jusqu'à 60 à 100 bars, avec moins de 5 ou 10% de dégradation suivant la vitesse et la longueur du tube (document US2012/0292029 ).
  • La vitesse optimale est de l'ordre de 10 mètres/seconde. Habituellement, on peut créer une perte de charge de 1 bar par 10 mètres de tube, soit 500 mètres pour 50 bars. Suivant ce brevet, on peut moduler la perte de charge en découpant le tube en diverses longueurs qu'on peut alimenter ou by passer.
    • La réduction de pression par effet vortex avec un tube équipé d'opercules créant un effet vortex.
  • Le document US 4,782,847 utilise des opercules fixes donnant une perte de charge sans dégradation jusqu'à des différences de pression de 5 bars, et une vanne pointeau de modulation qui travaille aussi par effet vortex et qui permet une variation de 0 à 5 bars suivant l'ouverture avec un minimum de dégradation.
    • La réduction de pression par effet vortex avec plusieurs vannes pointeau (ou autres) pouvant chacune créer une perte de charge d'environ 5 bars à dégradation mineure (document US2016/0168954 ).
  • Avec 10 vannes environ, on peut créer une perte de charge de 50 bars. On peut équiper les têtes de vannes avec des moteurs hydrauliques en série, permettant la même ouverture sur toutes les vannes avec un seul réglage.
  • Ces systèmes sont lourds pour le premier, peu modulables pour le second, assez chers pour le troisième.
  • Le document WO2016051051 décrit un appareil de contrôle de pression d'injection d'une solution aqueuse polymérique dans un puit de pétrole sous-marins, apte à être immergé. L'appareil est constitué :
    • d'un réducteur de pression sous la forme d'un tube de longueur d'au moins 10 mètres, destiné à être inséré ente deux tronçons de canalisation principale d'injection, le réducteur de pression présentant un diamètre interne constant et inférieur à celui de la canalisation principale et étant apte à absorber la majorité de la perte de charge ;
    • d'une duse positionnée immédiatement en amont ou en aval du réducteur de pression, ladite duse étant apte à être réglée pour permettre un contrôle de pression compris entre 0 et 10 bars.
  • La demande des sociétés pétrolières se situe avec des pertes de charge maximum d'environ 50 bars, avec peu de dégradation, avec une modulation par puits d'environ 10 bars, et une possibilité d'alimenter des puits dont la pression varie dans le temps avec un appareil simple et bon marché.
  • Le matériel doit donc être très souple et facile à manipuler.
  • La solution proposée est la suivante :
    • La modulation sur chaque réducteur de pression est faite par au moins une vanne, préférentiellement 2 vannes, créant chacune une perte de charge allant jusqu'à 5 bars sans dégradation notable du polymère ;
    • Un tube linéaire, où on introduit un nombre variable de modules vortex, constitués par un morceau de tube intérieur avec une restriction créant l'effet vortex correspondant à 5 bars (fig.1 et 2).
  • L'invention a pour objet un appareil de régulation de pression d'injection d'une solution aqueuse polymérique dans un puit de pétrole, ledit appareil étant constitué :
    • d'au moins une vanne de modulation de pression, permettant par vanne, une perte de charge maximum de 5 bars pratiquement sans dégradation mécanique, la (les) dite(s) vannes étant connectée(s) en série avec ;
    • un tube contenant des modules vortex créant chacun une perte de charge maximum de 5 bars, pratiquement sans dégradation mécanique,
    un module vortex étant une section de tube, fermée à une de ses extrémités par un opercule percé d'un trou, et apte à être insérée dans le tube ;
    l'appareil ayant pour but de pouvoir réduire la pression jusqu'à 100 bars avec une dégradation mécanique totale de moins de 10%.
  • Par « dégradation mécanique », on entend la dégradation du polymère dans la solution injectée dans le puit, mesurée par la baisse de viscosité de la solution après le passage dans l'appareil de régulation de pression.
  • De manière préférentielle, le trou de l'opercule a un diamètre compris entre 10 et 25 mm. Les vannes sont de type pointeau ou à aiguille, bien que d'autres types de vannes fonctionnent également. Le trou est préférentiellement en position centrale.
  • Chaque module vortex peut être positionné de telle sorte que le trou soit en aval ou en amont du flux. De manière préférentielle, les modules vortex sont tous positionnés dans le même sens avec le trou en aval du flux de la solution aqueuse polymérique.
  • Le gros avantage de ces modules est leur extrême modularité. Les plus grosses injections en puits de pétrole nécessitent habituellement un tube de 2 pouces (environ 50 mm) en ce qui concerne les réducteurs de pression.
  • On peut donc utiliser un module de diamètre intérieur en 50 mm et 2 vannes pointeau de 2 pouces. Ce diamètre de 50 mm est donné par l'intérieur du module vortex, qui aura la restriction nécessaire pour un passage permettant une perte de charge de 5 bars. Cette restriction pourra être de 10 à 25 mm, tout en maintenant le diamètre extérieur du module vortex. Chaque module aura préférentiellement une longueur comprise entre 10 et 20 cm.
  • L'homme de l'art peut faire évoluer ces principes suivant la nécessité ou l'utilisation. Ces modules pourront, par exemple, être constitués d'une rondelle perforée associée à des morceaux de tube de 10 cm.
  • De manière préférentielle, le tube contient entre 4 et 20 modules vortex. Cela permet d'obtenir des pertes de charges allant jusqu'à 20 bars (4 modules), et jusqu'à 100 bars (20 modules).
  • Les modules vortex sont aptes à être insérés dans le tube. De manière préférentielle, le diamètre extérieur des modules vortex est légèrement inférieur au diamètre intérieur du tube amovible. De manière préférentielle, il lui est inférieur à 1 mm.
  • La ou les vannes de modulation de pression peuvent être positionnée(s) en amont ou en aval du tube contenant les modules vortex. Le diamètre interne du tube est compris entre 1,27 cm (½ pouce) et 10,16 cm (4 pouces), préférentiellement compris entre 1,27 cm (½ pouce) et 7,62 cm (3 pouces).
  • En cas de variation très importante de débit sur un puits, il sera possible aussi, très rapidement, de changer tous les modules avec des trous plus faibles ou plus grandes pour adapter la perte de charge au débit considéré.
  • De plus, ce matériel pourra être utilisé en injection sous-marine, sur laquelle les deux vannes de modulation sont commandées de la surface par un moteur hydraulique, et le tube lui-même sera fixé par des colliers rapides, permettant un démontage, une modification du nombre de modules, un remontage d'une manière assez facile.
  • De la même manière, on peut installer une seule ou plusieurs vannes pour moduler la pression et restreindre ou élargir la zone de régulation.
  • L'invention a également pour objet un procédé pour réduire la pression d'injection d'une solution aqueuse polymérique en fonction de la pression du puit, mettant en œuvre l'appareil selon l'invention, dans un procédé de récupération assistée du pétrole. La perte de charge créée dans une vanne ou dans un module vortex est au maximum de 5 bars, préférentiellement comprise entre 1 et 5 bar.
  • L'invention et les avantages qui en découlent ressortiront bien de exemple suivant, à l'appui des figures annexées.
    • La figure 1 représente une vue schématique de l'appareil de régulation de pression connectable en série à la canalisation principale. L'appareil comprend successivement deux vannes (1) permettant une réduction maximum de pression de 5 bars chacune, deux manomètres (2) permettant un contrôle de pression, et un tube amovible (3) contenant 10 modules vortex (4), chacun permettant une réduction maximum de pression de 5 bars. Au total cet appareil est capable de réguler la pression de 60 bars maximum.
    • La figure 2 représente une vue schématique d'une partie du module amovible (3) de diamètre intérieur de 60 mm contenant deux modules vortex (4) de longueur de 100 mm, de diamètre extérieur de 59 mm, de diamètre intérieur de 50 mm ; munis chacun d'un orifice central d'un diamètre de 14 mm.
  • En utilisant les mêmes puits que dans l'exemple 1 du brevet US2016/0168954 et le même polymère, on a eu les résultats suivants.
    • Exemple :
  • On alimente 4 puits avec une pompe à eau à 160 bars, auxquels on a mélangé le polymère à une dose de 500 ppm par pompage, avec une pompe triplex et injection après la pompe à eau.
  • Le débit par puits est fixé à 19 m3/heure, mesuré avec un débit mètre électromagnétique.
  • On construit un réducteur de pression comprenant :
    • Deux vannes pointeau de 2 pouces avec des manomètres permettant le réglage entre 1 et 5 bars de perte de charge ;
    • Un tube de diamètre intérieur 60 mm pouvant recevoir des modules de diamètre extérieur 59 mm et intérieur 50 mm. Les opercules sont percés à 14 mm de passage pour créer une perte de charge vortex de 5 bars pour 19 m3/heure.
  • Pour le puits à 130 bars, on met dans le tube 5 modules, et on peut moduler la pression avec les 2 vannes de 125 à 135 bars.
  • Pour le puits à 125 bars, on met dans le tube 6 modules, et on peut moduler de 120 à 130 bars.
  • Pour le puits à 120 bars, on met dans le tube 7 modules, et on peut moduler de 115 à 125 bars.
  • Par le puits à 110 bars, on met dans le tube 9 modules, permettant de moduler de 105 à 115 bars.
  • Comme dans les essais précédents, la dégradation constatée est de moins de 5% même avec une différence de pression de 50 bars.
  • Au cas où un puits verrait augmenter sa pression dans le temps, comme c'est souvent le cas, le tube serait démonté et un module retiré, ce qui est une opération facile.
  • Ce système à la fois simple, compact, et bon marché correspond aux demandes actuelles des pétroliers.

Claims (10)

  1. Appareil de régulation de pression d'injection d'une solution aqueuse polymérique dans un puit de pétrole, ledit appareil étant constitué :
    - d'au moins une vanne (1) de modulation de pression, permettant par vanne une perte de charge maximum de 5 bars pratiquement sans dégradation mécanique, la (les) dite(s) vannes étant connectée(s) en ligne avec ;
    - Un tube (3);
    l'appareil ayant pour but de pouvoir réduire la pression jusqu'à 100 bars avec une dégradation mécanique totale de moins de 10%, caractérisé en ce que le tube (3) contient des modules vortex (4) créant chacun une perte de charge maximum de 5 bars, pratiquement sans dégradation mécanique, un module vortex étant une section de tube, fermée à une de ses extrémités par un opercule percé d'un trou, et apte à être insérée dans le tube .
  2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le trou de l'opercule a un diamètre compris entre 10 et 25 mm suivant les débits d'injection préconisés.
  3. Appareil selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les vannes sont de type pointeau ou à aiguille.
  4. Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la longueur d'un module vortex est comprise entre 10 et 20 cm.
  5. Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tube amovible contient entre 4 et 12 modules vortex.
  6. Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il contient au moins deux vannes de modulation de pression.
  7. Appareil selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le diamètre extérieur des modules vortex est inférieur de 1 mm au diamètre intérieur du tube amovible.
  8. Procédé pour réduire la pression d'injection d'une solution aqueuse polymérique en fonction de la pression du puit, mettant en œuvre l'appareil selon l'une des revendications 1 à 7, dans un procédé de récupération assistée du pétrole.
  9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la perte de charge créée dans une vanne ou dans un module vortex est au maximum de 5 bars, préférentiellement comprise entre 1 et 5 bar.
  10. Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce que le procédé est un procédé offshore.
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