FR2537668A1

FR2537668A1 - Duse d'etranglement pour reduction de pression

Info

Publication number: FR2537668A1
Application number: FR8220570A
Authority: FR
Inventors: Warren Maurice Zingg; Larry Dale Welch
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1982-12-08
Filing date: 1982-12-08
Publication date: 1984-06-15
Also published as: FR2537668B1

Abstract

CETTE DUSE D'ETRANGLEMENT COMPORTE UN CARTER PRESENTANT UNE PREMIERE ET UNE SECONDE EXTREMITES DEFINISSANT UN ALESAGE CIRCULAIRE DE DIAMETRE VARIABLE LE LONG DE SON AXE AVEC DES ZONES DE GRAND DIAMETRE ADJACENTES AUX PREMIERE ET SECONDE EXTREMITES. UNE ZONE 111 DE DIAMETRE MINIMAL D EST INTERMEDIAIRE ENTRE LES DEUX EXTREMITES. L'ALESAGE A LA FORME D'UNE EMBOUCHURE DE TROMPETTE 110 ENTRE LA PREMIERE EXTREMITE ET LA ZONE DE DIAMETRE MINIMAL 111 ET IL A UNE FORME TRONCONIQUE 112 ENTRE LA SECONDE EXTREMITE ET LA REGION DE DIAMETRE MINIMAL 111 AVEC UN ANGLE TOTAL INCLUS DE 4 A 8 ENVIRON ET UNE LONGUEUR SELON L'AXE D'ENVIRON 9D ENTRE LA REGION DE DIAMETRE MINIMAL ET LA SECONDE EXTREMITE.

Description

DUSE D'ETRANGLEMENT POUR REDUCTION DE PRESSION
La présente invention concerne un nouveau concentrateur de boue, un dispositif réducteur de pression et une méthode d'utilisation. Ce concentrateur est particuliè- rement utilisable pour concentrer une boue aqueuse renfermant un agent de soutènement pour la fracture hydraulique d'une formation terrestre souterraine
Diverses méthodes ont été décrites dans l'art antérieur pour perfectionner la production de fluide hy drocarboné (par exemple de l'huile brute et du gaz naturel) à partir de puits forés dans des réservoirs de faible per méabilité. L'acidification matricielle et la fracture hy drauligue de ces formations ou gisements sont les techni- ques les plus connues et les plus largement utilisées.

Dans la fracture hydraulique, un fluide fracturant est pompé à travers une enveloppe perforée à 1 intérieur d 'une zone de prospection contenant des hydrocarbones sous une pression suffisamment élevée pour provoquer un clivage ou une fracture de la formation , Le fluide de fracture ren ferme normalement un agent de soutenement qui est disposé dans la fracture et évite la refermeture de la formation lorsque la pression de pompage est supprimée.L'agent de soutènement (par exemple du sables de la bauxite frittée des perles de verre, etc. ..) fournit un canal perméable dans la formation à travers lequel les fluides s'écoulent vers le forage du puits et sont prélevés.

Dans les processus habituels de fracture hydrau- lique, de nombreux liquides, tels que l'huile brute, le fuel léger, le kérosène, l'eau, l'eau gélifiée, les acides (HCl aqueux), les acides gélifiés, etc... (avec ou sans agents de soutènement) ont été utilisés comme fluide de fracture. De l'eau gélifiée au moyen d'un polysaccharide ou d'un dérivé de polysaccharide (par exemple le guar, le guar hydroxypropylé etc...) s'est avérée être particulièrement efficace comme fluide de fracture et a été largement utilisée Toutefois, ces gels aqueux et d'autres fluides de fracture liquides ont posé un certain nombre de problèo mes relativement à leur utilisation.Par exemple, lorsque la pression de rupture de la formation est atteinte et que la fracture se produit, il en résulte une importante chute de pression. Les pompes doivent être alors susceptibles de fournir rapidement dtimportants volumes de liquide de fracture additionnels dans la zone de fracture afin de maintenir et d'étendre les fractures formées. Pour fournir une telle pression de pompage additionnel, il est nécessaire de maintenir en réserve plusieurs unités de pompage importantes qui ne seraient pas requises par ailleurs.En outre, les fluides de fracture liquides nécessitent souvent un traitement additionnel ou des additifs chimiques pour ac crottre leur viscosité, leur résistance à la gélification, etiou pour augmenter leurs caractéristiques de perte de fluide pendant l'usage. D'autres traitements des liquides ont été mis au point pour améliorer les capacités des fluide des à transporter l'agent de soutènement.

De très nombreux problèmes relatifs aux fluides de fracture ont été abordés et résolus par une fracture hydraulique avec de la mousse. La fracture à la mousse est relativement récente et l'état de la technique est représenté par le brevet US 3 937 283 (Blauer et al.). D'au- tres articles intéressants au sujet de la fracture à la mousse se trouvent dans le numéro du 22 Juillet 1974 de "Oilweek" par Bullen et dans une publication présentée par Blauer et ai., et intitulée '?Fracture de formation au moyen de mousse" SPE 5003. On fait également référence au brevet US 3 980 136 (Plummer et ale).

Blauer et al. dans le brevet US 3 937 283, font état des nombreux avantages de la fracture par mousse et décrivent des méthodes de fabrication et d'utilisation de ces mousses. Un des avantages de la fracture par mousse réside dans une perte inférieure de fluide dans le gisement. Une perte inférieure de fluide signifie que le processus de fracture est plus efficace et que le dommage dans le gisement est minimisé. Comme avantage supplémentai- re, les mousses présentent, de façon typique, une capacité de transport relativement élevée de l'agent de soutènement, ce qui permet d'apporter plus d'agent de soutènement dans le site de la fracture et ceci aide à éliminer les "bourrages" pendant les fermetures non prévues pendant le traite ment de fracture.L'expression "bourrage1, est un terme utilisé dans le domaine pétrolier pour définir le phénomène qui se produit lorsque l'agent de soutènement précipite du fluide de fracture et bouche le puits de forage. Les mousses sont également plus faciles à pomper et nécessitent moins de puissance hydraulique initiale et peu d'unités de pompage de réserve sur le site de forage.

L'efficacité de la fracture par mousse peut eere en outre améliorée en concentrant la boue de l'agent de soutènement avant la formation de la mousse. La boue de soutènement comprend un liquide moussable et un agent de soutènement solide particulaire. Présentement, les boues de soutènement classiques renferment des concentrations de 0,70 à 1 kg d'agent de soutènement (par exemple du sable) par litre de fluide porteur ; après le moussage, la teneur en solide de la boue est réduite à 0,120 à 0,240 kg d'agent de soutement psrlitoe de liquide.Puisqu'il est pour le moins théoriquement possible pour la mousse de supporter pratiquement plus d'agent de soutènement spécifié ci-dessus, il est nécessaire de trouver un moyen pour accrottre la densité de la boue avant le moussage.

Dans les brevets US 4 176 064 et 4 126 180, Black décrit un dispositif pour obtenir ce résultat. Le concentrateur de boue décrit par Black est un séparateur mécanique présentant une hélice rotative qui imprime à une boue d'alimentation une forme centrifuge qui dirige les matériaux les plus lourds vers les parois extérieures et laisse le fluide porteur plus léger se séparer de la boue et s'écouler à travers un tamis à fente hors du concentrateur dans un rem servir Une forme de réalisation commerciale de ce concen- trateur n'a bénéficié que d'un succès marginal dû aux problêmes mécaniques relatifs aux éléments rotatifs, aUZ joints d'étanchéité etc... Dans la pratique actuelle, de tels problêmes se sont traduits dans les unités de pompage par une diminution de la pression de fonctionnement jusqu'd un maxiraim d'environ 35 000 kPa et un rendement volumique modéré. D'autres informations sur ce système peuvent Entre trouvées dans la communication rédigée par Anderson et ai.

(Communication n 793 039) et présentée à la trentième réunion annuelle technique de la Pétroleum Society de CIM les 6-11 Mai 1979 à Banff.

La littérature publiée à la vente par un certain nombre de compagnies de services de prospection pétroliè re indique que d'autres concentrateurs de boue ont été réa- lisés pour l'utilisation dans la fracture par mousse.

ars on a maintenant découvert un nouveau concentrateur de boue qui est particulièrement utile pour les concentrations de boues d'agent de soutènement destinées à être utilisées par la suite dans la fracture hydraulique par mousse des gisements souterrains Ce nouveau concentrateur de boue peut être utilisé à des pressions élevées, par exemple supérieure à 700 kg/cm2, si on le désire, et à un rendement volumique suffisant pour fracturer la plupart des gisements.

Plus précisément, le concentrateur de boue de l'invention comporte
un carter présentant une première et une seconde extrémités, ce carter définissant un alésage de section transversale généralement circulaire et présentant un axe directeur s'étendant de la première à la seconde extrémi- tés, la zone de carter adjacente à la première extrémité définissant un passage d'entrée qui est généralement disposé de façon tangentielle par rapport à et alésage ;; un conduit. cylindrique creux présentant un diamètre approximativement égal au diamètre de l'alésage, qui est disposé de façon non rotative à l'intérieur de l'alésage et adjacent à la première extrémité du carter, ce conduit présen- tant une ouverture d'entrée en alignement avec ledit passage d'entre ; un élément creux tronconique présentant une extrémité de petit diamètre et une extrémité de grand dia mètre disposées à l'intérieur de l'alésage, l'extrémité de grand diamètre étant disposée généralement adjacente à la première extrémité du carter et présentant un diamètre approximativement égal au diamètre de l'alésage, l'extrémité de petit diamètre étant disposée généralement éloi-
gnée de la première extrémité du carter; un premier élé ment obturateur d'extrémité fixé au carter et supportant à l'intérieur de ce dernier un premier conduit d'évacuation qui est généralement coaxial à l'alésage et qui se prolonge dans l'alésage et dans le conduit au-delà du passage d'entrée, mais qui ne s'étend pas dans l'élément tronconique ; un second élément obturateur d'extrémité fixé au carter et supportant à l'intérieur de ce dernier un second conduit d'évacuation qui est généralement coa xial à l'alésage et qui est en communication de fluide avec l'extrémité de petit diamètre de l'élément tronconique, la face externe de l'élément tronconique et la face adjacente du carter définissant un espace généralement annulaire ; et un dispositif de communication de fluides entre l'espace annulaire et l'espace interne, vers l'élément tronconique,
La présente invention vise également un nouveau dispositif d'étranglement de l'écoulement désigné par l'expression "duse d'étranglement" et qui est, de façon inhabituelle, efficace pour réduire la pression des flui- des qui s'y écoulent. La duse d'étranglement peut être également utilisée pour des fluides entraînant avec eux des solides particulaires
Outre qu'il possède-un dispositif hautement produit tif pour l'utilisation dans le domaine de la recherche pé trolière, le concentrateur de boue de l'invention peut également être utilisé dans des domaines autres que la fracture, où il est nécessaire ou désirable de concentrer des boues liquides/solides, ou meme de séparer des liquides de densités différentes ou des gaz à partir de liquides, etc.., sous des conditions de pression élevée.

On a représenté sur les figures 1 et 2 du dessin des modes de réalisation actuellement préférés du concentrateur de boue selon l'invention
Sur ce dessin
- la figure i est une vue latérale en coupe trans- versale schématique du concentrateur de boue de l'invention;
- la figure 2 est une vue d'extrémité en coupe transversale schématique selon la ligne 2-2 de la figure 1;;
- la figure 3 est une représentation schématique d'un système utilisé pour fabriquer et injecter de la boue dans un puits
- les figures 4 et 5 représentent des détails 't d'un dispositif de communication de fluide préféré
- les figurés 6 et 7 sont des représentations schématiques du concentrateur de boue avec le dispositif d'étranglement y attaché
- la figure 8 représente une vue latérale en coupe transversale schématique du dispositif d'étranglement de fluide
- la figure 9 représente une vue latérale en coupe transversale schématique d'un organe d'étranglement renfermant un adaptateur d'étranglement qui à son tour contient le dispositif d'étranglement d'écoulement.

La figure 1 représente l'enveloppe externe ou carter 1 du concentrateur présentant un alésage cylindrio que creux de section transversale généralement circulaire et ayant un axe directeur s'étendant d'une extrémité à l'autre. Les parois du carter sont aptes à résister à une pression élevée et sont habituellement en mâtai (par exem ple en acier) mais peuvent Stre an d'autres matériaux de construction. Sur la figure 1 est également représenté un conduit cylindrique creux 12 positionné à l'intérieur de l'alésage du carter.Le conduit cylindrique présente une ouverture d'entrée en alignement avec un passage d'entrée ou orifice d'admission de la boue 17 qui est orienté géné- ralement de façon tangentielle au conduit cylindrique creux 12. L'orifice d'entrée de boue 17 est représenté plus en détail sur la figure 2.

La figure 1 représente également un élément tronconique creux 11 présentant une extrémité de petit diamè- tre et une extrémité de grand diamètre disposée à l'inté- rieur de l'alésage. L'extrémité de grand diamètre du cne est disposée généralement adjacente à une première extrémité du carter et présentant un diamètre approximativement égal au diamètre de 1 'alésage. L'extrémité de petit diamèe tre du cône est disposée généralement éloignée de la premiere extrémité du carter.

Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, l'élément tronconique il et le conduit cylindrique creux 12 sont des éléments séparés qui sont purement en aboutement l'un contre l'autre à l'intérieur de l'alésage du carter, Les deux éléments peuvent titre fixés l'un à l'autre mais il est sensiblement plus avantageux en pratique d'avoir de onze à douze éléments se présentant sous forme d'éléments séparés.

Un premier organe obturateur d'extrémité 14 eat fixé au carter pour y supporter un premier agencement de conduit 13 et 13As qui est généralement coaxial à l'alésa- ge et qui s'étend à l'intérieur de l'alésage et dans le conduit 12 au-deld du passage d'entrée 17, mais ne se prolonge pas à l'intérieur de l'élément tronconique 11. L'agen- cernent de conduits 13 et 13A forme ensemble un conduit d'évacuation.Cependant, l'avancement de conduit 13 est généralement référencé comme étant un "détecteur de vortex".

Un second organe d'obturation d'extrémité 7 est fixé au carter pour y supporter un second conduit d'évacua- tion 13B qui est généralement coaxial avec l'alésage et qui est en communication de fluide avec l'extrémité de petit diamètre de l'élément tronconique 11. Sur la figure 1, l'organe d'obturation d'extrémité es 7 renferme également un dispositif support 10 pour l'extrémité de petit diamè- tre de l'élément tronconique.

Le dispositif de communication de fluide 34 est ménagé entre l'espace généralement annulaire 35 défini par la face-exterae de l'élément tronconique 11 et la face adjacente de carter 1, et l'espace interne vers l'élément tronconique 11. Le dispositif de communication de fluide de cette figure comporte, dans l'extrémité de de grand diamè- tre de l'élément tronconique, un certain nombre de gouttez res longitudinales, qui ménagent une série d'ouvertures autour du périmètre de la jonction de l'élément tronconique avec le conduit cylindrique creux 12.

En condition de fonctionnement, le dispositif de communication de fluide permet d'utiliser le concentrateur de boue à des pressions élevées pour concentrer des boues susceptibles d'être pompées (c'est-à-dire, des mélanges de solides, de liquides et/ou de gaz de différentea densi- tés) sans tenir compte des capacités du conduit cylindrique creux 12 et/ou de l'élément tronconique 11 à résister à la pression. Le dispositif de communication de fluide produit une égalisation de pression entre 1 'espace annulaire 35 et l'espace interne de l'élément tronconique 11.

Ceci est une caractéristique très importante du concentrateur de boue du fait qu'elle permet de construire lélé- ment tronconique (en particulier) avec des matériaux classiques de construction ou des matériaux de construction qui sont spécifiquement destinés à résister à un haut degré d'abrasion ou de corrosionS par exemple.

La sélection des matériaux de construction pour les composants du concentrateur de boue est du domaine de la technologie connue et peut Stre modifiée selon les besoins du technicien. Les dimensions du concentrateur de boue et de ses constituants peuvent également être chois sies par le technicien pour satisfaire à des besoins par ticuliers (par exemple l'épaisseur de paroi de l'enveloppe extérieure peut &num;tre choisie en fonction du domaine de pression désirée si le matériau de construction reste le Sme) .

Le concentrateur de boue fonctionne en convertissant l'énergie de pression en énergie centrifuge en introduisant tangentiellement une boue susceptible d'être pom- pée dans le concentrateur de boue par l'orifice d'entrée 17.Les forces centrifuges font que les parties les plus lourdes de la boue alimentée se dirigent vers l'extérieur vers les parois internes du conduit cylindriqua creux 12 et ensuite progressent doucement de la première extrémité du carter vers la seconde extrémité du carter dans l'élé- ment tronconique 11 le long de sa surface interne conique selon une spirale d'accélération centrifuge vers l'extrémité de petit diamètre de l'élément tronconique (c'est-à- dire son apex), et ensuite s'évacue vers le conduit d&commat;Eva- cuation 13B.La (ou les) portion(s) la (ou les) plus 16 gère(s) de la boue se dirige(nt) vers l'intérieur sous forme de spirales vers le "détecteur de vortex" 13 et sont évacuées par le conduit d'Evacuation 13 et 138.

La caractéristique d'égalisation de pression du concentrateur de boue est obtenue par un dispositif de communication de fluide 34 permettant aux fluides (injectés initialement ou à partir de la boue d'alimentation) de s'écouler de l'intérieur dans l'espace annulaire 35 et de remplir ce dernier. Après que l'espace annulaire ait été rempli, la pression exercée sur le fluide dans 1 'espac annulaire sera la même que la pression exercée sur les fluides à l'intérieur de l'élément tronconique et du condut cylindrique creux. A cause de cela, le conduit cylin- drique creux et l'élément tronconique sont soumis à une très faible pression différentielle, Si cette dernière existe, entre leurs faces intérieures et extérieures.

Le concentrateur de boue peut titre utilisé dans n'importe quel domaine où il est nécessaire d'isoler des composants de différentes densités. Il peut être utilisé, par exemples pour séparer des liquides non miscibles de densités différentes (par exemple de l'huile et de l'eau) > mais il est particulièrement utilisable pour concentrer des boues qui renferment un liquide support et des solides particulaires. C'est cette dernière application qui rend le concentrateur de boue d'utilisation particulièrement utilisable dans le domaine pétrolier pour concentrer les boues de soutènement. Pour cet usage dans le domaine pé- trolier, le concentrateur de boues qui est normalement positionné dans une position étendue horizontale, est un élément mécanique d'un système à multicomposants comportant des mélangeurs mécaniques, des dispositifs de pompage etc..., que l'on désignera simplement ci-après comme un système".

Ce mode de réalisation est décrit ci-dessous dans un exemple.

Afin que le concentrateur de boue fonctionne le plus efficacement possible, on établit une pression différentielle entre les matériaux s'écoulant à travers le dé tecteur de vortex 13 et des conduits associés et l'extré- mité d'évacuation du Séparateur cyclonique. Cette pression différentielle est établie de façon appropriée en mettant un dispositif réducteur de pression (par exemple un dispo- sitif d'étranglement ou de restriction d'écoulement) en co=rnication de fluide avec le détecteur de vortex et les conduits associés.Ce dispositif réducteur de pression permet uniquement d'évacuer une partie du fluide passant à travers le.concentrateur de boue et la pression différentielle ainsi établie oblige le reste de la boue à s'écouler par l'extrémité d'évacuation. Dans la technique antérieure, on connote un certain nombre de dispositifs réducteurs de pression que l'on peut se procurer dans le commerce. Toutefois, un dispositif d'étranglement préféré est décrit dans la demande de brevet US SN 185 087 au nom de Warren M.Zingg et ai. , déposée le même jour que la demande américaine dont la priorité a été revendiquée pour le dépit de la présente demande. Ce dispositif d'étrangle- ment unique divise la partie la plus légère du fluide support évacuée de la boue traitée en deux courants. Chacun des courants est ensuite dirigé à travers un adaptateur d'étranglement équipé d'une duse ou d'une buse d'étrangle- ment d'écoulement, et évacué par la suite à partir de cette duse d'étranglement d'une manière telle que la force de 1lun des courants se mesure avec celle de l'autre et que l'énergie cinétique résultante des courants est nulle ou tend pratiquement vers zéro.Dans un mode de réalisation du dispositif d'étranglement, les courants d'évacuation provenant des duses d'étranglement sont diamétralement opposés et les courants d'évacuation s'écoulent l'un dans l'autre à contre-courant. Bien que les courants d'évacua- tion ont en général le mEme débits l'énergie de chacun d'entre eux est dissipée et laisse la combinaison des courants évacués à la pression atmosphérique.Les figures 6 et 7, dont il sera question ci-dessous, illustrent en outre le dispositif d'étranglement de Zingg et alç
La figure 2 représente un autre mode de réalisa- tion unique et préféré de l'invention, dans lequel l'aldsa ge à l'intérieur de l'enveloppe externe est excentré. Ceci permet le couplage de l'orifice d'entrée de boue 17 avec un adaptateur approprié pour le tubage de pression à réaliser à l'intérieur des parois de l'enveloppe. extérieure. La pression sur la jonction est ensuite confinée à l'intérieur de la paroi externe et il en résulte un couplage plus sûr et plus solide.Dans un appareil fonctionnant sous les pres sions extrêmes auxquelles ce concentrateur de boue est normalement exposé,cette caractéristique de sécurité est non seulement unique et facile à mettre en oeuvre, mais est encore d'importance pour la sécurité du personnel de fonctionnement. De façon similaire, on observera sur la figure 1, que la jonction des conduits d'évacuation et des raccords de pression classiques est réalisée à l'intérieur de l'espace limité par les parois de l'enveloppe externe.

comme spécifié ci-dessus, les parois de lgenveloppe externe sont conformées de façon à résister en pratique à des pressions élevées et cette jonction d'évacuation est également considérée comme une caractéristique de sécurité du mode de réalisation préféré.

On donnera ci-après, une liste des références des figures 1 et 2 permettant d'identifier les éléments constitutifs du concentrateur.

REFERENCE <SEP> DESCRIPTION
<tb> <SEP> N
<tb> <SEP> 1 <SEP> Enveloppe <SEP> extérieure <SEP> (carter) <SEP> du <SEP> concentrateur <SEP> de <SEP> boue <SEP> ;<SEP> paroi <SEP> en <SEP> acier <SEP> capable
<tb> <SEP> de <SEP> résister <SEP> à <SEP> des <SEP> pressions <SEP> supérieures <SEP> à <SEP> 1577kg/cm.
<tb> <SEP> 2 <SEP> Adaptateur <SEP> comportant <SEP> un <SEP> alésage <SEP> de <SEP> diamètre <SEP> interne <SEP> 6,35 <SEP> cm.
<tb> <SEP> 3 <SEP> Ecouu <SEP> à <SEP> oreittes.
<tb> 4, <SEP> 5, <SEP> 6, <SEP> 15 <SEP> Douilles <SEP> d'entretoisement <SEP> présentant <SEP> un <SEP> diamètre <SEP> interne
<tb> 18 <SEP> 6,35 <SEP> cm.
<tb> <SEP> 7 <SEP> Elément <SEP> obturateur <SEP> d'extrémité <SEP> et/ou <SEP> embout <SEP> de <SEP> sortie.
<tb> <SEP> 8 <SEP> Ecrou <SEP> de <SEP> verrouillage.
<tb> <SEP> 9 <SEP> Manchon <SEP> pour <SEP> l'embout.
<tb> <SEP> 10 <SEP> Adaptateur <SEP> pour <SEP> l'extrémité <SEP> de <SEP> petit <SEP> diamètre <SEP> du <SEP> cône <SEP> 11 <SEP> pour <SEP> renforcer <SEP> le
<tb> <SEP> cône <SEP> en <SEP> des <SEP> points <SEP> de <SEP> pression <SEP> maximale.
<tb> <SEP> 11 <SEP> Tronc <SEP> de <SEP> cône <SEP> (élément <SEP> tronconique) <SEP> présentant <SEP> un <SEP> diamètre <SEP> de <SEP> 7,77 <SEP> cm <SEP> à <SEP> son
<tb> <SEP> extrémité <SEP> de <SEP> petit <SEP> diamètre <SEP> et <SEP> de <SEP> 26,67 <SEP> cm <SEP> à <SEP> son <SEP> extrémité <SEP> de <SEP> grand <SEP> diamètre,
<tb> <SEP> pour <SEP> une <SEP> longueur <SEP> de <SEP> 53,34 <SEP> cm.
<tb> <SEP> 12 <SEP> Conduit <SEP> cylindrique <SEP> creux <SEP> (chambre <SEP> de <SEP> séparation) <SEP> présentant <SEP> un <SEP> diamètre <SEP> inter
<SEP> ne <SEP> de <SEP> 25,4 <SEP> cm <SEP> et <SEP> une <SEP> longeur <SEP> de <SEP> 30,48 <SEP> cm.
<tb> <SEP> 13 <SEP> Détecteur <SEP> de <SEP> vortex <SEP> présentant <SEP> un <SEP> diamètre <SEP> interne <SEP> de <SEP> 7, <SEP> 62 <SEP> cm <SEP> et <SEP> d'une <SEP> lon
<SEP> gueur <SEP> de <SEP> 22, <SEP> 86 <SEP> cm.
<tb> <SEP> 14 <SEP> Obturateur <SEP> d'estrémité <SEP> ou <SEP> embout <SEP> ou <SEP> sortie <SEP> (recyclage)
<tb>

(Suite)

<SEP> REFERENCE <SEP> DESCRIPTION
<tb> <SEP> N
<tb> <SEP> 16, <SEP> 20 <SEP> Adaptateurs
<tb> <SEP> 17 <SEP> Orifice <SEP> d'entrée <SEP> de <SEP> la <SEP> boue.
<tb>

<SEP> 19 <SEP> Ecrou <SEP> à <SEP> oreille <SEP> de <SEP> l'orifice <SEP> d'évacuation.
<tb>

21, <SEP> 22, <SEP> 23 <SEP> Joint <SEP> torique.
<tb>

24, <SEP> 25, <SEP> 26 <SEP> Bagues.
<tb>

<SEP> 27 <SEP> Bague <SEP> de <SEP> retenue.
<tb>

<SEP> 28 <SEP> Bague <SEP> d'étanchéit#e.
<tb>

<SEP> 29, <SEP> 30 <SEP> Ecrous <SEP> de <SEP> raccords.
<tb>

31, <SEP> 32, <SEP> 33 <SEP> Bagues <SEP> d'arrêt.
<tb>

<SEP> 34 <SEP> Gouttières <SEP> dans <SEP> le <SEP> tronc <SEP> de <SEP> cône.
<tb>

<SEP> 35 <SEP> Edpace <SEP> "vide" <SEP> annulaire.
<tb>

La figure 3 est une vue schématique d'un système utilisé pour fabriquer et injecter de la mousse dans un puits. Les références 102, 103, 104, 105 et 107 servent à ident:Lner des vannes. Les références 108 et 109 servent à identifier des étranglements formant une duse d'étranglement.

Les figures 4 et 5 illustrent des détails d'un dispositif de communication de fluide préféré.

Les figures 6 et 7 sont des représentations schématiques illustrant le dispositif d'étranglement, décrit par Zingg et al, dans la demande de brevet US 185 087, ce dispositif étant fixé au concentrateur de boue. Ces figures représentent le dispositif d'étranglement comme un dispositif en forme de boucle, comportant une source de fluide sous autre pression 11' qui est en communication de fluide avec un conduit renfermant une vanne 12'. La vanne est de préférence une vanne actionnée à distance par commande hydraulique (par exemple une vanne porte) qui régule l'écoulement des fluides à travers les conduits. Le fluide sous pression élevée provenant de la vanne 12' s'évacue dans un dispositif de dérivation 138 destiné à diviser le fluide sous haute pression en deux courants de fluides généralement égaux.Le fluide sortant du dispositif de dérivation s'écoule dans des conduits séparés 14' pour en diriger chacun des courants égaux en volume dans un des deux dispositifs de commande de pression (figures 8 et 9) présentant des orifices qui sont positionnés en ligne (c 'est-à-dire coaxialement) et directement opposés 1 eun à l'autre (c'est-à-dire diamétriquement opposés). Les orifices sont conçus pour délivrer des jets de courants de fluide de force pratiquement égale vers un point focal commun coaxial qui est contenu dans un réservoir 16' à pars tir duquel le fluide est collecté et évacué à la pression atmosphérique.Les dispositifs de commande de pression sont normalement contenus à l'intérieur d'une douille d'étran- glement ou duse calibrée 15 en utilisant un adaptateur d'étranglement 113. Ces dispositifs de commande de pression sont alternativement désignés dans l'industrie pétrolière par l'expression "duses d'étranglement".

A la figure 8, la nouvelle duse d'étranglement est représentée sous la forme d'un carter présentant une formé généralement cylindrique avec un alésage traversant d'une première à une seconde extrémité. L'alésage présente une forme généralement circulaire en section transversale et possède un axe directeur traversant de la première à la seconde extrémité. L'alésage présente des variations de diamètre, le long de son axe avec des zones de diamètre plus important adjacentes aux première et seconde extrémi- tés.La portion étranglée de l'alésage présente une confi- guration générale ressemblant à celle d'une embouchure de trompette 110 entre la première extrémité et la région de diamètre minimal 111 présentant un diamètre do L'alésage a une configuration tronconique 112 entre la seconde extrémité et la région de diamètre minimal avec un angle total inclus α de 4 à 8 ( de préférence de 5 à 7 , avantageusement environ 50) et présentant une longueur L, le long de làxe directeur, pouvant aller jusqu'à environ 9d. Lorsque
L est inférieur à environ 9d, la position dans le fluide n'est pas aussi réduite qu'elle pourrait l'être lorsqu'elle passe à travers la duse d'étranglement.Si L est supérieur à environ 9d, le fluide passant à travers la duse d'étran glement est soumis à une turbulence considérable lorsque le fluide commence à s'éloigner des parois de la USE d'étranglement.

La duse d'étranglement peut être fabriquée à partir de pratiquement n'importe quel matériau de construction, mais du fait qu'elle est exposée en générai à des pressions élevées pendant les conditions d'utilisation, elle est nor- malement façonnée en métal (habituellement de l'acier) et dans la plupart des cas elle est fabriquée à partir de matériaux connus pour leur dureté et leur résistance à l'abrasion (par exemple le carbure de tungstène ou un acier carburé. La zone étranglée 110 est plus soumise à l'abrasion que la zone tronconique 112. Il est, de ce fait, approprié et habituellement préféré de fabriquer la zone étranglée séparément du reste du dispositif d'étranglement d'écoulement et de monter un insert dans la duse qui ren ferme la zone d'étranglement. Ce mode de réalisation est illustré à la figure 9.Le montage d'un insert permet aux techniciens d'utiliser des matériaux de construction qui peuvent être plus critiques pour llapplication particulière et permet également aux techniciens d'utiliser plus efficacement la métallurgie des deux types différents de m4 taux. Par exemple, la zone étranglée pourrait être un in- sert en carbure de tungstène et le reste de duse d'étran- glement pourrait être en acier carburé qui est beaucoup moins cher et plus facile à usiner
Le rayon de courbure de la zone étranglée 110 peut être variable mais est habituellement au moins environ 0,5d (de préférence de 0,5d à 1,0d) lorsqu'il est de forme circulaire ou elliptique.Cette ouverture bien ronde au niveau de l'étranglement permet un écoulement man mal à travers la duse d'étranglement et élimine la formation d'une veine contractée. Ceci est important du fait que, lorsque l'écoulement est mal dans la duse d'étrangle- menti les espaces vides associés à une veine contractée ne se forment pas et ne donnent pas naissance aux phénomè- nes de bélier et de cavitation que pourraient engendrer les fluides passant à travers la duse d'étranglement à la surface de la zone étranglée.

La zone étranglée passe à travers la région de dito mètre minimal 111 et s'ouvre douvement et directement dans la zone de configuration tronconique 112. L angle total inclus dans la configuration tronconique, comme spécifié ci-dessus, est avantageusement de 5 , et sa longueur L est avantageusement d'environ 9d.

La face externe de la duse d'étranglement peut entre de configuration variable selon lwusage uilis elle est généralement de forme cylindrique avec des filetages exté- rieurs 117 ménagés à l'extrémité d'évacuation B. Ces file- tages externes sont adaptés à s'engager avec un adaptateur d'étranglement 113 qui maintiens la duse d'étranglement en place pendant les conditions d'utilisation.L'extrémité d'entrée A de la duse d'étranglement présente habituellement une configuration hexagonale 116 (non spécifiquement illustré au dessin) l'adaptant à être montée ou démontée à l'intérieur de l'adaptateur d'étranglement 113 en utili- sant une clé anglaise classique (c'est-à-dire un embout permettant l'engagement d'une clé).

L'adaptzeur d'étranglement 113 est également de façon usuelle de forme cylindriques bien qu'il puisse prendre différentes configurations, et présente des filetages internes 118 pour s'engager avec la duse d'étranglement, et des filetages externes 119 pour s'engager avec une duse calibrée 115'. L'adaptateur d'étranglement est en premier un dispositif d'entretoisement convenable qui maintient fermement la duse d'étranglement à l'intérieur de l'alesa- ge de la duse calibrée. L'adaptateur d'étranglement prdD sente habituellement un embout 120 conçu pour l'engagement d'une clè à l'extrémité d'entrée et un alésage cylindrique creux 121 'a l'extrémité d'évacuation pour recevoir des fluides dépressurisées passant à travers la duse d'écoulement. L'adaptateur d'étranglement peut être en différents matériaux de construction, mais il est habituellement en métal (en général de l'acier).

La duse calibrée 15' est pourvue de filetages internes pour 1 l'engagement par vissage de 4 'adapteur d'étranglement 113. L'alésage creux évacue les fluides provenant du dispositif adapteur/duse d'étranglement, et renferme également des moyens 'a l'extremité d'entrée pour l gager solidement en communication de fluide avec une source de fluide sous pression provenant du conduit 14'.

La duse calibrée peut être en différents matériaux de construction. Mais elle est habituellement conçue pour résister 'a des pressions élevées, et esst normalement en métal (par exemple en acier).

Des dispositifs d'étanchéité aux fluides 122, par exemple des joints toriques en élastométre, sont appropriés en de nombreux casa et sont illustrés sur la figure 9.

La duse d'étranglement illustrée sur la figure 8 est incorporée dans une duse calibrée comme illustré sur la figure 9 et est utilisée dans le dispositif d'étrangle- ment fixé au concentrateur de boue pendant un processus de fracture sous haute pression dans un puits de forage.

La zone d'étranglement de la duse d'écoulement est un insert en carbure de tungstène et le restant de la duse d'étrangle- ment d'écoulement est en acier carburé. La duse d'étrangle- ment ne montrait aucun signe d'usure après huit heures d'uti- lisation pendant lesquelles le fluide était mis sous pression à travers la duse à plus de 700 kg/cm2. Lorsque la duse d'étranglement selon l'invention fut remplacée par une duse d'étranglement classique du commerce en céramique, cette dernière se détruisait en moins de vingt minutes.

Dans un autre cas, un puits a été fracturé hydrauliquement en utilisant un fluide de fracture à nrusse, et de l'azote gazeux et d'autres gaz ont été introduits sous haute pression à l'intérieur du puits. Le puits a été fermé par vanne ; la duse calibrée qui continent l'adaptateur d'étranglement et la duse d'étranglement ont été fixées et la vanne du puits récouverte.Les gaz émis à partir du puits sont sous plussieurs centaines de kg de pression et auraient normalement détruit des duses d'écoulent en céramique en quelques minutes, mais la duse d'étranglement selon l'invention (comme spécifié ci-dessus) montre peu ou pas de signes d'usure pendant la phase d'évacuation de la pression du puits. Les gaz et les liquides émis à partir du puits sont évacués avec sécurité dans des tuyautries classiques sans qu'il se produisse d'érosion exagérée.

Le dispositif d'étranmglement peut être de dimension variable et être facilement adapté comme élément constitutif dans un concentrator de boue mobile. Les matériaux de costruction peuvent être choisis à volonté aussi longtemps qu'ils satisfont aux limitations de pressions ausquelles l'appareil particulier sera exposé. L'acier est lema- tériau le plus classique de construction et est, de ce fait, habituellement utilisé.

L'exemple suivant servira en outre à illustrer l'invention :
Le cooncentrator de boue illustré sur les figures 7 et 2 est utilisé dans un système de fracture comme re présenté sur la figure 3 dans un processus de fracture par mousse d'un puits situé dans le Luling Branyon Field dans le comté de Cuadalupe au TEXAS.Le puits a approximative- ment 610 mètres de profondeur et présente une pression sta- tique en fond de forage de 49 kgs/cm et une perméabilité de 0,21 millidarcies (en moyene)
Dans ce traitement, 18,925 litres de fluide pour teur (saumure de Kcl à 2% gélifiée avec uun agent de gélification polymere commercialisé sous la denomination Dowells
J312 (2,4 kg par litre de saumure) et 18,925 litres de fluide de porterur sont mélangés avec 2 260 kg de sable passant au tamis de 100 mailles et ensuite 9 462 litres de fluide porteur Sont pompés de manière séquentielle à travers le concentrateur de boue avec le dispositif d'étranglrment fermé de sorte qu'aucun liquide n'est éliminé des fluides passant à travers selon selon un débit de 3,18 m par minute; un mélange d'agents tensio-actifs du commerce (Dovell F78 (3 parties en poids) et Dovell F75N (2 parties en poids)) est ajouté selon un débit de 0,08 m par minute et l'on fait ensuite mousser les fluides au moyen d'azote gazeux (2,07 m per minute, sur la basse liquide) pour obtenir une qualité de mousse de 65 (c'est-à-dire un indice Mitchell de 65) et l'on injecte le produit obtenu dans le puits.

La vanne du dispositif d'étranglemment est ensuite ouverte et une boue de fluide porteur mélangée avec des quantités croissantes de sable passant au tamis de 20-40 milles,est ensuite pompée à travers le systeme (à raison de 3,2 m par minute), concentrée et transformée en mousse en utilisant le même mélange d'agents tensio-actifs et d'azote selon les mêmes débits que spécifiés ci-dessus. La boue est mélangée à une concentration conçue pour obtenir 119,8 kg/m de liquide dans la mousse initialement et pour faire ensuite monter cette concentration de façon uniforme jusqu'à une concentration finale de 0,6 à 0,7 kg de sable par litre de liquide dans la mousse pendant une petite p6" riode de temps (par exemple 3,4 minutes). Ce mode de mise en oeuvre est facilement réalisé. La boue traversant le concentrateur varie ainsi d'une densité absolue d'environ 1128 kg/m à environ 1570 kg/ m et la boue évacuée du con centrateur présente une densité absolue qui varie de façon correspondante entre environ 1190 kg/m3 à environ 1750 kg/m3.Ces données sont consignées dans le tableau 1 Ci- dessous.

TABLEAU 1

<tb> <SEP> CONCENTRATION <SEP> DE <SEP> L'AGENT <SEP> DE <SEP> SOUTENEMENT
<tb> <SEP> KG/m <SEP> DE <SEP> FLUIDE
<tb> Boue <SEP> initiale <SEP> Boue <SEP> d'évacuation <SEP> Mousse <SEP>
<tb> <SEP> 1128 <SEP> 1188 <SEP> 1
<tb> <SEP> 1249 <SEP> 1332 <SEP> 2
<tb> <SEP> 1320 <SEP> 1464 <SEP> 3
<tb> <SEP> 1992 <SEP> 1560 <SEP> 4
<tb> <SEP> 1464 <SEP> 1644 <SEP> 5
<tb> <SEP> 1572 <SEP> 1752 <SEP> 6+
<tb>
Pour illustrer les données d'une autre manière habituellement utilisée dans le domaine, des densitésab- solues de 1464 et 1644 kg/m correspondent à 1055 et 1714 kg de sable ajoutés par m de fluide, respectivement.

Sans le concentrateur de boue et les caractéristiques dyna- miques du syst'eme, on pourrait penser généralement qu'il serrait imposible par exemple, pour un m de ce fluide porteur de transporter 1644 kg de sable c c'est-à-dire beaucoup mins que les 2217 kg que l'on a pu obtenir pendant le cours de ce procédé de fracture. An total 107 000 kg d'agent de soutènement sont mis en place en utilisait 337 000 litres de fluide liquide en 18126 m d' d'azote. Ce puits est fermé pendant une certaine période et ouvert doucement, selon les processus normalisés. Le processus de fracture ssest déroulé avec extrêmement de succès selon les données initiales de production.

Le concentrateur de boue utilisé dans l'exemple ci-dessus a été mis en oeuvre de façon similaire dans d'autres processus de fractures où la boue a été soumise à des pressions supérieures a 700 kg/cm2. Ces processus ont été mis en oeuvre de façon identique avec succès et le concentrateur de boue a très bien fonctionn.

Claims

Revendications

1 - Duse d'étranglement susceptible de réduire la pression des fluides qui la traversent, cette duse comportant un carter présentant une première et une seconde extrémités définissant un alésage de section transversale généralement circulaire qui s'étend, le long de son axe de révolution, de la première à la seconde extrémité, cet alésage étant de dia mètre variable le long de son axe et comportant des zones de grand diamètre adjacentes aux première et seconde extré- mités du carteret une zone (111) de diamètre minimal d, intermédiaire entre les première et seconde extrémités, cet alésage présentant une configuration générale approximativement similaire à celle d'une embouchure de trompette (110) entre la première extrémité et le zone de diamètre minimal (111) et cet alésage présentant une configuration tronconique (112) entre la seconde extrémité et la région de diamètre minimal (111) avec un angle total inclus d'environ 4 à environ 8 et présentant vue longueur le long de laxe de révolution allant jusqu'à environ 9d entre la région de diamètre mini mal (111) et la seconde extrémité.

2 - Duse selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'angle total inclus est d'environ 54 à environ 7 .

3 - Duse selon la revendication 2, caractérisée par le fait que l'angle total inclus est d'environ 5 .

4 - Duse selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les parois définissant l'embouchure de trompette (110) entre la première extrémité et la région de diamètre minimal (111) sont constituées d'un matériau résistant à 1' abrasion .

5 - Duse selon la revendication 4, caractérisée par le fait que la paroi définissant l'embouchure de trompette (110) est constituée en carbure de tungstène ou en acier carburé.

6 > Duse selon la revendication 5, caractérisée par le fait qu'elle comprend un insert en carbure de tungstène ou en acier carburé présentant des parois qui définissent un alésage de section transversale généralement circulaire avec un axe de révolution coaxial avec l'alésage du carter, l'alésage de cet insert formant l'embouchure de trompette (llo) entre la première extrémité et la région de diamètre minimal (111) dans l'alésage.

7 - Duse selon la revendication 19 caractérisée par le fait qu'elle comporte un filetage externe à la seconde extrémité du carter.

8 - Duse selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la partie externe de la première extrémité du carter a une configuration lui p&commat;mnettant de s'adapter gr & e un assemblage requérant un engagement à force.

9 - Duse selon la revendication 8, caractérisée par le fait que la première extrémité du carter a une configuration en carré ou en hexagone.