FR2741382A1 - Methode et dispositif de production par pompage dans un drain horizontal - Google Patents
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Abstract
- La présente invention concerne une méthode et un dispositif de pompage dans un puits comportant une portion fortement inclinée par rapport à la verticale. On descend dans le puits des moyens de pompage (4) solidaires d'une colonne de tubes (5). On place dans la portion fortement inclinée du puits, des moyens d'aspiration (15, 16) à l'extrémité inférieure des moyens de pompage. - On dispose au moins un orifice d'aspiration (26) de façon latérale par rapport aux moyens d'aspiration et selon une seule direction. - On oriente la direction de l'orifice de façon à ce qu'il soit sensiblement en face d'une génératrice inférieure dudit puits. - Dans une variante, les moyens d'aspiration comportent un corps (22) articulé pouvant placer l'orifice en face de la génératrice inférieure du puits.
Description
La présente invention concerne une méthode et un dispositif pour la production d'hydrocarbuoes par pompage dans un drain sensiblement horizontal. Le drain est foré dans un réservoir d'hydrocarbures selon une trajectoire comportant au moins un tronçon fortement incliné par rapport à la verticale.
La présente invention s'applique au cas où les hydrocarbures drainés par le drain horizontal contiennent une proportion non négligeable de gaz par rapport à la phase liquide, plus ou moins visqueuse. Dans ce cas, le pompage d'un effluent diphasique peut être d'un faible rendement
On connaît la mise en place d'un séparateur statique dans un pame du drain incliné, mais l'efficacité du pompage n'a pas été sensiblement améliorée car la différence de niveau entre l'entrée et la sortie du séparateur est faible et que le séparateur peut créer des pacte de charge nuisibles à l'efficacité du pompage comme de l'action de séparation.De plus, dans le cas où le niveau dynamique de l'effluent est bas par rapport à la partie inclinée du puits, la mise en place de la pompe et du séparateur est pratiquement impossible dans une zone trop inclinée.
On connaît la mise en place d'un séparateur statique dans un pame du drain incliné, mais l'efficacité du pompage n'a pas été sensiblement améliorée car la différence de niveau entre l'entrée et la sortie du séparateur est faible et que le séparateur peut créer des pacte de charge nuisibles à l'efficacité du pompage comme de l'action de séparation.De plus, dans le cas où le niveau dynamique de l'effluent est bas par rapport à la partie inclinée du puits, la mise en place de la pompe et du séparateur est pratiquement impossible dans une zone trop inclinée.
De préférence, la présente invention peut concerner tous les puits de drainage dans lesquels l'effluent est multiphasique et s'écoule dans le drain sous forme stratifiée, c'est dire s'il s'agit de gaz et de liquide, le gaz remplit la partie supérieure du drain alors que l'huile coule sur le fond du drain sensiblement horizontal.
Ainsi, la présente invention concerne une méthode de pompage dans un puits comportant une portion fortement inclinée par rapport à la verticale, dans laquelle on descend dans ledit puits des moyens de pompage solidaires d'une colonne de tubes, on soutient la colonne à la surface du sol par des moyens de suspension, on place des moyens d'aspiration à l'extrémité inférieure des moyens de pompage. Dans la méthode, on effectue les étapes suivantes:
- on dispose au moins un orifice d'aspiration de façon latérale par rapport audits moyens d'aspiration et selon une seule direction,
- on place lesdits moyens d'aspiration sensiblement dans ladite portion fortement inclinée,
- on oriente la direction dudit orifice de façon à ce qu'il soit sensiblement en face d'une génératrice inférieure dudit puits.
- on dispose au moins un orifice d'aspiration de façon latérale par rapport audits moyens d'aspiration et selon une seule direction,
- on place lesdits moyens d'aspiration sensiblement dans ladite portion fortement inclinée,
- on oriente la direction dudit orifice de façon à ce qu'il soit sensiblement en face d'une génératrice inférieure dudit puits.
Selon la méthode, on peut orienter ledit orifice par rotation de la colonne de tubes à partir de la surface du sol, ladite colonne entraînant dans un même mouvement de rotation les moyens de pompage et les moyens d'aspiration.
On peut contrôler l'orientation des orifices en effectuant des mesures en surface sur l'effluent refoulé par lesdits moyens de pompage.
On peut injecter, à partir de la surface du sol, un produit sensiblement au niveau de l'orifice d'aspiration.
L'invention concerne également un dispositif de pompage dans un puits comportant une portion fortement inclinée par rapport à la verticale, ledit dispositif comporte des moyens de pompage solidaires d'une colonne de tubes, des moyens de suspension de la colonne à la surface du sol, des moyens d'aspiration placés à l'extrémité inférieure des moyens de pompage. Les moyens d'aspiration comportent au moins un orifice d'aspiration débouchant de façon latérale par rapport audits moyens d'aspiration et selon une direction spécifique.
L'orifice peut être situé sur un corps et ledit corps peut comporter au moins une liaison rotative de façon à ce qu'il puisse tourner relativement audits moyens de pompage.
Le corps peut comporter des moyens d'orientation adaptés à sensiblement placer ledit orifice en face d'une génératrice inférieure de la portion inclinée du puits.
Les moyens d'orientation peuvent comporter des aimants disposés latéralement audit orifice.
Les moyens d'aspiration peuvent comporter des moyens d'injection d'un fluide sensiblement dans le voisinage de l'orifice.
Les moyens d'injection peuvent comporter une tête d'injection liée audit corps par l'intemiliai d'une liaison rotative.
L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront clairement à la lecture de la description d'exemples, nullement limitatifs, illustrés par les figures annexes parmi lesquelles:
- La figure 1 représente schématiquement le dispositif mis en place dans un puits de production,
- La figure 2A représente en coupe longitudinale une réalisation particulière de l'invention,
- Les figures 2B et 2C représentent des coupes transversales de la réalisation selon la figure 2A,
- Les figures 3A, 3B et 3C représentent une autre réalisation de l'invention.
- La figure 1 représente schématiquement le dispositif mis en place dans un puits de production,
- La figure 2A représente en coupe longitudinale une réalisation particulière de l'invention,
- Les figures 2B et 2C représentent des coupes transversales de la réalisation selon la figure 2A,
- Les figures 3A, 3B et 3C représentent une autre réalisation de l'invention.
- La figure 4 montre une variante de réalisation illustrée par la figure 2A.
La figure 1 représente en coupe un puits 1 foré à partir du sol selon une partie sensiblement verticale puis en inclinaison jusqu'à sensiblement atteindre une position honzontale dans la couche réservoir contenant les hydrocarbures. Un cuvelage 3 est mis en place dans le puits généralement pour couvrir les terrains depuis la surface jusqu'à l'entrée dans la couche productrice. Des moyens de pompage 4, par exemple une pompe volumétrique du type Moineau, sont descendus dans le puits par une colonne de tubes 5 tenue à la tête de puits par des moyens de suspension 6. La pompe 4 est en général positionnée sous le niveau dynamique 7 de i'effluent remplissant le puits 1.Dans l'exemple représenté ici, la pompe comporte un rotor 8 entraîné en rotation par une colonne 9 de tiges, ou de tubes, ladite colonne étant mise en rotation par des moyens mécaniques de surface 10.
Le cuvelage 3 comporte une conduite latérale 13 contrôlée par une vanne 14. Le gaz qui est recueilli dans l'espace intérieur de cette colonne 3 pourra être évacué par la conduite latérale 13.
La colonne de tubes 5 comporte également en surface une conduite 11 de refoulement ("flowline") de la production soutirée par la pompe 4. Une vanne 12 contrôle le flux.
Le conduit d'aspiration de la pompe est prolongé par une tubulure d'extension 15 ("tail pipe") de façon à pouvoir positionner le ou les points d'aspiration à l'endroit optimal dans le drain horizontal pour obtenir le meilleur rendement de production. La tubulure d'extension 15 pourra comporter à son extrémité un tête 16 dont le ou les orifices sont disposés dans une direction privilégiée par rapport à l'axe du drain.
Sur la figure 1, l'effluent est représenté en écoulement stratifié: le gaz 17 se trouvant dans la partie supérieure du drain 2, au dessus de la phase liquide des hydrocarbures. Dans la partie du puits moins inclinée par rapport à la verticale, l'écoulement stratifié est généralement perturbé, par exemple, par l'action d'aspiration de la pompe, par la présence de la pompe ou de tubes qui réduisent l'espace annulaire et bien entendu par l'action de la gravité. Le gaz peut se reconstituer en bulles ou bouchons 19.
La tête d'aspiration 16 peut comporter au moins une ouverture située le long dune génératrice du tube de façon à ce que l'orientation de ladite génératrice autour de son axe, permet de diriger et de placer l'ouverture d'aspiration au plus près de la génératrice inférieure du drain horizontal. Ainsi, le point d'aspiration sera le plus éloigné du gaz éventuellement accumulé dans la partie haute du drain. L'ouverture d'aspiration peut être constituée d'un ou de plusieurs trous cylindriques alignés sur une même génératrice, ou par une ouverture oblongue alignée sur une génératrice.
Dans une première réalisation de l'invention, le tube d'extension 15 et éventuellement la tête d'aspiration sont solidaires du stator de la pompe, lequel est solidaire de la colonne de tubes 5. De plus, les moyens de suspensions 6 de la colonne 5 sur la tête de puits comportent des moyens de rotation, équivalents à une table de rotation, de façon à pouvoir tourner l'ensemble de la colonne 5 autour de son axe, en entraînant dans le même mouvement, la rotation du stator de la pompe, du tube d'extension 15 et de la tête d'aspiration 16. Ainsi, il sera possible depuis la surface de déplacer en rotation les ouvertures d'aspiration pour positionner celles-ci au plus bas dans le drain horizontaL Des appareils de mesure du type pendule peuvent être utilisés pour repérer la position desdites ouvertures.Ces appareils ne sont pas décrits ici, car il sont connus et déjà utilisés par le technicien pour orienter un instrument dans un puits, par exemple un raccord coudé.
Une autre méthode de vérification de la position basse optimale des ouverts d'aspiration est de contrôler le taux de gaz entraîné par l'effluent refoulé par la pompe (GOR ou Gas Oil Ratio) pour plusieurs orientations des ouvertures, orientations effectués à l'aide des moyens 6. On se fixera à l'orientation qui fournit le taux de gaz le plus bas, si c'est le résultat recherché.
Dans certaines configuration de puits, il est difficile ou tout au moins'dangerwr de tourner l'ensemble de la colonne 5 sur elle même. Cela sera en général le cas dans les forages déviés avec un petit rayon de courbure où les frottements peuvent dépasser la résistance à la torsion des tubes. n est alors avantageux d'utiliser une tête d'aspiration 16 selon les figures 2A, 2B et 2C.
La figure 2A représente en coupe l'extrémité du tube d'extension 15 vissé à l'aide d'un raccord conventionnel 21 à la tête d'aspiration 22. La tête d'aspiration 22 est constituée principalement par un raccord de fixation 24 adapté à être vissé sur le raccord 21 a par un corps 25 lié au raccord de fixation 24 par une articulation rotative 23. Le corps 22 est ainsi libre en rotation autour de l'axe 27. Le corps 25 comporte un conduit 28 qui prolonge l'espace intérieur 29 de l'extension 15. Le conduit 28 débouche par une ouverture latérale 26 de forme allongée selon la direction d'une génératrice. La largeur de l'ouverture est illustrée sur la figure 2C.
Le corps 25 comporte également une série d'aimants 30 et 31 respectivement disposés en avant et en arrière de l'ouverture 26 et selon sensiblement la même géniatricc que l'ouverture.
La figure 2B montre en coupe la position circonférentielle des aimants.
La figure 2C montre en coupe la forme que peut avoir l'ouverture latérale 26, ainsi que sa position relativement au tube 32 qui recouvre le drain horizontal. Bien entendu, ce tube (généralement appelé "liner") est perforé sur toute la longueur du drain de façon à ce que l'effluent contenu dans la roche réservoir puisse s'écouler dans le drain,
Le principe de fonctionnement de la tête d'aspiration 22 est de prendre une orientation spécifique d'elle même de façon à présenter l'ouverture 26 vers le bas du liner 32, c'est-à-dire à une plus grande distance du gaz accumulé dans le haut du liner. Les moyens d'aspiration sont placés dans la portion fortement inclinée du puits, aussi leur position dans le drain est de reposer sur le fond, c'est-à-dire sensiblement au contact avec la génératrice inférieure du drain.L'orientation de l'ouverture se fait notamment par l'action de la gravité et grâce à la liaison rotative 23. Le corps 25 est usiné de façon à ce que son centre de gravité se trouve en dessous de l'axe 27, l'usinage du corps 25 ménageant des masses dc part et d'autre de l'ouverture se distingue clairement sur les figures 2B et 2C. Pour compléter l'action de la gravité, les aimants 30 et 31 ont tendance à mettre en rotation le corps 25 autour de son axe pour diminuer la distance d'entrefer constitué par les aimants et la paroi intérieure du liner 32. Bien entendu, le liner 32 sera en matériau magnétique.
Le principe de fonctionnement de la tête d'aspiration 22 est de prendre une orientation spécifique d'elle même de façon à présenter l'ouverture 26 vers le bas du liner 32, c'est-à-dire à une plus grande distance du gaz accumulé dans le haut du liner. Les moyens d'aspiration sont placés dans la portion fortement inclinée du puits, aussi leur position dans le drain est de reposer sur le fond, c'est-à-dire sensiblement au contact avec la génératrice inférieure du drain.L'orientation de l'ouverture se fait notamment par l'action de la gravité et grâce à la liaison rotative 23. Le corps 25 est usiné de façon à ce que son centre de gravité se trouve en dessous de l'axe 27, l'usinage du corps 25 ménageant des masses dc part et d'autre de l'ouverture se distingue clairement sur les figures 2B et 2C. Pour compléter l'action de la gravité, les aimants 30 et 31 ont tendance à mettre en rotation le corps 25 autour de son axe pour diminuer la distance d'entrefer constitué par les aimants et la paroi intérieure du liner 32. Bien entendu, le liner 32 sera en matériau magnétique.
A l'extrémité du corps 25 on pourra disposer d'un moyen 33 facilitant le glesement longitudinal et transversal du corps sur la paroi du liner.
Les figures 3A, 3B et 3C illustrent une variante de la réalisation de la figure 2 dans laquelle on a adjoint des moyens d'injection d'un produit, par exemple un produit fluidifiant de l'hydrocarbure liquide. Cette injection se fait sensiblement dans le voisinage de l'orifice d'aspiration, au niveau de la tête d'aspiration. La tête d'aspiration 22 comporte un corps 34 dont la fixation sur le tube d'extension 15 se fait de façon similaire à la fixation représentée sur la figure 2A. Le conduit intérieur 28 et l'ouverture latérale 26 peuvent être identiques à la précédente réalisation. De même pour la disposition des aimants 30 et 31 qui jouent également le même rôle.
A l'extrémité du corps 34, un nez d'injection est assemblé par le moyen d'une liaison rotative 36, peut être semblable à la liaison 23. Le nez d'injection 35 est fixé en rotation à l'extension 15 par un tube 37. Le tube 37 sera de préférence en atriau amagnétique pour ne pas perturber l'action des aimants dans leur rôle d'orientation de l'ouverture 26 en tournant le corps 34. Le conduit intérieur 38 du tube 37 est en communication avec un ensemble de canaux 39 forés dans le nez 35. Les canaux 39 débouchent par des orifices d'injection 40, 41, 42 et 43. La disposition des orifices d'injection peut être notamment définie par la nature des hydrocarbures visqueux, la présence plus ou moins importante de gaz, ou la nature de l'écoulement.
Les figures 3B et 3C montrent la position du tube 37 en coupe.
Ainsi, il est possible d'avoir une tête d'aspiration a orientation automatique et un système d'injection d'un fluide en avant de la tête d'aspiration.
Le tube 37 est relié à la surface par un tube 44 (figure 1) placé dans l'annulairc défini par les colonnes 3 et 5. En même temps que le dispositif de pompage est descendu dans le puits, le tube 44 est déroulé ou assemblé pour suivre la descente de la tête d'aspiration. Le tube 44 peut être un tube métallique du type "coiled tubing" ou un tube flexible en matière composite.
La figure 4 est une variante très proche de celle de la figure 2A. Le diamètre extérieur du corps 25 est usiné de façon à ce que la tête d'aspiration 22 soit en portc-8-faux par rapport à l'extension 15 et au raccord 21. Dans cette variante, le diamètre du raccord 21 est élargi de façon à ce que le corps 25 ne soit pratiquement pas en contact avec la paroi du drain horizontal. Les moyens d'orientation peuvent être semblables à ceux des autres variantes. De plus, un tube d'injection 50 d'un fluide de fluidification passe de l'espace annulaire dans l'intérieur de la tête d'aspiration par le moyen d'un raccord de tube 51. Le tube est prolongé jusqu'à l'extrémité de la tête d'aspiration par une portion de tube 52 située sensiblement dans l'axe longitudinal du corps 25. Le tube 52 passe à travers le nez de la tête d'aspiration par un orifice 53 axial.
Le tube 52 se termine par une buse 54 permettant l'injection d'un fluide à l'avant de la tête d'aspiration. D'autres orifices 55 sont ménagés sur la longueur du tube 52 de façon à effectuer l'injection d'une partie du fluide fluidifiant au niveau de l'ouverture 26. Ainsi disposé, le tube 52 est fixe par rapport à l'extension 15, tout en laissant la liberté du corps 25 de tourner sur son axe.
Claims (10)
1) Méthode de pompage dans un puits comportant une portion fortement inclinée par rapport à la verticale, dans laquelle on descend dans ledit puits des moyens de pompage (4) solidaires d'une colonne de tubes (5), on soutient la colonne à la surface du sol par des moyens de suspension (6), on place des moyens d'aspiration (15, 16) à l'extrémité inférieure des moyens de pompage, caractérisée en ce que l'on effectue les étapes suivantes:
- on dispose au moins un orifice d'aspiration (26) de façon latérale par rapport audits moyens d'aspiration et selon une seule direction,
- on place lesdits moyens d'aspiration sensiblement dans ladite portion forment inclinée,
- on oriente la direction dudit orifice de façon à ce qu'il soit sensiblement en face d'une génératrice inférieure dudit puits.
2) Méthode selon la revendication 1, dans laquelle on oriente ledit orifice par rotation de la colonne de tubes (5) à partir de la surface du sol, ladite colonne entraînant dans un même mouvement de rotation les moyens de pompage et les moyens d'aspiration
3) Méthode selon la revendication 2, dans laquelle on contrôle l'orientation des orifices en effectuant des mesures en surface sur l'effluent refoulé par lesdits moyens de pompage.
4) Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle on injecte, à partir de la surface du sol, un produit sensiblement au niveau de l'orifice d'aspiration.
5) Dispositif de pompage dans un puits comportant une portion fortement inclinée par rapport à la verticale, ledit dispositif comporte des moyens de pompage (4) solidaires d'une colonne de tubes (5), des moyens de suspension (6) de la colonne (5) à la surface du sol, des moyens d'aspiration (15, 16) placés à l'extrémité inférieure des moyens de pompage, caractérisé en ce que lesdits moyens d'aspiration comportent au moins un orifice d'aspiration (26) débouchant de façon latérale par rapport audits moyens d'aspiration et selon une direction spécifique.
6) Dispositif selon la revendication 5, dans lequel ledit orifice est situé sur un corps (25; 34) et en ce que ledit corps comporte au moins une liaison rotative (23; 36) de façon à ce qu'il puisse toumer relativement audits moyens de pompage (4).
7) Dispositif selon la revendication 6, dans lequel ledit corps (25; 34) comporte des moyens d'orientation (30, 31) adaptés à sensiblement placer ledit orifice en face d'une génératrice inférieure de la portion inclinée du puits.
8) Dispositif selon la revendication 7, dans lequel lesdits moyens d'orientation comportent des aimants disposés latéralement audit orifice.
9) Dispositif selon l'une des revendication 5 à 8, dans lequel les moyens d'aspiration comportent des moyens d'injection (35) d'un fluide sensiblement dans le voisinage de l'orifice (26).
10) Dispositif selon la revendication 9, dans lequel lesdits moyens d'injection comportent une tête d'injection (35) liée audit corps par l'intermédiaire d'une liaison rotative (36).
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