FR2798158A1 - Controlling oil production by injecting fluid into well and diverting returning fluid into oil/gas separator whose liquid level and operating pressure are controlled - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour contrôler les venues de fluides de formation dans un puits pétrolier en cours de forage ou au cours d'opérations. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and a device for controlling formation fluid entrances in a petroleum well during drilling or during operations.
Elle trouve son application sur les installations de forage de puits pétroliers à terre ou en mer. It finds its application on drilling rigs of oil wells on land or at sea.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Classiquement une installation de forage d'une formation comporte un train de tiges cylindrique creux disposé à l'intérieur d'un cuvelage, muni à son extrémité inférieure d'un outil de forage et couplé à sa partie supérieure à un dispositif d'entraînement en rotation. STATE OF THE PRIOR ART Conventionally, a drilling rig of a formation comprises a hollow cylindrical drill string disposed inside a casing, provided at its lower end with a drilling tool and coupled at its upper part to a drill pipe. rotating drive device.
Pour les forages en mer l'installation comporte en plus un tube prolongateur qui relie la partie supérieure du cuvelage aux équipements de surface. Pendant le forage de la boue fraîche stockée dans des bacs est injectée à l'intérieur du train de tiges par une pompe à boue. For offshore drilling, the installation also includes an extension tube that connects the upper part of the casing to the surface equipment. During the drilling of fresh sludge stored in tanks is injected inside the drill string by a slurry pump.
Après passage à travers l'outil de forage, la boue injectée à l'intérieur du train de tiges se charge avec des déblais de roches formés par l'action de l'outil de forage sur la formation, remonte dans l'espace annulaire défini par le train de tiges d'une part et le cuvelage prolongé par le tube prolongateur et la paroi du trou en cours de forage d'autre part, puis retourne dans les bacs de stockage après élimination des déblais. After passing through the drilling tool, the sludge injected inside the drill string is loaded with rock cuttings formed by the action of the drilling tool on the formation, back in the annular space defined by the train of rods on the one hand and the casing extended by the extension tube and the wall of the hole being drilled on the other hand, then returns to the storage bins after removal of the cuttings.
En forage pétrolier on appelle venue, l'incursion non volontairement provoquée, du fluide contenu dans la formation, à l'intérieur du puits. In oil drilling is called come, the incursion not intentionally caused, fluid contained in the formation, inside the well.
Ce fluide peut être un hydrocarbure gazeux ou liquide ou de l'eau. Si la venue n'est pas correctement maîtrisée, elle peut conduire à l'éruption du puits, à la perte de tout ou partie des installations, provoquer des dégâts considérables pour l'environnement et entraîner des coûts importants pour la reprise du contrôle du puits et sa remise en état. This fluid may be a gaseous or liquid hydrocarbon or water. If the arrival is not properly controlled, it can lead to the eruption of the well, the loss of all or part of the installations, cause considerable damage to the environment and entail significant costs for the resumption of well control. and its restoration.
En général l'incursion des fluides de formations dans les puits est prévenue par le maintien de la pression hydrostatique exercée par la boue de forage à une valeur supérieure à celle de la pression des fluides contenus dans les formations traversées. Dans certaines situations telles que la traversée d'une formation à pression anormale, résultant d'une fausse manoeuvre, de la perte du niveau de boue dans le puits, d'un effets piston de l'assemblage de forage, il arrive que cet équilibre soit rompu et qu'une quantité plus ou moins importante de fluide de formation pénètre dans le puits et qu'il faille la traiter pour en minimiser les conséquences. In general, the incursion of formation fluids into the wells is prevented by maintaining the hydrostatic pressure exerted by the drilling mud at a value greater than that of the pressure of the fluids contained in the formations traversed. In certain situations such as the crossing of a formation with abnormal pressure, resulting from a false maneuver, the loss of the level of mud in the well, a piston effects of the drilling assembly, it happens that this equilibrium is broken and a more or less significant amount of formation fluid enters the well and it must be treated to minimize the consequences.
Pour faire face à une telle situation les appareils de forage sont équipés d'un système de sécurité qui comporte les éléments suivants - un groupe d'obturateurs de sécurité et son système de contrôle placé sur la tête de puits appelé communément Blow Out Preventer (BOP) qui permet de fermer le puits sur les équipements de forage, - un ensemble de vannes et de canalisations qui permettent la circulation confinée et l'aiguillage des fluides contenus dans le puits dont une vanne pointeau appelée duse ou choke valve en anglais montée sur une canalisation appelée ligne de controle ou choke line en anglais, qui permet de créer une perte de charge le fluide qui les traverse, la ligne de contrôle étant raccordée immédiatement en dessous du groupe d'obturateurs de sécurité, - des manomètres qui permettent de mesurer les pression en tête du train de tiges sous les obturateurs de sécurité, - un dégazeur qui permet de séparer le gaz de la boue de forage et de l'acheminer en sécurité sur une torche. To deal with such a situation the drilling rigs are equipped with a safety system that includes the following - a group of safety shutters and its control system placed on the wellhead commonly called Blow Out Preventer (BOP ) which makes it possible to close the well on the drilling equipment, - a set of valves and pipes which allow the confined circulation and the routing of the fluids contained in the well including a needle valve called choke valve in English mounted on a line called control line or choke line in English, which creates a pressure drop fluid flowing through them, the control line being connected immediately below the group of safety shutters, - manometers that measure the pressure at the head of the drill string under the safety shutters, - a degasser which separates the gas from the drilling mud and carry it safely on a torch.
Une procédure classique de contrôle d'une venue connue sous le nom de "driller's method" est décrite au chapitre 9 'Principes du contrôle des venues" pages 253 à 265 du document intitulé "le forage" de J.P. NGUYEN - Edition TECHNIP PARIS 1993. A conventional procedure for controlling an event known as the "driller's method" is described in chapter 9 'Principles of the control of comings "pages 253 to 265 of the document entitled" Drilling "by J. P. NGUYEN - Edition TECHNIP PARIS 1993.
Cette méthode consiste à mesurer ou calculer les pertes de charge Pcr dans le train de tiges à différents débits d'injection par exemple<B>1110</B> et<B>113</B> du débit de boue en forage normal et après détection d'une venue - à arrêter l'entraînement du train de tiges et le pompage de la boue, - à fermer les obturateurs, - à mesurer la pression Pt en tête du train de tiges. This method consists in measuring or calculating the pressure losses Pcr in the drill string at different injection rates, for example <B> 1110 </ B> and <B> 113 </ B> of the mud flow rate during normal drilling and after detection of an arrival - to stop the driving of the drill string and the pumping of the sludge, - to close the shutters, - to measure the pressure Pt at the head of the drill string.
Cette pression Pt ajoutée à la pression hydrostatique de la colonne de boue en place dans le puits est représentative de la pression des fluides de formation, si le volume de la venue n'est pas trop important. This pressure Pt added to the hydrostatic pressure of the mud column in place in the well is representative of the pressure of the formation fluids, if the volume of the coming is not too important.
La méthode consiste ensuite injecter de la boue de forage pour exercer en fond de puits une pression Pf constante égale à la pression hydrostatique de la boue de forage contenue dans les tiges augmentée d'une valeur de sécurité S et de la différence de pression entre la pression exercée par la boue de forage et la pression du fluide de formation égale à Pt mesurée précédemment. The method then involves injecting drilling mud to exert at the bottom of the well a constant pressure Pf equal to the hydrostatic pressure of the drilling mud contained in the rods increased by a safety value S and the pressure difference between the pressure exerted by the drilling mud and the formation fluid pressure equal to Pt measured previously.
Pour maintenir la pression Pf à cette valeur, on maintient la pression Pr d'injection de la boue de forage égale à Pt+Pcr+S en agissant sur la duse de la ligne de contrôle (chocke line) pour créer une perte de charge sur le débit de boue. Ces opérations étant effectuées la boue contenue dans le puits est remplacée par une boue de densité telle que la pression hydrostatique soit suffisante pour équilibrer la pression du fluide de formation tout en maintenant la pression au fond du puits constante par action sur la duse. To maintain the pressure Pf at this value, the injection pressure Pr of the drilling mud is maintained equal to Pt + Pcr + S by acting on the choke of the control line (chocke line) to create a pressure drop on the sludge flow. These operations being carried out, the sludge contained in the well is replaced by a slurry of density such that the hydrostatic pressure is sufficient to balance the pressure of the formation fluid while maintaining the pressure at the bottom of the constant well by action on the choke.
Lorsque la stabilité du puits est rétablie les opérations de forage peuvent reprendre. When well stability is restored, drilling operations can resume.
Cette méthode de contrôle des venues est très dépendante de perte de charge créer par la Buse, qui est fonction de son ouverture, de la nature des fluides qui la traverse et du débit instantané de ces fluides. Au cours des opérations de contrôle la duse étant traversée par de la boue de forage, de l'eau, du pétrole brut, du gaz ou un mélange de ces fluides. ces paramètres sont très variables. This approach control is very dependent on the pressure drop created by the nozzle, which is a function of its opening, the nature of the fluids passing through and the instantaneous flow of these fluids. During control operations the choke is traversed by drilling mud, water, crude oil, gas or a mixture of these fluids. these parameters are very variable.
Du fait de ces variations cette méthode ne permet pas un controle précis des pressions exercées sur la formation. Because of these variations, this method does not allow precise control of the pressures exerted on the formation.
De plus la duse se comportant comme une restriction sur le circuit de circulation de la boue a tendance à se boucher avec le déblais de forage remontés et à s'éroder en raison des fortes vitesses des fluides qui la traversent de leur caractère abrasif. In addition, the choke behaving as a restriction on the circulation circuit of the sludge tends to clog up with cuttings raised and erode due to the high speeds of the fluids that pass through their abrasive nature.
Du fait de ces risques de bouchage et d'abrasion on est amené à limiter le débit de boue à une fraction du débit disponible. Because of these risks of clogging and abrasion, it is necessary to limit the flow of sludge to a fraction of the available flow rate.
Dans le cas de forages de puits sous-marin par grands fonds le débit de boue est aussi limité par la perte de charge dans la ligne auxiliaire qui est de faible diametre et de grande longueur. In the case of submarine deep well drilling, the sludge flow rate is also limited by the pressure drop in the auxiliary line which is of small diameter and of great length.
Cette méthode présente aussi l'inconvénient d'être difficile à automatiser, ce qui impose la présence continue d'un opérateur vigilant pendant toute la durée de mise sous contrôle du puits, qui peut atteindre plusieurs jours. This method also has the disadvantage of being difficult to automate, which requires the continued presence of a vigilant operator for the duration of well control, which can reach several days.
EXPOSE DE L'INVENTION La présente invention a justement pour objet de remédier à ces inconvénients et de fournir une méthode et un dispositif cette fin, la présente invention propose une méthode de contrôle des venues dans un puits pétrolier en cours de forage ou de complétion au moyen d'une installation comportant un train de tiges disposé à l'intérieur d'un cuvelage qui forment un espace annulaire par lequel remonte un fluide de forage injecté dans le train de tiges et un obturateur dudit espace annulaire placé à l'extrémité supérieure du cuvelage qui consiste à l'apparition d'une venue, à fermer l'obturateur et arrêter l'injection de fluide de forage, méthode caractérisée en ce qu'elle consiste à - extraire du fluide de forage de la partie de l'espace annulaire située en dessous de l'obturateur, - séparer le fluide extrait de l'espace annulaire en un liquide extrait et un gaz extrait, au moyen d'un séparateur liquide I gaz, - soutirer le liquide extrait du séparateur liquide I gaz, - réguler le niveau de liquide extrait dans le séparateur pour maintenir ledit niveau à une valeur constante en agissant sur le débit de liquide soutiré, - évacuer le gaz extrait par des moyens d'évacuation adaptés, - réguler la pression dans le séparateur liquide I gaz en agissant sur le débit de gaz extrait évacué, de manière à maintenir la pression en fond de puits à une valeur légèrement supérieure à la pression de gisement. SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is precisely to remedy these drawbacks and to provide a method and a device for this purpose. The present invention proposes a method for controlling the comings in a petroleum well during drilling or completion. means of an installation comprising a set of rods disposed inside a casing which form an annular space through which a drilling fluid injected into the drill string and a shutter of said annular space placed at the upper end of the drill string casing which consists of the appearance of a coming, closing the shutter and stop the injection of drilling fluid, characterized in that it consists in - extracting drilling fluid from the portion of the annular space located below the shutter, - separating the fluid extracted from the annular space into an extracted liquid and an extracted gas, by means of a liquid separator I gas, - withdrawing the e liquid extracted from the liquid separator I gas, - regulate the level of liquid extracted in the separator to maintain said level to a constant value by acting on the flow of liquid withdrawn, - evacuate the gas extracted by suitable means of evacuation, - regulating the pressure in the liquid separator I gas by acting on the evacuated exhaust gas flow, so as to maintain the downhole pressure at a value slightly higher than the reservoir pressure.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le puits pétrolier étant un puits sous-marin comportant un tube prolongateur du cuvelage, la méthode consiste à injecter le liquide soutiré du séparateur dans la partie de l'espace annulaire défini par le train tiges et le tube prolongateur, située immédiatement au dessus de l'obturateur. According to another characteristic of the invention, the oil well being an underwater well comprising an extension tube of the casing, the method consists in injecting the liquid withdrawn from the separator into the part of the annular space defined by the drill string and the extension tube, located immediately above the shutter.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le puits pétrolier étant un puits à terre l'installation de forage comportant un bac à boue, la méthode consiste à deverser le liquide soutiré du séparateur dans ledit à boue. According to another characteristic of the invention, the oil well being a well on the ground drilling installation comprising a sludge tank, the method consists in pouring the liquid withdrawn from the separator into said sludge.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la pression en tête du train de tiges étant mesurée immédiatement après la fermeture de l'obturateur, la pression en fond de puits est calculée à partir de la valeur ladite mesure de pression. According to another characteristic of the invention, the pressure at the head of the drill string being measured immediately after closure of the shutter, the downhole pressure is calculated from the value of said pressure measurement.
Selon une autre caractéristique la méthode de l'invention consiste en plus à maintenir pression à l'intérieur du séparateur liquide I en injectant un gaz sous pression à partir d'une capacité auxiliaire. According to another characteristic, the method of the invention also consists in maintaining pressure inside the liquid separator I by injecting a gas under pressure from an auxiliary capacity.
L'invention a aussi pour objet un dispositif de contrôle des venues dans un puits pétrolier en cours de forage ou de complétion au moyen d'une installation comportant un train de tiges disposé à l'intérieur d'un cuvelage qui définissent un espace annulaire par lequel remonte un fluide de forage injecté dans le train de tiges et un obturateur dudit espace annulaire placé à l'extrémité du cuvelage fermé à l'apparition d'une venue, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte - un séparateur liquide/gaz placé à proximité de l'obturateur pour séparer du fluide de forage extrait de la partie de l'espace annulaire située sous l'obturateur par une canalisation d'alimentation, en un liquide extrait et un gaz extrait, - une canalisation de sortie de liquide pour soutirer du liquide extrait du séparateur, au travers d'une vanne de contrôle de débit du liquide soutiré, - des moyens de régulation du niveau de liquide extrait dans le séparateur pour maintenir ledit niveau à une valeur constante en agissant sur la vanne de contrôle du débit de liquide soutiré, - une canalisation de sortie de gaz qui relie le séparateur à un équipement d'évacuation, au travers d'une vanne de contrôle du débit de gaz de sortie, pour évacuer le gaz extrait, - des moyens de régulation de la pression dans le séparateur pour maintenir ladite pression à une valeur de consigne, en agissant sur la vanne de contrôle du débit de gaz de sortie, de manière à maintenir la pression en fond de puits une valeur légèrement supérieure à la pression de gisement. The subject of the invention is also a device for controlling the comings in a petroleum well during drilling or completion by means of an installation comprising a set of rods disposed inside a casing which define an annular space by which raises a drilling fluid injected into the drill string and a shutter of said annular space placed at the end of the casing closed to the appearance of a coming, characterized in that it comprises - a liquid / gas separator placed in the vicinity of the shutter for separating drilling fluid extracted from the portion of the annular space located under the shutter by a supply pipe, into an extracted liquid and an extracted gas, - a liquid outlet pipe for withdrawing liquid extracted from the separator, through a valve for controlling the flow of liquid withdrawn, means for regulating the level of liquid extracted in the separator to maintain the constant level by acting on the liquid flow control valve withdrawn, - a gas outlet pipe which connects the separator to an evacuation equipment, through a gas flow control valve of outlet for evacuating the extracted gas; means for regulating the pressure in the separator to maintain said pressure at a set point, by acting on the outlet gas flow control valve, so as to maintain the pressure in downhole a value slightly higher than the reservoir pressure.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le puits pétrolier étant un puits sous marin comportant un tube prolongateur du cuvelage, la canalisation de sortie du liquide relie le séparateur à la partie de l'espace annulaire défini par le train de tiges le tube prolongateur, située immédiatement au dessus de l'obturateur pour injecter le liquide soutiré dans ladite partie d'espace annulaire. According to another characteristic of the invention, the oil well being an underwater well comprising an extension tube of the casing, the liquid outlet duct connects the separator to the part of the annular space defined by the drill string the extension tube , located immediately above the shutter for injecting the liquid withdrawn into said annular space portion.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le puits pétrolier étant un puits à terre et l'installation de forage comportant un bac à boue, la canalisation de sortie du liquide relie le séparateur au dit bac à boue pour évacuer le liquide soutiré. According to another characteristic of the invention, the oil well being a well on land and the drilling installation comprising a mud tank, the liquid outlet pipe connects the separator to said mud tank to evacuate the liquid withdrawn.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'installation de forage ou complétion comportant des moyens de mesure de la pression en tête du train de tiges, la pression en fond de puits est calculée à partir de la valeur de ladite pression mesurée immédiatement après la fermeture de l'obturateur. According to another characteristic of the invention, the drilling or completion installation comprising means for measuring the pressure at the head of the drill string, the downhole pressure is calculated from the value of said pressure measured immediately after closing the shutter.
Selon une autre caractéristique le dispositif de l'invention comporte en plus une capacité auxiliaire remplie d'un gaz sous pression reliée au séparateur liquidelgaz et des moyens de régulation pour maintenir la pression dans ledit séparateur à une valeur prédéterminée. According to another characteristic, the device of the invention further comprises an auxiliary capacity filled with a pressurized gas connected to the liquid-liquid separator and regulating means for maintaining the pressure in said separator at a predetermined value.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre en référence dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement un premier mode de réalisation conforme au descriptif de l'invention utilisable pour le contrôle des venues dans les puits pétroliers sous-marins au cours d'opérations de forage, - la figure 2 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation conforme au descriptif de l'invention utilisable pour le contrôle des venues dans les puits pétroliers à terre au cours d'opérations de forage, EXPOSE DETAILLE DE L'INVENTION D'une manière générale la méthode et le dispositif de l'invention sont utilisés pour contrôler les venues dans un puits de production d'hydrocarbures en mer au cours des opérations de forage. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be better understood with the aid of the description which will follow with reference to the appended drawings in which - FIG. 1 schematically represents a first embodiment in accordance with the description of the invention that can be used for controlling the comings and goings. in submarine oil wells during drilling operations, FIG. 2 diagrammatically represents a second embodiment in accordance with the description of the invention that can be used for the control of oil-well arrivals on land during operations. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In general, the method and the device of the invention are used to control the inflow into a hydrocarbon production well at sea during drilling operations.
La figure 1 représente schématiquement un premier mode de réalisation du dispositif de l'invention pour contrôler les venues dans un puits 1 pétrolier sous- marin en cours de forage dans une formation 7 au moyen d'une installation qui comporte un train 2 de tiges entouré d'un cuvelage 3 prolongé par un tube 4 prolongateur qui relie le cuvelage 3 des équipements de surface. FIG. 1 diagrammatically represents a first embodiment of the device of the invention for controlling the comings in an underwater oil well 1 while being drilled in a formation 7 by means of an installation which comprises a train 2 of rods surrounded by a casing 3 extended by a tube 4 extension that connects the casing 3 surface equipment.
Le train 2 de tiges, le cuvelage 3 et le tube 4 prolongateur définissent un espace annulaire 5. The train 2 of rods, the casing 3 and the extension tube 4 define an annular space 5.
Au cours des opérations de forage de la boue fraîche injectée au travers du train 2 de tiges circule jusqu'à l'extrémité inférieure (non représentée) du train de tiges sur laquelle est monté un outil de forage. During drilling operations the fresh sludge injected through the train 2 of rods flows to the lower end (not shown) of the drill string on which is mounted a drill bit.
Après passage au travers de l'outil de forage entraîné en rotation par le train 2 de tiges, la boue se charge avec des déblais formés par l'action de l'outil de forage sur la formation et remonte dans l'espace 5 annulaire. After passing through the drilling tool driven in rotation by the train 2 of rods, the sludge is loaded with cuttings formed by the action of the drilling tool on the formation and back in the annular space.
L'installation de forage comporte aussi un obturateur 6 de sécurité qui est inséré entre le cuvelage 3 et le tube prolongateur 4 pour isoler la partie supérieure de l'espace annulaire formée par le train 2 de tiges et le tube 4 prolongateur de la partie inférieure formée par le train 2 de tiges et le cuvelage 3, en cas de nécessité. The drilling installation also comprises a safety shutter 6 which is inserted between the casing 3 and the extension tube 4 to isolate the upper part of the annular space formed by the train 2 of rods and the tube 4 extension of the lower part. formed by the train 2 of rods and the casing 3, if necessary.
Lorsque survient une venue, le fluide en provenance de la formation se mélange à la boue chargée qui remonte dans l'espace annulaire 5 pour constituer un fluide biphasique ou former au long de l'espace annulaire une suite de poches de gaz qui alternent avec des bouchons de liquides. When an event occurs, the fluid from the formation mixes with the charged sludge which rises in the annular space 5 to form a biphasic fluid or form along the annular space a succession of gas pockets which alternate with corks of liquids.
Les premières opérations classiquement exécutées pour maîtriser une telle situation consistent â arrêter l'entraînement du train 2 de tiges et l'injection de boue, à fermer l'obturateur 6 et à mesurer la pression Pt en tête du train 2 de tiges. The first operations conventionally performed to control such a situation consist in stopping the driving of the train 2 of rods and the injection of sludge, in closing the shutter 6 and in measuring the pressure Pt at the head of the train 2 of rods.
Le but du contrôle d'une venue est de maintenir une pression en fond de puits suffisante pour éviter une nouvelle venue et d'éliminer le mélange de boue et de fluide de venue qui se trouve dans l'espace annulaire 5. The purpose of the control of an inlet is to maintain a downhole pressure sufficient to prevent a new arrival and to eliminate the mixture of mud and incoming fluid which is in the annular space 5.
A cette fin le dispositif de l'invention selon ce premier mode de réalisation comprend - un séparateur 8 liquide / gaz installé au fond de la mer à proximité de l'obturateur 6, équipé d'une tubulure 9 d'entrée reliée par une canalisation 12 à la partie inférieure de l'espace annulaire en dessous de l'obturateur 6, d'une tubulure 11 de sortie de liquide reliée par une canalisation 11 bis à la partie supérieure de l'espace annulaire immédiatement au dessus de l'obturateur 6 au travers d'une vanne 13 de contrôle de débit de liquide et une tubulure 10 de sortie de gaz reliée à une canalisation 16 d'évacuation de gaz vers la surface au travers d'une vanne 17 de contrôle de débit de gaz; - des moyens de régulation du niveau de liquide dans le séparateur 8 qui comportent un capteur 14 de mesure de niveau, un régulateur 15 dont l'entrée mesure est reliée au capteur 14 et la sortie délivre un signal de commande qui agit sur la vanne 13 de contrôle de sortie de liquide, - des moyens de régulation de la pression dans le séparateur 8 qui comportent un capteur 19 de mesure de pression, un régulateur 18 dont l'entrée mesure est reliée au capteur 19 et la sortie delivre un signal de commande de la vanne 17 de contrôle de sortie de gaz. For this purpose the device of the invention according to this first embodiment comprises - a separator 8 liquid / gas installed at the bottom of the sea near the shutter 6, equipped with an inlet pipe 9 connected by a pipe 12 at the lower part of the annular space below the shutter 6, a tube 11 of liquid outlet connected by a pipe 11 bis to the upper part of the annular space immediately above the shutter 6 through a liquid flow control valve 13 and a gas outlet pipe 10 connected to a pipe 16 for discharging gas to the surface through a gas flow control valve 17; - Liquid level control means in the separator 8 which comprise a level sensor 14, a regulator 15 whose measurement input is connected to the sensor 14 and the output delivers a control signal which acts on the valve 13 liquid output control system, - means for regulating the pressure in the separator 8 which comprise a pressure measurement sensor 19, a regulator 18 whose measurement input is connected to the sensor 19 and the output delivers a control signal of the valve 17 for controlling the gas outlet.
La canalisation 16 est reliée en surface à une ligne de torche non représentee sur la figure 1 pour éliminer le gaz issu du séparateur en toute sécurité. Selon la méthode de l'invention le mélange de boue et fluide de venue qui se trouve dans l'espace annulaire 5 est extrait de cet espace et séparé dans le séparateur liquide I gaz en un liquide qui est réinjecté dans l'espace annulaire au dessus l'obturateur 6 par la ligne 11 bis et en un gaz évacué vers la surface. Line 16 is connected at the surface to a torch line not shown in Figure 1 to remove the gas from the separator safely. According to the method of the invention the mixture of sludge and coming fluid which is in the annular space 5 is extracted from this space and separated in the liquid separator I gas into a liquid which is reinjected into the annular space above the shutter 6 by the line 11a and a gas discharged to the surface.
La pression dans le séparateur 8 est régulée à une valeur fixée par la consigne du régulateur 18 et calculée pour maintenir une pression constante en fond de puits, par application de la formule suivante C=Pt+Pcr+S dans laquelle C représente la valeur de consigne du régulateur 18 de la pression dans le séparateur 8 Pt représente la pression en tête de puits au moment de l'apparition de la venue, relevée au manomètre 21, S représente une marge de sécurité Le dispositif de l'invention comprend aussi une capacité 30 remplie d'un gaz neutre sous une pression reliée par une canalisation 35 au travers d'une vanne 33 de contrôle à la canalisation 16 d'évacuation de gaz vers la surface en amont de la vanne 17 de contrôle de débit de gaz, un régulateur 32 dont l'entrée mesure est reliée au capteur 19 de mesure de pression dans le séparateur 8 et qui agit sur la vanne 33 de contrôle pour maintenir au début du contrôle d'une venue ou en cours de contrôle si nécessaire, la pression dans le séparateur 8 à une valeur prédéterminée,. The pressure in the separator 8 is regulated to a value set by the set point of the regulator 18 and calculated to maintain a constant pressure downhole, by applying the following formula C = Pt + Pcr + S in which C represents the value of setpoint of the regulator 18 of the pressure in the separator 8 Pt represents the pressure at the wellhead at the moment of appearance of the arrival, read by the gauge 21, S represents a safety margin The device of the invention also comprises a capacity 30 filled with a neutral gas under a pressure connected by a pipe 35 through a control valve 33 to the pipe 16 for discharging gas to the surface upstream of the gas flow control valve 17, a controller 32 whose measurement input is connected to the pressure sensor 19 in the separator 8 and which acts on the control valve 33 to maintain at the beginning of the control of a coming or being controlled if necessary, the pressure in the separator 8 to a predetermined value ,.
Le dispositif de l'invention selon ce premier mode de réalisation comporte aussi des vannes tout ou rien 25, 26, 28 et 28bis pour permettre son isolement et une canalisation 34 pour bipasser le séparateur. La figure 2 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation du dispositif de l'invention pour contrôler les venues dans un puits 1 pétrolier â terre en cours de forage dans une formation 7 au moyen d'une installation qui comporte un train 2 de tiges entouré d'un cuvelage 3 qui définissent un espace annulaire 5. The device of the invention according to this first embodiment also includes on-off valves 25, 26, 28 and 28bis to allow its isolation and a pipe 34 to bypass the separator. FIG. 2 diagrammatically represents a second embodiment of the device of the invention for controlling the comings in an oil well 1 on the ground during drilling in a formation 7 by means of an installation which comprises a train 2 of rods surrounded by a casing 3 which define an annular space 5.
Au cours des opérations de forage de la boue fraiche est injectée au travers du train 2 de tiges, circule jusqu'à l'extrémité inférieure(non représentée) du train de tiges sur laquelle est monté un outil de forage. During drilling operations the fresh sludge is injected through the train 2 of rods, circulates to the lower end (not shown) of the drill string on which is mounted a drill bit.
Après passage au travers de l'outil de forage entraîné en rotation par le train 2 de tiges, la boue se charge avec des déblais formés l'action de l'outil de forage sur la formation et remonte dans l'espace 5 annulaire. After passing through the drilling tool driven in rotation by the train 2 of rods, the sludge is loaded with cuttings formed the action of the drilling tool on the formation and back in the annular space.
L'installation de forage comporte aussi un obturateur 6 de sécurité qui est monté l'extrémité du cuvelage 3 pour isoler la partie supérieure de l'espace 5 annulaire de la partie inférieure en cas de nécessité. The drilling installation also comprises a safety shutter 6 which is mounted on the end of the casing 3 to isolate the upper part of the annular space from the lower part if necessary.
Lorsque survient une venue, le fluide en provenance de la formation se mélange à la boue chargée qui remonte dans l'espace annulaire 5 pour constituer un fluide biphasique ou former au long de l'espace annulaire une suite de poches de gaz qui alternent avec des bouchons de liquides. When an event occurs, the fluid from the formation mixes with the charged sludge which rises in the annular space 5 to form a biphasic fluid or form along the annular space a succession of gas pockets which alternate with corks of liquids.
Les premières opérations classiquement exécutées pour maîtriser une telle situation consistent à arrêter l'entraînement du train 2 de tiges et l'injection de boue, à fermer l'obturateur 6 et à mesurer la pression Pt en tête du train 2 de tiges. The first operations conventionally performed to control such a situation consist in stopping the driving of the train 2 of rods and the injection of mud, in closing the shutter 6 and in measuring the pressure Pt at the head of the train 2 of rods.
Le but du contrôle d'une venue est de maintenir une pression en fond de puits suffisante pour éviter une nouvelle venue et d'éliminer le mélange de boue et de fluide de venue qui se trouve dans l'espace annulaire 5. The purpose of the control of an inlet is to maintain a downhole pressure sufficient to prevent a new arrival and to eliminate the mixture of mud and incoming fluid which is in the annular space 5.
A cette fin le dispositif de l'invention selon ce premier mode de réalisation comprend - un séparateur 8 liquidelgaz installé à proximité de l'obturateur 6, équipé d'une tubulure 9 d'entrée reliée par une canalisation 12 à la partie inférieure de l'espace annulaire en dessous de l'obturateur 6, d'une tubulure 11 de sortie de liquide reliée par une canalisation 40 à un bac 43 à boue au travers d'une vanne 13 de contrôle de débit de liquide et une tubulure 10 de sortie de gaz reliée à une canalisation 41 d'évacuation de gaz vers une torchère 42 au travers d'une vanne 17 de contrôle de débit de gaz; - des moyens de régulation du niveau de liquide dans le séparateur 8 qui comportent un capteur 14 de mesure de niveau, un régulateur 15 dont l'entrée mesure est reliée au capteur 14 et la sortie délivre un signal de commande qui agit sur la vanne 13 de contrôle de sortie de liquide, - des moyens de régulation de la pression dans le séparateur 8 qui comportent un capteur 19 de mesure de pression, un régulateur 18 dont l'entrée mesure est reliée au capteur 19 et la sortie délivre un signal de commande de la vanne 17 de contrôle de sortie de gaz. To this end the device of the invention according to this first embodiment comprises - a liquidelgaz separator 8 installed near the shutter 6, equipped with an inlet pipe 9 connected by a pipe 12 to the lower part of the pipe. annular space below the shutter 6, a liquid outlet pipe 11 connected by a pipe 40 to a mud tank 43 through a liquid flow control valve 13 and an outlet pipe 10 gas connected to a pipe 41 for discharging gas to a flare 42 through a gas flow control valve 17; - Liquid level control means in the separator 8 which comprise a level sensor 14, a regulator 15 whose measurement input is connected to the sensor 14 and the output delivers a control signal which acts on the valve 13 liquid output control system, - means for regulating the pressure in the separator 8 which comprise a pressure measurement sensor 19, a regulator 18 whose measurement input is connected to the sensor 19 and the output delivers a control signal of the valve 17 for controlling the gas outlet.
La canalisation 41 est reliée en surface à la torchère 42 pour éliminer le gaz issu du séparateur en toute sécurité. Line 41 is surface-connected to the flare 42 to safely remove the gas from the separator.
Selon la méthode de l'invention le mélange de boue et de fluide de venue qui se trouve dans l'espace annulaire 5 est extrait de cet espace et séparé dans le séparateur liquide I gaz en un liquide qui est récupéré dans le bac à boue et en un gaz évacué vers la torchère. According to the method of the invention the mixture of sludge and incoming fluid which is in the annular space 5 is extracted from this space and separated in the liquid separator I gas into a liquid which is recovered in the sludge tank and in a gas evacuated towards the flare.
La pression dans le séparateur 8 est régulée à une valeur fixée par la consigne du régulateur 18 et calculée pour maintenir une pression constante en fond de puits, par application de la formule suivante C Pt + Pcr + S dans laquelle C représente la valeur de consigne du régulateur 18 de pression dans le séparateur 8 Pt représente la pression en tête de puits au moment de l'apparition de la venue, relevée au manomètre 21, S représente une marge de sécurité Le dispositif de l'invention comprend aussi une capacité 30 remplie d'un gaz neutre sous une pression reliée par une canalisation 35 au travers d'une vanne 33 de contrôle à la canalisation 41 d'évacuation de gaz vers la torchère en amont de la vanne 17 de contrôle de débit de gaz, un régulateur 32 dont l'entrée mesure est reliée au capteur 19 de mesure de pression dans le séparateur 8 et qui agit sur la vanne 33 de contrôle pour maintenir au début du contrôle d'une venue ou en cours de contrôle si nécessaire la pression dans le séparateur 8 à une valeur prédéterminée. The pressure in the separator 8 is regulated to a value set by the setpoint of the regulator 18 and calculated to maintain a constant pressure downhole, by applying the following formula C Pt + Pcr + S in which C represents the setpoint value of the pressure regulator 18 in the separator 8 Pt represents the pressure at the wellhead at the moment of appearance of the arrival, read by the pressure gauge 21, S represents a margin of safety The device of the invention also comprises a filled capacity a neutral gas under a pressure connected by a pipe 35 through a control valve 33 to the pipe 41 for discharging gas to the flare upstream of the gas flow control valve 17, a regulator 32 whose input measurement is connected to the pressure sensor 19 in the separator 8 and which acts on the control valve 33 to maintain at the beginning of the control of a coming or current of if necessary, it controls the pressure in the separator 8 at a predetermined value.
Le dispositif de l'invention selon ce premier mode de réalisation comporte aussi des vannes tout ou rien 25, 26, 28 et 28bis pour permettre son isolement et une canalisation 34 pour bipasser le séparateur. The device of the invention according to this first embodiment also includes on-off valves 25, 26, 28 and 28bis to allow its isolation and a pipe 34 to bypass the separator.
Un des avantages de l'invention réside dans le fait que le fluide provenant du puits à l'apparition d'une venue arrive dans le séparateur par la canalisation 12 qui ne comporte pas de restriction, les risques de bouchage sont donc très limités ainsi que les risques de formation de bouchons liés à des phénomènes d'écoulement du fluide polyphasique extrait de l'espace annulaire. One of the advantages of the invention lies in the fact that the fluid coming from the well at the appearance of a coming arrives in the separator through the pipe 12 which does not contain any restriction, the risks of clogging are therefore very limited as well as the risks of formation of plugs related to phenomena of flow of the multiphase fluid extracted from the annular space.
Les régulations de pression et de niveau sont faites par action sur des fluides monophasiques respectivement gazeux et liquide ce qui ne présente aucune difficulté et permet un contrôle très précis de la pression en fond de puits. De plus ces régulations sont facilement automatisables par des moyens conventionnels. The pressure and level regulations are made by action on monophasic fluids respectively gaseous and liquid which presents no difficulty and allows a very precise control of the pressure downhole. Moreover, these regulations are easily automatable by conventional means.
Le fluide en provenance du puits est parfaitement confiné subit un dégazage haute pression avant d'être recyclé ce qui limite les risques d'ignition. dimensionnant correctement le séparateur, le débit de fluide extrait de l'espace annulaire peut être très supérieur au débit maximal qui peut etre obtenu avec les techniques connues de contrôle des venues. Ainsi le temps nécessaire pour la reprise contrôle du puits après une venue est réduit. Cette réduction source d'économie et accroît la sécurité notamment dans le cas du forage de puits sous- marins par grandes profondeurs. The fluid from the well is perfectly confined undergoes high pressure degassing before being recycled which limits the risk of ignition. correctly sizing the separator, the fluid flow rate extracted from the annular space can be much greater than the maximum flow rate that can be obtained with the known techniques of control of the comings. Thus the time required for the control of the well after a return is reduced. This reduction is a source of savings and increases safety, particularly in the case of the drilling of subsea wells at great depths.
Grâce à l'invention il n'est pas nécessaire d'assurer un débit fluide de forage pour maintenir la pression en fond du puits supérieure â la pression de gisement ce qui limite les risques de venues supplémentaires en cas d'arrêt du pompage de liquide de forage au cours des opérations de contrôle de venues.Thanks to the invention, it is not necessary to ensure a fluid flow of drilling to maintain the pressure at the bottom of the well greater than the reservoir pressure, which limits the risk of additional trips in the event of stopping the pumping of liquid. drilling during the control operations of comings.
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|---|---|
| FR2798158B1 (en) | 2001-12-07 |
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