FR2962153A1 - Vanne de controle de debit pour les solutions de polymeres - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé d'injection d'un fluide dans une formation souterraine, dans lequel : - un fluide est transporté dans au moins une conduite d'injection (1) ; - la conduite d'injection (1) comprend une partie principale (6) comportant un tube unique, et une vanne de contrôle de débit (8) comportant au moins dix tubes de transport de fluide (2) disposés en parallèle ; - le débit du fluide circulant dans la conduite d'injection (1) est ajusté en répartissant le fluide dans tout ou partie des tubes de transport de fluide (2) de la vanne de contrôle de débit (8) ; - le fluide issu de la conduite d'injection (1) est injecté dans la formation souterraine. L'invention concerne également une vanne de contrôle de débit (8) adaptée à la mise en œuvre de ce procédé, ainsi qu'une installation d'injection d'un fluide dans une formation souterraine permettant la mise en œuvre de ce procédé.
Description
1 VANNE DE CONTROLE DE DEBIT POUR LES SOLUTIONS DE POLYMERES DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne une vanne de contrôle de débit adaptée au transport de fluides tels que les solutions de polymères, ainsi qu'un procédé d'injection de fluide dans une formation souterraine et une installation d'injection de fluide dans une formation souterraine utilisant ladite vanne de contrôle de débit.
ARRIERE-PLAN TECHNIQUE On connaît l'utilisation de solutions de polymère, notamment de polyacrylamide, dans le cadre de la récupération assistée des hydrocarbures contenus dans une formation souterraine (EOR). Ainsi, après les opérations de récupération d'hydrocarbures au moyen de la pression naturelle du gisement, dite « primaire », on procède généralement à une récupération dite « secondaire » d'hydrocarbures, au cours de laquelle on injecte une solution de polymère dans la formation souterraine par un ou des puits d'injection, et on extrait un mélange d'hydrocarbures et de solution de polymère par un ou des puits de production. On préfère utiliser une solution de polymère et non de l'eau en raison de la mobilité souvent trop grande de l'eau : l'efficacité du balayage est améliorée en ajoutant du polymère à l'eau d'injection, de même que les conditions de production (pourcentage d'eau produite réduit). On obtient ainsi un taux de récupération plus important au moment où il est décidé d'arrêter la production (du fait d'un pourcentage d'eau produite trop élevé). Lorsque plusieurs puits d'injection sont utilisés, il est généralement nécessaire d'opérer à des pressions différentes selon les puits, afin de s'adapter à la configuration locale de la formation souterraine, et de corriger les effets de l'hétérogénéité de ladite formation souterraine. Or, plusieurs puits d'injection (ou tous les puits d'injection) sont généralement alimentés en fluide par une même source de solution de polymère. Il est donc nécessaire 01/07/201 0R:\31400\31420 S N P\31420--100610-texte_d epot.d oc- 1 er juillet 2010 de disposer de vannes de contrôle de débit pour chaque puits d'injection, notamment dans le cadre de l'exploitation en mer (en offshore), où il serait trop complexe ou trop coûteux de prévoir une ligne d'alimentation et une pompe par puits d'injection.
Parmi les vannes de contrôle de débit disponibles pour l'application ci-dessus, la société Cameron Willis propose un modèle qui consiste en une cage percée de trous. L'entrée du fluide s'effectue sur le pourtour de la cage, et la sortie se trouve au centre de la cage. La surface accessible pour l'entrée du fluide est ajustée par un piston mobile se déplaçant parallèlement à l'axe de la cage. Pour un débit donné, la perte de charge augmente lorsque la surface accessible à l'entrée du fluide diminue. Toutefois, ce système conduit à une forte dégradation des solutions de polymère utilisées pour la récupération assistée d'hydrocarbures, et donc à une diminution de la viscosité de celles-ci, ce qui nuit fortement à leur efficacité.
Par ailleurs, le document US 4,510,993 décrit une vanne de contrôle de débit pour les solutions de polymère, dans laquelle le débit est régulé par une aiguille pénétrant dans un orifice. Le document indique que les polymères ne sont pas dégradés tant que le débit ne dépasse pas 30 gallons/min, soit 7 m3/h. Toutefois, il est connu qu'une telle géométrie (type vanne pointeau) est dégradante. Ainsi, la dégradation des solutions de polymère dans ce type de système devient élevée à des débits plus réalistes de l'ordre de 100 m3/h. En outre un tel système présente des risques importants d'usure mécanique. Le document US 3,477,467 décrit une vanne de contrôle de débit appropriée pour une solution de polymère, dans laquelle la perte de charge est obtenue en faisant passer la solution de polymère dans un tube vertical rempli de sable ou de billes. L'ajustement de la quantité de sable ou de billes permet de réguler le débit. Toutefois, ce système présente également l'inconvénient de dégrader les solutions de polymère, et il présente également des risques importants d'usure mécanique de la vanne et d'endommagement du milieu poreux avec le temps. De plus, la mise en oeuvre est difficile. Le document US 4,617,991 propose un système de contrôle de débit comprenant un dispositif actionné par le transport d'une solution de polymère, tel qu'une pompe hydraulique ou un moteur. Ce type de dispositif est adapté pour récupérer de l'énergie issue du flux de la solution de polymère. Le système permet d'éviter la dégradation d'une solution de polymère à faible débit (au plus 1,3 m3/h environ). Toutefois, il ne permet pas 01/07/201 OR:\31400\31420 S N P\31420--100610-texte_d epot.d oc- 1 er juillet 2010 d'éviter le phénomène de dégradation à un débit plus élevé. En effet, bien que l'énergie soit dissipée à l'extérieur plutôt qu'à l'intérieur de la conduite, la dégradation reste fonction de la géométrie du système de dissipation à l'intérieur de la conduite.
Le document US 4,276,904 décrit un appareil permettant de modifier un débit de fluide en faisant passer le fluide dans un nombre limité de tubes de différentes longueurs et différents diamètres. La perte de charge est ajustée en faisant passer le fluide dans une des combinaisons entre les différents tubes. Ce système est volumineux, difficile à mettre en oeuvre (l'appareil comprend notamment un grand nombre de vannes, qu'il faut actionner indépendamment, à la sortie de chacun des tubes) et peu flexible (c'est-à-dire qu'il permet difficilement un ajustement fin de la perte de charge et du débit). Un tel système ne peut pas permettre de créer une perte de charge suffisante à un débit élevé.
Il existe donc un réel besoin de mettre au point une vanne de contrôle de débit adaptée pour l'injection de solutions de polymère dans une formation souterraine qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. En particulier, il existe un besoin de mettre au point une vanne de contrôle de débit n'induisant pas de dégradation importante des solutions de polymère utilisées dans le cadre de la récupération assistée d'hydrocarbures, même à débit élevé.
RESUME DE L'INVENTION L'invention concerne en premier lieu un procédé d'injection d'un fluide dans une formation souterraine, dans lequel : un fluide est transporté dans au moins une conduite d'injection ; la conduite d'injection comprend une partie principale comportant un tube unique, et une vanne de contrôle de débit comportant au moins dix tubes de transport de fluide (de préférence au moins cent) disposés en parallèle ; le débit du fluide circulant dans la conduite d'injection est ajusté en répartissant le fluide dans tout ou partie des tubes de transport de fluide de la vanne de contrôle de débit ; le fluide issu de la conduite d'injection est injecté dans la formation souterraine. Selon un mode de réalisation : - au moins une partie des tubes de transport de fluide présentent une section au moins dix fois inférieure à la section du tube unique de la 01/07/201 0R:\31400\31420 S N P\31420--100610-texte_d epot.d oc- 1 er juillet 2010 partie principale, de préférence au moins cent fois inférieure, de manière particulièrement préférée au moins mille fois inférieure et idéalement au moins dix mille fois inférieure ; et / ou le rapport de la section du tube unique de la partie principale sur la somme des sections des tubes de transport de fluide de la vanne de contrôle de débit est inférieur ou égal à 5, de préférence inférieur ou égal à 3, et de manière particulièrement préférée inférieur ou égal à 1,5. Selon un mode de réalisation, l'ajustement du débit de fluide dans la conduite d'injection est effectué par obturation sélective de tout ou partie des tubes de transport de fluide. Selon un mode de réalisation, le fluide est réparti dans une pluralité de conduites d'injection par des moyens de pompage, chaque conduite d'injection comprenant une partie principale comportant un tube unique et une vanne de contrôle de débit comportant au moins dix (de préférence au moins cent) tubes de transport de fluide disposés en parallèle, le débit du fluide circulant dans chaque conduite d'injection étant ajusté en répartissant le fluide dans tout ou partie des tubes de transport de fluide, et le fluide issu des conduites d'injection étant injecté dans la formation souterraine.
Selon un mode de réalisation, les tubes de transport de fluide ne présentent pas tous des sections identiques, et sont de préférence disposés par groupes de tubes de transport de fluide de section essentiellement identique. Selon un mode de réalisation : - au moins une partie des tubes de transport de fluide présentent une section comprise de 0,012 à 100 mm2, de préférence de 0,05 à 50 mm2, et de manière plus particulièrement préférée de 0,8 à 30 mm2 ; et / ou - au moins un tube de transport de fluide présente une section de 1 à 100 cm2, de préférence de 1 à 50 cm2 ; et / ou - la totalité des tubes de transport de fluide ont une longueur de 1 cm à 10 m, de préférence de 10 cm à 3 m, et de manière plus particulièrement préférée de 30 cm à 1,5 m. Selon un mode de réalisation, le fluide est une solution aqueuse de polymère, de préférence une solution aqueuse de polyacrylamide. Selon un mode de réalisation, le procédé décrit ci-dessus comprend une étape de récupération d'hydrocarbures issus de la formation souterraine et éventuellement de traitement des hydrocarbures récupérés. 01/07/201 OR:\31400\31420 S N P\31420--100610-texte_d epot.d oc- 1 er juillet 2010 L'invention a également pour objet une vanne de contrôle de débit comprenant : - au moins dix (de préférence au moins cent) tubes de transport de fluide disposés en parallèle ; - des moyens de raccordement à un tube unique d'amenée de fluide, situés à une extrémité des tubes de transport de fluide. Selon un mode de réalisation, la vanne de contrôle de débit comprend des moyens d'obturation d'au moins une partie des tubes de transport de fluide. Selon un mode de réalisation, les moyens d'obturation comprennent un diaphragme, des ailettes, une vanne à boisseau ou un piston. Selon un mode de réalisation, les tubes de transport de fluide ne présentent pas tous des sections identiques, et sont de préférence disposés par groupes de tubes de transport de fluide de section essentiellement identique. Selon un mode de réalisation : au moins une partie des tubes de transport de fluide présentent une section comprise de 0,012 à 100 mm2, de préférence de 0,05 à 50 mm2, et de manière plus particulièrement préférée de 0,8 à 30 mm2 ; et / ou au moins un tube de transport de fluide présente une section de 1 à 100 cm2, de préférence de 1 à 50 cm2 ' et / ou la totalité des tubes de transport de fluide ont une longueur de 1 cm à 10 m, de préférence de 10 cm à 3 m, et de manière plus particulièrement préférée de 30 cm à 1,5 m. L'invention concerne également une installation d'injection d'un fluide dans une formation souterraine comprenant au moins une conduite d'injection, ladite conduite d'injection comprenant : - une partie principale qui comporte un tube unique, et - une vanne de contrôle de débit telle que décrite ci-dessus, connectée au tube unique de la partie principale par les moyens de raccordement.
Selon un mode de réalisation de cette installation : au moins une partie des tubes de transport de fluide présentent une section au moins dix fois inférieure à la section du tube unique de la partie principale, de préférence au moins cent fois inférieure, de manière particulièrement préférée au moins mille fois inférieure et idéalement au moins dix mille fois inférieure ; et / ou le rapport de la section du tube unique de la partie principale sur la somme des sections des tubes de transport de fluide de la vanne de contrôle de débit est inférieur ou égal à 5, de préférence inférieur ou 01/07/201 OR:\31400\31420 S N P\31420--100610-texte_d epot.d oc- 1 er juillet 2010 égal à 3, et de manière particulièrement préférée inférieur ou égal à 1,5. Selon un mode de réalisation, l'installation comprend une pluralité de conduites d'injection connectées à des moyens de pompage, chaque conduite d'injection comprenant une partie principale comportant un tube unique et une vanne de contrôle de débit telle que décrite ci-dessus. La présente invention permet de surmonter les inconvénients de l'état de la technique. Elle fournit plus particulièrement une vanne de contrôle de débit qui n'induit pas de dégradation significative des solutions de polymère utilisées dans le cadre de la récupération assistée d'hydrocarbures, même à débit élevé. Ceci est accompli grâce à l'utilisation d'un faisceau comportant un grand nombre de tubes de transport de fluide (également appelés capillaires dans ce qui suit) disposés en parallèle. Dans le système selon l'invention, les pertes de charge sont créées essentiellement par frottement du fluide transporté sur les parois des capillaires, et non pas au passage de contractions géométriques. En particulier, le rapport de contraction effectif dans le système (c'est-à-dire le rapport entre la section utile pour le fluide en amont de l'entrée des capillaires et la section utile pour le fluide dans les capillaires) est faible. Ainsi, le gradient de vitesse élongationnel reste modéré dans l'ensemble du système (à la différence de la plupart des dispositifs de l'état de la technique), ce qui permet de ne dégrader que peu ou quasiment pas les polymères, même à débit élevé. Selon certains modes de réalisation particuliers, l'invention présente également une ou de préférence plusieurs des caractéristiques avantageuses énumérées ci-dessous. Du fait que les solutions de polymère sont peu dégradées grâce à l'invention, on peut réaliser des économies substantielles en termes de quantité totale de polymère à utiliser pour mobiliser les hydrocarbures d'une formation souterraine. Lorsque la vanne de contrôle de débit selon l'invention comprend des moyens d'obturation des capillaires, il est possible de réguler à volonté et pratiquement en continu la perte de charge et le débit dans la vanne en obturant un plus ou moins grand nombre de capillaires et / ou en obturant sélectivement les capillaires présentant une taille donnée. Ce système est plus simple à mettre en oeuvre que celui du document US 4,276,904, dans lequel le réglage du débit 01/07/201 OR:\31400\31420 S N P\31420--100610-texte_d epot.d oc- 1 er juillet 2010 et de la perte de charge s'effectue en actionnant, via des vannes, un grand nombre de dispositifs de fermeture distincts. L'utilisation de capillaires de diamètres différents dans une même vanne de contrôle de débit permet de réguler la perte de charge et le débit dans la vanne dans une gamme de valeurs plus importante que lorsque tous les capillaires sont identiques. La vanne de contrôle de débit selon l'invention est robuste et peut présenter des dimensions relativement faibles, bien adaptées pour une incorporation dans les réseaux classiques de distribution de fluide vers les formations souterraines.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 représente de manière schématique un mode de réalisation d'une vanne de contrôle de débit selon l'invention, intégrée à une conduite d'injection. La figure 2 correspond à la coupe selon la direction AA de la vanne de contrôle de débit de la figure 1. La figure 3 correspond à la coupe selon la direction AA de la vanne de contrôle de débit de la figure 1, selon un autre mode de réalisation.
La figure 4 représente de manière schématique un autre mode de réalisation d'une vanne de contrôle de débit selon l'invention, intégrée à une conduite d'injection. La figure 5 correspond à la coupe selon la direction BB de la vanne de contrôle de débit de la figure 4.
Les figures 6 et 7 représentent de manière schématique un autre mode de réalisation d'une vanne de contrôle de débit selon l'invention, intégrée à une conduite d'injection. La figure 8 fournit le pourcentage de dégradation d'une solution de polymère (en ordonnée) en fonction de la perte de charge (en bars) pour différents diamètres internes de capillaire (voir l'exemple 1). La figure 9 fournit le pourcentage de dégradation d'une solution de polymère (en ordonnée) en fonction de la perte de charge (en bars) pour différentes longueurs de capillaire (voir l'exemple 2). La figure 10 fournit le pourcentage de dégradation d'une solution de polymère (en ordonnée) en fonction du débit (en mL/min) pour différentes longueurs de capillaire (voir l'exemple 2). Dans les figures 8 à 10, « ID » signifie diamètre interne de capillaire, et « L » signifie longueur de capillaire. 01/07/201 0R:\31400\31420 S N P\31420--100610-texte_d epot.d oc- 1 er juillet 2010 DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION L'invention est maintenant décrite plus en détail et de façon non limitative dans la description qui suit.
En faisant référence à la figure 1, une conduite d'injection 1, destinée à injecter un fluide dans une formation souterraine, comprend au moins une partie principale 6 comportant un tube unique, et une vanne de contrôle de débit 8 connectée à la partie principale 6 par des moyens de raccordement 3, par exemple une bride de raccordement.
La partie principale 6 de la conduite est reliée, à son autre extrémité, à des moyens d'alimentation en fluide (non représentés). Généralement, ces moyens d'alimentation comportent un réservoir de fluide et des moyens de pompage. En principe, une pluralité de conduites d'injection est reliée à un réservoir de fluide unique et à des moyens de pompage unique. Les moyens de pompage sont adaptés à faire circuler le fluide sous pression dans les conduites d'injection, successivement dans le tube unique de la partie principale 6 de chaque conduite, puis à travers la vanne de contrôle de débit 8. Le fluide utilisé est de préférence une solution de polymère, notamment une solution de polymère hydrophile de forte masse moléculaire, par exemple dont la masse moléculaire est supérieure à 106 Da (dalton), et de manière plus particulièrement préférée, une solution de polyacrylamide. Le polyacrylamide, peu sensible à la biodégradation et moins chèr que les biopolymères, est très largement utilisé, mais il est particulièrement sensible à la dégradation mécanique, car c'est un polymère relativement flexible qui adopte une configuration de pelote qui est étirée lorsqu'elle située dans un écoulement élongationnel fort (par exemple, une contraction), ce qui conduit à la rupture de la liaison carbone-carbone. L'invention peut également être mise en oeuvre avec d'autres types de fluides, notamment des fluides susceptibles de dégradation mécanique, et par exemple des émulsions. Selon un mode de réalisation (non représenté), l'extrémité de la conduite d'injection 1, située à l'opposé des moyens d'alimentation en fluide (c'est-à-dire l'extrémité de la conduite d'injection 1 par laquelle le fluide sort et est libéré dans la formation souterraine) est directement constituée par la vanne de contrôle de débit 8. Selon ce mode de réalisation, le fluide est injecté dans la formation souterraine directement en sortant de la vanne de contrôle de débit 8. 01/07/201 0R:\31400\31420 S N P\31420--100610-texte_d epot.d oc- 1 er juillet 2010 Toutefois, selon un autre mode de réalisation (préféré), l'extrémité de la vanne de contrôle de débit 8, située à l'opposé de la partie principale 6 de la conduite d'injection 1, est connectée à une deuxième partie principale 7 comportant un tube unique, par l'intermédiaire de moyens de raccordement 4, par exemple une bride de raccordement. Le fluide circule donc dans le tube de la partie principale 6, puis à travers la vanne de contrôle de débit 8, puis dans le tube de la deuxième partie principale 7, avant d'être injecté dans la formation souterraine. Cette configuration permet d'une part de prévoir des moyens spécifiques à l'extrémité de la conduite d'injection 1 adaptés à une distribution optimale du fluide dans la formation souterraine, et d'autre part de simplifier l'actionnement et la maintenance éventuelle de la vanne de contrôle de débit 8, par rapport au cas dans lequel celle-ci est située à l'extrémité de la conduite d'injection 1, c'est-à-dire nécessairement en profondeur avant de pénétrer dans la formation souterraine.
La vanne de contrôle de débit 8 comporte une pluralité de tubes de transport de fluide 2 disposés en parallèle dans le sens de l'écoulement. Dans le cadre de la présente demande, ce terme « en parallèle » signifie que les tubes de transport de fluide 2 sont disposés de telle sorte que le fluide issu du tube unique de la partie principale 6 peut (en l'absence d'obturation) se répartir dans la totalité des tubes de transport de fluide 2. Autrement dit, le débit total de fluide dans la conduite d'injection 1 est la somme des débits individuels de fluide dans les différents tubes de transport de fluide 2, chacun de ces débits individuels étant non nul (sauf obturation d'une partie des tubes de transport de fluide 2). Le terme « en parallèle » n'implique pas nécessairement que les axes des tubes de transport de fluide 2 sont parallèles les uns aux autres au sens géométrique, bien qu'une telle situation soit possible, et même préférable pour des raisons de simplicité de conception. Les tubes peuvent par exemple être enroulés en parallèle. Les tubes de transport de fluide 2 peuvent être des fentes parallèles ménagées dans un ou plusieurs blocs de matériau. Selon l'invention, le nombre de tubes de transport de fluide 2 est supérieur ou égal à 10, de préférence supérieur ou égal à 100, ou supérieur ou égal à 200, ou supérieur ou égal à 500, ou supérieur ou égal à 1000, ou supérieur ou égal à 1500, ou supérieur ou égal à 2000, ou supérieur ou égal à 5000. En effet, la présence d'un grand nombre de tubes de transport de fluide 2 permet de générer une perte de charge importante avec un minimum de dégradation du fluide, pour un débit donné. 01/07/201 OR:\31400\31420 S N P\31420--100610-texte_d epot.d oc- 1 er juillet 2010 En faisant référence aux figures 2 et 3, les tubes de transport de fluide 2 sont regroupés en un faisceau, qui peut être contenu dans une gaine 9. Pour des raisons de simplicité, on peut prévoir que la gaine 9 ait la même forme que la partie principale 6 et la deuxième partie principale 7 de la conduite. La gaine 9 est avantageusement de forme cylindrique à base circulaire mais peut également avoir une autre forme (par exemple une forme cylindrique à base carrée). Les tubes de transport de fluide 2 peuvent eux-mêmes avoir une section de forme circulaire ou autre (par exemple carrée). Dans le cadre de la présente demande, par « section » d'un tube on entend la surface de l'espace interne du tube qui est perpendiculaire à l'axe principal du tube, c'est-à-dire perpendiculaire à la direction moyenne de l'écoulement du fluide. Généralement, chaque tube présente une section constante le long de son axe. Si toutefois cette section varie le long de l'axe, on retient la valeur minimale de la section pour la définition du terme.
Au moins une partie des tubes de transport de fluide 2 présentent une section au moins 10 fois inférieure à la section du tube unique de la partie principale 6 (et à la section du tube unique de la deuxième partie principale 7), de préférence au moins 100 fois inférieure, de manière particulièrement préférée au moins 1000 fois inférieure et idéalement au moins 10000 fois inférieure. L'utilisation d'un grand nombre de tubes de transport de fluide 2 dont la section est faible par rapport à la section du tube de la partie principale 6 permet de créer une perte de charge importante avec un minimum de dégradation du fluide, pour un débit donné. Par exemple, au moins une partie des tubes de transport de fluide 2 peuvent présenter une section comprise de 0,012 à 100 mm2, de préférence de 0,05 à 50 mm2, et de manière plus particulièrement préférée de 0,8 à 30 mm2. Toujours à titre d'exemple, pour des tubes de transport de fluide 2 de forme cylindrique circulaire, le diamètre interne est de 0,125 à 11 mm, de préférence de 0,25 à 8 mm, et de manière plus particulièrement préférée de 1 à 6 mm ; pour une partie principale 6 de forme cylindrique circulaire, le diamètre interne est de préférence de 1 à 30 cm. La vanne de contrôle de débit 8 peut être dépourvue de moyens d'obturation. Dans ce cas, le fluide circule toujours dans la totalité des tubes de transport de fluide 2, et la perte de charge générée ne peut pas être réglée par l'opérateur indépendamment du débit. Toutefois, il est préféré de prévoir des moyens d'obturation 5 des tubes de transport de fluide 2, actionnables à distance (par exemple par commande hydraulique ou par commande électrique). De préférence ces 01/07/201 OR:\31400\31420 S N P\31420--100610-texte_d epot.d oc- 1 er juillet 2010 moyens d'obturation 5 sont disposés à l'entrée des tubes de transport de fluide 2 (c'est-à-dire sont situés à l'interface entre la partie principale 6 de la conduite et les tubes de transport de fluide 2) ou éventuellement à la sortie de ceux-ci (c'est-à-dire à l'interface entre la deuxième partie principale 7 de la conduite et les tubes de transport de fluide 2). Il est préféré, pour des raisons de simplicité, que les moyens d'obturation 5 comprennent une unique partie mobile ou bien un ensemble de parties mobiles coopérant ensemble (par exemple une plaque, un ensemble d'ailettes solidaires, un piston, un diaphragme ou autre), et non pas plusieurs parties mobiles devant être actionnées indépendamment les unes des autres. Tous les tubes de transport de fluide 2 peuvent avoir une forme et une section identiques. Toutefois, il est préféré que les tubes de transport de fluide 2 ne présentent pas tous une section identique. En particulier, il est utile de prévoir des tubes de transport de fluide 2 de relativement grande taille, en plus des tubes de transport de fluide 2 de petite taille décrits ci-dessus. En faisant passer le fluide dans les tubes de transport de fluide 2 de plus grande taille, on réduit la perte de charge pour un débit donné. On peut par exemple prévoir que l'ensemble des tubes de transport de fluide 2 se répartissent en deux tailles (ou deux sections) différentes ou en trois tailles (ou trois sections) différentes ou davantage. Trois tailles sont prévues dans le mode de réalisation des figures 2 et 3, c'est-à-dire que les tubes de transport de fluide 2 se répartissent en grands tubes 2a, tubes moyens 2b et petits tubes 2c.
A titre d'exemple, les tubes de plus grande taille (notamment les grands tubes 2a dans le mode de réalisation des figures 2 et 3) présentent avantageusement une section de 1 à 100 cm2, de préférence de 1 à 50 cm2. Ainsi une obturation sélective des tubes de transport de fluide 2 de grande taille permet de créer une perte de charge importante en forçant le fluide à passer dans les tubes de transport de fluide 2 de petite taille. Et l'ouverture des tubes de transport de fluide 2 de grande taille (associée ou non à l'obturation des tubes de transport de fluide 2 de petite taille) permet de réduire fortement la perte de charge en permettant au fluide de passer dans les tubes de transport de fluide 2 de petite taille.
La configuration des moyens d'obturation 5 est donc avantageusement adaptée à la disposition des tubes de transport de fluide 2. Les tubes de transport de fluide 2 sont avantageusement regroupés selon leur taille (ou 01/07/201 0R:\31400\31420 S N P\31420--100610-texte_d epot.d oc- 1 er juillet 2010 section), afin de faciliter l'obturation sélective des tubes de transport de fluide 2 en fonction de leur taille. Ainsi, dans le cas illustré à la figure 2, on dispose les petits tubes 2c au centre, les tubes moyens 2b autour des petits tubes 2c et les grands tubes 2a autour des tubes moyens 2b, c'est-à-dire en périphérie. Cette configuration permet une obturation sélective des tubes aisée en utilisant des moyens d'obturation constitués par un diaphragme. Dans le cas illustré à la figure 3, on répartit les petits tubes 2c, les tubes moyens 2b et les grands tubes 2a en secteurs de disque. Cette configuration permet une obturation sélective des tubes aisée en utilisant des moyens d'obturation comportant des ailettes. Selon une autre configuration non représentée, toujours avec une gaine 9 de forme cylindrique circulaire, les tubes sont répartis en croissants, ce qui permet une obturation sélective des tubes aisée en utilisant une vanne à boisseau. Selon la variante illustrée aux figures 4 et 5 (dans lesquelles les numéros de référence ont la même signification que ci-dessus, sauf mention contraire), l'axe principal de la vanne de contrôle de débit 8 est perpendiculaire à l'axe principal de la partie principale 6 de la conduite, c'est- à-dire que la conduite est en forme de L au voisinage de la vanne de contrôle de débit 8. La gaine 9 présente une forme cylindrique à section carrée. Les tubes sont répartis en bandes selon leur taille. Cette configuration permet une obturation sélective des tubes aisée en utilisant des moyens d'obturation comportant un piston 10.
Selon la variante illustrée aux figures 6 et 7 (dans lesquelles les numéros de référence ont la même signification que ci-dessus, sauf mention contraire), l'axe principal de la vanne de contrôle de débit 8 est parallèle à l'axe principal de la partie principale 6 de la conduite. La gaine 9 présente une forme cylindrique à section carrée (voir à nouveau la figure 5 correspondant à la coupe B-B). Les tubes sont répartis en bandes selon leur taille. Cette configuration permet une obturation sélective des tubes aisée en utilisant un moyen d'obturation 11 de forme pyramidale à base carrée. Cette configuration permet de minimiser le rapport de contraction à l'entrée des tubes. De manière générale, les tubes de transport de fluide 2 ont de préférence sensiblement tous la même longueur (dimension selon leur axe principal, c'est-à-dire selon la direction moyenne de l'écoulement) pour des raisons de simplicité de conception. Une longueur de 1 cm à 10 m est avantageuse, de préférence de 10 cm à 3 m, et de manière plus 01/07/201 OR:\31400\31420 S N P\31420--100610-texte_d epot.d oc- 1 er juillet 2010 particulièrement préférée de 30 cm à 1,5 m. Il a été constaté par les inventeurs que la dégradation d'une solution de polymères se produit essentiellement uniquement à l'entrée des tubes et non sur toute leur longueur. Par conséquent, utiliser une longueur de tubes relativement importante permet d'obtenir une perte de charge importante (à débit donné) sans générer de dégradation significative. Toutefois, on souhaite également éviter d'utiliser des tubes excessivement longs pour ne pas compliquer la mise en oeuvre de l'invention et la fabrication de la vanne. Le faisceau des tubes de transport de fluide 2 selon l'invention peut être fabriqué par assemblage (collage, soudage ou autre) de tubes individuels ou par perçage d'orifices dans des plaques suivi de l'assemblage (collage, soudage ou autre) des plaques en alignant les orifices. Il est avantageux de prévoir que les espaces internes respectifs des tubes de transport de fluide 2 forment un ensemble aussi compact que possible, c'est-à-dire de prévoir que la section de la gaine 9 qui n'est pas disponible pour le passage du fluide soit aussi réduite que possible. Cela permet de limiter les rapports de contraction locaux et donc de limiter la dégradation du fluide. A cet égard, en particulier, il est utile que le rapport de contraction global de la vanne (défini comme étant le rapport de la section du tube unique de la partie principale 6 sur la somme des sections des tubes de transport de fluide 2) soit inférieur ou égal à 5, de préférence inférieur ou égal à 3, et de manière particulièrement préférée inférieur ou égal à 1,5. L'ensemble des caractéristiques géométriques de la vanne de contrôle de débit 8, à savoir principalement le nombre, la section et la longueur des tubes de transport de fluide 2, sont choisies en fonction de la gamme de débit et de la gamme de perte de charge souhaitées pour la conduite. L'invention peut être mise en oeuvre dans le cadre d'une exploitation située en mer (offshore) ou non.
Les hydrocarbures sont récupérés par un ou plusieurs puits de production de manière connue en soi, et peuvent subir un traitement ultérieur connu en soi, comprenant par exemple une élimination des solides, une séparation gaz / liquide, une séparation eau / huile, une déshydratation, un upgrading, un raffinage ou autre.
EXEMPLES Les exemples suivants illustrent l'invention sans la limiter. 01/07/201 OR:\31400\31420 S N P\31420--100610-texte_d epot.d oc- 1 er juillet 2010 Exemple 1 - influence du diamètre interne des capillaires On effectue des mesures de dégradation d'une solution de polyacrylamide lors de son passage dans des tubes capillaires. Le polyacrylamide est le polyacrylamide hydrolysé commercial 3630S fourni par la société SNF. Les solutions injectées sont préparées à une concentration de 800 ppm dans une saumure synthétique à 35 g/L. La solution de polyacrylamide est alimentée par un tube de diamètre interne 2 mm, et passe dans un tube capillaire de diamètre interne plus faible, à savoir 0,75 mm, 0,5 mm, 0,25 mm ou 0,18 mm. La longueur de chaque capillaire est de 30 cm. On applique différents débits à la solution de polyacrylamide afin de mesurer une perte de charge dans le tube dégradant comprise entre 0 et 20 bar. Pour une perte de charge donnée, le débit est d'autant plus grand que le diamètre du capillaire dégradant est petit. Ainsi, on fait varier le débit entre 0 et 22 cc/min dans le capillaire de diamètre 0,18mm, entre 0 et 40 cc/min dans le capillaire de diamètre 0,25mm, entre 0 et 230 cc/min dans le capillaire de diamètre 0,5mm et entre 0 et 400 cc/min dans le capillaire de diamètre 0,7 mm. On mesure pour chaque expérience la perte de charge (différence de pression entre l'entrée et la sortie du capillaire) ainsi que la viscosité de la solution à l'entrée (ne) et à la sortie (ris) du capillaire. On en déduit le pourcentage de dégradation D de la solution, selon la formule suivante : D=(ne ns)/(ne nref)x100, où nref représente la viscosité de l'eau. A titre de comparaison, la dégradation obtenue dans une vanne en forme de cage commercialisée par la société Cameron Willis est également mesurée sur un banc de test grandeur réelle dans les conditions de débit d'un puits de pétrole (débit variant entre 30 et 200 m3/h). Les résultats sont représentés à la figure 8. On constate que pour une perte de charge donnée, la dégradation diminue quand le diamètre du capillaire diminue. On constate également qu'il est possible d'obtenir une dégradation inférieure à celle obtenue avec la vanne disponible dans le commerce.
Exemple 2 - influence de la longueur des capillaires On effectue des mesures de dégradation de solution de polyacrylamide de la même manière que dans l'exemple 1, mais en utilisant des tubes capillaires de même diamètre interne (0,5 mm) et de longueurs différentes. 01/07/201 0R:\31400\31420 S N P\31420--100610-texte_d epot.d oc- 1 er juillet 2010 Les résultats sont représentés à la figure 9. On constate que pour une perte de charge donnée, la dégradation diminue quand la longueur du capillaire augmente. Corrélativement, pour un débit donné, la dégradation est identique quelle que soit la longueur du capillaire, comme cela peut être constaté sur la figure 10. Cela signifie que la dégradation du polymère intervient uniquement à l'entrée du tube capillaire, sous l'effet du gradient de vitesse élongationnel. Par conséquent, l'utilisation d'une géométrie limitant les rapports de contraction locaux à l'entrée des tubes capillaires ainsi que l'utilisation de capillaires longs permet de réduire la dégradation du polymère.
Exemple 3 - qéométries possibles de vannes de contrôle de débit selon l'invention Dans un premier cas de figure, on souhaite générer une perte de charge de 15 bars pour un débit de 100 m3/h avec une dégradation de polymère inférieure à 36 %, et avec une vanne de 30 cm de longueur. D'après l'exemple 1 et la figure 8, la dégradation de polymère est de 36 0/0 environ à 15 bars de perte de charge pour un capillaire de 30 cm de longueur et de 0,25 mm de diamètre interne. Le débit correspondant est de 17 mL/min. Par conséquent, le nombre de capillaires à prévoir pour accommoder le débit total est égal à 98000. Le diamètre total correspondant du faisceau de capillaires obtenu est de 13,2 cm environ (pour un diamètre externe de capillaire de 0,4 mm et une compacité de 0,9). Le rapport de contraction global pour cette configuration est de 2,8 (contre 64 dans la configuration utilisée à l'exemple 1). Par conséquent, la dégradation de polymère obtenue dans cette configuration est nettement inférieure à 36 %. Dans un deuxième cas de figure, on souhaite utiliser des capillaires de diamètre interne 0,5 mm, pour générer une perte de charge de 15 bars pour un débit de 100 m3/h, avec une dégradation de polymère inférieure à 20 %.
D'après l'exemple 2 et la figure 8, la dégradation de polymère est de 20 0/0 environ, dans un capillaire de diamètre interne 0,5 mm, pour un débit de 55 mL/min. Par conséquent, le nombre de capillaires à prévoir pour accommoder le débit total est égal à 30303. Toujours d'après l'exemple 2 et la figure 10, on détermine que la longueur de capillaire nécessaire pour obtenir une perte de charge de 15 bars est de 150 cm. Le diamètre total correspondant du faisceau de capillaires obtenu est de 11,9 cm environ (pour un diamètre externe de capillaire de 0,65 mm et une compacité de 0,9). Le rapport de contraction global pour cette 01/07/201 0R:\31400\31420 S N P\31420--100610-texte_d epot.d oc- 1 er juillet 2010 5 configuration est de 1,9 (contre 16 dans la configuration utilisée à l'exemple 1). Par conséquent, la dégradation de polymère obtenue dans cette configuration est nettement inférieure à 20 %. 01/07/201 OR:\31400\31420 S N P\31420--100610-texte_d epot.d oc- 1 er juillet 2010
Claims (16)
- REVENDICATIONS1. Procédé d'injection d'un fluide dans une formation souterraine, dans lequel : un fluide est transporté dans au moins une conduite d'injection (1) ; la conduite d'injection (1) comprend une partie principale (6) comportant un tube unique, et une vanne de contrôle de débit (8) comportant au moins dix tubes de transport de fluide (2) disposés en parallèle ; le débit du fluide circulant dans la conduite d'injection (1) est ajusté en répartissant le fluide dans tout ou partie des tubes de transport de fluide (2) de la vanne de contrôle de débit (8) ; le fluide issu de la conduite d'injection (1) est injecté dans la formation souterraine.
- 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel : au moins une partie des tubes de transport de fluide (2) présentent une section au moins dix fois inférieure à la section du tube unique de la partie principale (6), de préférence au moins cent fois inférieure, de manière particulièrement préférée au moins mille fois inférieure et idéalement au moins dix mille fois inférieure ; et / ou le rapport de la section du tube unique de la partie principale (6) sur la somme des sections des tubes de transport de fluide (2) de la vanne de contrôle de débit (8) est inférieur ou égal à 5, de préférence inférieur ou égal à 3, et de manière particulièrement préférée inférieur ou égal à 1,5.
- 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'ajustement du débit de fluide dans la conduite d'injection (1) est effectué par obturation sélective de tout ou partie des tubes de transport de fluide (2).
- 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le fluide est réparti dans une pluralité de conduites d'injection par des moyens de pompage, chaque conduite d'injection (1) comprenant une partie principale (6) comportant un tube unique et une vanne de contrôle de débit (8) comportant au moins dix tubes de transport de fluide (2) disposés en parallèle, le débit du fluide circulant dans chaque conduite d'injection (1) étant ajusté en répartissant le fluide dans tout ou partie 01/07/201 0R:\31400\31420 S N P\31420--100610-texte_d epot.d oc- 1 er juillet 2010des tubes de transport de fluide (2), et le fluide issu des conduites d'injection (1) étant injecté dans la formation souterraine.
- 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les tubes de transport de fluide (2) ne présentent pas tous des sections identiques, et sont de préférence disposés par groupes de tubes de transport de fluide de section essentiellement identique.
- 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel : - au moins une partie des tubes de transport de fluide (2c) présentent une section comprise de 0,012 à 100 mm2, de préférence de 0,05 à 50 mm2, et de manière plus particulièrement préférée de 0,8 à 30 mm2 ; et / ou - au moins un tube de transport de fluide (2a) présente une section de 1 à 100 cm2, de préférence de 1 à 50 cm2 ; et / ou - la totalité des tubes de transport de fluide (2) ont une longueur de 1 cm à 10 m, de préférence de 10 cm à 3 m, et de manière plus particulièrement préférée de 30 cm à 1,5 m.
- 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le fluide est une solution aqueuse de polymère, de préférence une solution aqueuse de polyacrylamide.
- 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, comprenant une étape de récupération d'hydrocarbures issus de la formation souterraine et éventuellement de traitement des hydrocarbures récupérés.
- 9. Vanne de contrôle de débit (8) comprenant : - au moins dix tubes de transport de fluide (2) disposés en parallèle ; - des moyens de raccordement (3) à un tube unique d'amenée de fluide, situés à une extrémité des tubes de transport de fluide (2).
- 10. Vanne de contrôle de débit (8) selon la revendication 9, comprenant des moyens d'obturation (5) d'au moins une partie des tubes de transport de fluide (2). 01/07/201 OR:\31400\31420 S N P\31420--100610-texte_d epot.d oc- 1 er juillet 2010
- 11. Vanne de contrôle de débit (8) selon la revendication 9 ou 10, dans laquelle les moyens d'obturation (5) comprennent un diaphragme, des ailettes, une vanne à boisseau ou un piston.
- 12. Vanne de contrôle de débit (8) selon l'une des revendications 9 à 11, dans laquelle les tubes de transport de fluide (2) ne présentent pas tous des sections identiques, et sont de préférence disposés par groupes de tubes de transport de fluide (2) de section essentiellement identique.
- 13. Vanne de contrôle de débit (8) selon l'une des revendications 9 à 12, dans laquelle : au moins une partie des tubes de transport de fluide (2c) présentent une section comprise de 0,012 à 100 mm2, de préférence de 0,05 à 50 mm2, et de manière plus particulièrement préférée de 0,8 à 15 30 mm2 et / ou au moins un tube de transport de fluide (2a) présente une section de 1 à 100 cm2, de préférence de 1 à 50 cm2' et / ou la totalité des tubes de transport de fluide (2) ont une longueur de 1 cm à 10 m, de préférence de 10 cm à 3 m, et de manière plus 20 particulièrement préférée de 30 cm à 1,5 m.
- 14. Installation d'injection d'un fluide dans une formation souterraine comprenant au moins une conduite d'injection (1), ladite conduite d'injection (1) comprenant : 25 - une partie principale (6) qui comporte un tube unique, et - une vanne de contrôle de débit (8) selon l'une des revendications 9 à 13, connectée au tube unique de la partie principale (6) par les moyens de raccordement (3). 30
- 15. Installation selon la revendication 14, dans laquelle : au moins une partie des tubes de transport de fluide (2) présentent une section au moins dix fois inférieure à la section du tube unique de la partie principale (6), de préférence au moins cent fois inférieure, de manière particulièrement préférée au moins mille fois 35 inférieure et idéalement au moins dix mille fois inférieure ; et / ou le rapport de la section du tube unique de la partie principale (6) sur la somme des sections des tubes de transport de fluide de la vanne de contrôle de débit (8) est inférieur ou égal à 5, de préférence 01/07/201 OR:\31400\31420 S N P\31420--100610-texte_d epot.d oc- 1 er juillet 2010inférieur ou égal à 3, et de manière particulièrement préférée inférieur ou égal à 1,5.
- 16. Installation selon la revendication 14 ou 15, comprenant une pluralité de conduites d'injection connectées à des moyens de pompage, chaque conduite d'injection (1) comprenant une partie principale (6) comportant un tube unique et une vanne de contrôle de débit (8) selon l'une des revendications 9 à 13. 01/07/201 OR:\31400\31420 S N P\31420--100610-texte_d epot.d oc- 1 er juillet 2010
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