OA10232A - Installation pour puits pétrolier munie d'une électropompe en fond de puits - Google Patents
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Description
1 010232
La présente invention se rapporte à une installationpour puits pétrolier munie d'une électropompe en fond depuits.
Dans certains puits pétroliers, l'écoulement naturel5 des hydrocarbures du fond à la surface s'avère insuffisantpour permettre ou maintenir une production commerciale. Ceciest dû soit à la viscosité importante des hydrocarbures,soit à une trop faible pression naturelle au fond du puitsou encore à une combinaison des deux. Afin de permettre la LO mise en production du puits à une échelle commerciale, onpeut utiliser un système d'assistance ou systèmed'activation du puits. Par exemple, on peut disposer unepompe, à l'extrémité inférieure d'un tube de productionsitué dans le puits. Cette pompe peut être mue par un moteur L5 électrique immergé au fond du puits qui est alimenté par uncâble disposé dans l'espace annulaire entre le tubage et lecuvelage du puits.
Quand on fait un bilan des sources de pannes sur lespompes électriques, ou électropompes, immergées de fond de !O puits qui nécessitent le retrait d'un tubage, on trouve dans1'ordre : - les courts-circuits électriques (environ 80%), - l'usure mécanique, - la rupture mécanique. :5 Certes, certains courts-circuits surviennent dès le premier démarrage et résultent d'une faute lors del'installation qui demande beaucoup de soin et de savoir-faire.
Mais la plupart des courts-circuits ont lieu en 0 cours d'utilisation et résultent d'une dégradationprogressive normale des barrières d'isolation électrique,puisque les pompes sont immergées dans l'effluent extrait dela roche pétrolifère.
La gamme de puissance et la profondeur 5 d'installation requièrent des voltages élevés, pouvantatteindre 1000 à 3000 volts pour minimiser les pertes dansles câbles. Mais ces tensions élevées rendent lesinstallations vulnérables. 2 010232 L’altération des isolants solides résulte dephénomènes facilement compréhensibles : - L’exploitation du puits engendre nécessairement desvariations de pression et de température, dus aux arrêts et 5 aux changements de régimes, dans les zones où se trouventles équipements de pompage, créant des cycles desollicitations mécaniques dans les matériaux constitutifs. - Les variations de pression provoquent aussi desmigrations répétées de gaz au sein des isolants, qui tendent 10 à dégrader leur structure et leur performance. - La présence d'hydrocarbures, d'aromatiques, de gazacides et autres provoque des attaques chimiques diversessur les différentes barrières d'isolation mécanique ouélectrique, contribuant à leur dégradation dans le temps. 15 - Les variations de courant électrique (notamment les arrêts et démarrages du moteur) traversant les conducteursélectriques engendrent par effet Joule des variations detempérature importantes qui accélèrent le vieillissement desisolants électriques. 20 - Les voltages élevés évoqués ci-dessus génèrent des champs de sollicitations importants sur tous les isolants.
Le deuxième facteur de coût d'utilisation desélectropompes immergées de fond de puits est que pourréparer une panne, il faut remonter tout le câble électrique >5 et le tubage auquel l'unité de fond est accrochée. En effet,les électropompes de fond de puits actuelles constituent desblocs tubulaires compacts assemblés en surface avant leurdescente dans le puits. Ces sytèmes doivent, par conséquent,être remontés en totalité avec le tubage en cas de 0 maintenance. Cette intervention nécessite un appareil deservice onéreux ‘ à mobiliser, notamment sur des sitesdifficiles d'accès (isolé, en mer, sous-marin, urbain). Ledélai d'attente et la durée d'intervention génèrent aussides manques à produire importants. A tel point que ces 5 systèmes ne peuvent s'envisager dans les cas les plusdifficiles. L'ensemble de ces facteurs affecte dramatiquement lecoût de ce mode de pompage et interdisent même 1 01 0232 économiquement le développement de certains champspétroliers marginaux.
Une installation de pompage aux tiges consiste enune pompe de fond volumétrique installée dans le tubage dont 5 le piston est animé en translation depuis la surface parl'intermédiaire de tiges en acier ou en fibres de verre. Ensurface, le mouvement est donné au train de tige par unestructure à balancier animé par un moteur électrique rotatifou bien un vérin hydraulique. 0 Le poids propre, l'inertie, le frottement et la fatigue mécanique des tiges limitent la capacité et laperformance de pompage de ces systèmes. Ils sont peu adaptésaux puits éruptifs sur lesquels des organes de sécurité defond sont requis, aux puits profonds ou aux débits élevés 5 (supérieures à 200 m3/j de liquide) .
Le concept monobloc des électropompes de fond actuelles est intéressant dans le cas de puits où lamanoeuvre de manutention est facile et peu onéreuse, cas despuits d'eau potable, des puits non éruptifs à terre ou peu 0 profonds. Il n'est pas adapté aux puits pétroliers actuelset à venir. Ceux-ci sont de plus en plus profonds,inaccessibles, dangereux (car souvent éruptifs), et dotésd'équipements complexes et délicats à mettre en place. Ildevient souhaitable de concentrer les faiblesses 5 incontournables comme l'usure mécanique sur un moduleindépendant qui serait plus léger et moins coûteux àremonter et remplacer, avec un câble ou un treuil parexemple.
Etant donné que la majorité des causes de panne 3 provient du fait que la partie électrique est immergée dansun milieu hostile, il serait souhaitable de regrouperl'ensemble de la partie électrique dans une enceinte àl'abri de toute agression susceptible d'entraîner des pannesélectriques. Ne resteraient en contact avec les effluents 5 que les organes "mécaniques" ne pouvant être la cause ou la proie de courts-circuits électriques, et pouvant être indépendamment remontés et remplacés dans un but de maintenance, suite à une usure mécanique, ou de flexibilité, 4 010232 pour s'adapter par exemple à une évolution des effluents dupuits ou des conditions d'exploitation.
La présente invention a donc pour objet uneinstallation pour puits pétrolier qui permet de séparer la 5 partie électrique des parties mécaniques d'un groupeélectropompe immergé dans le puits, de placer la partieélectrique dans une enceinte à l'abri des agressionsextérieures provenant notamment des effluents du fond depuits, et' de regrouper les parties mécaniques afin de LO faciliter leur retrait.
Pour ce faire, l'invention propose une installation pour puits pétrolier s'étendant de la surface vers unecouche de roche pétrolifère comprenant un tubage disposédans le puits et formant une voie d'écoulement vers la L5 surface pour des hydrocarbures provenant de la couche deroche pétrolifère, un cuvelage délimitant la paroi du puits,et un joint disposé en fond de puits entre le tubage et lecuvelage de manière à former une chambre isolée deshydrocarbures, l'installation comprenant de plus, dans le :0 puits, une pompe et un moteur électrique destiné à actionnerla pompe caractérisé en ce que le stator du moteurélectrique est disposé à l'extérieur du tubage, isolé parcelui-ci des hydrocarbures s'écoulant à l'intérieur dutubage. 5 Le moteur électrique peut être un moteur rotatif ou linéaire.
Selon un mode de réalisation préférée, la pompe estplacée en amont du moteur électrique.
La présente invention présente l'avantage de créer 0 une barrière d'étanchéité infranchissable par l'effluententre la partie mobile centrale et les bobinages du stator.Actuellement dynamique, cette barrière est une technologieplus simple et plus fiable car il s'agit d'une barrièrestatique de type paroi, qui n'est plus traversée par une 5 partie mobile (arbre ou tige) transmettant le mouvement à lapartie mobile de la pompe.
La partie mobile du moteur peut être mise en placeet retirée indépendamment de la partie fixe, et en 5 010232 particulier des équipements électriques, et de plus grâce àune intervention légère au câble, ce qui facilite lamaintenance mécanique et réduit les coûts d'exploitation. D'autres caractéristiques et avantages de la 5 présente invention ressortiront à la lecture de ladescription suivante, donnée à titre explicatif mais nonlimitatif, faite en relation avec les dessins annexés surlesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'une installation LO pour puits pétrolier selon un premier aspect de 1'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe d'une installationpour puits pétrolier selon un deuxième aspect de1'invention ; et L5 - la figure 2A est une vue en coupe, prise selon la ligne A-A de la figure 2.
Sur la figure 1 est représentée, généralement en 10,une installation pour puits pétrolier dans laquelle un puits12 s'étend entre la surface 14 et une couche de roche >0 pétrolifère 16. Le puits 12 comporte un cuvelage 18 qui rendle puits étanche par rapport aux couches de rochestraversées par le puits. A l'intérieur du puits s'étend untubage de production 20, entre une tête de puits, représentée schématiquement en 22, et un joint 24, plus :5 communément appelé "packer" qui est disposé, par exemple, à environ 100 m au-dessus du niveau de la roche pétrolifère 16. Une chambre 26 étanche est définie entre la paroiextérieure du tubage 20 et la paroi intérieure du cuvelage18. 0 Dans l'exemple illustré, le tubage 20 comporte, à son extrémité inferieure, un ensemble de pompage, représentégénéralement en 28 qui comprend une pompe alternative 30destinée à être actionnée dans le sens de la flèche 32 parun moteur électrique linéaire 34 par l'intermédiaire d'une 5 tige de piston 36. Le moteur électrique linéaire 34 estalimenté à partir de la surface 14 par un câble électrique38 disposé dans la chambre 26. 6 010232
Le moteur linéaire 34 comprend un stator 40 et unepartie mobile 42 déplaçable selon l'effet du champmagnétique généré par le stator. Selon l'invention, lestator 40 est monté à l'extérieur du tubage 20 à l'intérieur 5 de la chambre 26. Le tubage 20, au moins dans la région 43avoisinant le moteur linéaire 34, est formé de matériauamagnétique, qui, dans un exemple préféré, est de lacéramique. La partie mobile 42 est munie, à son extrémitésupérieure d'une tête d'accrochage 44 qui permet de remonter L0 à la surface, par exemple au moyen d'un câble, la partiemobile 42 ainsi que la pompe 30.
Le refroidissement du moteur est assuré parl'effluent extrait qui traverse la partie mécanique dumoteur, soit en passant dans l'entrefer entre la partie L5 mobile et le stator immobile, soit au centre de la partiemobile, alors évidée.
La chambre 26 contenant la partie électrique peut,dans un mode de réalisation préférée, recevoir une substancediélectrique, un liquide ou un gel, afin de renforcer encore Î0 la pérennité de l'installation. L'utilisation d'un gelprésente aussi l'avantage d'isoler thermiquement le tubing,qui reçoit alors toute la chaleur dissipée dans le câble 38qui le longe et dont il sert de radiateur. Cet échauffementassurera un meilleur rendement énergétique global de >5 l'installation grâce à 1'échauffement des écoulements.
Comme représenté sur la figure 1, il est préférable de placer la pompe 30 sous le moteur 34, ce qui offre desavantages pour certains types d'effluents visqueux ou gazésau profit des performances du puits. En effet, le fait de 10 placer la pompe sous le moteur réduit nettement les pertesde charge avant l'entrée de l'effluent dans la pompe.
La lubrification entre les parties mobiles et fixesse fait soit à sec avec des matériaux appropriés (céramique,zirconium, téflon, carbures ou bronze), soit par un film !5 d'effluent mis en place par effet hydrodynamique. Un systèmeparallèle de lubrification pourrait aussi être mis en place. L’installation selon l'invention évite la traverséeélectrique du joint ou "packer" qui était jusqu'à présent 7 010232 inévitable et constituait une source des principales pannesélectriques des systèmes utilisés jusqu'alors.
Un deuxième mode de réalisation est représenté surla figure 2 dans laquelle les éléments communs à 5 l'installation de la figure 1 portent les mêmes chiffres deréférence. Un moteur rotatif, représenté généralement en 46,est relié à une pompe rotative de construction classique,représentée schématiquement en 48, par une tige 50. Demanière analogue à l'installation de la figure 1, la partie LO fixe du moteur rotatif 46, notamment le stator 52, estdisposée à l'extérieur du tubage 20, seule la partie mobilese trouve à l'intérieur du tubage dans le milieu corrosif etagressif que constituent les hydrocarbures et les effluentsdu puits. La partie mobile du moteur rotatif comprend un L5 rotor 54 disposé autour d'un arbre 56 muni d'un passagelongitudinal 58. La section 60 du tubage 20 se trouvantentre les bobinages 62 du stator 52 et le rotor 54, estformée d'un matériau amagnétique de sorte à ne pas perturberle champ magnétique qui la traverse. 20 L'arbre 56 est monté libre en rotation dans le tubage 20 par l'intermédiaire de paliers supérieur 64,central 66 et inférieur 68 à butée axiale. Les paliers 64,66, 68 sont munis chacun d'un passage radial qui communiqueavec le passage longitudinal 58 et qui assure la 25 lubrification des paliers. Comme dans le mode de réalisationde la figure 1, la partie mobile du moteur comporte, à sonextrémité supérieure, une tête d'accrochage 44 permettant deremonter à la surface la partie mobile du moteur ainsi quela pompe 48. Cette opération s'effectue de manière classique 10 par câble depuis la surface.
Ainsi l'installation selon l'invention permet d'isoler la partie électrique des moteurs des hydrocarburesou des effluents passant à l'intérieur du tubage 20,hydrocarbures qui constituent un milieu corrosif. Ce type 15 d'installation permet de réduire considérablement le nombrede pannes électriques tout en permettant un remplacementfacile des parties mobiles de l'installation.
Claims (6)
- 8 010232 REVENDICATIONS1 - Installation pour puits pétrolier s'étendant de la surface (14) vers une couche de roche pétrolifère (16) 5 comprenant un tubage (20) disposé dans le puits et formant une voie d'écoulement vers la surface pour deshydrocarbures provenant de la couche de rochepétrolifère, un cuvelage (18) délimitant la paroi dupuits, et un joint (24) disposé en fond de puits entre 0 le tubage (20) et le cuvelage (18) de manière à former une chambre (26) isolée des hydrocarbures,l'installation comprenant de plus, dans le puits, unepompe (30, 48) et un moteur électrique (34, 46) destinéà actionner la pompe, caractérisé en ce que le stator 5 (40, 52) et le câble du moteur électrique (38) sont disposés dans la chambre (26).
- 2 - Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le tubage (20) est formé de matériau amagnétique sur 0 au moins la longueur où le tubage traverse le moteur électrique (34, 46).
- 3 - Installation selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que le moteur électrique est du type linéaire 5 (34).
- 4 - Installation selon la revendication l ou 2 caractérisée en ce que le moteur électrique est du type rotatif (46).
- 5 - Installation selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que la pompe (30, 48) est disposée enamont du moteur électrique (34, 46).
- 6 - Installation selon l’une des revendications 1 à 5 5 caractérisée en ce que la partie mobile du moteur électrique (34, 46) comporte une tête d’accrochage (44)destinée à permettre de remonter à la surface laditepartie mobile et la pompe (30, 48).
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