OA10889A - Procédé de pompage d'un fluide. - Google Patents

Description

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PROCEDE DE POMPAGE D'UN FLUIDE

La présente invention se rapporte à un procédé depompage, d'un fluide et, plus particulièrement à un procédéde pompage ou de relevage d'hydrocarbures provenant d'unpuits pétrolier.

La présente invention se rapporte également à uneinstallation de pompage d'un liquide provenant d'une sourcesouterraine.

Dans certains puits pétroliers, l’écoulement natureldes hydrocarbures du fond à la surface s'avère insuffisantpour permettre ou maintenir une production commerciale. Ceciest dû soit à la viscosité et du poids des effluents, soit àune trop faible pression naturelle au fond du puits, enregard des facteurs qui s'opposent à leur élévation vers lasurface. Afin de permettre la mise en production du puits àune échelle commerciale il convient d'utiliser un systèmed'élévation artificielle de l'effluent, ou systèmed'activation du puits. Par exemple, on peut monter une pompeà l'extrémité inférieure d'un tube de production situé dansle puits, ou on peut prévoir une installation d'injection degaz au fond du puits. Ce dernier type d'installation pluscommunément appelée "gas lift", sert à alléger la colonned'hydrocarbures située dans le puits afin de faciliter sa remontée vers la surface.

Cependant, l’utilisation d'une pompe en fond depuits, endroit où les températures et pressions sont trèsélevées et où le milieu environnant peut être très corrosif,peut provoquer des pannes ou des dysfonctionnements del'équipement d'activation qui, compte tenu de sa situationdans le puits, nécessitent des interventions longues etcoûteuses. De plus, pendant ces interventions la productiondu puits est arrêtée, ce qui entraîne des pertes financièresadditionnelles. Une installation d'injection de gaz en fondde puits est plus fiable que l'installation précédente, maisprésente l'inconvénient de nécessiter une source de gaz sous 2 010889 pression, par exemple un compresseur avec ses tuyauteriesassociées, sur un chantier isolé.

Un autre système d'assistance consiste en le pompagedes hydrocarbures effectué à partir de la surface. Ledocument EP-A-579497 décrit une méthode de pompage deliquide, provenant d'une extrémité d'un puits, vers unesortie à l'extrémité opposée du puits, dans laquelle onrègle la pression de gaz dans une ou plusieurs chambres afinqu'elles s'emplissent de liquide. Ensuite, une pression degaz supérieure est appliquée à chaque chambre afin dedéplacer le liquide et de l'envoyer vers la sortie. Chaquechambre est munie de vannes d'entrée et de sortie commandéesà partir de détecteurs de niveau afin de contrôler le sensd'écoulement du liquide. Selon ce document, les chambrespeuvent soit être superposées les unes sur les autres àl'intérieur du puits, soit être disposées côte à côte en unpoint avoisinant la sortie du puits.

Le positionnement des chambres de manière superposéedans le puits présente des avantages en ce qu’il permetd'avoir une installation moins encombrante et un rendementénergétique optimisé. En revanche ce type d'installationprésente des inconvénients puisque la superposition deschambres, chacune étant munie de divers vannes et dedétecteurs de niveaux, nécessite de retirer du puits une ouplusieurs chambres lorsqu'il y a une panne ou unedéfaillance dans une des chambres inférieures. De plus,l'utilisation de plusieurs chambres, chacune équipée devannes et de détecteurs de niveaux, rend difficiles lesprévisions de maintenance de l'installation.

Le document US-A-1,499,509 décrit un procédé depompage d'un effluent, provenant d'un puits pétrolierfaiblement éruptif. Selon ce procédé, l'effluent remplit unespace annulaire défini entre la paroi du puits et un tubagede production qui s’étend du fond du puits jusqu'à lasurface. Une fois l'espace annulaire rempli d'effluent, dugaz sous pression est envoyé de la surface dans l'extrémitésupérieure de cet espace, ce qui provoque le déplacement de 3 010889 l'effluent et sa remontée jusqu'à la surface par l’intérieurdu tubage.

Ce procédé présente des inconvénients en ce qu'ilnécessite d'importantes installations de compression,traitement et transport de gaz. De plus, l'énergie depompage est, en grande partie, dissipée en chaleur, ce qui apour résultat de réduire sensiblement le rendement duprocédé.

La présente invention a donc, pour objet un procédéde pompage d'un fluide, provenant d'une source à uneextrémité d'un puits, vers une sortie, qui est simple,fiable et permet d'utiliser une installation située à lasurface qui est peu encombrante.

Pour ce faire 1'invention propose un procédé depompage d'un effluent fluide, provenant d’une source (14)adjacente à un puits (10), vers une sortie (24), le puitscomprenant une chambre (32) s'étendant substantiellement surtoute la longueur du puits, et un tubage (18) traversant lachambre et communiquant, à une extrémité, avec celle-ci et,en un point intermédiaire sur sa longueur, avec la source(14), caractérisé en ce qu'il comporte les étapessuivantes : - emplir, jusqu'à une hauteur prédéterminée,1 ' extrémité inférieure de la chambre et du tubage avec unpremier liquide de densité supérieure à celle de1'effluent ; - emplir la chambre, entre la hauteur prédéterminéeet la sortie, avec un deuxième liquide de densité inférieureà celle du premier liquide, et - injecter une quantité additionnelle du deuxièmeliquide dans la chambre afin de déplacer le premier liquideainsi que l'effluent, afin de remonter l'effluent vers lasortie.

La présente invention présente l'avantage de faireappel à une installation, dont l'organe de puissance estsitué à la surface, rendant ainsi sa maintenance très facileet peu fréquente, et qui est efficace et fiable. 4 010889

La présente invention a également pour objet uneinstallation de pompage permettant la mise en oeuvre duprocédé de pompage.

Pour ce faire, l’invention propose une installationde pompage d’un effluent fluide provenant d'une sourcesouterraine (14) comprenant un puits (10) s’étendant de lasurface (12) à travers la source et comportant une chambre(32) s'étendant sur toute sa longueur, un tubage (18)disposé dans la chambre et communiquant avec celle-ci à sonextrémité inférieure, et, en un point intermédiaire sur salongueur, avec la source (14), caractérisée en ce que lachambre (32) et le tubage (18) sont adaptés à être emplis,jusqu'à une hauteur prédéterminée avec un premier liquide,de densité supérieure à celle de l'effluent, l’installationcomprenant, de plus, un ensemble de vannes (38) destinée àmettre la chambre (32) sélectivement en communication avecune source sous pression d'un deuxième liquide de densitéinférieure à celle du premier liquide, et un réservoir bassepression pour ce premier liquide. D'autres caractéristiques et avantages de la pré-sente invention ressortiront à la lecture de la descriptionsuivante, donnée à titre explicatif mais non limitatif,faite en relation avec les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un puitsselon un premier mode de réalisation de l’invention ; et - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un deuxièmemode de réalisation.

Sur la figure 1, un puits représenté généralementen 10, qui, dans l'exemple illustré, est un puits pétrolier,s'étend de la surface 12 du sol à travers une couche deroche pétrolifère 14. L'extrémité inférieure 15 du puits sesitue à environ XX m en dessous de la couche de roche 14.Lepuits 10 est muni d'un cuvelage 16, s'étendant le long dupuits, et d'un tubage de production 18 s'étendant de lasurface 12 jusqu'à l’extrémité inférieure 15 du puits. Letubage 18 comporte, en un point situé à environ 100 m de lasurface 12, une vanne de sécurité 20. A son extrémitésupérieure le tubage 18 comporte un ensemble de vannes de 5 010889 production 22, ou "arbre de Noël" destiné à contrôler ledébit de production du puits. Cet ensemble de vannescommunique avec un conduit de production 24 formant lasortie du puits.

Le puits 10 et le tubage 18 s'étendent au-delà de lacouche de roche pétrolifère 14, le tubage 18 s'ouvrant verscelle-ci par un conduit 26 muni d'un clapet anti-retour 28.L'extrémité supérieure du puits 10 est fermée par un joint30 de suspension du tubage ou « tubing hanger >. L'espaceannulaire 32 défini entre le cuvelage 16 et le tubage 18 petêtre sélectivement mis en communication avec une source deliquide à haute pression 34 et un réservoir de liquide àbasse pression 36 par un ensemble de vannes de commande 38,des vannes de sécurité 40 et un conduit 42 qui traverse lejoint 30. Une vanne 44 de sécurité peut avantageusement êtremontée à l'extrémité du conduit 42. Un clapet anti-retour46,disposé dans le tubage 18 en un point immédiatement au-dessus du conduit 26, permet l'écoulement de fluide dans letubage uniquement du fond vers la surface.

Le gisement de la couche 14 est faiblement éruptif,c'est-à-dire que la pression exercée par le gisement permetde remonter l'effluent jusqu'à un niveau intermédiaire Ndans le puits. Afin de remonter l'effluent du niveau Njusqu'à la surface, on met en oeuvre le procédé de pompageselon 1’invention.

Ce procédé consiste à disposer un premier liquide,de densité importante, à l’extrémité inférieure du puitsafin qu'il remplisse l'espace annulaire, et l'extrémitéinférieure du tubage 18, jusqu'à un niveau A. Puis, levolume libre de l'espace annulaire 32 est entièrement remplid'un second liquide provenant de la source à haute pression34 et de densité inférieure à celle du premier liquide. Lapression exercée par le second liquide fait baisser leniveau du premier liquide, dans l'espace annulaire 32 duniveau A à un niveau inférieur B, ce qui a pour résultat quele niveau du premier liquide dans le tubage 18 remonte duniveau A à un niveau supérieur C. L’intérieur du tubage 18 010889 entre le niveau C et le niveau N contient de l'effluentprovenant de la couche de roche 14.

Ensuite, afin de déplacer l'effluent dans le tubage18 vers la surface, un volume additionnel du second liquideest envoyé dans l'espace annulaire, ce qui a pour résultatde faire baisser le niveau du premier liquide d'une distanced du niveau B jusqu'à un niveau inférieur E. Ce niveauinférieur se trouve légèrement au-dessus de l'extrémitéouverte du tubage 18. Le niveau du premier liquide remonte,d'une distance h, jusqu'à un niveau maximum G, juste endessous du conduit 26. Puis, afin de compléter un cycle depompage, la vanne de commande 38 est actionnée pour mettrel'espace annulaire 32 en communication avec le réservoirbasse pression 36. La pression statique exercée, par lacolonne du premier liquide dans le tubage 18, sur ledeuxième liquide refoule celui-ci vers le réservoir bassepression 36, les liquides tendant à retrouver leurs niveauxde départ B et C. L'effluent, qui a été remonté dans letubage vers la surface n'a pas la possibilité de retomber dufait de l'action du clapet anti-retour 46. Lorsque lepremier liquide, dans le tubage, retombe de son niveaumaximum G vers son niveau C, il crée une dépression dans le tubage 18, en dessous du clapet anti-retour 46, ce qui tendà augmenter la vitesse d'écoulement de l'effluent de laroche 14 vers 1'intérieur du tubage 18.

Une fois que les liquides ont retrouvé leurs niveauxde départ B et C, et que le tubage en dessous du clapetanti-retour 46 est rempli d'effluent, le cycle de pompagepeut recommencer, simplement en inversant la position de lavanne de commande 38 afin de remettre l'espace annulaire 32en communication avec la source haute pression 34. A chaquecycle de pompage l'effluent est remonté d'une hauteur h dansle tubage 18. L'utilisation du premier liquide de densitéimportante lui permet d'agir comme un ressort de rappel pourle deuxième liquide de densité inférieure . En retrouvantson niveau de départ à la fin d'un cycle, le premier liquiderefoule le deuxième liquide vers le réservoir basse pression 7 010889 et permet l'entrée d'une nouvelle quantité d'e££luent dansle tubage. L'augmentation des dimensions du compresseur,destiné à alimenter la source haute pression du deuxièmeliquide, qui est nécessitée par la charge additionnelle dupremier liquide, est faible. La taille de ce compresseurétant néanmoins inférieure à celui qui est nécessaire pourun procédé de pompage par un gaz, tel que décrit dans ledocument ÜS-A-1,499,509.

Sur la figure 2 est représenté un deuxième mode deréalisation qui diffère de celui de la figure 1 en ce qu'ilcomporte un premier, 16, et un deuxième cuvelages 50 quidéfinissent entre eux une chambre annulaire 52, délimitéepar deux joints annulaires 54 et 56. La chambre annulaires'ouvre vers la couche de roche pétrolifère 14 etcommunique, par un conduit 58, muni, d’un clapet anti-retour60, avec une chambre 62 disposée à l’extérieur du tubage 18.Le tubage 18 comporte deux ouvertures 64 vers la chambre 62,et, de plus, il est muni d’un clapet anti-retour 66 en unpoint immédiatement au-dessus de la chambre 62. Le procédéde pompage utilisant ce mode de réalisation est sensiblementanalogue à celui mis en oeuvre dans 1'installation de lafigure 1.

EXEMPLE CHIFFRE

Comme le procédé de pompage selon l'inventionutilise des liquides en tant que moyen de pompage, la perted'énergie de pompage dans des phénomènes thermodynamiquesest considérablement réduite. De plus, l'utilisation dupremier liquide de densité importante, qui a tendance àretrouver son niveau de départ en refoulant le deuxièmeliquide de pompage vers son réservoir, réduit davantage laconsommation d'énergie du procédé.

Claims (3)

1. 8 010889 REVENDICATIONS

   1 - Procédé de pompage d'un effluent fluide, provenant d’unesource (14) adjacente à un puits (10), vers une sortie(24), le puits comprenant une chambre (32) s'étendantsubstantiellement sur toute la longueur du puits, et untubage (18) traversant la chambre et communiquant, à uneextrémité, avec celle-ci et, en un point intermédiairesur sa longueur, avec la source (14) , caractérisé en cequ’il comporte les étapes suivantes : - emplir, jusqu'à une hauteur prédéterminée, l'extrémitéinférieure de la chambre et du tubage avec un premierliquide de densité supérieure à celle de l'effluent ; - emplir la chambre, entre la hauteur prédéterminée etla sortie, avec un deuxième liquide de densitéinférieure à celle du premier liquide, et - injecter une quantité additionnelle du deuxième liquide dans la chambre afin de déplacer le premierliquide ainsi que l'effluent, afin de remonterl’effluent vers la sortie.
2. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte l'étape additionnelle de mettre la chambre encommunication avec un réservoir basse pression dudeuxième liquide afin de permettre au deuxième liquidede se refouler de la chambre, le premier liquidedescendant à 1 ' intérieur du tubage vers sa hauteurprédéterminée.
3. 3 - Installation de pompage d'un effluent liquide provenant d’une source souterraine (14) comprenant un puits (10)s'étendant de la surface (12) à travers la source etcomportant une chambre (32) s'étendant sur toute salongueur, un tubage (18) disposé dans la chambre etcommuniquant avec celle-ci à son extrémité inférieure,et, en un point intermédiaire sur sa longueur, avec lasource (14) , caractérisée en ce que la chambre (32) etle tubage (18) sont adaptés à être emplis, jusqu'à une 9 010889 hauteur prédéterminée avec un premier liquide, dedensité supérieure à celle de l'effluent, l'installationcomprenant, de plus, tin ensemble de vannes (38) destinéeà mettre la chambre (32) sélectivement en communication 5 avec une source sous pression d'un deuxième liquide de densité inférieure à celle du premier liquide, et unréservoir basse pression pour ce premier liquide.