WO2015052404A2 - Fluid discharge device - Google Patents

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WO2015052404A2
WO2015052404A2 PCT/FR2014/052425 FR2014052425W WO2015052404A2 WO 2015052404 A2 WO2015052404 A2 WO 2015052404A2 FR 2014052425 W FR2014052425 W FR 2014052425W WO 2015052404 A2 WO2015052404 A2 WO 2015052404A2
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tube
well
gas
pressure
pump
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PCT/FR2014/052425
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WO2015052404A3 (en
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Pierre Valette
Pierre Lemetayer
Patrick Lamy
Philippe RENOUF
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/34Arrangements for separating materials produced by the well
    • E21B43/38Arrangements for separating materials produced by the well in the well
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B34/00Valve arrangements for boreholes or wells
    • E21B34/06Valve arrangements for boreholes or wells in wells
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/12Methods or apparatus for controlling the flow of the obtained fluid to or in wells

Definitions

  • the present invention relates to the field of oil exploitation and in particular the field of the production of hydrocarbons assisted by a pump installed in a well.
  • the present invention provides an evacuation device without passing through the pump and allowing a simple and inexpensive evacuation of gases especially in the case of combined production of gases and liquids.
  • the present invention thus aims at a device for discharging gaseous and liquid fluids suitable for being positioned in a hydrocarbon production well, the well comprising a wellhead and a wellbore, in which the device comprises:
  • an evacuation tube one end of said tube being able to be connected to a pump positioned in the extraction well for pumping at least one liquid; an insulator in contact with the tube and able to block a flow of gaseous fluid contained between a wall of the tube and a wall of the well, of a first space formed between the insulator and the bottom of the well to a second space formed between insulation and wellhead;
  • At least a first opening made at an opening dimension on a wall of said tube adapted to allow a flow of a gas of said first space in said tube;
  • the first space is the lower annular space below the insulator (or “bottom") and the second space as the upper annular space above the insulator (or “ in the upper part ")
  • the opening made in the tube allows the gas present in the first space to be injected into the tube and thus allow it to be extracted at the same time as the liquid hydrocarbons circulating in the evacuation tube, but without passing through the pump.
  • this injection makes it possible to limit the formation of hydrates on the evacuation of the gas, especially when the environment near the wellhead is cold (eg wells in a polar environment), allowing the gas to come into contact liquid hydrocarbons and reheat it.
  • Insulation is more often called "packer” (terminology of English origin).
  • the insulation may be a circular ring whose inner surface is in contact with the tube (or “tubing” in English) and whose outer surface is adapted to be in contact with the walls of the well (or “casing” in English) .
  • These contacts can be waterproof contacts.
  • valve equipping an opening means that the valve is able to control the flow of fluid through the opening.
  • the first pressure can be greater than a second pressure in said tube at a given time, this does not mean that the first pressure is always greater than the second pressure at any time. Indeed, it may happen that the second pressure is, for example, occasionally greater than the first pressure depending on the operating conditions of the well (eg occurrence of gas plugs, start or stop of the pump, etc.).
  • the device may comprise at least a second opening made on a wall of said tube adapted to allow a flow of a gas of said first space in said tube, at least a second non-return valve being mounted on the at least one second opening, the at least one second non-return valve being able to block a fluid present in said tube to the first space.
  • the second opening may be located at a different coast from said opening dimension or at said opening dimension.
  • This second opening provided with a non-return valve allows the device to adapt to the operation of the well. Indeed, it can be complex to determine exactly the dimension of the tube at which the pressure equilibrium knowing that it can be variable. Thus, if several openings provided with valves are made on the tube, at different dimensions (eg every 10m, on the last 100 meters before the insulator and below this), only the valves positioned at a rating for which the pressure inside the tube is lower than the pressure outside the tube can inject. This plurality of openings thus allows increased flexibility of the device.
  • valves are positioned at the same dimension, it is possible to choose non-return valves so that their opening characteristics are different (eg the force required to apply to the valve so that it opens).
  • the number of open valves at the same rating may depend on the pressure difference between the inside and outside of the tube: if this difference is small, only some valves open while if this difference is very important, more valves open.
  • successive valves can be controlled by electric or electromagnetic hydraulic control.
  • valve is characterized by its opening conditions and the passage section (diameter, shape, etc.) and it is then possible to modulate these parameters in order to adapt to the operating modes of the production well (possibly by changing the valve, adding an internal calibration or modulating its opening remotely from the surface).
  • the first valve can be advantageously interchangeable from an inside of the evacuation tube.
  • this valve can be mounted on a mandrel (or "mandrel" in English).
  • mandrel or "mandrel” in English.
  • the second pressure is occasionally greater than the first pressure, it is possible to limit the return of hydrocarbon fluid flowing in the tube to the annular space.
  • the device may furthermore comprise at least one gas-liquid separation device connected to another end of the tube (for example at the surface) or at least one gas-liquid separation device placed upstream of the pump (ie in front of the zone). suction of the pump into the well).
  • the second pressure can be determined according to at least:
  • the distance between the opening dimension of a valve and the connection of the tube to the pump is called “distance from the connection of the tube to said pump”.
  • pressure evolution characteristic of a fluid is used to describe a parameter for estimating the pressure variation in a tube along it, for example for a vertical displacement ⁇ .
  • This parameter can represent the hydrostatic pressure variations of the fluid Az. p. g with g the constant gravitational and p the density of the fluid.
  • this parameter can be affected by the variations in velocities and hydrodynamic pressures of the fluid which induce, for example, a sliding between phases and therefore a variable equivalent density, hence the difficulty (ie related to the setting in motion of the fluid, friction, etc.).
  • the "pump overpressure characteristic" is the pressure difference between the pump outlet and the pump inlet.
  • the first pressure can be determined according to at least:
  • the device may further comprise, connected to another end of the tube, a gas-liquid separation device.
  • this separation device may be at the surface in order to obtain a liquid discharged from the gas injected at the opening.
  • the insulation can be positioned on the tube so that a gas with H 2 S can flow into the first space without damaging walls of said well.
  • a gas with H 2 S can flow into the first space without damaging walls of said well.
  • the present invention also aims at a gaseous liquid evacuation system comprising:
  • the pump is then connected to the evacuation tube of said evacuation device.
  • the injection dimension can be chosen as low as possible in the case where the gas flow is not very variable, thus making it possible to reduce the need for power of the pump, especially when there is little liquid produced. Conversely, if the gas flow rate is variable, a high injection side avoids an impact on the pressure drops in the tubing and therefore on the operation of the pump.
  • FIG. 1 illustrates a particular embodiment of an evacuation device mainly production liquid in one embodiment of the invention
  • FIG. 2a is a representation of an evolution of the pressure curve within the device as a function of a depth; - Figure 2b illustrates a temporal evolution of pressure for a given depth but low.
  • Figure 1 illustrates a particular embodiment of the discharge device mainly production liquid in an embodiment of the invention.
  • an eruptive well can gradually unfold and lose its eruptive character.
  • artificial extraction methods can be implemented in order to raise the surface hydrocarbons produced underground (ie passing through the well wall through the perforations or connections of the well at the bottom of the well, arrow 104) but not having enough energy to rise naturally in steady state or transient.
  • a pump 102 for example a submerged centrifugal pump.
  • This pump 102 is connected to a discharge tube 101 for raising the mainly liquid hydrocarbons pumped to the surface.
  • impellers that tolerate very high gas contents (eg POSEIDON type impeller) that can operate with a volume fraction of the gas up to about 100% (or GVF for "Gas Volume Fraction").
  • the submerged pumps are equipped with a stack of these impellers in series and possibly impulseers of other types (eg POSEIDON submersible pumps).
  • POSEIDON submersible pumps eg POSEIDON submersible pumps.
  • casing non H 2 S service a so-called "casing non H 2 S service” architecture.
  • This type of architecture means that certain walls of the well (ie the "casing” in English) can be damaged or weakened by the circulation or the presence of hydrogen sulphide: hydrogen sulphide can, indeed, damage some metals by cracking.
  • the parts of the well "casing non H 2 S service” are sometimes wellhead, located on a few tens of meters (50 m approximately). Thus, it is advantageous not to circulate gas in the last meters of the well in order to preserve the integrity of its walls.
  • this valve can be a gas-lift type valve because this type of valve is proven in this type of situations and allows a simple, configurable and inexpensive installation.
  • these valves can be mounted on a mandrel so as to interchange easily and possibly adjust their opening depending on the operation of the well.
  • This valve optionally allows the passage of gas between the annular space to the discharge tube when the pressure in the annular space at the level of this valve is greater than the pressure in the evacuation tube 101 at this valve.
  • the passage of the gas can be conditioned also by an activation pressure related to the characteristics of the valve or a hydraulic or electrical command controlled from the surface.
  • the production gas mixes with the mainly liquid hydrocarbons at the level of this valve and rises in the extraction tube with the liquid effluent (in dissolved form or in the form of bubbles) .
  • the device remains simple and inexpensive to implement or maintain in condition. It is then possible to achieve a separation of the gas (arrow 1 13) and the liquid (ie hydrocarbons, arrow 1 14) at the surface, at the wellhead for example.
  • valves (1 1 1, 1 12) it is possible to provide several valves (1 1 1, 1 12) along the tube 101. Indeed, it can be effective to reinject the gas as low as possible into the production tube. However, it is complex to know the exact re-injection rating possible, knowing that this can be variable when the well is in operation (i.e. when hydrocarbons are raised from the bottom of the well 10Of). Indeed, this reinjection rib requires that the pressure in the annular space at a given dimension is greater than the pressure in the evacuation tube 101 at this same dimension: the pressure at a given dimension may depend on the characteristics specific to the pump but also may vary depending on the time (especially in case of depletion of the well).
  • valves close vertically (ie in a predetermined range of dimension). This makes it possible to increase the passage cross section beyond the maximum diameter of the orifices for a given mandrel or to vary the passage section by opening when necessary the other valve (s): if the pressure increases strongly and / or brutally in space annular, the number of open valves (ie to reduce the pressure) can increase significantly.
  • the positioning of the insulator 109 to a dimension z nc close to the wellhead 101OT makes it possible to increase the gaseous volume of the annular space.
  • This reinjection in the high position makes it possible to limit the "submergence" (ie liquid height above the pump suction in the annular space) thus to reduce the bottom pressure and increase the flow rate.
  • the injection of the production gas into the hydrocarbons makes it possible to limit the formation of hydrates, especially if the well is a submarine well or a well drilled in a cold zone. Indeed, the hydrocarbons are relatively hot and avoid excessive cooling of the production gas.
  • Figure 2a is a schematic representation 200 of an evolution of the pressure curve within the device as a function of a depth.
  • Production pressure PPROD is the pressure at the Z PRO D dimension (ie the perforation dimension or connections of the well 1 03).
  • the pressure decreases going back up the wall of the well to the interface between the liquids and the gases (dimension Z
  • the pressure also decreases but more slowly.
  • the slope of the segment [205-207] corresponds substantially to the hydrostatic pressure variation of the production gas (to which may be added a component of hydrodynamic variation related to the friction of the fluid moving within the annular space) .
  • the pump 102 On the side z P i to the dimension z P2 , is the pump 102.
  • the pump inlet pressure is the pressure P E p at point 202 of Figure 2a.
  • the pressure in the discharge tube is represented by the half-line [203-206].
  • the slope of this half-line substantially corresponds to the variation of hydrostatic pressure of the liquids present in the evacuation tube 110 (to which may be added a component of hydrodynamic variation related to the friction of the fluid moving within the tube 101) .
  • the half-line [203-206] and the segment [205-207] intersect at point 206, the point of equilibrium between the pressures within the evacuation tube 110 and outside it (in the annular space).
  • the pressure in the annular space above the dimension z E and up to the dimension z NC is greater than the pressure in the tube 110 for the same dimension.
  • FIG. 2a does not respect the scales and the proportions of the different dimensions or pressures.
  • the interface dimension zi is very close to the production dimension and the overpressure of the pump is relatively high compared to the hydrostatic pressure variation of the gas in the annular space (slope of the straight line (205,206)) .
  • Figure 2b illustrates a temporal evolution of pressure for a given depth.
  • the pressure representation as shown in relation to FIG. 2a does not show the temporal variations of the pressure. Indeed, the pressure can change due to the depletion of the tank and due to the presence of gas plugs.
  • the curve 21 0 shows the variation of pressure within the annular space of the device presented previously at a dimension z x.
  • Curve 21 1 shows the variation of pressure within the evacuation tube 110 at the same dimension z x.
  • the pressure of the curve 210 is predominantly greater than the pressure of the curve 21 1 (except during the periods of time [t- ⁇ , t 2 ] [t 3 , t 4 ] and [t 5 , t 6 ]). It is thus possible to determine a proportion of average time during which the pressure 21 0 is greater than the pressure 21 1 (for example, by carrying out the determination over a period of 3 hours or one day). If this determined proportion is greater than a predetermined threshold, it is possible to consider that the dimension z x is greater than the dimension z E. For example, this predetermined threshold may be equal to 50%, 80% or 90%.
  • the discharge tube is described as being centered in wells thus forming an annular space around this tube. It is also possible that this tube is not centered in the well, "the annular space" then being misnamed as well.
  • the embodiments have hydrocarbon exploitation wells but the devices and systems presented are not limited to this embodiment. Indeed, it is possible to use these systems or devices in any well (or more generally any cavity) simultaneously producing gas and liquid.
  • the bottom separation may be partial, that is to say the liquid effluent may contain gas and the gaseous effluent may cause liquid according to the operating conditions.

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Abstract

The present invention relates to a fluid discharge device able to be positioned in a hydrocarbon production well. The device comprises a discharge tube, one end of said tube being able to be connected to a pump positioned in the hydrocarbon production well for pumping at least one liquid; an insulator in contact with the tube and able to limit a flow of fluid between a wall of the tube and a wall of the well, from a first space formed between the insulator and the well bottom toward a second space formed between the insulator and the well head; an opening formed on an opening side on said tube able to allow a gas to flow from said first space into said tube; and a non-return valve mounted on said opening, the valve being able to block a fluid present in said tube from flowing toward the first space.

Description

DISPOSITIF D'EVACUATION DE FLUIDE  FLUID EVACUATION DEVICE
La présente invention concerne le domaine de l'exploitation pétrolière et notamment le domaine de la production de d'hydrocarbures assistée par une pompe installée au sein d'un puits. The present invention relates to the field of oil exploitation and in particular the field of the production of hydrocarbons assisted by a pump installed in a well.
Lors de l'exploitation d'un puits assisté, la production naturelle d'hydrocarbures liquides peut être insuffisante pour permettre une exploitation économiquement rentable du puits. Dans certaines situations, la production peut même être nulle. During the operation of an assisted well, the natural production of liquid hydrocarbons may be insufficient to allow an economically profitable exploitation of the well. In some situations, production may even be zero.
De nombreuses méthodes existent afin d'améliorer la production de ces puits d'hydrocarbures comme l'injection de gaz dans la colonne montante afin de l'alléger (technique dite du « gas lift » en anglais). Many methods exist to improve the production of these hydrocarbon wells such as the injection of gas into the riser in order to lighten it (technique called "gas lift" in English).
Il est également possible d'installer des pompes (soit en surface, soit de manière immergée dans le puits). It is also possible to install pumps (either on the surface or submerged in the well).
Il est utile d'extraire du puits les hydrocarbures liquides produits mais aussi le gaz de production, même si initialement celui-ci n'était pas un objectif de production. En effet, si celui-ci n'est pas extrait, il peut faire monter en pression le puits et altérer le fonctionnement de la pompe (durée de vie ou efficacité). Il est, bien sûr, possible de laisser remonter librement le gaz de production au sein du puits (par exemple à travers un espace annulaire) mais ce gaz peut mettre en danger l'intégrité de certaines parties du puits non H2S-service (ex. le gaz H2S peut réagir avec certains métaux et engendrer une corrosion par fissuration). It is useful to extract from the well the liquid hydrocarbons produced but also the production gas, even if initially this one was not a production objective. Indeed, if it is not extracted, it can increase pressure well and alter the operation of the pump (life or efficiency). It is, of course, possible to allow production gas to flow freely within the well (for example through an annular space) but this gas can endanger the integrity of certain parts of the non-H2S-service well (ex. H 2 S gas can react with certain metals and cause corrosion cracking).
Il est aussi possible de prévoir des pompes permettant de pomper des mélanges de gaz et de liquides. Néanmoins, ces pompes peuvent avoir des difficultés de fonctionnement si la proportion volumique de gaz par rapport au volume total (ou GVF pour en anglais « gas volume fraction ») pompé dépasse un certain seuil même de façon très temporaire. Ces situations peuvent notamment survenir en cas d'apparition de bouchons de gaz lors de la production d'hydrocarbures. L'arrivée massive de gaz à l'aspiration de la pompe peut entraîner des dysfonctionnements de la pompe avec endommagement accéléré et un arrêt mécanique de celle-ci suite aux manques répétés de lubrification ou périodes prolongées de non-débit du fait de blocage dû au gaz (ou « gas lock » en anglais ». It is also possible to provide pumps for pumping mixtures of gases and liquids. Nevertheless, these pumps may have operating difficulties if the volume proportion of gas relative to the total volume (or GVF for gas volume fraction) pumped exceeds a certain threshold even very temporarily. These situations can arise especially in case of occurrence of gas plugs during the production of hydrocarbons. The massive inflow of gas at the suction of the pump can cause malfunctions of the pump with accelerated damage and a mechanical stop of this one following the repeated lack of lubrication or extended periods of non-flow due to gas blocking (or "gas lock" in English).
De tels systèmes ne sont pas exempts de défauts comme évoqués ci-dessus. La présente invention vient améliorer la situation. Such systems are not free of defects as mentioned above. The present invention improves the situation.
A cet effet, la présente invention propose un dispositif d'évacuation sans passer par la pompe et permettant une évacuation simple et peu coûteuse des gaz notamment en cas de production combinée de gaz et de liquides. For this purpose, the present invention provides an evacuation device without passing through the pump and allowing a simple and inexpensive evacuation of gases especially in the case of combined production of gases and liquids.
La présente invention vise alors un dispositif d'évacuation de fluides gazeux et liquides apte à être positionné dans un puits de production d'hydrocarbures, le puits comportant une tête de puits et un fond de puits, dans lequel le dispositif comprend : The present invention thus aims at a device for discharging gaseous and liquid fluids suitable for being positioned in a hydrocarbon production well, the well comprising a wellhead and a wellbore, in which the device comprises:
- un tube d'évacuation, une extrémité dudit tube étant apte à être connectée à une pompe positionnée dans le puits d'extraction pour le pompage au moins de liquide ; - un isolant en contact avec le tube et apte à bloquer un écoulement de fluide gazeux contenu entre une paroi du tube et une paroi du puits, d'un premier espace formé entre l'isolant et le fond de puits vers un deuxième espace formé entre l'isolant et la tête de puits ; an evacuation tube, one end of said tube being able to be connected to a pump positioned in the extraction well for pumping at least one liquid; an insulator in contact with the tube and able to block a flow of gaseous fluid contained between a wall of the tube and a wall of the well, of a first space formed between the insulator and the bottom of the well to a second space formed between insulation and wellhead;
- au moins une première ouverture réalisée à une cote d'ouverture sur une paroi dudit tube apte à permettre une circulation d'un gaz dudit premier espace dans ledit tube ; - At least a first opening made at an opening dimension on a wall of said tube adapted to allow a flow of a gas of said first space in said tube;
- au moins une première vanne équipant la au moins première ouverture, la vanne étant apte à bloquer un fluide circulant dans ledit tube vers le premier espace. II est possible de désigner le premier espace comme étant l'espace annulaire inférieur en dessous de l'isolant (ou « en partie basse ») et le deuxième espace comme étant l'espace annulaire supérieur au-dessus de l'isolant (ou « en partie haute ») L'ouverture réalisée dans le tube permet au gaz présent dans le premier espace d'être injecté dans le tube et ainsi lui permettre d'être extrait en même temps que les hydrocarbures liquides circulant dans le tube d'évacuation, mais sans transiter par la pompe. Par ailleurs, cette injection permet de limiter la formation d'hydrates sur l'évacuation du gaz, notamment lorsque l'environnement proche de la tête de puits est froid (ex. puits en milieu polaire), en permettant au gaz de venir au contact des hydrocarbures liquides et de le réchauffer. - At least a first valve equipping the at least first opening, the valve being adapted to block a fluid flowing in said tube to the first space. It is possible to designate the first space as being the lower annular space below the insulator (or "bottom") and the second space as the upper annular space above the insulator (or " in the upper part ") The opening made in the tube allows the gas present in the first space to be injected into the tube and thus allow it to be extracted at the same time as the liquid hydrocarbons circulating in the evacuation tube, but without passing through the pump. Furthermore, this injection makes it possible to limit the formation of hydrates on the evacuation of the gas, especially when the environment near the wellhead is cold (eg wells in a polar environment), allowing the gas to come into contact liquid hydrocarbons and reheat it.
L'isolant est plus souvent appelé « packer » (terminologie d'origine anglaise). L'isolant peut être un anneau circulaire dont la surface intérieure est en contact avec le tube (ou « tubing » en anglais) et dont la surface extérieure est apte à être en contact avec les parois du puits (ou « casing » en anglais). Ces contacts peuvent être des contacts étanches. Insulation is more often called "packer" (terminology of English origin). The insulation may be a circular ring whose inner surface is in contact with the tube (or "tubing" in English) and whose outer surface is adapted to be in contact with the walls of the well (or "casing" in English) . These contacts can be waterproof contacts.
On entend par « une vanne équipant une ouverture », le fait que la vanne est apte à contrôler le flux de fluide au travers de l'ouverture. The term "a valve equipping an opening" means that the valve is able to control the flow of fluid through the opening.
Pour que l'injection du gaz se passe correctement, il est utile que la pression dans l'espace annulaire (i.e. à l'extérieur du tube) soit supérieure à la pression dans le tube au niveau de cette ouverture : ces conditions sont obtenues par des conditions opératoires appropriées. In order for the injection of the gas to proceed correctly, it is useful for the pressure in the annular space (ie outside the tube) to be greater than the pressure in the tube at this opening: these conditions are obtained by appropriate operating conditions.
Bien entendu, si la première pression peut être supérieure à une deuxième pression dans ledit tube à un instant donné, cela ne signifie pas que la première pression soit toujours être supérieure à la deuxième pression à chaque instant. En effet, il peut arriver que la deuxième pression soit, par exemple, occasionnellement supérieure à la première pression en fonction des conditions d'exploitation du puits (ex. survenance de bouchons de gaz, démarrage ou arrêt de la pompe, etc.). Of course, if the first pressure can be greater than a second pressure in said tube at a given time, this does not mean that the first pressure is always greater than the second pressure at any time. Indeed, it may happen that the second pressure is, for example, occasionally greater than the first pressure depending on the operating conditions of the well (eg occurrence of gas plugs, start or stop of the pump, etc.).
Par ailleurs, s'il n'existe aucune cote en dessous de l'isolant pour lequel la première pression est supérieure à la deuxième pression, la vanne (par exemple, anti-retour) permet de continuer à produire les liquides et accumuler les gaz dans l'espace annulaire entraînant la montée en pression le premier espace (du fait de la production naturelle de gaz par le puits). Dans un mode de réalisation, le dispositif peut comporter au moins une deuxième ouverture réalisée sur une paroi dudit tube apte à permettre une circulation d'un gaz dudit premier espace dans ledit tube, au moins une seconde vanne anti-retour étant montée sur la au moins une seconde ouverture, la au moins une seconde vanne anti-retour étant apte à bloquer un fluide présent dans ledit tube vers le premier espace. Moreover, if there is no dimension below the insulation for which the first pressure is greater than the second pressure, the valve (for example, anti-return) allows to continue to produce the liquids and accumulate the gases in the annular space causing the rise in pressure the first space (due to the natural production of gas by the well). In one embodiment, the device may comprise at least a second opening made on a wall of said tube adapted to allow a flow of a gas of said first space in said tube, at least a second non-return valve being mounted on the at least one second opening, the at least one second non-return valve being able to block a fluid present in said tube to the first space.
La deuxième ouverture peut être située à une côte différente de ladite cote d'ouverture ou à ladite cote d'ouverture. Cette seconde ouverture munie de vanne anti-retour permet au dispositif de s'adapter au fonctionnement du puits. En effet, il peut être complexe de déterminer exactement la cote du tube à laquelle la pression s'équilibre sachant que celle-ci peut être variable. Ainsi, si plusieurs ouvertures munies de vannes sont réalisées sur le tube, à différentes cotes (ex. tous les 10m, sur les 100 derniers mètres avant l'isolant et en dessous de celui-ci), seules les vannes positionnées à une cote pour laquelle la pression à l'intérieur du tube est inférieure à la pression à l'extérieur du tube peuvent injecter. Cette pluralité d'ouverture permet donc une flexibilité accrue du dispositif. The second opening may be located at a different coast from said opening dimension or at said opening dimension. This second opening provided with a non-return valve allows the device to adapt to the operation of the well. Indeed, it can be complex to determine exactly the dimension of the tube at which the pressure equilibrium knowing that it can be variable. Thus, if several openings provided with valves are made on the tube, at different dimensions (eg every 10m, on the last 100 meters before the insulator and below this), only the valves positioned at a rating for which the pressure inside the tube is lower than the pressure outside the tube can inject. This plurality of openings thus allows increased flexibility of the device.
Par ailleurs, si plusieurs vannes sont positionnées à une même cote, il est possible de choisir des vannes anti-retour de telle sorte que leurs caractéristiques d'ouvertures soient différentes (ex. la force nécessaire à appliquer sur la vanne pour que celle-ci s'ouvre). Ainsi, le nombre de vannes ouvertes à une même cote peut dépendre de la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur du tube : si cette différence est faible, seules certaines vannes s'ouvrent tandis que si cette différence est très importante, un plus grand nombre de vannes s'ouvrent. Dans un but d'optimisation, on peut piloter des vannes successives par commande hydraulique électrique ou électromagnétique. Moreover, if several valves are positioned at the same dimension, it is possible to choose non-return valves so that their opening characteristics are different (eg the force required to apply to the valve so that it opens). Thus, the number of open valves at the same rating may depend on the pressure difference between the inside and outside of the tube: if this difference is small, only some valves open while if this difference is very important, more valves open. For the purpose of optimization, successive valves can be controlled by electric or electromagnetic hydraulic control.
Par ailleurs, la vanne est caractérisée par ses conditions d'ouverture et la section de passage (diamètre, forme, etc.) et il est alors possible de moduler ces paramètres afin de s'adapter aux modes de fonctionnement du puits en production (éventuellement en changeant la vanne, en ajoutant un tarage interne ou en modulant son ouverture à distance à partir de la surface). Furthermore, the valve is characterized by its opening conditions and the passage section (diameter, shape, etc.) and it is then possible to modulate these parameters in order to adapt to the operating modes of the production well (possibly by changing the valve, adding an internal calibration or modulating its opening remotely from the surface).
La première vanne peut être avantageusement interchangeable depuis un intérieur du tube d'évacuation. Par exemple, il est en effet possible de monter cette vanne sur un mandrin (ou « mandrel » en anglais). Ainsi, si la deuxième pression est occasionnellement supérieure à la première pression, il est possible de limiter le retour de fluide d'hydrocarbures circulant dans le tube vers l'espace annulaire. The first valve can be advantageously interchangeable from an inside of the evacuation tube. For example, it is indeed possible to mount this valve on a mandrel (or "mandrel" in English). Thus, if the second pressure is occasionally greater than the first pressure, it is possible to limit the return of hydrocarbon fluid flowing in the tube to the annular space.
En descendant des outils depuis la tête de puits dans le tube d'évacuation, il peut être aisé de repêcher et changer la vanne pour effectuer une maintenance ou un ajustement de ces caractéristiques. By lowering tools from the wellhead into the discharge tube, it can be easy to retrieve and change the valve to perform maintenance or adjustment of these features.
Le dispositif peut comporter en outre au moins un dispositif de séparation gaz- liquide connecté à une autre extrémité du tube (par exemple en surface) ou au moins un dispositif de séparation gaz-liquide placé en amont de la pompe (i.e. devant la zone d'aspiration de la pompe dans le puits). The device may furthermore comprise at least one gas-liquid separation device connected to another end of the tube (for example at the surface) or at least one gas-liquid separation device placed upstream of the pump (ie in front of the zone). suction of the pump into the well).
La deuxième pression peut être déterminée en fonction au moins : The second pressure can be determined according to at least:
- d'une distance à la connexion du tube à ladite pompe ; - d'une caractéristique d'évolution de pression d'un fluide d'exploitation ; a distance from the connection of the tube to said pump; a characteristic of pressure evolution of an operating fluid;
- d'une caractéristique de surpression de la pompe. - An overpressure characteristic of the pump.
On appelle « distance à la connexion du tube à ladite pompe » la distance entre la cote d'ouverture d'une vanne et la connexion du tube à la pompe. The distance between the opening dimension of a valve and the connection of the tube to the pump is called "distance from the connection of the tube to said pump".
On appelle « caractéristique d'évolution de pression d'un fluide » un paramètre permettant d'estimer la variation de pression dans un tube, le long de celui-ci, par exemple pour un déplacement vertical Δζ. Ce paramètre peut représenter les variations de pressions hydrostatiques du fluide Az. p. g avec g la constante gravitationnelle et p la masse volumique du fluide. En complément ou en variante, ce paramètre peut affecté par les variations de vitesses et de pressions hydrodynamiques du fluide qui induisent par exemple un glissement entre phases et donc une masse volumique équivalente variable d'où la difficulté (i.e. liées à la mise en déplacement du fluide, aux frottements, etc.). The term "pressure evolution characteristic of a fluid" is used to describe a parameter for estimating the pressure variation in a tube along it, for example for a vertical displacement Δζ. This parameter can represent the hydrostatic pressure variations of the fluid Az. p. g with g the constant gravitational and p the density of the fluid. In addition or alternatively, this parameter can be affected by the variations in velocities and hydrodynamic pressures of the fluid which induce, for example, a sliding between phases and therefore a variable equivalent density, hence the difficulty (ie related to the setting in motion of the fluid, friction, etc.).
On appelle « caractéristique de surpression de la pompe » la différence de pression entre la sortie de la pompe et l'entrée de la pompe. The "pump overpressure characteristic" is the pressure difference between the pump outlet and the pump inlet.
Dans un mode de réalisation donné, la première pression peut être déterminée en fonction au moins : In a given embodiment, the first pressure can be determined according to at least:
- d'une distance à la connexion du tube à ladite pompe ; a distance from the connection of the tube to said pump;
- d'une distance à une interface gaz-liquide ; - a distance to a gas-liquid interface;
- d'une caractéristique d'évolution de pression d'un fluide liquide d'exploitation ; - d'une caractéristique d'évolution de pression d'un fluide gazeux d'exploitation. - A characteristic of pressure evolution of a liquid operating fluid; - A characteristic of pressure evolution of a gaseous operating fluid.
La mise en place d'un capteur de pression avec transmission en surface permettra d'ajuster les ouvertures de vannes pour optimiser la production et protéger la pompe pour incrémenter sa durée de vie. The installation of a pressure sensor with surface transmission will adjust the valve openings to optimize production and protect the pump to increase its life.
Le dispositif peut comporter en outre, connecté à une autre extrémité du tube, un dispositif de séparation gaz-liquide. The device may further comprise, connected to another end of the tube, a gas-liquid separation device.
Le plus souvent, ce dispositif de séparation peut être en surface afin d'obtenir un liquide déchargé du gaz injecté au niveau de l'ouverture. Most often, this separation device may be at the surface in order to obtain a liquid discharged from the gas injected at the opening.
L'isolant peut être positionné sur le tube de telle sorte qu'il permette qu'un gaz comportant de l'H2S puisse circuler dans le premier espace sans endommager des parois dudit puits. Ainsi, il est possible de protéger les parois du puits ne supportant pas les gaz acides comme le H2S en conservant un volume conséquent dans l'espace annulaire. The insulation can be positioned on the tube so that a gas with H 2 S can flow into the first space without damaging walls of said well. Thus, it is possible to protect the well walls that do not support acid gases such as H 2 S while maintaining a large volume in the annular space.
La présente invention vise aussi un système d'évacuation de fluides gazeux et liquides comportant : The present invention also aims at a gaseous liquid evacuation system comprising:
- un puits de production d'hydrocarbures ; - a hydrocarbon production well;
- une pompe positionnée dans le puits de production ; - a pump positioned in the production well;
- une dispositif d'évacuation tel que décrit précédemment et positionné dans le puits de production ; an evacuation device as described previously and positioned in the production well;
La pompe est alors connectée au tube d'évacuation dudit dispositif d'évacuation. The pump is then connected to the evacuation tube of said evacuation device.
La cote d'injection peut être choisie la plus basse possible dans le cas où le débit gaz est peu variable permettant ainsi à réduire le besoin de puissance de la pompe notamment lorsqu'il y a peu de liquide produit. A l'inverse, si le débit gaz est variable, une côte d'injection haute évite un impact sur les pertes de charges dans le tubing et donc sur le fonctionnement de la pompe. The injection dimension can be chosen as low as possible in the case where the gas flow is not very variable, thus making it possible to reduce the need for power of the pump, especially when there is little liquid produced. Conversely, if the gas flow rate is variable, a high injection side avoids an impact on the pressure drops in the tubing and therefore on the operation of the pump.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : Other features and advantages of the invention will become apparent on reading the description which follows. This is purely illustrative and should be read in conjunction with the attached drawings in which:
- la figure 1 illustre une réalisation particulière d'un dispositif d'évacuation principalement de liquide de production dans un mode de réalisation de l'invention ; - Figure 1 illustrates a particular embodiment of an evacuation device mainly production liquid in one embodiment of the invention;
- la figure 2a est une représentation d'une évolution de courbe de pression au sein du dispositif en fonction d'une profondeur ; - la figure 2b illustre une évolution temporelle de pression pour une profondeur donnée mais faible. FIG. 2a is a representation of an evolution of the pressure curve within the device as a function of a depth; - Figure 2b illustrates a temporal evolution of pressure for a given depth but low.
La figure 1 illustre une réalisation particulière de dispositif d'évacuation principalement de liquide de production dans un mode de réalisation de l'invention. Figure 1 illustrates a particular embodiment of the discharge device mainly production liquid in an embodiment of the invention.
Lors de l'exploitation d'un puits 100, un puits éruptif peut progressivement se dépléter et perdre son caractère éruptif. Dès lors des méthodes d'extraction artificielle peuvent être mise en œuvre afin de remonter à la surface les hydrocarbures produits en sous-sol (i.e. passant au travers de la paroi du puits par les perforations ou les connexions du puits en fond du puits, flèche 104) mais ne disposant pas de suffisamment d'énergie pour remonter de façon naturelle en régime permanent ou transitoire. During the exploitation of a well 100, an eruptive well can gradually unfold and lose its eruptive character. As a result, artificial extraction methods can be implemented in order to raise the surface hydrocarbons produced underground (ie passing through the well wall through the perforations or connections of the well at the bottom of the well, arrow 104) but not having enough energy to rise naturally in steady state or transient.
Pour pallier ces problèmes, il est possible d'installer en fond de puits (i.e. dans une zone naturellement immergée d'hydrocarbures) une pompe 102, par exemple une pompe centrifuge immergée. To overcome these problems, it is possible to install at the bottom of a well (i.e. in a naturally immersed hydrocarbon zone) a pump 102, for example a submerged centrifugal pump.
Cette pompe 102 est connectée à un tube d'évacuation 101 permettant de faire remonter les hydrocarbures principalement liquides pompés vers la surface. This pump 102 is connected to a discharge tube 101 for raising the mainly liquid hydrocarbons pumped to the surface.
Afin d'éviter que cette pompe ne se retrouve bloquée ou soit endommagée en cas de présence de « bouchons de gaz » (i.e. brusque apparition de gaz au sein des hydrocarbures liquides), il est possible d'utiliser un système séparant le gaz du liquide avant la phase de pompage. In order to prevent this pump from getting stuck or damaged by the presence of "gas plugs" (ie the sudden appearance of gas in liquid hydrocarbons), it is possible to use a system separating the gas from the liquid before the pumping phase.
Il existe par ailleurs des impulseurs tolérant des teneurs en gaz très élevées (ex. impulseur de type POSEIDON) pouvant fonctionner avec une fraction volumique du gaz jusqu'à environ 100% (ou GVF pour « Gas Volume Fraction » en anglais). Les pompes immergées sont équipée d'un empilage de ces impulseurs en série et éventuellement d'impulsuers d'autre type (ex. pompes immergées de type POSEIDON). Néanmoins, l'arrivée massive de gaz à l'aspiration dece type de pompes (ex. fraction volumique du gaz dépassant 60%) peut entraîner des dysfonctionnements de la pompe et un arrêt mécanique de celle-ci suite aux manques répétés de lubrification et une élévation de pression insuffisante. Ainsi les liquides (i.e. les hydrocarbures) sont aspirés dans la pompe (flèche 105) pour être remontés à la surface (flèche 107) tandis que le gaz produit (i.e. passant par les perforations ou les connexions du puitsl 03) remonte dans le puits (flèches 106, 108) dans l'espace annulaire formé par les parois du puits 100p et les parois du tube d'évacuation 101 . In addition, there are impellers that tolerate very high gas contents (eg POSEIDON type impeller) that can operate with a volume fraction of the gas up to about 100% (or GVF for "Gas Volume Fraction"). The submerged pumps are equipped with a stack of these impellers in series and possibly impulseers of other types (eg POSEIDON submersible pumps). Nevertheless, the massive inflow of gas at the suction of this type of pump (eg gas volume fraction exceeding 60%) can lead to malfunctions of the pump and mechanical shutdown of the pump due to repeated lack of lubrication and insufficient pressure elevation. Thus the liquids (ie the hydrocarbons) are sucked into the pump (arrow 105) to be brought up to the surface (arrow 107) while the gas produced (ie passing through the perforations or the connections of the welll 03) rises in the well ( arrows 106, 108) in the annular space formed by the walls of the well 100p and the walls of the evacuation tube 101.
Il est possible de faire remonter ce gaz par l'espace annulaire jusqu'à la surface (cote z0) mais ce procédé présente des inconvénients. En effet, il est nécessaire de prévoir des ouvertures et/ou des vannes sur l'isolant 109 (ou « packer » en anglais) afin que le gaz puisse circuler. La présence de ces ouvertures et/ou vannes complexifie grandement les dispositifs de sécurité mis en œuvre en tête de puits 10Ot (par exemple des SCSSV ou « surface-controlled subsurface safety valve » en anglais). It is possible to raise this gas by the annular space to the surface (dimension z 0 ) but this method has drawbacks. Indeed, it is necessary to provide openings and / or valves on the insulator 109 (or "packer" in English) so that the gas can flow. The presence of these openings and / or valves greatly complicates the safety devices implemented at the wellhead 10Ot (for example SCSSV or "surface-controlled subsurface safety valve" in English).
Par ailleurs, il est possible que certaines parties du puits présentent une architecture dite « casing non H2S service ». Ce type d'architecture signifie que certaines parois du puits (i.e. le « casing » en anglais) peuvent être endommagées ou fragilisées par la circulation ou la présence de sulfure d'hydrogène : le sulfure d'hydrogène peut, en effet, endommager certains métaux par fissuration. Les parties du puits « casing non H2S service » sont parfois en tête de puits, localisées sur quelques dizaines de mètres (50 m environ). Ainsi, il est avantageux de ne pas faire circuler de gaz dans les derniers mètres du puits afin de préserver l'intégrité de ses parois. Il serait possible de prévoir un tube spécial s'étendant dans l'espace annulaire de l'isolant 109 à la surface et adapté à une circulation de gaz comportant du H2S mais ce tube peut rendre coûteux et complexe les dispositifs de sécurité en tête de puits et les opérations d'intervention sur le puits nécessitant des moyens lourds (« work-over » en anglais). Moreover, it is possible that certain parts of the well have a so-called "casing non H 2 S service" architecture. This type of architecture means that certain walls of the well (ie the "casing" in English) can be damaged or weakened by the circulation or the presence of hydrogen sulphide: hydrogen sulphide can, indeed, damage some metals by cracking. The parts of the well "casing non H 2 S service" are sometimes wellhead, located on a few tens of meters (50 m approximately). Thus, it is advantageous not to circulate gas in the last meters of the well in order to preserve the integrity of its walls. It would be possible to provide a special tube extending in the annular space of the insulator 109 at the surface and adapted to a gas flow comprising H 2 S but this tube can make expensive and complex safety devices at the head wells and intervention operations on the well requiring heavy means ("work-over" in English).
Avoir une sortie annulaire spécifique en surface complexifie la tête de puits, augmente les besoins en barrière de sécurité et induit des risques de formation d'hydrates. Having a specific annular outlet on the surface complicates the wellhead, increases the need for a safety barrier and induces risks of hydrate formation.
Ainsi, une ou plusieurs ouverture(s) est (sont) réalisées dans tube d'évacuation 101 en dessous de l'isolant 109 et une ou plusieurs vanne(s) 1 1 1 est (sont) installée(s) : cette vanne peut être une vanne de type « gas-lift » car ce type de vanne est éprouvé dans ce type de situations et permet un montage simple, configurable et peu coûteux. De plus, ces vannes peuvent être montées sur un mandrin afin de pouvoir les interchanger facilement et éventuellement adapter leur ouverture en fonction du fonctionnement du puits. Cette vanne permet éventuellement le passage du gaz entre l'espace annulaire vers le tube d'évacuation lorsque la pression dans l'espace annulaire au niveau de cette vanne est supérieure à la pression dans le tube d'évacuation 101 au niveau de cette vanne. Le passage du gaz peut être conditionné également par une pression d'activation liée aux caractéristiques de la vanne ou une commande hydraulique ou électrique commandée depuis la surface. Il est possible de connecter à cette ouverture un tube s'étendant jusqu'à la surface. Néanmoins, il peut être avantageux de ne prévoir aucun tube : le gaz de production se mélange aux hydrocarbures principalement liquides au niveau de cette vanne et remonte dans le tube d'extraction avec l'effluent liquide (sous forme dissoute ou sous forme de bulles). Ainsi, le dispositif reste simple et peu coûteux à mettre en œuvre ou à maintenir en état. Il est alors possible de réaliser une séparation du gaz (flèche 1 13) et du liquide (i.e. les hydrocarbures, flèche 1 14) en surface, au niveau de la tête de puits par exemple. Thus, one or more opening (s) is (are) made in discharge tube 101 below the insulation 109 and one or more valve (s) 1 1 1 is (are) installed (s): this valve can be a gas-lift type valve because this type of valve is proven in this type of situations and allows a simple, configurable and inexpensive installation. In addition, these valves can be mounted on a mandrel so as to interchange easily and possibly adjust their opening depending on the operation of the well. This valve optionally allows the passage of gas between the annular space to the discharge tube when the pressure in the annular space at the level of this valve is greater than the pressure in the evacuation tube 101 at this valve. The passage of the gas can be conditioned also by an activation pressure related to the characteristics of the valve or a hydraulic or electrical command controlled from the surface. It is possible to connect to this opening a tube extending to the surface. Nevertheless, it may be advantageous to provide no tubes: the production gas mixes with the mainly liquid hydrocarbons at the level of this valve and rises in the extraction tube with the liquid effluent (in dissolved form or in the form of bubbles) . Thus, the device remains simple and inexpensive to implement or maintain in condition. It is then possible to achieve a separation of the gas (arrow 1 13) and the liquid (ie hydrocarbons, arrow 1 14) at the surface, at the wellhead for example.
Il est possible de prévoir plusieurs vannes (1 1 1 , 1 12) le long du tube 101 . En effet, il peut être efficace de réinjecter le gaz le plus bas possible dans le tube de production. Cependant, il est complexe de connaître la cote exacte de réinjection possible, sachant que celle-ci peut être variable lorsque le puits est en cours d'exploitation (i.e. lorsque les hydrocarbures sont remontées depuis le fond du puits 10Of). En effet, cette côte de réinjection nécessite que la pression dans l'espace annulaire à une cote donnée soit supérieure à la pression dans le tube d'évacuation 101 à cette même cote : la pression à une cote donnée peut dépendre des caractéristiques propres à la pompe mais également peut varier en fonction du temps (notamment en cas de déplétion du puits). It is possible to provide several valves (1 1 1, 1 12) along the tube 101. Indeed, it can be effective to reinject the gas as low as possible into the production tube. However, it is complex to know the exact re-injection rating possible, knowing that this can be variable when the well is in operation (i.e. when hydrocarbons are raised from the bottom of the well 10Of). Indeed, this reinjection rib requires that the pressure in the annular space at a given dimension is greater than the pressure in the evacuation tube 101 at this same dimension: the pressure at a given dimension may depend on the characteristics specific to the pump but also may vary depending on the time (especially in case of depletion of the well).
Il est également possible de prévoir plusieurs vannes proches verticalement (i.e. dans un intervalle de cote prédéterminé). Ceci permet d'augmenter la section de passage au-delà du diamètre maximum des orifices pour un mandrin donné ou de faire varier la section de passage en ouvrant lorsque nécessaire la ou les autres vanne(s) : si la pression augmente fortement et/ou brutalement dans l'espace annulaire, le nombre de vannes ouvertes (i.e. permettant de réduire la pression) peut augmenter significativement. It is also possible to provide several valves close vertically (ie in a predetermined range of dimension). This makes it possible to increase the passage cross section beyond the maximum diameter of the orifices for a given mandrel or to vary the passage section by opening when necessary the other valve (s): if the pressure increases strongly and / or brutally in space annular, the number of open valves (ie to reduce the pressure) can increase significantly.
De plus, le positionnement de l'isolant 109 à une cote znc proche de la tête de puits 1 0Ot permet d'augmenter le volume gazeux de l'espace annulaire. Ceci permet d'éviter des à-coups de pressions en cas de survenance de bouchons de gaz : le volume de l'espace annulaire permet une grande inertie de cet espace et limite les variations de pressions en cas de variation de débit. Cette réinjection en position haute permet de limiter la « submergeance » (i.e. hauteur de liquide au-dessus de l'aspiration de pompe dans l'espace annulaire) donc de diminuer la pression de fond et augmenter le débit. In addition, the positioning of the insulator 109 to a dimension z nc close to the wellhead 101OT makes it possible to increase the gaseous volume of the annular space. This makes it possible to avoid jolts of pressure in case of occurrence of gas plugs: the volume of the annular space allows a great inertia of this space and limits the pressure variations in case of flow variation. This reinjection in the high position makes it possible to limit the "submergence" (ie liquid height above the pump suction in the annular space) thus to reduce the bottom pressure and increase the flow rate.
Avantageusement, l'injection du gaz de production dans les hydrocarbures permet de limiter la formation d'hydrates, notamment si le puits est un puits sous-marin ou un puits foré en zone froide. En effet, les hydrocarbures sont relativement chauds et évitent un refroidissement trop important du gaz de production. Advantageously, the injection of the production gas into the hydrocarbons makes it possible to limit the formation of hydrates, especially if the well is a submarine well or a well drilled in a cold zone. Indeed, the hydrocarbons are relatively hot and avoid excessive cooling of the production gas.
La figure 2a est une représentation schématique 200 d'une évolution de courbe de pression au sein du dispositif en fonction d'une profondeur. Figure 2a is a schematic representation 200 of an evolution of the pressure curve within the device as a function of a depth.
On appelle « pression de production » PPROD la pression à la cote ZPROD (i.e. à la cote des perforations ou les connexions du puits 1 03). Bien entendu, à partir de la cote ZPROD (point 201 ), la pression diminue en remontant dans la paroi du puits jusqu'à l'interface entre les liquides et les gaz (cote Z|, point 205), hors du tube d'évacuation : la pente de ce segment [201 -205] correspond sensiblement à la variation de pression hydrostatique des liquides présents en fond de puits (les liquides étant sensiblement statique). Bien entendu, au-dessus de la cote z (point 205) et jusqu'à l'isolant (i.e. la cote ZNC, point 207), la pression diminue également mais plus doucement. En effet, la pente du segment [205-207] correspond sensiblement à la variation de pression hydrostatique du gaz de production (auquel s'ajoute éventuellement une composante de variation hydrodynamique liée aux frottements du fluide en déplacement au sein de l'espace annulaire). A la cote zPi jusqu'à la cote zP2, se trouve la pompe 102. La pression en entrée de pompe est la pression PEp au point 202 de la figure 2a. La pression en sortie de pompe est la pression PSp au point 203 tel que PSP = PEP + ΔΡ avec ΔΡ une surpression liée au pompage (i.e. caractéristique de surpression de la pompe). La pression dans le tube d'évacuation est représentée par la demi-droite [203-206). La pente de cette demi-droite correspond sensiblement à la variation de pression hydrostatique des liquides présents dans le tube d'évacuation 1 01 (auquel s'ajoute éventuellement une composante de variation hydrodynamique liée aux frottements du fluide en déplacement au sein du tube 101 ). La demi-droite [203-206) et le segment [205-207] se croisent au point 206, point d'équilibre entre les pressions au sein du tube d'évacuation 1 01 et à l'extérieur de celui-ci (dans l'espace annulaire). Ainsi, la pression dans l'espace annulaire au- dessus de la cote zE et jusqu'à la cote zNC est supérieure à la pression dans le tube 1 01 pour la même cote. Si une vanne 1 1 1 de type « gas-lift » est installé sur la paroi du tube à une cote comprise dans l'intervalle [zE ; zNc], cette vanne 1 1 1 peut réinjecter le gaz au sein du tube 1 01 . Production pressure PPROD is the pressure at the Z PRO D dimension (ie the perforation dimension or connections of the well 1 03). Of course, from the ZPROD dimension (point 201), the pressure decreases going back up the wall of the well to the interface between the liquids and the gases (dimension Z |, point 205), outside the tube of evacuation: the slope of this segment [201 -205] corresponds substantially to the hydrostatic pressure variation of the liquids present at the bottom of the well (the liquids being substantially static). Of course, above the dimension z (point 205) and up to the insulation (ie the dimension ZNC, point 207), the pressure also decreases but more slowly. Indeed, the slope of the segment [205-207] corresponds substantially to the hydrostatic pressure variation of the production gas (to which may be added a component of hydrodynamic variation related to the friction of the fluid moving within the annular space) . On the side z P i to the dimension z P2 , is the pump 102. The pump inlet pressure is the pressure P E p at point 202 of Figure 2a. The pressure at the pump output is P S p pressure at point 203 as PSP = PEP + ΔΡ ΔΡ with a pumping-related pressure (ie characteristic of the booster pump). The pressure in the discharge tube is represented by the half-line [203-206]. The slope of this half-line substantially corresponds to the variation of hydrostatic pressure of the liquids present in the evacuation tube 110 (to which may be added a component of hydrodynamic variation related to the friction of the fluid moving within the tube 101) . The half-line [203-206] and the segment [205-207] intersect at point 206, the point of equilibrium between the pressures within the evacuation tube 110 and outside it (in the annular space). Thus, the pressure in the annular space above the dimension z E and up to the dimension z NC is greater than the pressure in the tube 110 for the same dimension. If a valve 1 1 1 type "gas-lift" is installed on the wall of the tube at a rating in the range [z E; z N c], this valve 1 1 1 can reinject the gas within the tube 1 01.
Afin de déterminer la cote zE (ou une estimation de cette cote zE), il est possible de résoudre l'équation suivante : In order to determine the dimension z E (or an estimate of this dimension z E ), it is possible to solve the following equation:
(z / ·¾)■ dPs-uq + (¾— Zj) . (dPs_gaz + dPD_gaz) ( z / - · ¾) ■ dPs-uq + (¾-Zj). (dP s _ gas + dP D _ gas )
= -ΔΡ + (zE - zP2). (dPs_liq + dPD_Uq) avec dPs_Uq la masse volumique des liquides présents dans l'espace annulaire multipliée par la constante g de gravité, dPs_gaz la masse volumique des gaz de production présents dans l'espace annulaire multipliée par la constante g de gravité, dPD-gaz une composante dynamique de pression du gaz fonction de la vitesse de déplacement du gaz de production dans l'espace annulaire et de caractéristiques de cet espace annulaire (forme, dimension, rugosité des parois, etc.), dPD_Uq une composante dynamique de pression du liquide en déplacement dans le tube d'évacuation fonction de la vitesse de déplacement de ce liquide dans le tube et de caractéristiques de ce tube (forme, dimension, rugosité des parois, etc.). Il est possible d'approximer encore cette formule en considérant que les composante dynamique de pression sont nulles ou négligeables. = -ΔΡ + (z E - z P2 ). (dP s ^ liq + dP D _ Uq ) with dP s _ uq the density of the liquids present in the annular space multiplied by the constant g of gravity, dP s _ gas the density of the production gases present in the annular space multiplied by the constant g of gravity, dP D -gaz a dynamic pressure component of the gas depending on the speed of displacement of the production gas in the annular space and characteristics of this annular space (shape, size, roughness of walls, etc.), dP D _ Uq a dynamic pressure component of the liquid moving in the evacuation tube according to the speed of displacement of this liquid in the tube and characteristics of this tube (shape, size, roughness walls, etc.). This formula can be further approximated by considering that the dynamic pressure component is zero or negligible.
L'équation ci-dessus fait l'approximation que la hauteur de la pompe est faible devant la hauteur (zE - zP2) et donc que AP1 (différence de pression entre le point 202 et le point 204) est faible. Néanmoins, il est possible de prendre en compte la hauteur de la pompe avec la formule suivante : The equation above approximates that the height of the pump is low in front of the height (z E - z P2 ) and therefore AP 1 (pressure difference between point 202 and point 204) is low. Nevertheless, it is possible to take into account the height of the pump with the following formula:
(Z/ — ZPI)- dPs-uq + (¾— Zj) . (dPs_gaz + dPD_gaz) ( Z / - Z PI) - dPs-uq + (¾-Zj). (dP s _ gas + dP D _ gas )
= -ΔΡ + (zE - zP2). (dPs_liq + dPD_Uq) = -ΔΡ + (z E - z P2 ). (dP s _ liq + dP D _ Uq )
Bien entendu, la présente figure 2a ne respecte pas les échelles et les proportions des différentes cotes ou pressions. Of course, this FIG. 2a does not respect the scales and the proportions of the different dimensions or pressures.
En pratique, la cote d'interface zi est très proche de la cote de production et la surpression de la pompe est relativement importante par rapport à la variation de pression hydrostatique du gaz dans l'espace annulaire (pente de la droite (205,206)). In practice, the interface dimension zi is very close to the production dimension and the overpressure of the pump is relatively high compared to the hydrostatic pressure variation of the gas in the annular space (slope of the straight line (205,206)) .
La figure 2b illustre une évolution temporelle de pression pour une profondeur donnée. La représentation de pressions telle que présentée en relation avec la Figure 2a ne présente pas les variations temporelle de la pression. En effet, la pression peut évoluer du fait de la déplétion du réservoir et du fait de la présence de bouchons de gaz. Figure 2b illustrates a temporal evolution of pressure for a given depth. The pressure representation as shown in relation to FIG. 2a does not show the temporal variations of the pressure. Indeed, the pressure can change due to the depletion of the tank and due to the presence of gas plugs.
La courbe 21 0 présente la variation de pression au sein de l'espace annulaire du dispositif présenté précédemment à une cote zx. The curve 21 0 shows the variation of pressure within the annular space of the device presented previously at a dimension z x.
La courbe 21 1 présente la variation de pression au sein du tube d'évacuation 1 01 à la même cote zx. Curve 21 1 shows the variation of pressure within the evacuation tube 110 at the same dimension z x.
A cette cote zx, la pression de la courbe 210 est majoritairement supérieure à la pression de la courbe 21 1 (sauf durant les périodes de temps [t-ι , t2] [t3, t4] et [t5, t6]). Il est possible de déterminer ainsi une proportion de temps moyenne durant laquelle la pression 21 0 est supérieure à la pression 21 1 (par exemple, en réalisant la détermination sur une période de temps de 3h ou d'une journée). Si cette proportion déterminée est supérieure à un seuil prédéterminé, il est possible de considérer que la cote zx est supérieure à la cote zE. Par exemple, ce seuil prédéterminé peut être égal à 50%, 80% ou à 90%. At this dimension z x , the pressure of the curve 210 is predominantly greater than the pressure of the curve 21 1 (except during the periods of time [t-ι, t 2 ] [t 3 , t 4 ] and [t 5 , t 6 ]). It is thus possible to determine a proportion of average time during which the pressure 21 0 is greater than the pressure 21 1 (for example, by carrying out the determination over a period of 3 hours or one day). If this determined proportion is greater than a predetermined threshold, it is possible to consider that the dimension z x is greater than the dimension z E. For example, this predetermined threshold may be equal to 50%, 80% or 90%.
Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci-avant à titre d'exemples ; elle s'étend à d'autres variantes. Of course, the present invention is not limited to the embodiments described above as examples; it extends to other variants.
D'autres réalisations sont possibles. Other achievements are possible.
Par exemple, le tube d'évacuation est décrit comme étant centré dans puits formant ainsi un espace annulaire autour de ce tube. Il est également possible que ce tube ne soit pas centré dans le puits, « l'espace annulaire » étant alors abusivement appelée ainsi. For example, the discharge tube is described as being centered in wells thus forming an annular space around this tube. It is also possible that this tube is not centered in the well, "the annular space" then being misnamed as well.
Par ailleurs, les modes de réalisation présentent des puits d'exploitation d'hydrocarbures mais les dispositifs et systèmes présentées ne se limitent pas à ce mode de réalisation. En effet, il est possible d'utiliser ces systèmes ou dispositifs dans tout puits (ou plus généralement toute cavité) produisant simultanément du gaz et du liquide. Moreover, the embodiments have hydrocarbon exploitation wells but the devices and systems presented are not limited to this embodiment. Indeed, it is possible to use these systems or devices in any well (or more generally any cavity) simultaneously producing gas and liquid.
Par ailleurs, la séparation de fond peut être partielle, c'est-à-dire l'effluent liquide peut contenir du gaz et l'effluent gazeux peut entraîner du liquide selon les conditions opératoires. Furthermore, the bottom separation may be partial, that is to say the liquid effluent may contain gas and the gaseous effluent may cause liquid according to the operating conditions.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif d'évacuation de fluides gazeux et liquides apte à être positionné dans un puits d'extraction, le puits comportant une tête de puits et un fond de puits, dans lequel le dispositif comprend : - un tube d'évacuation, une extrémité dudit tube étant apte à être connectée à une pompe positionnée dans le puits d'extraction pour le pompage au moins de liquide ; 1. Device for discharging gaseous and liquid fluids suitable for being positioned in an extraction well, the well comprising a wellhead and a wellbore, in which the device comprises: an evacuation tube, an end of said tube being able to be connected to a pump positioned in the extraction well for pumping at least liquid;
- un isolant en contact avec le tube et apte à bloquer un écoulement de fluide gazeux contenu entre une paroi du tube et une paroi du puits, d'un premier espace formé entre l'isolant et le fond de puits vers un deuxième espace formé entre l'isolant et la tête de puits ; an insulator in contact with the tube and able to block a flow of gaseous fluid contained between a wall of the tube and a wall of the well, of a first space formed between the insulator and the bottom of the well to a second space formed between insulation and wellhead;
- au moins une première ouverture réalisée à une cote d'ouverture sur une paroi dudit tube apte à permettre une circulation d'un gaz dudit premier espace dans ledit tube ; - au moins une première vanne de contrôle équipant la au moins première ouverture, la vanne étant apte à bloquer un fluide circulant dans ledit tube vers le premier espace inférieur. - At least a first opening made at an opening dimension on a wall of said tube adapted to allow a flow of a gas of said first space in said tube; - At least a first control valve equipping the at least first opening, the valve being adapted to block a fluid flowing in said tube to the first lower space.
2. Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel le dispositif comporte au moins une deuxième ouverture réalisée sur une paroi à une deuxième côte, ladite deuxième ouverture étant située à une côte différente de ladite cote d'ouverture. 2. Device according to claim 1, wherein the device comprises at least a second opening made on a wall at a second side, said second opening being located at a different coast of said opening dimension.
3. Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel le dispositif comporte au moins une deuxième ouverture réalisée sur une paroi à une côte située à ladite cote d'ouverture. 3. Device according to claim 1, wherein the device comprises at least a second opening made on a wall at a side located at said opening dimension.
4. Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel au moins la première vanne est interchangeable depuis un intérieur du tube d'évacuation. 4. Device according to claim 1, wherein at least the first valve is interchangeable from inside the evacuation tube.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif comporte en outre au moins un dispositif de séparation gaz-liquide connecté à une autre extrémité du tube ou au moins un dispositif de séparation gaz-liquide placé en amont de la pompe. 5. Device according to one of the preceding claims, wherein the device further comprises at least one gas-liquid separation device connected to another end of the tube or at least one gas-liquid separation device placed upstream of the pump. .
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'isolant est positionné sur le tube de telle sorte qu'il permette qu'un gaz comportant de l'H2S puisse circuler dans le premier espace sans endommager des parois dudit puits. 6. Device according to one of the preceding claims, wherein the insulator is positioned on the tube so that it allows a gas comprising H 2 S can flow in the first space without damaging walls of said well.
7. Système d'évacuation de fluide comportant : Fluid evacuation system comprising:
- un puits de production d'hydrocarbure ; - a hydrocarbon production well;
- une pompe positionnée dans le puits de production d'hydrocarbure ; - une dispositif d'évacuation selon l'une des revendications 1 à 6 positionné dans le puits de production d'hydrocarbure ; dans lequel, ladite pompe est connectée au tube d'évacuation dudit dispositif d'évacuation. a pump positioned in the hydrocarbon production well; - An evacuation device according to one of claims 1 to 6 positioned in the hydrocarbon production well; wherein, said pump is connected to the evacuation tube of said evacuation device.
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