EP0694676B1 - Installation pour puits pétrolier - Google Patents

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EP0694676B1
EP0694676B1 EP95401776A EP95401776A EP0694676B1 EP 0694676 B1 EP0694676 B1 EP 0694676B1 EP 95401776 A EP95401776 A EP 95401776A EP 95401776 A EP95401776 A EP 95401776A EP 0694676 B1 EP0694676 B1 EP 0694676B1
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well
installation
casing
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hydrocarbons
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Jean-Louis Beauquin
Pierre Lemetayer
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Societe National Elf Aquitaine
Societe Nationale Elf Aquitaine Production SA
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Societe National Elf Aquitaine
Societe Nationale Elf Aquitaine Production SA
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/12—Methods or apparatus for controlling the flow of the obtained fluid to or in wells
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells

Definitions

  • the present invention relates to an installation for an oil well and more particularly, but not exclusively, to an installation for an oil well activated, well in which the flow of hydrocarbons from bottom to the surface is assisted, temporarily or continuously by an activation means, for example a pump whose output is arranged at the bottom of the well.
  • an activation means for example a pump whose output is arranged at the bottom of the well.
  • the natural flow hydrocarbons from the bottom to the surface is insufficient for allow or maintain commercial production. This is due either at the high viscosity of the hydrocarbons, or at a too low natural pressure at the bottom of the well or even at a combination of the two.
  • a system assistance or well activation system we can have a pump at the lower end of a tube production located in the well. This pump, fitted with a motor electric submerged at the bottom of the well and supplied by a cable arranged in the annular space between the casing and the casing from the well, sends hydrocarbons under pressure from the bottom to the area.
  • the subject of the present invention is an installation for oil wells offering increased control flexibility of the flow of hydrocarbons and which makes it possible to define, in the well, a chamber isolated from hydrocarbons in from the bottom of the well.
  • the invention proposes a installation for an oil well extending from the surface to a layer of petroleum rock, comprising a first casing disposed in the well and forming a flow path to the surface for hydrocarbons from the rock layer oil a second casing placed in the well and forming a second flow path to the surface for hydrocarbons from the same layer of rock, the installation further comprising a chamber between the casings and the wall of the well, which does not contain hydrocarbons in origin of the rock layer characterized in that the casings communicate with each other at a point on the surface or at the interior of the well by a conduit which opens into the second casing inside a venturi arranged in the second casing.
  • the second casing is fitted with an electric pump, the cable of which feed largely extends into the room.
  • an oil well 10 extends between surface 12 and a layer of petroleum rock 14.
  • the well is provided with perforations 16 opening into the petroleum rock that allows the flow of hydrocarbons towards the inside of the well 10.
  • the well 10 has a casing 18 which makes the well tight compared to the layers of rocks crossed by the well.
  • the casings 20 and 22 extend from parallel, but the casings can be arranged concentrically, one inside the other.
  • the first casing 20 which extends between a wellhead, shown schematically at 24, and a joint 26, more commonly called “packer", arranged, for example, about 100 m above the level of the oil rock 14.
  • the first casing 20 is possibly fitted with a safety valve 28 to its upper end, for example 50 m from the ground.
  • the diameter of the second casing 22 is preferably less than that of the first casing 20.
  • the second casing 22 includes a pumping assembly, generally represented at 30, which includes a pump 32 rotated by a motor electric 34.
  • the electric motor 34 is powered by a electric cable 36 disposed outside the casings 20, 22.
  • the cable 36 extends in the vicinity of the two casings 20, 22, as shown in FIG. 1B, sheltered thus mechanical shocks which can occur during well repair operations.
  • the electric motor is surrounded by a jacket 38 provided with a tubular extension 40 which extends to a level below the perforations 16.
  • the function of the pump is to suck up the most heavy, the lightest tending to rise naturally by the casing 20.
  • the two casings 20 and 22 are joined by seals 46.
  • a first fraction of hydrocarbons passes through the first casing 20 which, having a large diameter, promotes the natural flow of hydrocarbons with minimum friction.
  • the heaviest hydrocarbons from petroleum rock follow a path represented by arrows 42 towards the tubular part 40, which communicates with inlets 44 of pump 32.
  • This path has a flow section descendant which promotes the gravitational elimination of free gas, present in the liquid, by difference in phase density.
  • the passage of liquid hydrocarbons around the front 34 engine reaching the pump 32 ensures the cooling of the motor.
  • conduits 20 'and 22' are connected by a conduit 48 which opens into a venturi 50 arranged in the conduit 22 'and whose function is to reinforce the suction of light hydrocarbons in line 22 '.
  • the conduit 48 is provided with a non-return valve 52.
  • the venturi 50 is adjustable.
  • This assembly can also be installed in the well, before the fork, to a depth determined based on optimal hydraulic conditions and especially under seal 26 if you want to save a head double well and casing in the upper part. In this case, this assembly can be implemented or replaced by a light intervention, for example using a cable.
  • the flow of the second fraction in the conduit 22 ' through the venturi 50 creates a depression which reinforces the suction of the first fraction flowing in the conduit 20 '. For this reason on the one hand, and because it reduces the pressure at the bottom of the well, pumping, or other method flow of the second fraction in the conduit 22 ', serves to increase the flow capacity of the first fraction in the conduit 20 '.
  • the volume at the outside of the casings 20, 22 in the casing 18 between the seal 26 and the well head 24 constitutes a chamber 51 which is filled with a chemically inert product which, in a fashion of preferred embodiment, is a good thermal insulating gel, intended to reduce thermal convection in chamber 51.
  • a chemically inert product which, in a fashion of preferred embodiment, is a good thermal insulating gel, intended to reduce thermal convection in chamber 51.
  • the casings 20 and 22 are connected to each other by upstream of safety valves 28,29 at one or more points by hydraulic conduits, represented schematically in 54, provided with a control valve (not shown) which can be interchanged with the cable from the surface.
  • hydraulic conduits represented schematically in 54, provided with a control valve (not shown) which can be interchanged with the cable from the surface.
  • Installation in the well 10 of the two casings 20 and 22 also offers the possibility of assisting the flow of hydrocarbons by gas injection to the bottom of the well so to lighten the hydrocarbon column.
  • this gas injection more commonly called “gas-lift”
  • this gas injection is carried out by the casing 22 of smaller diameter in order to drain the hydrocarbons through the casing 20 of diameter most important. It is also possible to inject gas from the casing 20 to casing 22 in order to relieve the pump by operation.
  • the installation according to the invention allows numerous one-off operations simultaneously with pumping, by accessing the bottom of the well using devices hung on the cable such as background parameter measurements, for example, flow, temperature or pressures.
  • the installation also makes it possible to make perforations while depressurizing the bottom of the well with the pump, which has the advantage of promoting the removal of debris of shots and therefore improve the permeability of the holes as well performed in the casing.
  • the perforation barrel is lowered to the cable by the second casing.

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Description

La présente invention se rapporte à une installation pour un puits pétrolier et plus particulièrement, mais pas exclusivement, à une installation pour un puits pétrolier activé, puits dans lequel l'écoulement des hydrocarbures du fond à la surface est assisté, temporairement ou en continu par un moyen d'activation, par exemple une pompe dont la sortie est disposée au fond du puits.
Dans certains puits pétroliers, l'écoulement naturel des hydrocarbures du fond à la surface s'avère insuffisant pour permettre ou maintenir une production commerciale. Ceci est dû soit à la viscosité importante des hydrocarbures, soit à une trop faible pression naturelle au fond du puits ou encore à une combinaison des deux. Afin de permettre la mise en production du puits à une échelle commerciale, on peut utiliser un système d'assistance ou système d'activation du puits. Par exemple, on peut disposer une pompe à l'extrémité inférieure d'un tube de production situé dans le puits. Cette pompe, munie d'un moteur électrique immergé au fond du puits et alimenté par un câble disposé dans l'espace annulaire entre le tubage et le cuvelage du puits, envoie des hydrocarbures sous pression du fond à la surface. Le câble d'alimentation du moteur électrique, ainsi que les connections à chacune de ses extrémités, s'étendent dans un milieu agressif, et souvent chaud et corrosif, et sont soumis à de fortes variations de pression de gaz et subissent ainsi une détérioration rapide. Le remplacement de ces équipements électriques est une opération coûteuse qui implique, de plus, des pertes de production pendant l'arrêt de fonctionnement du puits.
L'utilisation d'un moteur électrique en fond de puits présente d'autres inconvénients au niveau du câble d'alimentation car il nécessite une étanchéité performante au point où le câble pénètre dans une partie du puits en contact avec les effluents émanant de la roche pétrolifère, ou traverse l'ensemble de tête de puits disposé à la surface. Cette étanchéité, difficile à réaliser, est souvent la cause de courts-circuits détériorant l'installation et la rendant inopérante.
De plus, dans ce type d'installation, dans lequel un seul tubage est mis en place, le fonctionnement est souvent handicapé par la présence de gaz que l'on peut être amené à séparer des liquides et acheminer par l'espace annulaire.
Le document US-A 3765483 décrit une installation pour puits pétrolier selon le préambule de la présente revendication 1.
La présente invention a pour objet une installation pour puits pétrolier offrant une flexibilité accrue du contrôle de l'écoulement des hydrocarbures et qui permet de définir, dans le puits, une chambre isolée des hydrocarbures en provenance du fond de puits.
Pour répondre à cet objet l'invention propose une installation pour puits pétrolier s'étendant de la surface vers une couche de roche pétrolifère, comprenant un premier tubage disposé dans le puits et formant une voie d'écoulement vers la surface pour les hydrocarbures provenant de la couche de roche pétrolifère un second tubage disposé dans le puits et formant une seconde voie d'écoulement vers la surface pour les hydrocarbures provenant de la même couche de roche, l'installation comprenant de plus une chambre entre les tubages et la paroi du puits, qui ne contient pas d'hydrocarbures en provenance de la couche de roche caractérisée en ce que les tubages communiquent entre eux en un point à la surface ou à l'intérieur du puits par un conduit qui débouche dans le second tubage à l'intérieur d'un venturi disposé dans le second tubage.
Selon un deuxième aspect de l'invention, le second tubage est muni d'une pompe électrique dont le câble d'alimentation en grande partie s'étend dans la chambre.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
  • la figure 1A est une vue schématique en coupe d'un puits pétrolier activé selon l'invention ; et
  • la figure 1B est une section prise selon la ligne 1B-1B de la figure 1A.
Comme représenté sur la figure 1, un puits pétrolier 10 s'étend entre la surface 12 et une couche de roche pétrolifère 14. Le puits est muni de perforations 16 s'ouvrant dans la roche pétrolifère qui permettent l'écoulement des hydrocarbures vers l'intérieur du puits 10. Le puits 10 comporte un cuvelage 18 qui rend le puits étanche par rapport aux couches de roches traversées par le puits.
A l'intérieur du puits 10 s'étendent deux tubages de production 20 et 22 qui peuvent être de diamètres différents. Dans l'exemple illustré, les tubages 20 et 22 s'étendent de façon parallèle, mais les tubages peuvent être disposés de manière concentrique, l'un dans l'autre. Le premier tubage 20 qui s'étend entre une tête de puits, représentée schématiquement en 24, et un joint 26, plus communément appelé "packer", disposé, par exemple, à environ 100 m au-dessus du niveau de la roche pétrolifère 14. Le premier tubage 20 est éventuellement muni d'une vanne de sécurité 28 vers son extrémité supérieure, par exemple à 50 m du sol. Le deuxième tubage 22, également soutenu par la tête de puits et muni éventuellement d'une vanne de sécurité 29, s'étend parallèle au premier tubage 20 et immédiatement adjacent à ce dernier. Le diamètre du deuxième tubage 22 est préférablement inférieur à celui du premier tubage 20.
Vers son extrémité inférieure, le deuxième tubage 22 comporte un ensemble de pompage, représenté généralement en 30, qui comprend une pompe 32 mise en rotation par un moteur électrique 34. Le moteur électrique 34 est alimenté par un câble électrique 36 disposé à l'extérieur des tubages 20, 22. De préférence, le câble 36 s'étend au voisinage des deux tubages 20, 22, comme représenté sur la figure 1B, à l'abri ainsi de chocs mécaniques qui peuvent se produire lors des opérations de réparation du puits.
Dans l'exemple illustré, le moteur électrique est entouré d'une chemise 38 munie d'une prolongation tubulaire 40 qui s'étend jusqu'à un niveau en-dessous des perforations 16. La pompe a pour fonction d'aspirer les hydrocarbures les plus lourds, les plus légers tendant à remonter naturellement par le tubage 20. Les deux tubages 20 et 22 sont solidarisés par des joints 46.
L'installation pour puits pétrolier ainsi décrite peut être mise en production de plusieurs façons.
Dans le cas d'un puits au moins faiblement éruptif, une première fraction des hydrocarbures, légère car comportant une quantité importante de gaz, passe par le premier tubage 20 qui, ayant un diamètre important, favorise l'écoulement naturel des hydrocarbures avec une friction minimum.
Les hydrocarbures les plus lourds, provenant de la roche pétrolifère, suivent un chemin représenté par des flèches 42 vers la partie tubulaire 40, qui communique avec des entrées 44 de la pompe 32. Ce chemin comporte une section d'écoulement descendant qui favorise l'élimination gravitaire du gaz libre, présent dans le liquide, par différence de densité de phase. Le passage des hydrocarbures liquides autour du moteur 34 avant d'atteindre la pompe 32 assure le refroidissement du moteur.
A la surface 12, au-delà de la tête de puits 24, les tubages 20 et 22 bifurquent formant des conduits 20' et 22' respectivement. Les conduits 20' et 22' sont reliés par un conduit 48 qui débouche à l'intérieur d'un venturi 50 disposé dans le conduit 22' et dont la fonction est de renforcer l'aspiration des hydrocarbures légères dans le conduit 22'. Le conduit 48 est muni d'un clapet anti-retour 52. De préférence, le venturi 50 est réglable. Ce montage peut aussi être implanté dans le puits, avant la bifurcation, à une profondeur déterminée en fonction des conditions hydrauliques optimales et notamment sous le joint 26 si l'on souhaite économiser une tête de puits double et un tubage dans la partie supérieure. Dans ce cas, ce montage peut être mis en place ou remplacé par une intervention légère, par exemple à l'aide d'un câble.
L'écoulement de la seconde fraction dans le conduit 22' à travers le venturi 50 crée une dépression qui renforce l'aspiration de la première fraction s'écoulant dans le conduit 20'. Pour cette raison d'une part, et parce qu'il réduit la pression au fond du puits, le pompage, ou autre méthode d'écoulement de la seconde fraction dans le conduit 22', sert à augmenter la capacité d'écoulement de la première fraction dans le conduit 20'. Ainsi, il est possible de contrôler le débit d'écoulement dans le premier conduit par exemple en faisant varier le débit d'écoulement dans le tubage 22.
Selon un autre aspect de l'invention, le volume à l'extérieur des tubages 20,22 dans le cuvelage 18 entre le joint 26 et la tête de puits 24 constitue une chambre 51 qui est emplie d'un produit chimiquement inerte qui, dans un mode de réalisation préféré, est un gel bon isolant thermique, destiné à réduire la convection thermique dans la chambre 51. Ainsi, le câble électrique 36 et les lignes hydrauliques (non représentées) menant aux vannes de sécurité 28,29 s'étendent dans un milieu non corrosif, ce qui prolonge considérablement leur durée de vie. Seule la dernière section du câble électrique, s'étendant entre le joint 26 et le moteur 34, se trouve dans un milieu corrosif. Compte tenu de sa faible longueur, cette section peut être protégée par des moyens protecteurs plus onéreux, par exemple en le disposant dans une gaine métallique renforcée ou blindée.
Les tubages 20 et 22 sont reliés l'un à l'autre en amont des vannes de sécurité 28,29 en un ou plusieurs points par des conduits hydrauliques, représentés schématiquement en 54, muni d'une vanne de contrôle (non représentée) qui peut être interchangée au câble depuis la surface. Ces conduits hydrauliques peuvent avantageusement être incorporés dans un joint 46 solidarisant mécaniquement les deux tubages.
L'installation dans le puits 10 des deux tubages 20 et 22 offre également la possibilité d'assister l'écoulement des hydrocarbures par injection de gaz vers le fond du puits afin d'alléger la colonne d'hydrocarbures. De préférence, cette injection de gaz, plus communément appelée "gas-lift", s'effectue par le tubage 22 de plus faible diamètre afin de faire écouler les hydrocarbures par le tubage 20 de diamètre plus important. Il est également possible d'injecter le gaz du tubage 20 vers le tubage 22 dans le but de soulager la pompe en fonctionnement.
Les deux techniques peuvent être utilisées simultanément.
Ces deux possibilités de "gas-lift" constituent aussi d'éventuels recours, ou systèmes d'activation relais, évitant des pertes de production importante si un délai est nécessaire pour remplacer la pompe quand celle-ci est en panne, ou bien si l'effluent en provenance de la roche change de caractéristique (plus de gaz ou plus d'eau) rend inadapté la pompe en place.
L'installation, selon l'invention, permet de nombreuses opérations ponctuelles simultanées au pompage, en accédant au fond du puits à l'aide d'appareils pendus au câble telles que mesures de paramètres de fond, par exemple, débit, température ou pressions.
L'installation permet également de faire des perforations tout en dépressurisant le fond de puits avec la pompe, ce qui a l'avantage de favoriser l'évacuation des débris de tirs et donc d'améliorer la perméabilité des trous ainsi effectuée dans le cuvelage. Le canon de perforation est descendu au câble par le deuxième tubage.

Claims (4)

  1. Installation pour puits pétrolier (10) s'étendant de la surface (12) vers une couche de roche pétrolifère (14), comprenant un premier tubage (20) disposé dans le puits et formant une voie d'écoulement vers la surface pour les hydrocarbures provenant de la couche de roche pétrolifère (14) un second tubage (22) disposé dans le puits et formant une seconde voie d'écoulement vers la surface pour les hydrocarbures provenant de la même couche de roche, l'installation comprenant de plus une chambre (51) entre les tubages (20,22) et la paroi (18) du puits, qui ne contient pas d'hydrocarbures en provenance de la couche de roche caractérisée en ce que les tubages communiquent entre eux en un point (48) à la surface (12) ou à l'intérieur du puits par un conduit (48) qui débouche dans le second tubage (22) à l'intérieur d'un venturi (50) disposé dans le second tubage.
  2. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le second tubage (22) est muni d'une pompe électrique (32,34) dont le câble d'alimentation en grande partie s'étend dans la chambre (51).
  3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la chambre (51) est emplie d'un produit inerte.
  4. Installation selon la revendication 3 caractérisée en ce que le produit inerte est un gel bon isolant thermique.
EP95401776A 1994-07-29 1995-07-27 Installation pour puits pétrolier Expired - Lifetime EP0694676B1 (fr)

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FR9409455A FR2723143B1 (fr) 1994-07-29 1994-07-29 Installation pour puits petrolier
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EP0694676A1 EP0694676A1 (fr) 1996-01-31
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EP95401776A Expired - Lifetime EP0694676B1 (fr) 1994-07-29 1995-07-27 Installation pour puits pétrolier

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EP (1) EP0694676B1 (fr)
CA (1) CA2154994C (fr)
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