EP0866212A1 - Installation for production well - Google Patents

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Publication number
EP0866212A1
EP0866212A1 EP98400618A EP98400618A EP0866212A1 EP 0866212 A1 EP0866212 A1 EP 0866212A1 EP 98400618 A EP98400618 A EP 98400618A EP 98400618 A EP98400618 A EP 98400618A EP 0866212 A1 EP0866212 A1 EP 0866212A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
effluent
casing
well
flow
insulating sleeve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98400618A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jean-Louis Beauquin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Elf Exploration Production SAS
Original Assignee
Elf Exploration Production SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elf Exploration Production SAS filed Critical Elf Exploration Production SAS
Publication of EP0866212A1 publication Critical patent/EP0866212A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
    • E21B41/0078—Nozzles used in boreholes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B36/00—Heating, cooling, insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones
    • E21B36/003—Insulating arrangements
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP 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

Definitions

  • the present invention relates to an installation for oil well and, more particularly, to such installation intended to improve the conditions effluent flow between the bottom and the surface, whatever the direction of this flow.
  • the present invention also relates to a method of pipeline of an effluent containing a high proportion of free gas or dissolved in the liquid, and more particularly to such a channeling process in a oil well intended to improve the flow of the effluent between the bottom and the surface.
  • the effluent status is characterized by three parameters of state: the pressure P, the temperature T, cough two so-called “intensive” parameters, and the volume V occupied by the effluent mass unit, also called “mass volume” or "specific volume”.
  • paraffins which are a kind of wax. These deposits are formed due to a deficit of heat contained in the effluent, which is expressed by a temperature too low.
  • hydrates which are crystals combining water with light hydrocarbons similar to ice crystals; they too are formed due to a lack of heat, and the temperature below which these crystals appear increases with fluid pressure.
  • Carbonate deposits are yet another example. These deposits come from a sudden excess of carbonates in the fluid (supersaturation). This occurs during the flow in the duct on the occasion of a change of the quantity and / or quality of the heat contained in the effluent. Indeed, such a change modifies the physicochemical balances that previously allowed the effluent to contain the total mass of these elements under a dissolved form (under-saturation).
  • calcium carbonates commonly referred to as “Limestone” are known to settle when the temperature of the effluent reaches a certain value at constant pressure, or that the pressure decreases and the temperature remains high.
  • Salt deposits are also an example of the same type. They appear because of the vaporization of the water. These ionic elements dissolved in water that can not become gaseous at the temperature of the effluent, it remains in the fraction of the effluent which is liquid water. Thereby, the lower this fraction, the higher its concentration in salts increases, until saturation. When concentration reaches a maximum, which depends on the temperature and the pressure, the salts precipitate in the form of crystals.
  • Condensation liquids in the duct may have, at certain proportions, a dramatic impact on the flows, sometimes favorable, sometimes unfavorable. Indeed, according to the ratio of flow velocities with other phenomena acting on each of the phases of the effluent, such as the weight, always directed downwards according to a vertical and proportional to the density of each phase, or else the viscosity, a different regime will be established. For example, a low flow rate in a wide duct generates a low speed. Due to this relatively calm can take place within the segregated conduit itself phases of clearly different densities. From these segregations will result in flow rates distinct from one phase to another. We then say that there is a phase slip. It always generates flow irregularities.
  • the first axis relating to the hydraulic behavior of the effluent in the conduit it is therefore intended to combat the relative sliding of the phases in the conduit, in other words segregation by the action of gravity.
  • the antagonistic effects namely the agitation of the effluent flowing in the conduit.
  • the ideal for this might be to increase the flow. But this is not always possible, for technical or strategic reasons.
  • the heat input thus allowed besides its favorable impact on the speed and thus the hydraulic flow, will also help prevent the appearance of deposits, solid (crystallizations) or liquids (condensations), mentioned above. as resulting from a heat deficit contained in the effluent.
  • the present invention therefore has for object a installation for effluent production wells prevent the formation of hydrates in the well, while ensuring, at the outlet of the well, an effluent production, under optimal temperature and pressure conditions.
  • the invention proposes a plant for the production of effluent comprising casing disposed in the well and forming a flow path for the effluent between a layer of reservoir rock and an outlet, the casing, having a choke intended to provoke a relaxation of the effluent flowing in the casing, and defining with the well wall an annular space characterized in that it further comprises a sleeve insulation, in the annular space, extending over a portion the depth of the well.
  • a well 10 which in the illustrated example, is an effluent production well, for example gas, extends between the surface 12 and a layer 14 of rock reservoir.
  • Production casing 16 is disposed in the well 10, substantially coaxially with the wall 18 of the well, and defines therewith a space 20.
  • a seal 22, more commonly known as "packer” is disposed towards the lower end of the well and defines, with the bottom 24 of the well, a room 26 that communicates with layer 14 of rock reservoir by perforations 28 formed in the wall 18 of the well.
  • Production casing 18 opens at its lower end into the chamber26 and allows the flow of effluent from layer 14 of rock reservoir, to an exit 30 to the surface.
  • the casing 16 passes through a wellhead, shown diagrammatically at 32.
  • valve 34 makes it possible to control the flow of the effluent by casing 18.
  • the casing Towards its lower end, for example at a point immediately above the seal 22, the casing is provided of a choke 36.
  • the effluent rising through the casing 18, undergoes a relaxation translating into a drop in its temperature and pressure.
  • the space ring 20 comprises an insulating sleeve 38 extend from the surface 12 over part of the depth of the well 10.
  • the insulating sleeve 38 may comprise a liquid, for example diesel, a solid, for example pearlite, or vacuum.
  • the insulating sleeve 38 is formed by a gel, preferably an airgel.
  • the airgel is formed from a liquid gel introduced into the annular space from the surface. Then, the liquid phase of the gel is replaced by a solvent suitable for drying the gel, for example CO2 in the form of liquid, which is then dried while keeping it at a pressure guaranteeing its supercritical state.
  • the lower limit 40 of the sleeve must be defined by a liquid with low vapor pressure so to ensure the durability of the void.
  • the limit lower 40 is formed by a layer of low oil depth deposited in the annular space 20, the remainder of the lower part of this space 20 being filled with water.
  • the length of the insulating sleeve 40 in the space ring is a function of the temperature gradients in the rock surrounding the well 10.
  • the lower limit 40 of sleeve should be at the point where the ambient temperature becomes lower than that of the flowing gaseous effluent by the casing 16.
  • the choke 36 is formed in a sub together suitable for being installed in the casing by a cable intervention, more commonly known as "wire line”.
  • This type of subassembly can, in case of wear or other mechanical problem, be removed from the casing by the same type simple intervention.
  • water, present in the effluent can be condense on the inner wall of the casing 16, then sink the along the wall to the choke 36 where it accumulates. then the return to production of the well, this quantity of water present immediately above the choke can slow down or curb the passage of the effluent through the choke.
  • the amount of water is such that it blocks completely the choke, the pressure of the effluent not being enough to move the water. In such cases, the well is irrevocably lost.
  • the subset in which is mounted the choke 36 comprises a ball valve, ball or sliding shirt, of the type called "storm choke".
  • the construction of this valve is such that it closes normally the passage between the casing 16, downstream of the dice 36, and the chamber 26.
  • the valve opens allowing the water to flow freely to the bottom of the well 24. Once the casing has emptied water, the valve closes, and the effluent can again back up through the choke 36.
  • the installation according to the present invention allows however, to maintain a conventional control of the flow of the waste effluent by means of the valve 34.
  • the duse 36 ensures a first relaxation of the effluent in the bottom of well, followed by final relaxation at the surface, this final relaxation, adjustable by ordering the opening of the valve 34, manages the flow of the effluent.
  • the choke 36 may be optionally adjustable or adjustable, for example electrically or hydraulically, remotely, for example from the surface.
  • the duse can be ordered automatically in response to the pressure or flow measured upstream or downstream of the choke.

Abstract

The restrictor (36) is mounted near the bottom of a tube (16) which is isolated from the walls of the bore (10) by an insulating sleeve (38). The insulating sleeve is present near the top of the bore and there as an annular space (20) between the tube and the bore at the bottom. The bore forms a flow route for the oil and gas between a layer of porous reservoir rock (14) and an outlet (30) on the surface. Expansion of the material coming up through the tube takes place at the restrictor. The insulating sleeve may be made of a liquid, solid, gel or aerogel. The restrictor may be mounted in a subassembly held in place by a cable. The subassembly also contains a flap, ball or sliding valve.

Description

La présente invention se rapporte à une installation pour puits pétrolier et, plus particulièrement à une telle installation destinée à améliorer les conditions d'écoulement des effluents entre le fond et la surface, quelque soit le sens de cet écoulement.The present invention relates to an installation for oil well and, more particularly, to such installation intended to improve the conditions effluent flow between the bottom and the surface, whatever the direction of this flow.

La présente invention concerne également un procédé de canalisation d'un effluent contenant une forte proportion de gaz libre ou dissout dans le liquide, et plus particulièrement à un tel procédé de canalisation dans un puits pétrolier destiné à améliorer l'écoulement de l'effluent entre le fond et la surface.The present invention also relates to a method of pipeline of an effluent containing a high proportion of free gas or dissolved in the liquid, and more particularly to such a channeling process in a oil well intended to improve the flow of the effluent between the bottom and the surface.

Tout au long du chemin qu'ils parcourent, dans le cas d'un puits de production pétrolière, depuis le réservoir pétrolifère jusqu'au point de commercialisation en surface, l'état des effluents est caractérisé par trois paramètres d'état : la pression P, la température T , toux deux paramètres dits "intensifs", et le volume V occupé par l'unité de masse d'effluent, encore appelé "volume massique" ou "volume spécifique".All along the way they walk, in the case of a oil production well, from the tank oil to the point of sale on the surface, the effluent status is characterized by three parameters of state: the pressure P, the temperature T, cough two so-called "intensive" parameters, and the volume V occupied by the effluent mass unit, also called "mass volume" or "specific volume".

Le comportement général des effluents est très lié aux valeurs simultanées de ces trois paramètres P,V et T. En fait, la combinaison de ces trois paramètres détermine la quantité et la qualité de chaleur détenue et véhiculée par la matière, autrement dit par, l'unité de masse d'effluent. Ainsi, le comportement physico-chimique d'un fluide, qui dépend de la quantité et de la qualité de la chaleur contenue par unité de masse du fluide, peut-il s'étudier à partir de ces trois paramètres, qui caractérisent à chaque instant l'état physique du fluide. The general behavior of the effluents is closely linked to simultaneous values of these three parameters P, V and T. In fact, the combination of these three parameters determines the quantity and quality of heat held and conveyed by the material, that is, the unit of effluent mass. Thus, the physico-chemical behavior of a fluid, which depends on the quantity and quality of the heat contained per unit mass of the fluid, can it study at from these three parameters, which characterize at each moment the physical state of the fluid.

Or certains comportements physiques d'un fluide sont défavorables à son écoulement dans un conduit. Par exemple, la solidification ou la cristallisation de certains composants du fluide, ou d'une certaine proportion du fluide, entraíne des précipitations ou dépôts susceptibles de créer des perturbations de l'écoulement : obstruction du conduit, modification des rugosités de parois, restriction de diamètre, etc...But some physical behaviors of a fluid are unfavorable to its flow in a conduit. For example, solidification or crystallization of some components of the fluid, or a certain proportion of the fluid, causes precipitation or deposits likely to create flow disturbances: obstruction of the led, modification of wall roughness, restriction in diameter, etc.

Citons par exemple le dépôt des paraffines qui sont une sorte de cire. Ces dépôts se forment du fait d'un déficit de chaleur contenue dans l'effluent, que l'on exprime par une température trop basse. On peut citer aussi le cas des hydrates, qui sont des cristaux combinant l'eau aux hydrocarbures légers et semblables à des cristaux de glace ; eux aussi se forme du fait d'un manque de chaleur, et la température en deçà de laquelle apparaissent ces cristaux augmente avec la pression du fluide.For example, the deposition of paraffins, which are a kind of wax. These deposits are formed due to a deficit of heat contained in the effluent, which is expressed by a temperature too low. We can also mention the case of hydrates, which are crystals combining water with light hydrocarbons similar to ice crystals; they too are formed due to a lack of heat, and the temperature below which these crystals appear increases with fluid pressure.

Les dépôts de carbonates sont encore un autre exemple. Ces dépôts proviennent d'un excès soudain de carbonates dans le fluide (sursaturation) . Cela survient au cours de l'écoulement dans le conduit à l'occasion d'un changement de la quantité et/ou de la qualité de la chaleur contenue dans l'effluent. En effet, un tel changement modifie les équilibres physico-chimiques qui auparavant permettaient à l'effluent de contenir la masse totale de ces éléments sous une forme dissoute (sous-saturation).Carbonate deposits are yet another example. These deposits come from a sudden excess of carbonates in the fluid (supersaturation). This occurs during the flow in the duct on the occasion of a change of the quantity and / or quality of the heat contained in the effluent. Indeed, such a change modifies the physicochemical balances that previously allowed the effluent to contain the total mass of these elements under a dissolved form (under-saturation).

Par exemple, les carbonates de calcium, communément appelés « le calcaire » sont connus pour se déposer lorsque la température de l'effluent atteint une certaine valeur à pression constante, ou que la pression diminue et la température reste élevée.For example, calcium carbonates, commonly referred to as "Limestone" are known to settle when the temperature of the effluent reaches a certain value at constant pressure, or that the pressure decreases and the temperature remains high.

Les dépôts de sels sont aussi un exemple du même type. Ils apparaissent du fait de la vaporisation de l'eau. Ces éléments ioniques dissous dans l'eau ne pouvant devenir gazeux à la température de l'effluent, il restent dans la fraction de l'effluent qui est de l'eau liquide. De ce fait, plus cette fraction diminue, plus sa concentration en sels augmente, et ce jusqu'à saturation. Quand la concentration atteint un maximum, qui dépend de la température et de la pression, les sels précipitent sous forme de cristaux.Salt deposits are also an example of the same type. They appear because of the vaporization of the water. These ionic elements dissolved in water that can not become gaseous at the temperature of the effluent, it remains in the fraction of the effluent which is liquid water. Thereby, the lower this fraction, the higher its concentration in salts increases, until saturation. When concentration reaches a maximum, which depends on the temperature and the pressure, the salts precipitate in the form of crystals.

Or la vaporisation de l'eau provient d'une part d'un apport de chaleur, d'autre part d'un espace offert suffisant pour permettre l'expansion volumique du fluide. On peut, donc, dire que ces dépôts sont la conséquence d'une quantité et d'une qualité - ou forme - de la chaleur contenue dans l'effluent qui sont inappropriés au maintien sous forme dissoute (ou ionique) de la totalité des sels contenus dans l'effluentHowever, the vaporization of water comes from a contribution of heat, on the other hand, of a sufficient free space for allow the volume expansion of the fluid. So we can, say that these deposits are the consequence of a quantity and of a quality - or form - of the heat contained in effluent that are unsuitable for keeping in shape dissolved (or ionic) all the salts contained in effluent

De façon générale, l'apparition de dépôts le long d'un conduit modifie le régime hydraulique des écoulements, qui est d'une grande complexité du fait de la coexistence de multiples phases non miscibles entre elles : solides (sédiments, sels, dépôts...), eau, hydrocarbures liquides type « huile » ou « condensats », mélange de gaz et vapeurs...).In general, the appearance of deposits along a led changes the hydraulic regime of the flows, which is of great complexity because of the coexistence of multiple immiscible phases between them: solids (sediments, salts, deposits ...), water, liquid hydrocarbons type "oil" or "condensate", gas mixture and vapors ...).

Mais les conséquences sur les écoulements de certains comportements physiques des effluents, tels que ceux décrits ci-dessus sont aussi fonction des caractéristiques du conduit, et en particulier de la pente de ce conduit par rapport à l'horizontale.But the consequences on the flows of some physical behaviors of the effluents, such as those described above are also a function of the characteristics of the led, and in particular of the slope of this conduit by report horizontally.

Ainsi l'apparition de solides peut-il conduire à l'obstruction partielle, voire totale, du conduit, ce qui dans le meilleur des cas, a pour conséquence d'augmenter les pertes de charge, c'est à dire la résistance à l'écoulement, et donc en général de provoquer une baisse de débit. Les phénomènes étant généralement cumulatifs, ils doivent être prévenus ou combattus d'une manière ou d'une autre pour éviter les pertes de production qui serait associées à un tel ralentissement du débit ou à une obstruction totale du conduit.So the appearance of solids can it lead to the partial or total obstruction of the duct, which in the best case, has the effect of increasing the pressure losses, ie the resistance to flow, and therefore in general to cause a decrease in flow. The phenomena are usually cumulative, they must be prejudiced or fought in one way or another for avoid the production losses that would be associated with a such a slowdown of the flow or a total obstruction of the leads.

Notons au passage que le coût des actions préventives ou curatives dépend des procédés qui sont utilisés et a un impact sur la rentabilité des installations. Par exemple, on emploie souvent des produits chimiques pour prévenir ou traiter la formation de dépôts solides (hydrates, paraffines, carbonates, etc...). Ces produits sont souvent coûteux. Ils sont aussi parfois polluants et les installations d'injection et de traitement ou recyclage que ces procédés nécessitent sont également très coûteuses. Le fait de recourir à ces techniques constitue, donc, un handicap financier important qui nuit à la rentabilité des installations de production.Note in passing that the cost of preventive actions or curative depends on the processes that are used and has a impact on the profitability of the facilities. For example, we often uses chemicals to prevent or to treat the formation of solid deposits (hydrates, paraffins, carbonates, etc ...). These products are often expensive. They are also sometimes polluting and injection and treatment or recycling facilities that these methods require are also very expensive. The recourse to these techniques constitutes, therefore, a significant financial handicap which affects the profitability of production facilities.

Concernant les liquides, la présence ou la formation de liquides par condensation dans le conduit peuvent avoir, à certaines proportions, un impact dramatique sur les écoulements, impact tantôt favorable, tantôt défavorable. En effet, selon le rapport des vitesses d'écoulement avec les autres phénomènes agissant sur chacune des phases de l'effluent, tels le poids, toujours dirigé vers le bas selon une verticale et proportionnel à la densité de chaque phase, ou encore la viscosité, un régime différent va s'établir. Par exemple, un débit faible dans un conduit large engendre une vitesse faible. Grâce à ce déplacement relativement calme peut avoir lieu au sein même du conduit la ségrégation des phases de densités nettement différentes. De ces ségrégations vont résulter des vitesses d'écoulement distinctes d'une phase à l'autre. On dit alors qu'il y a un glissement de phases. Cela engendre toujours des irrégularités de débit .With regard to liquids, the presence or formation of Condensation liquids in the duct may have, at certain proportions, a dramatic impact on the flows, sometimes favorable, sometimes unfavorable. Indeed, according to the ratio of flow velocities with other phenomena acting on each of the phases of the effluent, such as the weight, always directed downwards according to a vertical and proportional to the density of each phase, or else the viscosity, a different regime will be established. For example, a low flow rate in a wide duct generates a low speed. Due to this relatively calm can take place within the segregated conduit itself phases of clearly different densities. From these segregations will result in flow rates distinct from one phase to another. We then say that there is a phase slip. It always generates flow irregularities.

Ce processus constitue toujours une complication pour l'exploitant du conduit. Il rend difficiles et coûteux la surveillance et le contrôle des paramètres de l'écoulement (comptage de chaque phase, débits, pressions, températures, etc...). Il peut aussi engendrer des pertes de production importantes dues à des pertes de charges accrues. Il peut enfin radicalement interrompre la production en générant un blocage hydraulique ou hydrostatique du conduit, si une grande accumulation de liquide vient à se former au pied d'un tronçon pentu que l'effluent doit gravir.This process is always a complication for the operator of the conduit. It makes it difficult and expensive monitoring and control of flow parameters (counting of each phase, flows, pressures, temperatures, etc ...). It can also cause production losses due to increased losses. he can finally radically interrupt production by generating a hydraulic or hydrostatic blocking of the duct, if large accumulation of liquid comes to form at the foot a steep section that the effluent must climb.

Très souvent rencontré dans les pipe-lines, au pied des plates-formes sur lesquelles les effluents doivent monter, ce phénomène affecte également les puits de pétrole ou de gaz, dont le débit naturel dépend directement du poids propre de la colonne d'effluent. Plus cette colonne comprend d'eau, ou de liquides, plus elle est lourde et plus la pesanteur ralentit le débit.Very often met in the pipelines, at the foot of platforms on which the effluents must rise, this phenomenon also affects oil wells or gas, whose natural flow depends directly on the weight clean of the effluent column. More this column includes water, or liquids, the heavier it is and the more gravity slows the flow.

Sur les puits où le débit est relativement faible en regard du diamètre hydraulique du conduit, autrement dit où la vitesse d'écoulement est faible et permet donc les ségrégations de phases, des irrégularités de production, voire des arrêts sont chose courante. On dit que le puits « se noie » ou encore « souffre de self killing ». Pour remédier à ce problème, on peut agir sur deux axes :

  • un premier axe relatif au comportement hydraulique de l'effluent dans le conduit visant à combattre le glissement relatif des phases dans le conduit, autrement dit les ségrégations par l'action de la pesanteur.
  • un second axe relatif au comportement physico-chimique de l'effluent visant à prévenir ou soigner les processus à l'origine des perturbations ou dégradations des conditions d'écoulement.
On wells where the flow is relatively low compared to the hydraulic diameter of the conduit, in other words where the flow rate is low and thus allows segregation of phases, production irregularities, or even stops are commonplace. It is said that the well "drowns" or "suffers from self-killing". To remedy this problem, we can act on two axes:
  • a first axis relating to the hydraulic behavior of the effluent in the conduit to combat the relative sliding of the phases in the conduit, in other words segregation by the action of gravity.
  • a second axis relating to the physicochemical behavior of the effluent intended to prevent or treat the processes causing the disturbances or degradations of the flow conditions.

Concernant le premier axe relatif au comportement hydraulique de l'effluent dans le conduit, on vise donc à combattre le glissement relatif des phases dans le conduit, autrement dit les ségrégations par l'action de la pesanteur. Pour cela, on peut augmenter les effets antagonistes, à savoir l'agitation de l'effluent qui s'écoule dans le conduit. Il faut, donc, augmenter sa vitesse globale. L'idéal pour cela pourrait être d'augmenter le débit. Mais ce n'est pas toujours possible, pour des motifs techniques ou stratégiques.
On peut aussi réduire le diamètre hydraulique du conduit. Mais cela est toujours très coûteux et sera souvent impossible compte tenu des investissement financiers nécessaires.Regarding the first axis relating to the hydraulic behavior of the effluent in the conduit, it is therefore intended to combat the relative sliding of the phases in the conduit, in other words segregation by the action of gravity. For this, one can increase the antagonistic effects, namely the agitation of the effluent flowing in the conduit. It is necessary, therefore, to increase its overall speed. The ideal for this might be to increase the flow. But this is not always possible, for technical or strategic reasons.
It is also possible to reduce the hydraulic diameter of the duct. But this is still very expensive and will often be impossible given the necessary financial investments.

Une troisième possibilité existe et concerne le domaine de la présente invention. Il s'agit, pour un même débit de matière ou d'effluent - on dit alors « à débit massique constant » - d'augmenter la vitesse donc l'agitation de l'effluent en augmentant son volume spécifique V. Il suffit pour cela de provoquer une expansion de l'effluent par détente en le forçant à passer à travers une restriction de diamètre hydraulique plus ou moins étendue, éventuellement ponctuelle, par exemple un orifice calibré communément appelé duse, ou encore un organe de type hydro-éjecteur qui peut de plus exploiter ce passage à d'autres fins utiles, du type pompage de liquide par exemple. On peut aussi favoriser l'expansion de l'effluent en lui apportant de la chaleur, artificiellement ou naturellement. Par exemple, en limitant les déperditions de chaleur vers l'extérieur du conduit quand ce dernier traverse des zones plus froides que l'effluent, ainsi qu'en favorisant ou en activant les échanges de chaleurs naturels au droit des zones traversées par le conduit et qui sont plus chaudes que l'effluent. Or il se trouve justement, que dans certaines conditions de température et de pression, une expansion de l'effluent provoquée par son passage à travers une restriction provoque un refroidissement rapide, donc un appel éventuel de chaleur de sa part. Ce principe est le fondement du cycle thermodynamique des machines frigorifiques. Donc, une expansion de l'effluent, si elle peut avoir lieu, aura, dans ce cas, un effet doublement favorable pour accroítre la vitesse de l'effluent et ainsi éviter les ségrégations nuisant à l'écoulement : une première expansion par détente dans la restriction du conduit, suivi d'une expansion supplémentaire par un apport calorifique facilité du fait de son refroidissement.
Il est alors intéressant de noter que, du même coup, cet apport calorifique, facilité ou activé par le refroidissement de l'effluent en écoulement vis à vis de son environnement immédiat, intervient aussi sur l'axe précédemment évoqué, relatif au comportement physico-chimique de l'effluent et visant à prévenir ou soigner les processus à l'origine des perturbations ou dégradations des conditions d'écoulement. En effet l'apport de chaleur ainsi permis, outre son impact favorable à la vitesse donc à l'hydraulique de l'écoulement, va également aider à prévenir l'apparition de dépôts, solides (cristallisations) ou liquides (condensations), cités précédemment comme résultant d'un déficit de chaleur contenu dans l'effluent.A third possibility exists and concerns the field of the present invention. For the same flow of material or effluent - it is called "at constant mass flow rate" - it is a question of increasing the speed and the stirring of the effluent by increasing its specific volume V. It is sufficient for this purpose to cause expansion of the effluent by expansion by forcing it to pass through a restriction of greater or lesser extent hydraulic diameter, possibly punctual, for example a calibrated orifice commonly called choke, or a hydro-ejector type member that can moreover exploit this passage for other useful purposes, like pumping liquid for example. It is also possible to promote the expansion of the effluent by providing heat, artificially or naturally. For example, by limiting heat losses to the outside of the duct when the latter passes through colder zones than the effluent, and by promoting or activating natural heat exchanges to the areas crossed by the duct and which are hotter than the effluent. However, it happens that under certain conditions of temperature and pressure, an expansion of the effluent caused by its passage through a restriction causes a rapid cooling, so a possible call for heat from him. This principle is the foundation of the thermodynamic cycle of refrigerating machines. Therefore, an expansion of the effluent, if it can take place, will have, in this case, a doubly favorable effect to increase the speed of the effluent and thus avoid the segregations affecting the flow: a first expansion by expansion in the restriction of the conduit, followed by further expansion by an easy heat supply due to its cooling.
It is then interesting to note that, at the same time, this heat supply, facilitated or activated by the cooling of the effluent in flow with respect to its immediate environment, also intervenes on the axis previously mentioned, relative to the physical behavior. effluent and aimed at preventing or treating the processes causing the disturbances or degradations of the flow conditions. Indeed, the heat input thus allowed, besides its favorable impact on the speed and thus the hydraulic flow, will also help prevent the appearance of deposits, solid (crystallizations) or liquids (condensations), mentioned above. as resulting from a heat deficit contained in the effluent.

La présente invention a, donc, pour objet une installation pour puits de production d'effluent permettant de prévenir la formation d'hydrates dans le puits, tout en assurant, à la sortie du puits, une production d'effluent, dans des conditions de température et de pression optimales.The present invention therefore has for object a installation for effluent production wells prevent the formation of hydrates in the well, while ensuring, at the outlet of the well, an effluent production, under optimal temperature and pressure conditions.

Pour répondre à cet objet, l'invention propose une installation pour production d'effluent comprenant un tubage disposé dans le puits et formant une voie d'écoulement pour l'effluent entre un couche de roche réservoir et une sortie, le tubage, comportant une duse destinée à provoquer une détente de l'effluent s'écoulant dans le tubage, et définissant avec la paroi du puits un espace annulaire caractérisée en ce qu'elle comprend, de plus, un manchon isolant, dans l'espace annulaire, s'étendant sur une partie de la profondeur du puits.To respond to this object, the invention proposes a plant for the production of effluent comprising casing disposed in the well and forming a flow path for the effluent between a layer of reservoir rock and an outlet, the casing, having a choke intended to provoke a relaxation of the effluent flowing in the casing, and defining with the well wall an annular space characterized in that it further comprises a sleeve insulation, in the annular space, extending over a portion the depth of the well.

D'autres caractéristiques et avantages da la présente invention ressortiront à la lecture de la description suivante donnée, à titre explicatif mais non limitatif, en relation avec des dessins annexés sur lesquels la figure unique est une vue schématique d'une installation pour puits de production d'effluent, selon l'invention.Other features and benefits of this invention will emerge from reading the description given, for the purpose of explanation but without limitation, in relationship with the accompanying drawings in which the figure unique is a schematic view of a well installation effluent production according to the invention.

Comme représentée sur la figure , un puits 10, qui dans l'exemple illustré, est un puits de production d'effluent, par exemple du gaz, s'étend entre la surface 12 et une couche 14 de roche réservoir. Un tubage de production 16 est disposé dans le puits 10, de manière sensiblement coaxiale à la paroi 18 du puits, et définit avec celle-ci un espace annulaire 20. Un joint 22, plus communément appelé "packer", est disposé vers l'extrémité inférieure du puits et définit, avec le fond 24 du puits, une chambre 26 qui communique avec la couche 14 de roche réservoir par des perforations 28 formées dans la paroi 18 du puits. Le tubage de production 18 s'ouvre à son extrémité inférieure dans la chambre26 et permet l'écoulement d'effluent, provenant de la couche 14 de roche réservoir, vers une sortie 30 à la surface. A l'extrémité supérieure du puits 10, le tubage 16 traverse une tête de puits, représentée schématiquement en 32. Une vanne 34 permet de contrôler l'écoulement de l'effluent par le tubage 18.As shown in the figure, a well 10, which in the illustrated example, is an effluent production well, for example gas, extends between the surface 12 and a layer 14 of rock reservoir. Production casing 16 is disposed in the well 10, substantially coaxially with the wall 18 of the well, and defines therewith a space 20. A seal 22, more commonly known as "packer", is disposed towards the lower end of the well and defines, with the bottom 24 of the well, a room 26 that communicates with layer 14 of rock reservoir by perforations 28 formed in the wall 18 of the well. Production casing 18 opens at its lower end into the chamber26 and allows the flow of effluent from layer 14 of rock reservoir, to an exit 30 to the surface. AT the upper end of the well 10, the casing 16 passes through a wellhead, shown diagrammatically at 32. valve 34 makes it possible to control the flow of the effluent by casing 18.

Vers son extrémité inférieure, par exemple en un point immédiatement au-dessus du joint 22, le tubage est muni d'une duse 36. Lors de son passage à travers la duse 36, l'effluent remontant par le tubage 18, subit une détente se traduisant par une baisse de ses température et pression.Towards its lower end, for example at a point immediately above the seal 22, the casing is provided of a choke 36. During its passage through the choke 36, the effluent rising through the casing 18, undergoes a relaxation translating into a drop in its temperature and pressure.

Selon un premier aspect de l'invention, l'espace annulaire 20 comporte un manchon isolant 38 s'étendent de la surface 12 sur une partie de la profondeur du puits 10. Le manchon isolant 38 peut comprendre un liquide, par exemple du gazole, un solide, par exemple de la perlite, ou le vide. Dans un mode de réalisation préféré, le manchon isolant 38 est formé par un gel, de préférence un aérogel. De préférence l'aérogel est formé à partir d'un gel liquide introduit dans l'espace annulaire à partir de la surface. Ensuite, on remplace la phase liquide du gel par un solvant adapté au séchage du gel, par exemple du CO2 sous forme liquide, qui est ensuite séché tout en le maintenant à une pression garantissant son état supercritique.According to a first aspect of the invention, the space ring 20 comprises an insulating sleeve 38 extend from the surface 12 over part of the depth of the well 10. The insulating sleeve 38 may comprise a liquid, for example diesel, a solid, for example pearlite, or vacuum. In a preferred embodiment, the insulating sleeve 38 is formed by a gel, preferably an airgel. Of preferably the airgel is formed from a liquid gel introduced into the annular space from the surface. Then, the liquid phase of the gel is replaced by a solvent suitable for drying the gel, for example CO2 in the form of liquid, which is then dried while keeping it at a pressure guaranteeing its supercritical state.

Dans le cas où le manchon isolant est constitué en créant le vide dans l'espace annulaire 20, sur une partie de sa profondeur, la limite inférieure 40 du manchon doit être définie par un liquide à faible tension de vapeur afin d'assurer la pérennité du vide. De préférence, la limite inférieure 40 est formée par une couche d'huile de faible profondeur déposée dans l'espace annulaire 20, le reste de la partie inférieure de cet espace 20 étant rempli d'eau.In the case where the insulating sleeve is made of creating the void in the annular space 20, on a part of its depth, the lower limit 40 of the sleeve must be defined by a liquid with low vapor pressure so to ensure the durability of the void. Preferably, the limit lower 40 is formed by a layer of low oil depth deposited in the annular space 20, the remainder of the lower part of this space 20 being filled with water.

La longueur du manchon isolant 40 dans l'espace annulaire est fonction des gradients de température dans la roche entourant le puits 10. La limite inférieure 40 du manchon doit se situer au point où la température ambiante devient inférieure à celle de l'effluent gazeux remontant par le tubage 16.The length of the insulating sleeve 40 in the space ring is a function of the temperature gradients in the rock surrounding the well 10. The lower limit 40 of sleeve should be at the point where the ambient temperature becomes lower than that of the flowing gaseous effluent by the casing 16.

L'effluent gazeux, provenant de la couche 14 de roche réservoir 14, entre dans le tubage 16 dans le sens de flèches 42 et traverse le duse 36. Lors de ce passage de la duse, ses température et pression diminuent. Ensuite, comme sur la longueur du tubage 16 en dessous de la limite inférieure 40 du manchon 38, la température ambiante est supérieure à celle de l'effluent s'écoulant dans le tubage, la chaleur du milieu ambiant augmente la température de l'effluent. Cette augmentation de température réduit le risque de formation d'hydrates dans le tubage.The gaseous effluent, coming from the layer 14 of rock tank 14, enters the casing 16 in the direction of arrows 42 and crosses the choke 36. During this passage of the duse, its temperature and pressure decrease. Then, as over the length of casing 16 below the limit lower 40 of the sleeve 38, the ambient temperature is greater than that of the effluent flowing in the casing, the heat of the environment increases the temperature of the effluent. This increase in temperature reduces the risk of hydrate formation in the casing.

De préférence, la duse 36 est formée dans un sous ensemble adapté à être installé dans le tubage par une intervention au câble, plus communément appelé "wire line". Ce type de sous-ensemble peut, en cas d'usure ou autre problème mécanique, être retiré du tubage par le même type d'intervention simple. Preferably, the choke 36 is formed in a sub together suitable for being installed in the casing by a cable intervention, more commonly known as "wire line". This type of subassembly can, in case of wear or other mechanical problem, be removed from the casing by the same type simple intervention.

Lors d'un arrêt de production de l'effluent qui se prolonge, de l'eau, présente dans l'effluent, peut se condenser sur le paroi interne du tubage 16, puis couler le long de la paroi jusqu'à la duse 36 où elle s'accumule. Lors de la remise en production du puits, cette quantité d'eau présente immédiatement au-dessus de la duse peut ralentir ou freiner le passage de l'effluent à travers la duse. Dans certains cas, la quantité d'eau est telle qu'elle bloque complètement la duse, la pression de l'effluent n'étant pas suffisante pour déplacer l'eau. Dans de tels cas, le puits est irrévocablement perdu.During a production stoppage of the effluent prolonged, water, present in the effluent, can be condense on the inner wall of the casing 16, then sink the along the wall to the choke 36 where it accumulates. then the return to production of the well, this quantity of water present immediately above the choke can slow down or curb the passage of the effluent through the choke. In In some cases, the amount of water is such that it blocks completely the choke, the pressure of the effluent not being enough to move the water. In such cases, the well is irrevocably lost.

Afin de pallier ces inconvénients, et selon un deuxième aspect de l'invention, le sous-ensemble dans lequel est montée la duse 36 comprend une vanne à battant, bille ou chemise coulissante, du type appelé "storm choke". La construction de cette vanne est telle qu'elle ferme normalement le passage entre le tubage 16, en aval de la duse 36, et la chambre 26. Lorsqu'une quantité prédéterminée d'eau se trouve dans le tubage au-dessus de la duse 36, la vanne s'ouvre permettant à l'eau de s'écouler librement vers le fond du puits 24. Une fois que le tubage s'est vidé d'eau, la vanne se referme, et l'effluent peut de nouveau remonter à travers le duse 36.In order to overcome these disadvantages, and according to a second aspect of the invention, the subset in which is mounted the choke 36 comprises a ball valve, ball or sliding shirt, of the type called "storm choke". The construction of this valve is such that it closes normally the passage between the casing 16, downstream of the dice 36, and the chamber 26. When a predetermined amount of water is in the casing above the choke 36, the valve opens allowing the water to flow freely to the bottom of the well 24. Once the casing has emptied water, the valve closes, and the effluent can again back up through the choke 36.

L'installation selon la présente invention permet toutefois de garder un contrôle classique de l'écoulement de l'effluent par dusage au moyen de la vanne 34. Ainsi, la duse 36 assure une première détente de l'effluent en fond de puits, suivie d'une détente finale à la surface, cette détente finale, modulable en commandant l'ouverture de la vanne 34, permet de gérer l'écoulement de l'effluent.The installation according to the present invention allows however, to maintain a conventional control of the flow of the waste effluent by means of the valve 34. Thus, the duse 36 ensures a first relaxation of the effluent in the bottom of well, followed by final relaxation at the surface, this final relaxation, adjustable by ordering the opening of the valve 34, manages the flow of the effluent.

Dans les conduits ou les puits à fort débit, le problème est inverse :
Parfois la vitesse est trop élevée et affecte la performance de l'installation de production. Dans ce cas l'invention propose :

  • de réduire le volume spécifique de l'effluent (contraction) en en retirant de la chaleur,
  • de favoriser la présence de liquides s'il s'agit d'un gaz sec dans un but de « lubrifier » la veine fluide et réduire ainsi les pertes de charges par friction qui sont, dans ce cas, le phénomène qui régit l'essentiel des pertes de charge dans le conduit.
Pour réaliser cela, l'invention propose d'une part de favoriser les échanges de chaleur avec l'extérieur du conduit et d'autre par de limiter le plus possible l'expansion de l'effluent par détente et notamment par perte de charge.In ducts or wells with high flow, the problem is the opposite:
Sometimes the speed is too high and affects the performance of the production facility. In this case the invention proposes:
  • reduce the specific volume of the effluent (contraction) by removing heat,
  • to promote the presence of liquids if it is a dry gas for the purpose of "lubricating" the fluid stream and thus reduce the frictional pressure losses that are, in this case, the phenomenon that governs the essential losses in the duct.
To achieve this, the invention proposes on the one hand to promote heat exchange with the outside of the duct and on the other to limit as much as possible the expansion of the effluent by expansion and in particular by pressure drop.

La duse 36 peut être éventuellement ajustable ou réglable, par exemple électriquement ou hydrauliquement, à distance, par exemple depuis la surface. De manière alternative, la duse peut être commandée automatiquement en réponse à la pression ou le débit mesuré en amont ou en aval de la duse.The choke 36 may be optionally adjustable or adjustable, for example electrically or hydraulically, remotely, for example from the surface. Alternatively, the duse can be ordered automatically in response to the pressure or flow measured upstream or downstream of the choke.

Claims (7)

Installation pour puits de production d'effluent comprenant un tubage (16) disposé dans le puits (10) et formant une voie d'écoulement pour l'effluent entre une couche de roche réservoir (14) et une sortie (30), le tubage (16) comportant une duse (36) destinée à provoquer une détente de l'effluent s'écoulant dans le tubage, et définissant avec la paroi (18) du puits un espace annulaire (20)caractérisée en ce que l'installation comprend, de plus, un manchon isolant (38), dans l'espace annulaire, s'étendant sur une partie de la profondeur du puits.Installation for effluent production wells comprising a casing (16) disposed in the well (10) and forming a flow path for the effluent between a rock layer (14) and an outlet (30), the casing (16) having a choke (36) for causing a relaxation of the effluent flowing in the casing, and defining with the wall (18) of the well a space ring (20) characterized in that the installation further comprises an insulating sleeve (38) in the space ring, extending over part of the depth of the well. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le manchon isolant (38) comprend un liquide.Installation according to claim 1 characterized in that the insulating sleeve (38) comprises a liquid. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le manchon isolant (38) comprend un solide.Installation according to claim 1 characterized in that the insulating sleeve (38) comprises a solid. Installation selon la revendication 3 caractérisée en ce que le manchon isolant (38)comprend un gel.Installation according to claim 3 characterized in that the insulating sleeve (38) comprises a gel. Installation selon la revendication 4 caractérisée en ce que le gel est un aérogel.Installation according to claim 4 characterized in that that the gel is an airgel. Installation selon l'une des revendication 1 à 5 caractérisée en ce que la duse (38) est montée dans un sous-ensemble destiné à être monté dans le tubage au moyen d'une intervention au câble.Installation according to one of claims 1 to 5 characterized in that the choke (38) is mounted in a subassembly intended to be mounted in the casing by means a cable intervention. Installation selon la revendication 6 caractérisée en ce que le sous-ensemble comprend, de plus, une vanne à battant, bille ou chemise coulissante.Installation according to claim 6, characterized in that that the subassembly further comprises a valve beating, ball or sliding shirt.
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