FR2656035A1 - Dispositif de pompage d'un liquide et en particulier d'un liquide a forte viscosite. - Google Patents
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Abstract
- Le dispositif de pompage comporte un conduit tubulaire (6) présentant un siège d'appui (9) dans une zone d'extrémité (6a). Un ensemble intégré d'entraînement en rotation, de mélange et de pompage (14) constitué par un arbre (25) monté dans un carter (15) est disposé dans la zone (6a) du conduit (6). Le carter (15) comporte un prolongement (20) constituant un conduit d'aspiration. L'arbre (25) comporte des éléments profilés (38, 39) au niveau du compartiment d'entraînement en rotation et du compartiment de pompage. La rotation de l'arbre (25) provoque l'aspiration de liquide (7) par le conduit (20) à l'intérieur du compartiment de mélange du carter (15) dans lequel le liquide (7) de la réserve se mélange au fluide sous pression d'entraînement de l'arbre (25). Le pompage du mélange et son refoulement dans le conduit (6) sont assurés dans le troisième compartiment (15). - L'invention peut être utilisée pour le pompage de pétrole brut à haute viscosité.
Description
L'invention concerne un dispositif de pompage d'un liquide et en particulier d'un Liquide à forte viscosité, à partir d'une réserve de Liquide visqueux constituée par exemple par une nappe souterraine de pétrole à forte viscosité.
Les développements actuels de la production pétrolière conduisent à l'exploitation de gisements d'huile visqueuse, à partir de puits comportant des parties horizontales ou fortement inclinées par rapport à la verticale traversant le gisement.
Dans le cas d'huile à très haute viscosité, il peut être nécessaire d'injecter de la vapeur d'eau dans le gisement ou la nappe d'huile préalablement à son pompage, pour obtenir une température de
o
L'ordre de 250 C de cette huile, lors de son admission dans le tubage des pompes. On abaisse ainsi la viscosité de l'huile, ce qui permet d'améliorer Les conditions de pompage.
o
L'ordre de 250 C de cette huile, lors de son admission dans le tubage des pompes. On abaisse ainsi la viscosité de l'huile, ce qui permet d'améliorer Les conditions de pompage.
En outre, on peut être amené également à injecter de L'eau sous pression dans le pétrole brut avant son pompage, afin d'obtenir une diminution des pertes de charge le long du tubage, L'émulsion de pétrole et d'eau produite étant beaucoup moins visqueuse que le pétrole brut dont on désire assurer le pompage.
Pour améliorer les conditions de pompage, il peut être nécessaire également de placer la pompe dans une position très inclinée et même pratiquement horizontale.
La courbure des puits comportant des parties fortement inclinées par rapport à la verticale ou horizontales Limite les performances d'utilisation des tiges d'entrainement de la pompe et donc les performances de la pompe et en particulier de débit de pompage.
On ne connaissait pas jusqu'ici de matériel de pompage adapté aux conditions particulières d'exploitation des gisements d'huile visqueuse à partir de puits comportant des parties fortement inclinées ou horizontales.
Comme dans le cas des puits verticaux, L'expLoitation du gisement nécessite généralement la mise en place d'un cuvelage à
L'intérieur du puits, dont une première extrémité pénètre dans le gisement et dont la seconde extrémité, située en surface, constitue
L'entrée du puits. De manière habituelle, une colonne de production tubulaire est introduite dans le cuvelage, de manière qu'une première extrémité de cette colonne de production soit disposée dans la partie du cuvelage située dans le gisement, dans laquelle pénètre le pétrole dont on assure l'exploitation. La seconde extrémité de la colonne de production est reliée à des moyens de récupération du pétrole et éventuellement à des moyens de séparation de L'eau et du pétrole dans le cas du pompage d'une émulsion aqueuse dont la viscosité est inférieure à la viscosité du pétrole.
L'intérieur du puits, dont une première extrémité pénètre dans le gisement et dont la seconde extrémité, située en surface, constitue
L'entrée du puits. De manière habituelle, une colonne de production tubulaire est introduite dans le cuvelage, de manière qu'une première extrémité de cette colonne de production soit disposée dans la partie du cuvelage située dans le gisement, dans laquelle pénètre le pétrole dont on assure l'exploitation. La seconde extrémité de la colonne de production est reliée à des moyens de récupération du pétrole et éventuellement à des moyens de séparation de L'eau et du pétrole dans le cas du pompage d'une émulsion aqueuse dont la viscosité est inférieure à la viscosité du pétrole.
Dans certains cas, le pompage est réalisé à L'intérieur du cuvelage lui-même sans utilisation d'une colonne de production.
D'une manière plus générale, dans le cas du pompage d'un liquide dans une réserve telle qu'une citerne ou une soute, en utilisant un conduit de grande longueur présentant des parties courbes, on ne connaissait pas de moyen de pompage parfaitement adapté permettant d'obtenir un fonctionnement satisfaisant et un bon rendement du dispositif, particulièrement dans le cas où le liquide de la réserve est un liquide visqueux.
Le but de L'invention est donc de proposer un dispositif de pompage d'un Liquide et en particulier d'un liquide à forte viscosité comportant un premier conduit tubulaire ayant une première partie d'extrémité disposée au niveau d'une réserve de liquide et munie d'un siège d'appui et une seconde partie d'extrémité opposée à la première reliée à des moyens de récupération et de traitement du liquide ainsi que des moyens de pompage du liquide reposant sur le siège d'appui, ce dispositif présentant des caractéristiques de fonctionnement satisfaisantes malgré la forte viscosité du liquide, même dans le cas où le premier conduit tubulaire présente des parties courbes, des parties fortement inclinées par rapport à la verticale et des parties horizontales, par exemple dans le cas de l'exploitation d'un gisement souterrain de pétrole à forte viscosité.
Dans ce but, les moyens de pompage sont constitués sous la forme d'un ensemble intégré d'entraînement en rotation, de mélange et de pompage comprenant - un carter cylindrique disposé en position coaxiale à L'intérieur de
la première partie d'extrémité du premier conduit reposant sur le
siège d'appui et comportant une extrémité d'entrée ouverte dirigée
vers la seconde extrémité du premier conduit, une extrémité fermée
située à l'opposé de L'extrémité d'entrée et un conduit d'aspiration
débouchant dans le liquide de la réserve, - et un arbre monté rotatif dans le carter suivant son axe entre son
extrémité d'entrée et son extrémité fermée opposée comportant
successivement, un premier tronçon dont la surface externe présente
des éléments profilés tels que L'arbre puisse être mis en rotation
par circulation d'un fluide dans le carter depuis son extrémité
d'entrée en direction de son extrémité opposée, un second tronçon
intermédiaire et un troisième tronçon dont la surface externe
présente des éléments profilés tels que L'arbre mis en rotation
assure le pompage d'un fluide dans Le carter au niveau du second
tronçon et le refoulement de ce fluide dans le premier conduit, en
direction de sa seconde extrémité, la paroi du carter comportant au
moins une ouverture au voisinage de son extrémité fermée mettant en
communication son volume interne avec le premier conduit et au moins
une ouverture mettant en communication son volume interne au niveau
du tronçon intermédiaire de L'arbre avec le conduit d'aspiration du
liquide de la réserve, et le dispositif comporte de plus - un second conduit disposé de manière coaxiale à L'intérieur du
premier conduit communiquant par une première extrémité avec
L'extrémité d'entrée du carter et comportant une seconde extrémité
située à l'extérieur de la seconde extrémité du premier conduit
reliée à un moyen de pompage d'un second liquide, de telle sorte que
le second liquide sous pression soit refoulé dans le carter et
entraine L'arbre en rotation de façon à assurer L'aspiration du
liquide de la réserve dans la partie intermédiaire du carter ou
compartiment de mélange, le mélange du second Liquide et du liquide
de la réserve et le refoulment du mélange dans le premier conduit.
la première partie d'extrémité du premier conduit reposant sur le
siège d'appui et comportant une extrémité d'entrée ouverte dirigée
vers la seconde extrémité du premier conduit, une extrémité fermée
située à l'opposé de L'extrémité d'entrée et un conduit d'aspiration
débouchant dans le liquide de la réserve, - et un arbre monté rotatif dans le carter suivant son axe entre son
extrémité d'entrée et son extrémité fermée opposée comportant
successivement, un premier tronçon dont la surface externe présente
des éléments profilés tels que L'arbre puisse être mis en rotation
par circulation d'un fluide dans le carter depuis son extrémité
d'entrée en direction de son extrémité opposée, un second tronçon
intermédiaire et un troisième tronçon dont la surface externe
présente des éléments profilés tels que L'arbre mis en rotation
assure le pompage d'un fluide dans Le carter au niveau du second
tronçon et le refoulement de ce fluide dans le premier conduit, en
direction de sa seconde extrémité, la paroi du carter comportant au
moins une ouverture au voisinage de son extrémité fermée mettant en
communication son volume interne avec le premier conduit et au moins
une ouverture mettant en communication son volume interne au niveau
du tronçon intermédiaire de L'arbre avec le conduit d'aspiration du
liquide de la réserve, et le dispositif comporte de plus - un second conduit disposé de manière coaxiale à L'intérieur du
premier conduit communiquant par une première extrémité avec
L'extrémité d'entrée du carter et comportant une seconde extrémité
située à l'extérieur de la seconde extrémité du premier conduit
reliée à un moyen de pompage d'un second liquide, de telle sorte que
le second liquide sous pression soit refoulé dans le carter et
entraine L'arbre en rotation de façon à assurer L'aspiration du
liquide de la réserve dans la partie intermédiaire du carter ou
compartiment de mélange, le mélange du second Liquide et du liquide
de la réserve et le refoulment du mélange dans le premier conduit.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d'un dispositif de pompage suivant L'invention, dans le cas de l'exploitation d'un gisement de pétrole à haute viscosité, à partir d'un puits comportant une partie fortement inclinée par rapport à la verticale située dans le gisement.
La figure 1 est une vue schématique en élévation et en coupe du puits d'exploitation du gisement et du dispositif de pompage suivant L'invention et suivant une première variante.
La figure 2 est une vue à plus grande échelle de l'ensemble intégré d'entraînement en rotation de mélange et de pompage du dispositif suivant L'invention.
La figure 3 est une vue schématique en élévation et en coupe du puits d'exploitation et du dispositif de pompage suivant
L'invention et suivant une seconde variante.
L'invention et suivant une seconde variante.
Sur la figure 1, on voit un puits 1 réalisé par forage d'un sol 2, depuis la surface du sol 3, pour atteindre une formation géologique renfermant du pétrole brut à haute viscosité constituant un gisement 4 situé à une profondeur plus ou moins importante sous la surface du sol 3.
Afin de faciliter la récupération et le pompage du pétrole brut à haute viscosité dans le gisement 4, le puits 1 présente, au niveau du gisement 4, un partie la fortement inclinée par rapport à la verticale.
Le puits 1 comporte, depuis la surface du sol 3, une partie initiale rectiligne et verticaLe, une partie courbe de raccordement lb et la partie terminale fortement inclinée la traversant le gisement 4.
De manière habituelle, la surface intérieure du puits 1 mis en exploitation est garnie d'un cuvelage 5 constitué par des éléments cylindriques engagés dans le puits au cours de son avancement par forage et placés bout à bout.
Selon une première variante de L'invention, une colonne de production 6 est placée dans le cuvelage dans une disposition coaxiale, de manière qu'une première extrémité 6a de la colonne de production soit disposée à L'intérieur de la partie la du puits pénétrant dans le gisement 4 et plongée à L'intérieur du pétrole brut à haute viscosité 7 pénétrant dans le cuvelage 5 du puits, jusqu'au niveau supérieur 7a correspondant au niveau supérieur du gisement 4.
La première partie d'extrémité 6a de la colonne de production 6 comporte une partie terminale 9 visible en particulier sur la figure 2 à plus grande échelle constituant un siège d'appui pour un dispositif de pompage du pétrole brut 7 dans la partie inférieure du cuvelage 5.
La première partie d'extrémité 6a de la colonne de production 6 comporte également des dispositifs centreurs 10 qui peuvent présenter la forme de lames élastiques courbes réparties à la périphérie externe de la colonne de production 6 dans sa partie terminale 6a, de manière à assurer le guidage et le centrage de cette colonne de production à L'intérieur du cuvelage 5.
La seconde extrémité 6b de la colonne de production 6, opposée à L'extrémité 6a se trouve placée à L'extérieur du cuvelage 5, au-dessus de la surface du sol 3.
Cette seconde partie d'extrémité 6b est reliée par
L'intermédiaire d'une conduite 12 à une installation de récupération et de traitement du liquide parvenant en surface par L'intermédiaire de la colonne de production 6 et constitué au moins partiellement de pétrole brut du gisement 4.
L'intermédiaire d'une conduite 12 à une installation de récupération et de traitement du liquide parvenant en surface par L'intermédiaire de la colonne de production 6 et constitué au moins partiellement de pétrole brut du gisement 4.
La colonne de production 6 introduite à L'intérieur du cuvelage 5 et disposée de manière coaxiale par rapport à ce cuvelage présente une courbure correspondant à la courbure de la partie lb du puits revêtu intérieurement par les éléments de cuvelage 5.
Le dispositif selon L'invention comporte, outre la colonne de production à L'extrémité de laquelle est disposé un siège d'appui 9, un ensemble de pompage et de mélange du pétrole brut 14 intégré dans un carter 15 reposant sur le siège 9 et un conduit 16 relié à L'une des extrémités du carter 15 et disposé coaxialement à
L'intérieur de la colonne de production 6.
L'intérieur de la colonne de production 6.
L'extrémité du conduit 16 opposée à son extrémité débouchant dans la partie d'entrée du carter 15 est reliée au conduit de refoulement d'une pompe 17 disposée en surface et dont le conduit d'admission est relié à un réservoir d'eau 18.
Comme il est visible sur les figures 1 et 2, le carter 15 de la pompe comporte un corps cylindrique allongé dont une extrémité 15a est ouverte et reliée à L'extrémité du conduit 16 et dont
L'extrémité 15b est fermée.
L'extrémité 15b est fermée.
Autour du corps cylindrique du carter 15 est placée, de manière coaxiale, dans sa partie inférieure voisine de L'extrémité fermée 15b, une enveloppe tubulaire 19 dont la partie inférieure d'extrémité 20 à plus faible diamètre constitue un conduit d'aspiration du pétrole brut pénétrant dans le cuvelage 5.
L'enveloppe 19 comporte une partie 19a de forme sensiblement tronconique reposant sur le siège d'appui 9 de manière à assurer un contact étanche entre le carter 15 de L'ensembLe 14 et
L'extrémité de la colonne de production 6.
L'extrémité de la colonne de production 6.
La partie supérieure de l'enveloppe 19 présente un diamètre extérieur très Légèrement inférieur au diamètre intérieur de la colonne de production 6, de manière que le carter 15, lors de son introduction dans la colonne de production 6, soit parfaitement guidé dans sa partie inférieure. Le carter 15 comporte de plus des éléments de guidage et de centrage 21 qui peuvent être constitués par des lames élastiques courbes dont la surface extérieure bombée vient en contact de frottement avec la surface intérieure de la colonne de production 6, lors de la mise en place de l'ensemble 14 dans cette colonne.
La partie termina le 20 de l'enveloppe 19 constituant le conduit d'aspiration du pétrole brut comporte, à son extrémité débouchant dans le cuvelage 5, un filtre à sable ou une crépine 22 permettant d'éviter l'entrainement de particules solides d'origine minérale par le pétrole brut aspiré dans le conduit 20 pendant le fonctionnement du dispositif suivant L'invention.
L'enveloppe tubulaire 19 est reliée, à sa partie supérieure, au corps cylindrique du carter 15, par une collerette tronconique 23, sur une partie de sa périphérie.
La paroi du corps du carter 15 est percée d'au moins une ouverture 24 en-dessous de la collerette 23, cette ouverture 24 mettant en communication le conduit d'aspiration 20 avec le volume intérieur du corps du carter 15, par L'intermédiaire d'une partie de
L'espace annuLaire situé entre l'enveloppe 19 et le corps du carter 15 de façon à délimiter un conduit de transfert du fluide admis.
L'espace annuLaire situé entre l'enveloppe 19 et le corps du carter 15 de façon à délimiter un conduit de transfert du fluide admis.
Un arbre 25 est monté rotatif grâce à des paliers 26 et 27, à L'intérieur du corps cylindrique du carter 15 et suivant L'axe de ce corps cylindrique.
Le premier palier 26 disposé immédiatement à la suite de
L'ouverture 15a du carter 15 constitue à la fois un palier pour la mise en rotation de L'arbre 25 autour de L'axe 28 de l'ensemble 14 et une butée axiale de maintien de cet arbre 25. Le palier de butée 26 est fixé par L'intermédiaire d'un support 26a sur la surface interne du corps cylindrique du carter 15. Le support 26a est percé de canaux 29 assurant le passage d'un fluide à travers le support 26a, autour du palier 26.
L'ouverture 15a du carter 15 constitue à la fois un palier pour la mise en rotation de L'arbre 25 autour de L'axe 28 de l'ensemble 14 et une butée axiale de maintien de cet arbre 25. Le palier de butée 26 est fixé par L'intermédiaire d'un support 26a sur la surface interne du corps cylindrique du carter 15. Le support 26a est percé de canaux 29 assurant le passage d'un fluide à travers le support 26a, autour du palier 26.
Le palier 27 est fixé sur la paroi fermée 15b du carter 15.
Une contre-butée axiale 30 est fixée sur la paroi interne du corps cylindrique du carter 15, au-dessus de l'ouverture 24 traversant la paroi de ce corps cylindrique, au niveau de la partie supérieure de l'enveloppe 19.
La paroi interne du corps cylindrique du carter 15 comporte, en-dessous de la contre-butée axiale 30, et immédiatement au-dessus de L'ouverture 24, une partie en saillie vers L'intérieur 31 de forme tronconique. La contre-butée axiale 30 comporte des ouvertures de passage de fluide 32 situées juste au-dessus de la collerette 31.
Une paroi transversale 33 est également fixée sur la surface intérieure du corps cylindrique du carter 15, en-dessous de
L'ouverture 24. La paroi 33 est traversée par une ouverture centrale dans laquelle L'arbre 25 tourne librement et par des ouvertures périphériques 34 constituant des tuyères d'aspiration et de mélange du pétrole brut parvenant par L'ouverture 24 dans le corps cylindrique du carter 15 et d'eau provenant de la partie supérieure de l'ensemble 14, par l'ouverture centrale de la collerette tronconique 31.
L'ouverture 24. La paroi 33 est traversée par une ouverture centrale dans laquelle L'arbre 25 tourne librement et par des ouvertures périphériques 34 constituant des tuyères d'aspiration et de mélange du pétrole brut parvenant par L'ouverture 24 dans le corps cylindrique du carter 15 et d'eau provenant de la partie supérieure de l'ensemble 14, par l'ouverture centrale de la collerette tronconique 31.
Le corps cylindrique du carter 15 de L'ensembLe 14 constitue, entre son extrémité d'entrée 15a et son extrémité terminale fermée 15b, trois compartiments successifs 35, 36 et 37.
Le compartiment supérieur 35 ou compartiment turbine est disposé entre le palier de butée 26 et la butée axiale 30. Dans ce compartiment 35, L'arbre 25 porte des roues centrifuges ou des ai Lettes 38 placées L'une à la suite de L'autre dans la direction axiale de L'arbre 25 constituant des étages successifs de turbine, les roues 38 étant profilées de manière qu'un courant d'eau sous pression 40 injecté par la pompe 17 dans le conduit 16 et pénétrant dans le compartiment turbine par les ouvertures 29 du support 26a du palier de butée 26 mette L'arbre 25 en rotation dans un sens déterminé. L'eau sous pression circule dans le compartiment 35 suivant toute sa longueur, de manière à entrer en contact avec chacune des roues 38 constituant les étages successifs de la turbine.
Le débit d'eau assurant L'entraînement en rotation de la turbine sort du compartiment 35 par les ouvertures 32 situées à la périphérie de la contre-butée 30, pour pénétrer totalement ou partiellement dans le compartiment 36 de L'ensembLe 14. Le compartiment 36 constitue un compartiment de mélange entre L'eau provenant du compartiment turbine et du pétrole brut pénétrant dans le compartiment 36 par L'ouverture 24.
Le compartiment 37 de l'ensemble 14 disposé entre la plaque transversale 33 et le palier 27 constitue un compartiment de pompage, le tronçon de L'axe 25 disposé dans ce compartiment 37 portant des roues centrifuges 39 ou des ai Lettes de forme profilée constituant des étages de pompage successifs disposés suivant la direction axiale de L'arbre 25.
Les ouvertures d'aspiration du compartiment de pompage 37 sont constituées par les ouvertures 34 traversant la plaque transversale 33. Lorsque L'arbre 25 est mis en rotation, les différentes roues 39 constituant les étages de pompage du compartiment 37 assurent à la fois L'aspiration de pétrole brut du gisement 4, par
L'intermédiaire de la conduite d'aspiration 20, de l'enveloppe 19 et de L'ouverture 24, et son mélange avec L'eau sortant du compartiment turbine 35 par les ouvertures 32, dans le compartiment de mélange 36 et dans les canaux d'aspiration 34. Il se forme ainsi une émulsion de pétrole et d'eau dont la viscosité est très inférieure à la viscosité du pétrole brut du gisement 4.Cette émulsion de pétrole et d'eau circule dans les différents étages du compartiment de pompage 37 pour être mise sous pression et refoulée, à la partie inférieure du compartiment de pompage 37, par au moins une ouverture 42 traversant L'enveLoppe du corps cylindrique du carter 15 de l'ensemble 14, à la partie inférieure du compartiment de pompage 37, dans un conduit de refoulement et pouvant être délimité par des parois de séparations 43 disposées dans l'enveloppe 19 de manière à séparer le mélange émulsionné du pétrole brut non émulsionné dans la partie de l'enveloppe 19 située autour du compartiment de pompage 37 du carter 15.
L'intermédiaire de la conduite d'aspiration 20, de l'enveloppe 19 et de L'ouverture 24, et son mélange avec L'eau sortant du compartiment turbine 35 par les ouvertures 32, dans le compartiment de mélange 36 et dans les canaux d'aspiration 34. Il se forme ainsi une émulsion de pétrole et d'eau dont la viscosité est très inférieure à la viscosité du pétrole brut du gisement 4.Cette émulsion de pétrole et d'eau circule dans les différents étages du compartiment de pompage 37 pour être mise sous pression et refoulée, à la partie inférieure du compartiment de pompage 37, par au moins une ouverture 42 traversant L'enveLoppe du corps cylindrique du carter 15 de l'ensemble 14, à la partie inférieure du compartiment de pompage 37, dans un conduit de refoulement et pouvant être délimité par des parois de séparations 43 disposées dans l'enveloppe 19 de manière à séparer le mélange émulsionné du pétrole brut non émulsionné dans la partie de l'enveloppe 19 située autour du compartiment de pompage 37 du carter 15.
L'enveloppe 19 constitue ainsi, d'une part au-dessus de
L'ouverture 42, un conduit de refoulement de l'émulsion de pétrole et d'eau communiquant à sa partie supérieure avec le volume intérieur de la colonne de production 6 dans laquelle L'émuLsion mise sous pression dans le compartiment de pompage 37 est mise en circulation pour parvenir jusqu'à la partie supérieure 6b de la colonne de production, au niveau de laquelle cette émulsion est envoyée par la conduite 12 dans une unité de séparation du pétrole brut et de L'eau et d'autre part un conduit de transfert du fluide admis par le conduit d'optimisation 20.
L'ouverture 42, un conduit de refoulement de l'émulsion de pétrole et d'eau communiquant à sa partie supérieure avec le volume intérieur de la colonne de production 6 dans laquelle L'émuLsion mise sous pression dans le compartiment de pompage 37 est mise en circulation pour parvenir jusqu'à la partie supérieure 6b de la colonne de production, au niveau de laquelle cette émulsion est envoyée par la conduite 12 dans une unité de séparation du pétrole brut et de L'eau et d'autre part un conduit de transfert du fluide admis par le conduit d'optimisation 20.
Le conduit de transfert est séparé du conduit de refoulement.
Au niveau du compartiment de mélange 36, L'arbre 35 ne porte pas d'ailette et se présente sous la forme d'un simple arbre
Lisse, le mélange étant effectué par introduction directe d'eau sous pression dans le courant de pétrole brut pénétrant dans le compartiment 36.
Lisse, le mélange étant effectué par introduction directe d'eau sous pression dans le courant de pétrole brut pénétrant dans le compartiment 36.
Ainsi, le mélangeur considéré sur la figure 2 est un mélangeur statique. On ne sortira pas du cadre de la présente invention en utilisant un mélangeur dynamique. Un tel mélangeur dynamique pourra âtre actionné à partir de L'arbre 25.
Pour fixer les ordres de grandeurs, on va donner ci-dessous les caractéristiques dimensionnelles d'un dispositif de pompage réalisé suivant le principe de L'invention. Bien entendu, cet exemple est nullement limitatif.
Le cuvelage du puits est un cuvelage de 178 mm (7 pouces) dans lequel on met en place une colonne de production d'un diamètre de 140 mm (5 pouces et demi) comportant à son extrémité un siège destiné à recevoir l'ensemble de pompage à sa partie inférieure.
On descend L'ensembLe d'entraînement en rotation de mélange et de pompage 14 dont le corps présente un diamètre de 102 mm (4 pouces) dans la colonne de production, à L'extrémité d'un tube de 73 mm (2 pouces et 7/8ème) de manière à mettre en contact étanche la partie inférieure du carter de l'ensemble 14 pro longée par le conduit d'aspiration terminé par une crépine avec le siège d'appui de la colonne de production. On raccorde le tube 16 de diamètre 73 mm (2 pouces et 7/8ème) à une pompe d'alimentation située en surface, cette pompe pouvant être raccordée éventuellement à plusieurs têtes de puits groupées. On raccorde enfin la colonne de production 6 à un séparateur d'eau et de pétrole brut, par une canalisation 12.
On réalise un démarrage progressif et un réglage de la vitesse de rotation de L'arbre 25 en fonction du débit de fluide pompé ou du niveau dynamique désiré, par réglage du débit de la pompe d'alimentation en eau située à la surface.
La vitesse de rotation de L'arbre 25 peut atteindre 7 à 8000 tours/minute.
Dans le cas du pompage d'une huile brute dont la viscosité à L'admission de la pompe est de 6000 centipoises avec un débit de 90 m3/jour, on utilise un débit d'eau d'alimentation de l'ensemble de mélange et de pompage, de 60 m3/jour. La viscosité du mélange d'eau et d'huile n'est plus que de quelques centipoises à L'aspiration de la pompe qui permet d'obtenir un gain de pression de 60 bars.
Dans le cas d'une vitesse de rotation de L'arbre 25 limitée à 6000 tours/minute, le gain de pression par étage de la pompe ou de la turbine étant de 1,6 et l'épaisseur d'un étage de 28 mm, le compartiment pompe comporte 38 étages et une hauteur totale de 1,06 m.
La puissance absorbée par la pompe est de 10,5 kW (14,2 Ch) et le rendement de cette pompe de 65 %. La puissance motrice nécessaire est de 16,2 kW (22 Ch).
Le gain de pression nécessaire dans le compartiment turbine 35 est de 232 bars, si bien que ce compartiment doit comporter 145 étages et une hauteur totale des roues centrifuges disposées sur
L'arbre de 4,06 m. Le rendement du compartiment turbine est de 65 % et la puissance motrice nécessaire de 25 kW (34 Ch).
L'arbre de 4,06 m. Le rendement du compartiment turbine est de 65 % et la puissance motrice nécessaire de 25 kW (34 Ch).
Le rendement de la pompe de surface d'injection d'eau sous pression est de 70 %, si bien que la puissance motrice nécessaire de cette pompe est de 36 kW (49 Ch).
Le diamètre du compartiment turbine de la pompe est de 4 pouces, soit approximativement 102 mm. Le diamètre du compartiment pompe est de 125 mm et la longueur totale de l'ensemble 14 d'entrainement en rotation, de mélange et de pompage inférieure à 6 m.
Sur la figure 3, on a représenté une variante de réalisation du dispositif de pompage suivant L'invention dans laquelle la colonne de production est confondue avec le cuvelage du puits. Le liquide de la formation est refoulé par un ensemble intégré tel que décrit plus haut à L'intérieur du cuvelage lui-même pour être récupéré en surface.
Les éléments correspondants représentés sur la figure 3 d'une part et sur les figures 1 et 2 d'autre part portent les mêmes repères avec toutefois L'exposant ' (prime) pour les éléments représentés sur la figure 3.
Le cuvelage 5' comporte une première partie d'extrémité 5'a disposée à L'intérieur du gisement 4' et débouchant dans celui-ci, de manière que la partie d'extrémité du cuvelage se remplisse d'huile brute 7'.
Une garniture d'étanchéité 45 ou packer est fixée dans la partie d'extrémité 5'a du cuvelage au niveau auquel on désire placer l'ensemble intégré 14' assurant les mêmes fonctions que L'ensemble 14 décrit plus haut. La garniture 45 comporte un passage central de forme sensiblement tronconique 46 constituant un siège d'appui sur lequel repose une extrémité du carter 15' de l'ensemble 14' pro Longée au-delà de La garniture 45 par un conduit d'aspiration 20' débouchant dans l'huile brute 7'.
Un siège d'appui 46 coopère avec L'extrémité du carter 15' de manière à assurer un contact étanche autour du carter 15', si bien que l'huile brute 7' ne peut traverser la garniture d'étanchéité 45 que par L'intermédiaire du conduit d'aspiration 20.
Une garniture d'étanchéité ou packer telle que la garniture 45 est bien connue de L'homme de métier et ne nécessite pas d'être décrite plus en détail.
Le carter 15' de l'ensemble 14' comporte des éléments 47 de centrage et de guidage du carter 15' à L'intérieur du cuvelage 5', ces éléments étant analogues aux éléments 21 de centrage du carter 15 dans la colonne de production 6 du dispositif représenté sur la figure 1.
Le fonctionnement du dispositif représenté sur la figure 3 est identique au fonctionnement du dispositif repréenté sur la figure 1, le cuvelage 5' constituant, dans le cas du dispositif de la figure 3, en lieu et place de la colonne de production 6, le conduit dans lequel le mélange d'huile brute et d'eau est refoulé par l'ensemble 14'. Le cuvelage 5' est relié à son extrémité 5'b opposée à
L'extrémité S'a placée dans le gisement 4' par une conduite 12' à une installation de récupération de l'huile brute située en surface.
L'extrémité S'a placée dans le gisement 4' par une conduite 12' à une installation de récupération de l'huile brute située en surface.
L'ensemble 14' est alimenté en eau sous prssion par un conduit 16' coaxial au cuvelage 5' et relié en surface à une pompe 17' et à une réserve d'eau.
Les avantages du dispositif suivant L'invention résident principalement dans le fait que l'ensemble 14 est relié à la surface uniquement par un tube d'alimentation en fluide moteur qui est généralement constitué par de L'eau qui peut être mélangée au pétrole brut pour réduire sa viscosité.
Comme il a été indiqué plus haut, les turbo-pompes sont susceptibles de tourner à grande vitesse et il est ainsi possible de réaliser des équipements compacts qui peuvent être facilement déplacés à L'intérieur de parties courbes de puits comportant des parties horizontales ou fortement inclinées par rapport à la verticale.
Il n'est pas nécessaire de réaliser une séparation étanche entre les trois compartiments successifs 35, 36 et 37 situés dans le carter 15. L'équipement est ainsi parfaitement fiable.
Le fait que la pompe puisse être mise en rotation sans utiliser de pièces mécaniques de transmission telles que des tiges, permet d'éliminer des risques d'incidents, en particulier dans les puits comportant des parties horizontales ou faiblement inclinées.
L'ensemble d'entra1nement en rotation, de mélange et de pompage peut fonctionner dans une position quelconque verticale, inclinée ou horizontale sans que son rendement soit altéré. Le dispositif suivant L'invention est donc parfaitement adapté au cas des puits comportant des parties horizontales ou fortement inclinées par rapport à la verticale.
Claims (10)
1. - Dispositif de pompage d'un liquide eten particulier d'un liquide à forte viscosité comportant un premier conduit tubulaire (6, 5') ayant une première partie d'extrémité (6a, 5'a) disposée au niveau d'une réserve de liquide (4, 4') et munie d'un siège d'appui (9) et une seconde partie d'extrémité (6b, 5'b) opposée à la première reliée à des moyens de récupération et de traitement du liquide ainsi que des moyens de pompage (14, 14') du liquide reposant sur le siège d'appui (9, 46), caractérisé par le fait que les moyens de pompage (14, 14') sont constitués sous la forme d'un ensemble intégré d'entraînement en rotation, de mélange et de pompage comprenant - un carter cylindrique (15, 15') placé en position coaxiale à
L'intérieur de la première partie d'extrémité (6a, 5'a) du premier
conduit (6, 5') reposant sur le siège d'appui (9, 46) de manière
étanche et comportant une extrémité d'entrée (15a) ouverte dirigée
vers la seconde extrémité (6b, 5'b) du premier conduit (6, 5'), une
extrémité fermée (15b) située à l'opposé de L'extrémité d'entrée
(15a) et un conduit d'aspiration (20, 20') débouchant dans le
liquide de la réserve (4, 4'), - et un arbre (25) monté rotatif dans le carter suivant son axe entre
son extrémité d'entrée (15a) et son extrémité fermée opposée (15b)
comportant successivement, un premier tronçon dont la surface
externe présente des éléments profilés (38) tels que L'arbre (25)
puisse être mis en rotation par circulation d'un fluide dans Le
carter (15, 15') depuis son extrémité d'entrée (15a), en direction
de son extrémité opposée (15b), un second tronçon intermédiaire et
un troisième tronçon dont la surface externe présente des éléments
profilés (39) tels que L'arbre mis en rotation assure le pompage
d'un fluide dans le carter (15, 15') au niveau du second tronçon et
le refoulement de ce fluide dans le premier conduit (6, 5'), en
direction de sa seconde extrémité (6b, 5'b), la paroi du carter (15,
15') comportant au moins une ouverture (42) au voisinage de son
extrémité fermée (15b) mettant en communication son volume interne
avec le premier conduit (6, 5') et au moins une ouverture (24)
mettant en communication son volume interne au niveau du tronçon
intermédiaire de L'arbre (25) avec le conduit d'aspiration (20, 20')
du liquide de la réserve (4, 4'), et que le dispositif comporte de plus - un second conduit (16, 16') disposé de manière coaxiale à
L'intérieur du premier conduit (6, 5') communiquant par une première
extrémité avec L'extrémité d'entrée (15a) du carter (15, 15') et
comportant une seconde extrémité située à L'extérieur de la seconde
extrémité (6b, 5'b) du premier conduit (6, 5') reLiée à un moyen de
pompage d'un second liquide, de telle sorte que le second liquide
sous pression soit refoulé dans le carter et entraîne L'arbre en
rotation de façon à assurer L'aspiration du liquide de la réserve
(4, 4') dans la partie intermédiaire ou compartiment de mélange (36)
du carter (15, 15'), le mélange du second liquide et du liquide de
la réserve (4, 4') et le refoulement du mélange dans le premier
conduit (6, 5').
2. - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les éléments profilés (38, 39) de L'arbre (25), au niveau de son premier tronçon disposé dans le compartiment turbine (35) du carter (15) et les éléments profilés (39) du troisième tronçon de L'arbre (25) disposé dans un compartiment de pompage (37) du carter (25) sont constitués par des ailetages ou roues centrifuges placés successivement dans la direction axiale de L'arbre (25) pour constituer des étages successifs de turbine ou de pompe.
3. - Dispositif suivant ta revendication 1, caractérisé par le fait que le premier tronçon et le troisième tronçon de L'arbre (25) sont constitués sous la forme de vis coopérant avec une partie profilée de la paroi intérieure du carter (15, 15') de l'ensemble (14, 14'), au niveau d'un compartiment turbine (35) et d'un compartiment de pompage (37), pour constituer respectivement une turbine et une pompe du type Moineau.
4. - Dispositif suivant L'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le carter (15, 15') de l'ensemble (14, 14') comporte une enveloppe externe (19) coaxiale au corps cylindrique du carter (15, 15') dans sa partie renfermant le troisième tronçon de L'arbre (25) constituant un compartiment de pompage (37), l'enveloppe (19) comportant une partie d'appui (19a) sur le siège (9, 46) du premier conduit (6, 5') et un prolongement constituant le conduit d'aspiration (20, 204) du liquide de la réserve (4, 4').
5. - Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que L'enveLoppe (19) est fixée sur le corps cylindrique du carter (15, 15') au voisinage immédiat de l'ouverture ou des ouvertures (24) mettant en communication le conduit d'aspiration (20, 20') avec le volume intérieur du carter (15, 15') au niveau du compartiment de mélange (36), au-dessus du bord de L'ouverture ou des ouvertures (24) disposé vers la seconde extrémité du premier conduit (6, 5').
6. - Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que la ou les ouvertures (42) du carter (15, 15') disposées au voisinage de son extrémité fermée (15b) débouchent à
L'intérieur de l'enveloppe (19) dans un compartiment défini par une cloison (43) délimitant un conduit de refoulement joignant le compartiment de pompage (37) du carter (25) au premier conduit (6, 5').
7. - Utilisation d'un dispositif de pompage suivant L'une quelconque des revendications 1 à 6, pour le pompage d'un pétrole brut à haute viscosité dans un puits (1) comportant un cuvelage (5), caractérisé par le fait que le premier conduit (6) est constitué par une colonne de production introduite de manière coaxiale dans le cuvelage (5) du puits, de manière qu'une première extrémité (6a) de la colonne de production soit plongée dans le pétrole brut (7) d'un gisement (4) pénétrant dans le cuvelage (5) et qu'une seconde extrémité (6b) de la colonne de production (6) soit située en surface, le second conduit (16) étant relié, à son extrémité opposée à son extrémité communiquant avec le carter (15) de l'ensemble (14), à une installation (17, 18) de pompage d'eau sous pression, de manière à récupérer par pompage à la seconde extrémité (6b) de la colonne de production (6), un mélange de pétrole et d'eau à faible viscosité.
8. - Utilisation d'un dispositif de pompage suivant L'une quelconque des revendications 1 à 6, pour le pompage d'un pétrole brut à haute viscosité dans le puits (1) comportant un cuvelage (S'), caractérisé par le fait que le premier conduit (5') est constitué par le cuvelage (5') du puits dont la première partie d'extrémité (5'a) débouche dans le pétrole brut (7') d'un gisement (4') et dont la seconde extrémité (5'b) est située en surface, le siège d'appui (46) étant porté par une garniture ou packer (45) disposée et fixée dans la partie d'extrémité (S'a) du cuvelage (5'), le second conduit (16') étant relié, à son extrémité opposée à son extrémité communiquant avec le carter (15') de l'ensemble (14'), à un installation (17') de pompage d'eau sous pression de manière à récupérer à la seconde extrémité (5'b) du cuvelage (5'), un mélange de pétrole et d'eau à faible viscosité.
9. - Utilisation suivant L'une quelconque des revendication 7 et 8, caractérisée par le fait que la seconde extrémité (6b, 5'b) de la colonne de production (6) ou du cuvelage (5') est reliée par un conduit (12, 12') à une installation de séparation du pétrole brut et de L'eau.
10, - Utilisation suivant L'une quelconque des revendications 7, 8 et 9, caractérisée par le fait que le puits (1) et le cuvelage 5, 5') comportent un tronçon fortement incliné par rapport à la verticale, au niveau du gisement de pétrole brut (4, 4'), une partie verticale débouchant à la surface du sol (3) et une partie courbe joignant la partie verticale à la partie fortement inclinée située dans le gisement (4, 4').
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| FR8916766A FR2656035B1 (fr) | 1989-12-15 | 1989-12-15 | Dispositif de pompage d'un liquide et en particulier d'un liquide a forte viscosite. |
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| FR2656035A1 true FR2656035A1 (fr) | 1991-06-21 |
| FR2656035B1 FR2656035B1 (fr) | 1996-01-12 |
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| FR (1) | FR2656035B1 (fr) |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20090831 |