La présente invention se rapporte à un procédé de nettoyage d'un puits souterrain et à un dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé.
En présence de dépôts de fond de puits, en particulier de sédiments sablonneux de formations inconsolidées, une première méthode consiste à reconditionner au moyen d'un appareil de forage le conduit de production au niveau de la couche. L'application de cette méthode est très onéreuse parce qu'il faut démonter les équipements en place et après nettoyage réaliser une nouvelle complétion. Pour éviter le recours à de telles opérations lourdes "de réparation", il existe divers moyens de maintenance concentrique des fonds de puits.
On connaît notamment, selon le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 4 671 359, un système de nettoyage pour extraire des sédiments dans une colonne perdue (à gravillonnage incorporé ou non), lequel système nécessite une extension tubulaire rigide descendue au câble et ancrée dans un réceptacle approprié à la partie inférieure de la colonne de production. A travers cette extension est descendu un tube flexible et continu dit "coiled tubing" équipé à son extrémité de tuyères de distribution d'un fluide de nettoyage provenant de la surface et dont l'écoulement est dirigé vers la paroi du fond de puits. Les sédiments sont entraînés dans le courant fluidique pompé à la surface à travers le tube flexible, plus précisément les sédiments remontent en surface par l'annulaire compris entre le "coiled tubing" et la colonne de production.
Selon un tel système, en rajoutant cette extension tubulaire à la colonne de production et en utilisant la technique du tube flexible et continu dit "coiled tubing", on accroît la vitesse du fluide et on améliore ainsi l'évacuation des sédiments par l'annulaire compris entre le "coiled tubing" et la dite extension.
Toutefois ce système présente des inconvénients.
Un premier inconvénient réside dans le fait que la circulation du fluide de nettoyage exerce une contrepression sur la couche souvent friable et très sensible (perte, émulsion, précipité...)
Un second inconvénient réside dans le fait que le procédé nécessite au préalable une opération au câble dont on connaît les limitations en longueur, charge et déviation.
Un troisième inconvénient est relatif aux formations en régime sous-hydrostatique ou déplétées : le système par la contrepression qu'il développe oblige à utiliser des fluides élaborés à faible poids spécifique et compatibles avec la formation ; cela peut devenir alors rédhibitoire.
Le développement important des puits déviés, fortement déviés et des drains horizontaux pose de nombreux et nouveaux problèmes de nettoyage par le fait même que la direction et la vitesse du flux de fluide d'évacuation des matières solides par les méthodes et dispositifs connus et conventionnels ne peuvent s'opposer aux forces qui tendent à désagréger la couche.
Ainsi, on connaît également par le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° US 4 744 420 un dispositif pour l'enlèvement d'accumulations solides, tels que des agrégats sablonneux ou autres, dans des puits souterrains fortement déviés ou horizontaux. Ce dispositif comprend un train de tubes concentriques destiné à être introduit dans le puits : l'un pour l'amenée du fluide moteur vers le fond de puits et l'autre pour le retour du fluide chargé des sédiments. Le dispositif comporte également en bout du train un hydroéjecteur qui projette une partie du fluide moteur sur les sédiments avant de les aspirer.
Outre les inconvénients déjà mentionnés, le train de tubes est injecté dans le puits après avoir démonté la complétion existante. De plus, le dispositif ne peut pas fonctionner de manière continue sur une grande plage d'accumulation de sédiments sans intervention lourde, comme l'adjonction de tubes concentriques supplémentaires.
La mise en oeuvre de ce procédé perturbe la complétion, ce qui est un inconvénient majeur.
Pour obvier à ces inconvénients, la présente invention propose un procédé de nettoyage selon la revendication 1.
Selon ce procédé, il y a donc aspiration des sédiments, cette aspiration évitant ainsi tous les inconvénients dus à la pression exercée sur la couche par le fluide de retour chargé en sédiments.
De plus, la séparation hydraulique isolant le fond de puits, le fluide moteur n'a pas à être compatible.
Selon un mode préférentiel d'exécution de l'invention, ladite séparation hydraulique est réalisée au moyen d'un presse-étoupe monté, avec possibilité de coulissement en position de nettoyage du dispositif, sur le tube de maintenance, lequel presse-étoupe coopère avec un raccord poli (en langue anglaise : "landing nipple") de la colonne de production pour réaliser une séparation étanche et coulissante.
Une telle disposition constitue un avantage considérable par rapport à l'art antérieur puisque la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ne perturbe pas la complétion existante. Il faut et il suffit, en effet, que la complétion existante comporte un raccord poli vers la base de la colonne de production pour la localisation de la séparation hydraulique.
Selon un mode également préférentiel d'exécution de l'invention, le tube de maintenance est un tube dit de "coiled tubing" de diamètre inférieur ou égal à 38 mm. Le "coiled tubing" est flexible et par ce moyen le procédé s'applique indifferemment aux puits verticaux, aux puits déviés, fortement déviés, ou aux drains horizontaux. Le "coiled tubing" est remarquable en ce qu'il entre parfaitement en contact avec la génératrice basse du drain fortement dévié ou horizontal.
De façon préférentielle, le presse-étoupe comporte un ensemble de joints d'étanchéité sur son diamètre intérieur pour permettre un coulissement étanche du tube de maintenance sur ledit presse-étoupe.
Le presse étoupe est conformé pour être immobilisé en butée contre un épaulement du raccord poli, et comprend également des joints d'étanchéité extérieurs s'appliquant sur la surface interne dudit raccord poli. C'est la surpression en fonctionnement qui le maintient dans cette position.
Le nettoyage se fait alors, en une ou plusieurs passes progressives, en déplaçant la tête de nettoyage dans la partie du puits à nettoyer par coulissement du tube de maintenance à travers la séparation hydraulique, c'est-à-dire par coulissement du tube à travers le presse-étoupe.
Le dispositif de nettoyage comprend un dispositif de nettoyage pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1 comprenant un tube de maintenance et des moyens pour descendre à l'intérieur d'une colonne de production ledit tube de maintenance, ledit tube de maintenance comportant une tête de nettoyage (7), apte à l'aspiration des sédiments à extraire, montée à l'extrémité d'une extension tubulaire (5), un presse-étoupe (6) monté avec possibilité de coulissement sur ladite extension tubulaire (5) au dessus de ladite tête de nettoyage (7), un hydroéjecteur (3) monté à l'autre extrémité de ladite extension tubulaire (5), la sortie de l'hydroéjecteur étant reliée à la surface par un tube (1) dit de coiled tubing, ledit presse-étoupe (6) étant apte à former avec un raccord poli (12) une séparation hydraulique de l'annuaire compris entre le tube de maintenance et la colonne de production qui isole l'annuaire en surpression du fond d'un puits, le dispositif de nettoyage comprenant en sus des moyens pour injecter dans ledit annulaire un fluide moteur pour le fonctionnement dudit hydroéjecteur.
La tête de nettoyage a un diamètre extérieur inférieur au diamètre de passage interne du raccord poli tandis que le presse-étoupe à un diamètre extérieur supérieur au diamètre de passage interne du raccord poli, de manière à venir s'immobiliser en translation sur ledit raccord poli.
Lors de l'introduction dans le puits le presse-étoupe est immobilisé provisoirement en translation sur la tête de nettoyage au moyen d'une goupille ou tout autre moyen équivalent, dont la rupture peut être provoquée par une surpression hydraulique ou un appui mécanique à l'arrivée dans le raccord poli.
La tête de nettoyage comporte un bouchon éjectable de fermeture de l'entrée de fluide extérieur vers le tube de maintenance, l'éjection du bouchon étant causée par une surpression dans le tube de maintenance.
L'utilisation d'une technique d'intervention très connue et largement utilisée comme la technique dite du "coiled tubing" est un avantage important. La présente invention ne concerne pas cette technique en soi, dont on sait qu'elle nécessite des appareils en surface, connus en soi, tels qu'un bloc obturateur de puits (B.O.P.), un sas, un touret de stockage du "coiled tubing", un injecteur et des moyens de pompage, tous non décrits en détails et non représentés dans le cadre de la présente demande de brevet.
Il est également proposé une méthode de nettoyage comprenant la réalisation complète de la descente du tube de maintenance selon laquelle :
Sur le dessin de la figure 1, la référence 1 représente un tube continu de relativement petit diamètre, inférieur ou égal à 38 mm (1"1/2). Ce tube est celui d'un outil utilisé pour les opérations d'intervention sous pression dans les puits de production, connu sous le nom de technique de "coiled tubing", technique selon laquelle un tube flexible et continu stocké sur un touret est injecté dans un puits sous pression. Cette technique s'adapte à toute configuration de tête de puits et offre une rapidité de manoeuvre. Le système d'injection avec le bloc obturateur de puits et le sas notamment, ainsi que le système de stockage du "coiled tubing", les moyens d'injection de fluide et de pompage en surface ne sont pas représentés.
A l'extrémité du tube 1 de "coiled tubing", est monté, par l'intermédiaire d'un raccord 2 de 38 mm (1"1/2), une pompe à effet Venturi ou hydroéjecteur 3 fonctionnant en pompage inversé. Un clapet 3a intégré dans le Venturi interdit tout retour de liquide vers l'espace entourant la pompe, comme il sera expliqué plus loin.
Par l'intermédiaire d'un raccord à obturation, référencé 4, de diamètre 38 mm (1"1/2), la pompe 3 est reliée à une extension tubulaire 5 dont le diamètre est égal à celui du tube 1 et dont la longueur est ajustable en fonction des caractéristiques dimensionnelles du puits à nettoyer. Cette longueur est au moins égale à la distance entre le niveau de séparation hydraulique choisi (L sur le dessin de la figure 2) et la partie du puits à nettoyer la plus éloignée.
Un presse-étoupe 6 est monté avec possibilité de coulissement le long de l'extension tubulaire 5. Il est représenté plus en détails sur le dessin de la figure 3. il comporte sur son alésage intérieur 6a un ensemble de joints toriques et à lèvres 6b et sur son alésage extérieur 6c un ensemble de joints à lèvres résilients 6d compressibles, les joints 6b réalisant une étanchéité sur l'extension tubulaire 5 tandis que les joints extérieurs 6d coopèrent avec un élément de la colonne de production (le raccord poli ou "landing nipple") pour réaliser la séparation hydraulique comme il sera vu plus loin.
En position de descente représentée sur le dessin de la figure 1, le presse-étoupe 6 est immobilisé en translation sur la partie supérieure d'une tête de nettoyage 7 par une goupille 8 (voir figure 3), qui peut être cisaillée dans les conditions expliquées plus loin pour permettre le coulissement du tube de maintenance dans l'alésage interne du presse-étoupe 6.
L'extrémité de l'extension 5 est obturée provisoirement par un bouchon éjectable 7a (voir figure 4) qui a pour fonction en position de fermeture de permettre le montage de la pompe 3 en surface.
La tête de nettoyage 7, qui prolonge l'extension tubulaire 5, est conçue pour faciliter le nettoyage par turbulence et rotation induite.
On représente sur le dessin de la figure 4 la tête de nettoyage 7 et son montage en extrémité de l'extension tubulaire 5. Le bouchon éjectable 7a est immobilisé en position de fermeture au moyen de la goupille 13. La tête est montée rotative sur un palier à roulements à billes 14. Un connecteur agrippant classique 18 comportant les pièces 15,16,17 permet la solidarisation de la tête 7 sur l'extension 5.
La tête est percée de rainures oblongues 19 percées selon des directions non radiales, mais orientées hélicoïdalement ou quasi-hélicoïdalement, de manière à communiquer, sous l'effet des fluides traversants, un mouvement de rotation à la tête de nettoyage 7 (figure 4a).
Il peut également être prévu sur la surface extérieure des ailettes de turbulence 20 (figure 4a).
Sur le dessin de la figure 2, la référence 9 représente schématiquement le cuvelage du puits, qui peut être un puits vertical, dévié, voire fortement dévié et même un drain horizontal. La colonne de production est référencée 10. L'espace annulaire compris entre la colonne de production 10 et le cuvelage 9 est fermé par une garniture d'étanchéité ou packer 11. L'ensemble de nettoyage ou tube de maintenance de la figure 1 est introduit dans la colonne de production 10, laquelle comporte un raccord poli de fond de puits 12 formant, par son épaulement 12a, siège pour le presse-étoupe 6. Dans l'exemple présentement décrit la colonne de production 10 est de diamètre indifférent.
Le fonctionnement du système de nettoyage est le suivant :
Le "coiled tubing" enroulé en surface sur un touret, est inséré sans perturber la pression régnant en tête du puits dans une garniture d'étanchéité et de manoeuvre (stripper), non représentée, avec adjonction d'une graisse de lubrification, avec la tête de nettoyage 7 à son extrémité libre. Au dessus de la tête de nettoyage est inséré le presse-étoupe 6, immobilisé en translation avec la tête de nettoyage 7 par la goupille 8 (figure 3). La longueur de "coiled tubing" insérée de cette manière dans le "stripper" dépend de la distance entre la partie du puits à nettoyer la plus éloignée et la localisation (L) du raccord poli 12 formant palier de coulissement du tube de maintenance et séparation hydraulique. La longueur de l'extension tubulaire 5 est égale ou supérieure à la distance indiquée ci-dessus.
Le "coiled tubing" est suspendu dans les mâchoires d'un bloc obturateur de puits (B.O.P) et l'on ouvre le sas. Ces matériels classiques de la technique de "coiled tubing" ne sont pas représentés sur le dessin, et ne sont pas décrits en détails.
On coupe en surface le tube de "coiled tubing", la sécurité étant obtenue par la position du bouchon éjectable 7a dans la tête de nettoyage 7 qui empêche toute remontée de fluide par le tube de "coiled tubing" constitutif du tube de maintenance.
De manière connue en soi, on insère l'hydroéjecteur 3 par l'intermédiaire d'un connecteur 4 à obturation représenté sur le dessin de la figure 5. Ce connecteur 4 comprend une vanne à quart de tour 4a, logée dans un alésage 4b et pouvant être orientée par un axe 4c. Ce type de connecteur comprend également une pluralité de joints d'étanchéité 4d et une surface extérieure de profil curviligne dans les retraits duquel sont écrasées à force les parties tubulaires des éléments à connecter (figure 5).
Le sas est reconnecté, les mâchoires du bloc obturateur de puits sont ouvertes et la descente du "coiled tubing", assemblé à l'hydroéjecteur 3 au moyen du connecteur 2 de 38mm également (1"1/2), est poursuivie de manière à former la partie tubulaire référencée 1 sur le dessin des figures 1 et 2.
Lorsque le presse-étoupe 6 atteint le niveau de localisation L de séparation hydraulique, donc s'engage dans le raccord poli 12 de fond de puits, le pompage du liquide moteur dans l'espace annulaire compris entre la colonne de production 10 et le tube de maintenance 1,2,3,4,5,6 et 7 peut commencer ; la pression du liquide moteur permet d'immobiliser en translation et en parfaite butée le presse-étoupe 6 sur le siège 12a du raccord poli 12. La séparation hydraulique est réalisée, la partie de la colonne de production située en dessous de la séparation hydraulique (référencée LB) et, par conséquent, également le fond de puits sont isolés du volume d'annulaire en surpression (LH) situé au-dessus de la séparation hydraulique.
Cette séparation hydraulique constitue une caractéristique importante de la présente invention. En effet, cette séparation rend possible la mise en mouvement et l'évacuation des sédiments sans surpression sur la couche, sans contact de fluide moteur avec la paroi du puits. Les opérations de nettoyage ont lieu avec isolement de la partie du puits à nettoyer grâce à la séparation hydraulique réalisée par l'immobilisation du presse-étoupe 6 sur la raccord poli 12 au niveau de localisation L.
On notera également que, comme la mise en oeuvre du procédé lui-même, la réalisation de cette séparation ne nécessite pas l'adjonction de nouveaux matériels ou la modification de matériels existants dans la complétion.
Par une surpression dans le tube de maintenance, le bouchon éjectable 7a est éjecté (cisaillement de la goupille 13 ou tout autre moyen connu en soi) et tombe au fond de la tête de nettoyage 7, le fond de puits est alors relié à la surface (voir figure 4).
Le fluide moteur pompé depuis la surface met en marche l'aspiration de l'hydroéjecteur 3 à travers la tête de nettoyage 7 et l'extension tubulaire 5.
Une descente supplémentaire du "coiled tubing" cisaille alors la goupille 8 de maintien du presse-étoupe 6 sur la tête de nettoyage 7. Le "coiled tubing" peut être alors progressivement poussé de manière à ce que la tête de nettoyage 7 soit amenée à proximité des parties du puits à nettoyer, et ce par coulissement du tube d'extension 5 dans l'alésage interne 6a du presse-étoupe 6.
Les sédiments sont aspirés par les orifices 19 de la tête de nettoyage, remontent par le tube d'extension 5, le connecteur 4, l'hydroéjecteur 3 et le tube 1 vers la surface.
La tête de nettoyage 7 peut être une tête rotative à effet cyclone par la conformation des orifices selon des lignes hélicoïdales, tel que déjà mentionné.
Plusieurs passes sont possibles en maintenant la surpression sur le presse-étoupe 6 sur le siège 12a du raccord poli 12.
En fin de nettoyage, le fluide moteur est remplacé par un fluide non polluant pour le réservoir et stabilisant ou non le puits. Si ce fluide est du gaz, le puits génère une pression de tête. Dans ce cas le tube de maintenance est fermé intérieurement en arrivant en surface par un obturateur 4a logé dans le connecteur 4 placé sous l'hydroéjecteur 3,ce qui permet le retrait de l'hydroéjecteur et le raboutage du "coiled tubing" pour poursuivre l'extraction de celui-ci sous pression contenue.
On notera enfin un avantage supplémentaire du procédé selon l'invention : tout défaut d'étanchéité au niveau du presse-étoupe ne condamne pas la méthode de nettoyage, il en résulte simplement une baisse de rendement énergétique compensable par un accroissement du débit du liquide moteur.