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Process upstream : Forage

La chaîne de valeur du pétrole et du gaz est longue, et au début du process d'extraction se trouve le forage. Après l'identification et l'exploration d'un site, cette étape en amont utilise une série de machines industrielles pour percer les formations géologiques et extraire en toute sécurité le pétrole brut ou le gaz naturel du sol. L'équipement comprend :

  • L'appareil de forage
  • La pompe à boue
  • Dispositif anti-éruption et unité de fermeture du BOP
  • Unité de cimentation
  • Réservoir de boue
  • Réservoir d'eau
  • Collecteur d'étranglement

Ces équipements fonctionnent dans des conditions de haute pression avec de fortes vibrations et pulsations. Sur terre, la poussière et les températures ambiantes extrêmes constituent un défi pour les machines. Le forage en mer expose les machines à l'eau salée et aux embruns. Chaque composant utilisé dans le cadre du forage bénéficie de capteurs fiables, suffisamment robustes pour fonctionner dans des conditions exigeantes.

Forage × 1

L'appareil de forage

L'appareil de forage
5

Réservoir de boue

Réservoir de boue
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Pompes à boue

Pompes à boue
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Réservoirs d'eau

Réservoirs d'eau
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Collecteur d'étranglement

Collecteur d'étranglement
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Unité de cimentation

Unité de cimentation
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Prévention des explosions

Prévention des explosions
Forage
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L'appareil de forage

Les appareils de forage varient considérablement en taille et sont situés soit en mer, soit sur terre, allant d'unités mobiles compactes à des structures permanentes de la taille d'un gratte-ciel. Une table rotative ou, à défaut, un entraînement par le haut fait tourner l'ensemble du train de tiges, le trépan étant positionné à la base de ce train. Quels que soient la taille, l'emplacement ou le type d'appareil de forage, ces machines ont un seul but : forer profondément dans le réservoir d'un champ pétrolifère afin d'en extraire les hydrocarbures.

Pour assurer la sécurité et l'efficacité des opérations, chaque appareil de forage a besoin d'une myriade de capteurs. Ceux-ci vont des capteurs de force de tension/compression compensés en température, dans l'assemblage du bloc couronne, aux capteurs de niveau et de pression dans l'équipement de fluide de forage. Les thermomètres à résistance, dotés d'une technologie à couche mince pour résister aux vibrations et aux pulsations importantes, aident à surveiller l'état des nombreuses pompes et des nombreux moteurs qui rendent possible le forage des puits.


L'appareil de forage × F

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Température

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L'appareil de forage
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La pompe à boue

Lorsque le trépan et le tube de forage s'enfoncent dans la terre, une ou plusieurs pompes à boue envoient une boue dans le trou de forage à une pression extrêmement élevée - plus de 483 bar (7 000 psi) dans le cas d'un forage profond. Cette boue de forage remplit plusieurs fonctions :

  • Lubrifier et refroidir le trépan
  • Rincer le puits des débris de forage
  • Fournir une pression d'égalisation pour empêcher les fluides de formation de pénétrer dans le trou

Ce fluide de forage retourne ensuite à la surface par l'intermédiaire de l'anneau, c'est-à-dire l'espace entre le train de tiges et le puits de forage.

La pompe à boue a une extrémité motrice avec un moteur et une extrémité hydraulique avec des orifices. Un transmetteur de pression à union de marteaux avec un élément de mesure épais résistant à la corrosion est associé à une barrière IS (intrinsèquement sûre) pour surveiller la pression du process aux orifices d'aspiration et de refoulement. En outre, un manomètre à membrane fournit une indication locale de la pression de refoulement de la pompe. Dans certaines configurations de pompes à boue, un manomètre est utilisé pour contrôler la pression de l'huile qui lubrifie les roulements et les joints de la machine.


La pompe à boue × P

Pression

Pression
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Pression

Pression
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Pression

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P

Pression

Pression
La pompe à boue
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Dispositif anti-éruption et unité de fermeture du BOP

On parle d'éruption lorsque des fluides de formation, y compris des hydrocarbures hautement inflammables, s'écoulent de manière incontrôlée hors du puits. Les obturateurs de puits (BOP) et les unités de fermeture des BOP permettent d'éviter cette situation dangereuse.

Le BOP, monté en toute sécurité au sommet d'un puits, est un ensemble de vannes conçues pour contrôler et, le cas échéant, fermer hermétiquement un puits de pétrole et de gaz en cas d'éruption (afflux inattendu de fluides dans un puits de forage). Les manomètres, ainsi que les transmetteurs de pression à sécurité intrinsèque ou antidéflagrants, sont des éléments clés de ce système de contrôle des puits.

Une unité de fermeture utilise des bouteilles accumulatrices à réservoir d'azote pré-chargées, du fluide hydraulique et des pompes électriques et pneumatiques pour générer la pression nécessaire au fonctionnement de plusieurs fonctions de l'empilement BOP. Un ensemble de manomètres, de transmetteurs de pression et de capteurs de niveau garantit le bon fonctionnement de ce mécanisme de sécurité en cas de besoin.


Dispositif anti-éruption et unité de fermeture du BOP × P

Pression

Pression
P

Pression

Pression
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Niveau

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Dispositif anti-éruption et unité de fermeture du BOP
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Unité de cimentation

La cimentation joue un rôle important dans le forage. Après avoir atteint la profondeur souhaitée, le train de tiges de forage est retiré et le train de tiges de tubage est inséré. La cimentation primaire isole les différentes zones de formation - pétrole, gaz, eau - du puits de forage. Elle remplit également l'espace annulaire pour maintenir le tubage en place, l'empêcher de se corroder et le protéger de la pression souterraine. La cimentation secondaire sert à réparer ou à corriger un travail de cimentation primaire, ou à boucher un puits épuisé.

Une unité de cimentation sur un appareil de forage, montée sur un skid ou un semi-remorque, reçoit de l'eau, du ciment sec, de la boue et des additifs spéciaux provenant de réservoirs de stockage. Elle mélange ensuite les composants en une boue de tête et une boue de queue, puis les injecte dans le tubage et dans l'espace annulaire. Un panneau de commande sur l'unité de cimentation permet à l'opérateur de réguler le débit et la densité des boues, de surveiller la pression et de contrôler d'autres paramètres. Le transmetteur de pression du raccord marteau fait partie intégrante de la surveillance de la pression ; il est conçu pour des pressions extrêmement élevées et peut résister à la qualité abrasive du mélange de ciment.


Unité de cimentation × P

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Force

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Niveau

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Pression

Pression
Unité de cimentation
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Réservoir de boue

Les réservoirs de boue sont de grandes cuves multi-segments destinées à traiter, mélanger et stocker le fluide personnalisé qu'une pompe à boue fait circuler à l'intérieur et à l'extérieur d'un puits pendant le forage. Après le retour à la surface, la boue utilisée est pompée à travers différents compartiments du réservoir actif :

  • 1. Réservoir d'aspiration en attente de filtrage
  • 2. Système de contrôle des solides pour séparer les débris de forage (copeaux de roche, sable, etc.)
  • 3. Dégazeur pour éliminer l'air et le gaz naturel piégés
  • 4. Réservoir de produits chimiques pour un traitement supplémentaire, si nécessaire
  • 5. Agitateur pour réhomogénéiser le mélange

Après le nettoyage, la boue de forage est prête à être réutilisé. Les réservoirs de réserve stockent l'excédent de boue ainsi que la boue lourde pour les coups de bélier et autres urgences.

Des capteurs de niveau permettent aux opérateurs de contrôler le fluide dans chacun de ces compartiments. Mais surtout, la mesure du niveau peut révéler des problèmes au cours des opérations de forage :

  • Une augmentation du volume indique que de l'eau ou des fluides de formation (pétrole, gaz) pénètrent dans le puits.
  • Une perte de volume indique que la boue de forage pénètre dans la formation par des fissures.

Tout capteur de niveau utilisé dans les réservoirs de boue doit être adapté aux zones dangereuses. L'instrument doit également être robuste, car la boue de forage est souvent corrosive, visqueuse et abrasive avec des solides en suspension. De nombreux types de capteurs de niveau peuvent être utilisés dans les réservoirs de boue, mais l'option la plus robuste et sans entretien est un transmetteur de pression immergeable à sécurité intrinsèque qui peut être utilisé pour mesurer à la fois la densité du fluide et la pression hydrostatique. Un dispositif anti-colmatage assure la stabilité et une protection supplémentaire contre les boues, les turbulences et les dommages physiques.


Réservoir de boue × L

Niveau

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Force

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Réservoir de boue
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Réservoirs d'eau

Sur un site de forage, une pompe à boue injecte un fluide dans un trou de forage pour lubrifier et refroidir le trépan, rincer le puits des déblais de forage et fournir la pression d'égalisation qui empêche les fluides de formation de pénétrer dans le puits. Ce mélange spécialisé est soit à base d'eau, soit à base de pétrole, en fonction de la formation géologique, des considérations économiques, des réglementations environnementales, de l'utilisation souhaitée de la boue et d'autres facteurs.

Quel que soit le liquide utilisé comme phase continue, l'eau est presque toujours un composant - à des pourcentages variables - de la boue de forage. L'eau est stockée dans des réservoirs massifs, prête à être acheminée vers les réservoirs de boue et mélangée à d'autres composants.

Les capteurs de pression immergeables mesurent avec précision et fiabilité le niveau des réservoirs d'eau d'un site de forage, garantissant que l'eau ne déborde pas et que le réservoir ne s'assèche pas. Un LevelGuardTM offre une stabilité supplémentaire au capteur de pression et protège l'instrument des turbulences et des contraintes.


Réservoirs d'eau
Réservoirs d'eau

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Collecteur d'étranglement

Les collecteurs d'étranglement sont un élément important du système de contrôle des puits d'une installation de forage. Lors d'un forage, le bloc obturateur de puits (BOP) est fermé tandis que le fluide de formation et la boue de forage s'écoulant de l'espace annulaire sont déviés vers la ligne d'étranglement et à travers l'assemblage de tuyaux, de raccords et de vannes du collecteur. Le collecteur d'étranglement évacue la boue de forage plus légère pour rester en dessous de la MAASP (pression de surface maximale admissible dans l'anneau), tandis que la boue lourde provenant du réservoir de boue de réserve est pompée dans le trou pour reprendre le contrôle du puits. Des voies alternatives dans le collecteur d'étranglement permettent aux opérateurs de rediriger le flux selon les besoins en fermant et en ouvrant les vannes. Certains étranglements sont actionnés manuellement, tandis que d'autres sont contrôlés hydrauliquement (à distance).

Les manomètres et les transmetteurs de pression, qui font partie intégrante d'un système de collecteur d'étranglement, sont situés à plusieurs endroits, notamment :

  • A l'endroit où la ligne d'étranglement rencontre le collecteur (une ligne)
  • Lorsque le collecteur évacue des fluides vers une fosse et/ou un réservoir de boue (lignes multiples)

Pour garantir la fiabilité et la sécurité, les capteurs de pression montés sur un collecteur d'étranglement doivent répondre aux exigences suivantes :

  • Haute précision et temps de réponse minimal
  • Résistance à la corrosion et à l'abrasion
  • Haute protection contre les intempéries (indice IP)
  • Approbation pour les zones dangereuses (sécurité intrinsèque, antidéflagrant, etc.)

Collecteur d'étranglement × P

Pression

Pression
P

Pression

Pression
P

Pression

Pression
Collecteur d'étranglement
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