SYSTÈMES DE PRODUCTION ARTIFICIELLE: MÉTHODES ET SÉLECTION - SCIENCE - 2025

Les systèmes de production artificielle sont des procédés utilisés dans les puits de pétrole pour augmenter la pression à l'intérieur du réservoir et ainsi favoriser la remontée du pétrole à la surface.

Lorsque l'énergie d'impulsion naturelle du réservoir n'est pas assez forte pour pousser l'huile vers la surface, un système artificiel est utilisé pour obtenir plus de matière.

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Alors que certains puits contiennent suffisamment de pression pour que l'huile remonte à la surface sans avoir à effectuer de stimulation, la plupart ne le font pas, nécessitant un système artificiel.

Sur les 1 million de puits de pétrole et de gaz produits dans le monde, seuls 5% s'écoulent naturellement, ce qui rend la quasi-totalité de la production mondiale de pétrole et de gaz dépendante des opérations efficaces de systèmes de production artificiels.

Même pour les puits qui ont initialement un flux naturel vers la surface, cette pression diminue avec le temps. Pour eux, l'utilisation d'un système artificiel est également requise.

Méthodes

Bien qu'il existe plusieurs méthodes pour obtenir une production artificielle, les deux principaux types de systèmes artificiels sont les systèmes de pompage et les systèmes de levage à gaz.

Par exemple, aux États-Unis, 82% des puits utilisent des culbuteurs mécaniques, 10% utilisent des vérins à gaz, 4% utilisent des pompes submersibles électriques et 2% utilisent des pompes hydrauliques.

Systèmes de pompage

Système de pompage mécanique

Ce système utilise des équipements en surface et en dessous pour augmenter la pression et pousser les hydrocarbures vers le sol. Les pompes mécaniques sont les culbuteurs bien connus des puits de pétrole onshore.

En surface, le rocker oscille d'avant en arrière. Il est relié à une chaîne de tiges appelées tiges de ventouse, qui s'enfoncent dans le puits.

Les tiges de ventouse sont reliées à la pompe à tige de ventouse, qui est installée dans le cadre des tuyaux près du fond du puits.

Lorsque le culbuteur oscille, cela actionne la chaîne de tige, la tige de ventouse et la pompe de tige de ventouse, fonctionnant de la même manière que les pistons dans un cylindre.

La pompe à tige aspirante soulève l'huile du fond du puits vers la surface. Généralement, les unités de pompage sont alimentées électroniquement ou au moyen d'un moteur à essence, appelé moteur principal.

Pour que le système de pompage fonctionne correctement, un réducteur de vitesse est utilisé pour garantir que l'unité de pompage se déplace régulièrement.

Système de pompage hydraulique

Ce système de pompage applique une pompe hydraulique depuis le fond du puits, au lieu de tiges de pompage, pour ramener l'huile à la surface. La production est forcée contre les pistons, ce qui fait que la pression et les pistons soulèvent les fluides à la surface.

Semblable à la physique appliquée aux roues hydrauliques qui entraînent les anciens moulins, l'énergie naturelle est utilisée dans le puits de forage pour amener la production à la surface.

Les pompes hydrauliques sont généralement constituées de deux pistons, l'un au dessus de l'autre, reliés par une tige qui monte et descend à l'intérieur de la pompe.

Les pompes hydrauliques de surface et les pompes hydrauliques souterraines sont alimentées par de l'huile propre, préalablement extraite du puits.

La pompe en surface envoie l'huile propre à travers les tuyaux vers la pompe hydraulique installée sous terre dans la partie la plus basse de la chaîne de tuyaux. Les fluides du réservoir sont envoyés à la surface par une deuxième chaîne parallèle de tuyaux.

Système de pompage électrique submersible

Les systèmes de pompage électrique submersible utilisent une pompe centrifuge en dessous du niveau des fluides du réservoir. Reliée à un long moteur électrique, la pompe est composée de plusieurs impulseurs, ou pales, qui déplacent les fluides à l'intérieur du puits.

L'ensemble du système est installé au bas de la chaîne de tuyaux. Un câble électrique parcourt la longueur du puits et relie la pompe à une source d'électricité en surface.

La pompe submersible électrique applique une production artificielle en faisant tourner les roues sur l'arbre de la pompe, qui exercent une pression sur les fluides environnants, les forçant à remonter à la surface.

Les pompes submersibles électriques sont des producteurs de masse et peuvent soulever plus de 25 000 barils de fluides par jour.

Système de levage à gaz

En tant que système de production artificiel émergent, le gaz lift injecte du gaz comprimé dans le puits pour restaurer la pression, ce qui le rend produire. Même lorsqu'un puits coule sans ascenseur artificiel, il utilise souvent une forme naturelle de vérin à gaz.

Le gaz injecté, principalement de l'azote, réduit la pression au fond du puits en diminuant la viscosité des fluides dans le puits. Ceci, à son tour, permet aux fluides de s'écouler plus facilement vers la surface. En règle générale, le gaz injecté est le même gaz recyclé que celui produit dans le puits de pétrole.

Bien qu'il ait très peu d'unités en surface, ce système est le choix optimal pour une application offshore. En fond de trou, du gaz comprimé est injecté dans l'anneau du tube, entrant dans le puits par de nombreux points d'accès, appelés vannes de levage de gaz.

Lorsque le gaz entre dans le tube à ces différentes étapes, il forme des bulles, soulage les fluides et diminue la pression.

Sélection d'un système de production artificiel

Pour obtenir le potentiel de développement maximal de tout puits de pétrole ou de gaz, le système de production artificiel le plus efficace doit être sélectionné. Les critères utilisés historiquement pour sélectionner le système artificiel pour un puits particulier varient considérablement dans l'industrie:

- Expérience de l'opérateur.

- Quels sont les systèmes artificiels disponibles pour les installations dans certaines régions du monde.

- Le système artificiel qui fonctionne dans les puits contigus ou similaires.

- Déterminer quels systèmes seront mis en œuvre à la vitesse souhaitée et à partir des profondeurs requises.

- Évaluer les listes d'avantages et d'inconvénients.

- Systèmes experts pour éliminer et sélectionner les systèmes.

- Évaluation des coûts initiaux, des coûts d'exploitation, des capacités de production, etc. avec l'utilisation de l'économie comme outil de sélection, généralement sur la base de la valeur actuelle.

Dans la plupart des cas, le système de production artificielle qui a le mieux fonctionné dans des domaines similaires sert de critère de sélection. De plus, les équipements et services disponibles peuvent facilement déterminer quel système de production artificiel sera appliqué.

Cependant, lorsqu'une partie du scénario nécessiterait des coûts importants pour maintenir des taux de production élevés dans les puits, il est prudent de considérer la plupart des méthodes d'évaluation et de sélection disponibles.

Références

1. Rigzone (2019). Comment fonctionne l'ascenseur artificiel? Tiré de: rigzone.com.
2. UNAM (2019). Fondamentaux des systèmes de production artificielle. Tiré de: ptolomeo.unam.mx:8080.
3. Schlumberger (2019). Ascension artificielle. Tiré de: slb.com.
4. Petrowiki (2019). Ascension artificielle. Tiré de: petrowiki.org.
5. Wikipédia, l'encyclopédie gratuite (2019). Ascension artificielle. Tiré de: en.wikipedia.org.