Traitement Brut

8/10/2019 Traitement Brut

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PP DIV - 02082_A_F - Rv. 1 03/03/2005

I - FORMATION DES COMBUSTIBLES FOSSILES ..................................................................... 1

1 - Formation des hydrocarbures ......................................................................................................1

2 - Formation du charbon ..................................................................................................................4II - GISEMENT................................................................................................................................ 5

1 - Formation d'un gisement..............................................................................................................52 - Caractristiques d'un gisement....................................................................................................83 - Connaissance d'un gisement .......................................................................................................94 - Mcanismes de drainage d'un gisement....................................................................................10

III - FORAGE PTROLIER ............................................................................................................ 12

1 - Architecture d'un forage .............................................................................................................122 - Trpans ......................................................................................................................................13

3 - Fluide de forage .........................................................................................................................144 - Tubage et cimentation................................................................................................................155 - Obturateurs de scurit..............................................................................................................156 - Plate-forme de forage (Rig)........................................................................................................167 - Cas particulier des forages marins (offshore) ............................................................................178 - Forages complexes....................................................................................................................18

IV - QUIPEMENTS D'UN PUITS ................................................................................................. 18

1 - Production naturelle ...................................................................................................................182 - Production active......................................................................................................................193 - Tte de puits...............................................................................................................................21

V - INSTALLATIONS DE SURFACE ............................................................................................ 221 - Traitement du ptrole brut..........................................................................................................222 - Traitement du gaz ......................................................................................................................233 - Traitements dans les stations satellites......................................................................................25

B1 -0INFORMATION AMONT

FORMATION - EXPLORATION ET PRODUCTION DES GISEMENTS

Information Amont - Aval - Transport

2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training

Ce document comporte 26 pages

Ingnieurs enScurit Industrielle


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I - FORMATION DES COMBUSTIBLES FOSSILES

Les termes de "combustibles fossiles" font rfrence aux hydrocarbures ptrole brut et gaz naturel ainsiqu'au charbon.

1 - FORMATION DES HYDROCARBURES

a - Formation du krogne

La formation des hydrocarbures est l'aboutissement d'un long processus de sdimentation de lamatire organique (plusieurs millions d'annes).

Sur notre plante des organismes vivants meurent en permanence. Ces organismes sont composspour l'essentiel de carbone, hydrogne, oxygne et azote sous forme de molcules complexes.

la mort de ces organismes, les molcules complexes se dcomposent en molcules plus simples(CO2par exemple) qui sont pour la plus grande partie recycles rapidement par la biosphre.

Toutefois, une faible partie (moins de 1 %) de la matire organique se dpose et est entrane vers lefond des mers et ocans :

soit par processus alluvionnaireprovenant de l'rosion des continents : charge terrigne

soit par dpt de la matire organiqueprovenant des ocans eux-mmes (plancton) :charge allochimique.

D

PPC1

075B

Animaux etvgtaux

Charge trrigne

+ organique

Charge allochimique

+ organique

Couches endcomposition

12

3

Mcanisme de sdimentation

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Les sdiments minraux en formation contiennent donc une part plus ou moins forte de matireorganique qui s'y trouve pige.

Dans le sdiment, la quantit d'oxygne libre est faible et rapidement consomme par l'oxydation d'unepartie de la matire organique. On se retrouve donc rapidement dans un milieu dpourvu de O 2libreappel milieu anarobie.

Dans ce milieu, la transformation se fait grce l'action des bactries anarobies qui utilisent l'oxygneet l'azote contenus dans les molcules organiques, laissant ainsi le carbone et l'hydrogne qui peuventalors se combiner pour former de nouvelles molcules : les hydrocarbures.

Cette premire transformation par les bactries transformation biochimique conduit la formationd'un compos solide appel krognedissmin sous forme de petits filets dans le sdiment minralappel roche-mre.

ce stade, des atomes de carbone et d'hydrogne s'unissent afin de former une molcule simple, le

mthane (CH4). Ce gaz qui se forme dans les couches suprieures du sdiment est appel mthanebiochimiquecar il est le produit d'une dgradation biochimique.

Matire organique CH4+ H2Odgradationbiochimique

De plus, les bactries sont galement responsables de la formation d'hydrogne sulfur (H2S) pardgradation des sulfates dissous dans l'eau.

b - Formation de l'huile et du gaz

Formation du krogne

Formation des hydrocarbures

Enfouissement et pyrolyse

Filet de krogne

Filet d'hydrocarbures

Roche mre

D

PPC

1271A

Par suite des mouvements trs lents de la crote terrestre, les sdiments senfoncent et la tempratureainsi que la pression ambiantes augmentent.

Le krogne va alors subir une dgradation thermique phnomne de pyrolyse conduisant lapparition de molcules d'hydrocarbures de plus en plus complexes.

Ce phnomne provoque galement une expulsion deau et de CO2plus ou moins importante selon laquantit initiale doxygne.

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3

La roche-mre doit tre suffisamment impermable afin que le temps de sjour du krogne soitsuffisamment long pour que le phnomne de pyrolyse ait lieu.

Les phnomnes conduisant la transformation du krogne vont dpendre des conditions detemprature et de pression et donc de la profondeur denfouissement.

1000

0

2000

3000

4000

0 20 40 60 80

Hydrocarbures gnrs (%)

KROGNE

Dgradation thermique

C

Dgradation biochimique O-N > soustraction

Fentre

huile

Fentre

gaz

(mthane biochimique)

Rsidu decarbone

MATIRE ORGANIQUE C-H-O-N

H-C

Profondeur(m)

Huile

Gaz

D

PPC

1272A

Formation de lhuile et du gaz

partir de 1000 m la dgradation thermique prend le pas sur la dgradation biochimique.

Entre 1000 et 2000 m le krogne se transforme en huile (ptrole brut) pour l'essentiel,avec une petite partie de gaz.

Entre 2000 et 3000 m , le krogne produit un maximum dhuile. Cest la " fentre huile.

Au-del de 3000 m, la fraction de gaz devient plus forte car le phnomne de pyrolyse estplus important et conduit une dgradation de lhuile produite. Cest la fentre gaz.

La formation dhuile (ptrole but) s'accompagne pratiquement toujours de formation de gaz en plus oumoins grande quantit selon les conditions de la transformation thermique qui sest produite.

Dans la zone de la fentre huile, il peut galement y avoir formation dhydrogne sulfur lors de ladgradation thermique du krogne. Ce compos peut aussi tre obtenu par un phnomne derduction des sulfates par les hydrocarbures.

La formation des hydrocarbures partir du krogne est un processus extrmement lent stalant surdes millions dannes.

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De plus, la quantit dhydrocarbures forms reprsente une trs faible part de la masse totale dekrogne.

MASSE KROGNE TERRESTRE`1016tonnes

GAZHUILE

(ptrole brut) CHARBON

3.1011tonnes

(0,003% du krogne)3.1011tonnes

(0,003% du krogne)1013tonnes

(0,1% du krogne) DPPC

1273A

Production des combustibles fossiles partir du krogne

2 - FORMATION DU CHARBON

Le charbon est une varit de krogne forme partir de vgtaux suprieurs (arbres,fougres, etc.).

Laccumulation importante de ces vgtaux dans des conditions anarobies (zone de grandsmarcages) provoque l'apparition dun krogne dont la proportion est majoritaire par rapport la partieminrale, contrairement ce qui se passe pour la formation des hydrocarbures.

Lors de la sdimentation, llimination des parties volatiles (hydrogne, oxygne et azote) provoquentune concentration du carbone.

Tourbe (50 % C)

Marcage

Lignite (72 % C)

D

PPC

1274A

Houille (85 % C)

ENFOUISSEMENT

Anthracite (93 % C)

Formation du charbon

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Le premier stade de la sdimentation conduit la tourbe. Puis, leffet de pyrolyse d lenfouissementconduit progressivement au lignite(70 % de C), la houilleet finalement lanthracite(> 90 % de C).

Comme pour les autres krognes, la formation du charbon saccompagne galement de formationdhuile et de gaz (le redout mthane ou grisou).

II - GISEMENT

Pour que les hydrocarbures soient exploitables, il faut que des quantits significatives dhuile ou de gaz soientaccumules dans des zones de taille limite.

Ce sont les conditions que lon trouve dans lesgisements.

1 - FORMATION DUN GISEMENT

Lors de la formation de lhuile et du gaz partir du krogne, les gouttelettes dhydrocarbure sontdissmines dans la roche-mre et ne pourraient pas tre exploites si des phnomnes de migrationet de concentration ne staient pas produits.

a - Processus de migration

Gouttelettesd'hydrocarbures

dissimines

Gouttelettes

d'hydrocarburesen transit

Ptrole Particules

Roche-mre Roche-rservoirMigrationD

PPC

1275A

Migration des hydrocarbures

Quand la pression du gaz form lors de la pyrolyse du krogne en profondeur devient suffisante pourvaincre limpermabilit de la roche-mre, elle permet une migration des fractions liquide et gazeuse travers les pores de la roche-mre.

On dit que les hydrocarbures sont expulss de la roche-mre et subissent une migration primaire.

Ils entament alors une migration secondairevers le haut en tant transports, essentiellement, sousleffet de la pression de leau travers une roche permable.

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Lors de leur remonte, les hydrocarbures sont arrts par une couche impermable, se concentrentdans les pores de la roche permable et forment une accumulation : la roche sappelle alors roche-rservoir.

Couverture

Indice de surface

Migration primaire

Migration secondaire

Couve

rture

Roche

rser

voir

Roche

-mre

D

PPC

1276A

11

2

2

2

1

Migration des hydrocarbures

b - Formation d'un pige

La migration des hydrocarbures se fait grce au dplacement de leau dans les formations rocheuses.En effet, les eaux souterraines se trouvent non seulement dans les couches superficielles maisgalement en grande profondeur o elles circulent trs lentement. Ce sont elles qui en migrantentranent les gouttelettes dhydrocarbures.

D

PPC

1076A

Cristaux de roche

Ptrole contenantdu gaz dissous

ROCHE DE COUVERTURE

EAU

EAU EAU

EAUROCHE POREUSE

CONTENANT DU PETROLE

ROCHE POREUSECONTENANT DU PTROLE

ET DU GAZ DISSOUS

ROCHE POREUSECONTENANT DU GAZ

IMPERMABLE (ANTICLINAL)

POINT DE FUITE

Reprsentation microscopiquede roche-rservoir

Formation de gisement dans les roches-rservoirs

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Le schma ci-dessus dcrit une situation commune et recherche o le pige constitu par la roche-rservoir est situ au sommet de plis anticlinaux o alternent roches permables (roches-rservoirs) etroches impermables (roches de couverture).

On trouve galement dautres situations propices la formation de piges:

couche permable coince sous des couches impermables dans un biseau form par ledplacement de couches la faveur dune faille

Roche impermablede couverture

Eau

Pige associune faille

Roche rservoir de gaz

Roche rservoir d'huile

D

PPC

1277A

lentilles sableuses contenues dans des couches impermables

piges associs des dmes de selimpermables

Eau

Pige associun dme de sel

Roche impermablede couverture

Dme de selimpermable

Roche rservoir de gaz

Roche rservoir d'huile

D

PPC

1277B

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c - Autres situations

Une roche-rservoir tanche et anciennepeut tre prise dans le mouvement des plaquesterrestres et donc subir un enfouissement. De ce fait, le ptrole contenu dans la roche-rservoir est soumis une nouvelle pyrolyse par effet de la temprature augmentant avec laprofondeur. Dans ce cas, leffet de pyrolyse va produire du gaz et un rsidu lourd sousforme de bitumes.

Lenfouissement dune roche-rservoir de ptrole peut donc conduire la formation dungisement essentiellement gazieren gnral situ plus en profondeur quun gisementptrolier.

Si aucune couche impermable narrte la migration des hydrocarbures, ceux-ciparviennent au niveau du sol. Sous leffet des bactries, les hydrocarbures sont dgrads,perdant leurs fractions volatiles et aboutissent la formation de bitumes.

Ces gisements de surface sont connus depuis lAntiquit et ont en particulier servi pourassurer ltanchit des navires en bois ainsi que des btiments.

Actuellement, la plus grande accumulation connue au monde est constitue par les sablesbitumineuxde lAthabasca au Canada.

On trouve galement des schistes dits bitumineuxqui sont en fait constitus de rocheset de krogne nayant pas subi de pyrolyse.

Il sagit donc plus de combustibles fossiles assimilables des charbons.

2 - CARACTRISTIQUES DUN GISEMENT

Une roche-rservoir est caractrise par trois paramtres principaux qui vont dterminer sa potentialit produire des hydrocarbures :

la porositest le rapport entre le volume des pores et le volume total de la roche.

On sintresse particulirement la porosit utile, cest--dire lensemble des porescommuniquant entre eux et avec lextrieur.

Les roches-rservoirs ont des porosits trs variables en gnral comprises entre 5 % et25 %.

la permabilitqui caractrise laptitude de la roche laisser scouler les hydrocarbures

travers ses pores. Plus la permabilit est faible, plus lcoulement sera difficile.Il est noter quune faible permabilit est moins gnante dans un gisement gazier quedans un gisement dhuile du fait de la plus faible viscosit du gaz

la saturationqui mesure la nature des fluides occupant les pores de la roche-rservoir.

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Saturation Valeurs types

Se= saturation en eau 10 % < Se< 100 %

Sh= saturation en huile 0 % < Sh< 85 %

Sg= saturation en gaz 0 % < Sg < 90 %

avec Se+ Sh+ Sg = 100 %

Valeurs types des caractristiques dun gisement

3 - CONNAISSANCE DUN GISEMENT

Afin de dterminer les sites possibles la formation de gisements, on fait appel la gologieet lagophysique(gravimtrie, magntomtrie, sismique) de faon rechercher :

les zones o ont t rassembles les conditions favorables la formation dhydrocarbures(roches-mres)

les zones de migration et de pigeage des hydrocarbures ainsi forms.

Si la gologie et la gophysique permettent de dterminer les sites favorables, les techniques actuellesne permettent pas de connatre la nature du fluide pig dans la roche-rservoir (qui est souvent de

leau).Il est donc ncessaire de procder des forages dexploration afin de mieux connatre legisement au moyen de :

diagraphies (mesures continues des caractristiques : densit, rsistivit, nature desdbris, etc., des couches traverses lors du forage)

carottage qui permet de remonter en surface un chantillon de la roche tudier

diagraphies aprs forage laide dappareils de mesure descendus dans le puits lextrmit dun cble (proprits lectriques, radioactives, acoustiques, etc.)

essais de puits afin de dterminer la pression en fond de puits ainsi que la permabilit dela roche-rservoir aux abords du puits. Cet essai permet galement par chantillonnage dedterminer la viscosit du fluide et sa composition.

Ces analyses permettent alors de dterminer la structure du gisement ainsi que les quantitsdhydrocarbures rcuprables et donc de prendre une dcision conomique quant lexploitation dugisement.

Il faut en moyenne 5 6 forages dexploration pour un puits productif.

Les tailles et rserves rcuprables des gisements varient considrablement dun site lautre. Il y aactuellement dans le monde quelques 30 000 gisements commerciaux dont 400 sont considrscomme gants et contiennent 60 % des rserves.

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4 - MCANISMES DE DRAINAGE DUN GISEMENT

Le drainageest lensemble des mcanismes qui provoquent le dplacement des fluides lintrieur dela roche-rservoir vers le puits de forage.

On distingue:

le drainage naturel dun puits le drainage assist

a - Mcanisme de drainage naturel (drainage primaire)

De faon gnrale, le taux de rcupration pour le gaz est bien suprieur celui de lhuile du fait de lacompressibilit du gaz et de sa facilit dcoulement.

En moyenne on obtient les taux de rcupration suivants : 75 % pour le gaz 30 % maximum pour lhuile

La rcupration naturelle des hydrocarbures partir de la roche-rservoir met en uvre plusieursmcanismes, principalement :

expansion monophasique du gaz et de lhuile: ce mcanisme est efficace pour le gazpar suite de sa compressibilit. Par contre, il lest peu pour lhuile (quelques pour cent)

expansion du gaz dissous dans lhuile : quand la pression du gisement baisse, il y adsorption et expansion du gaz

_ expansion du gaz situ au-dessus du gisement dhuile, le volume dhuile pomp tant

compens par lexpansion du gaz accumul en partie suprieure du gisement (gas-cap)

Drainage naturel rsultant de la pressiondu gaz et de l'eau du gisement

Expansion du gaz

Huile + gazvers sparateur

D

MEQ1

640B

Expansion de lanappe aquifre

migration de la nappe aquifre: l'eau de la nappe prend la place de lhuile dans les poresde la roche-rservoir. Ce mcanisme et assez efficace car la faible viscosit de leau facilitesa pntration dans les pores de la roche.

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b - Drainage assist (secondaire et tertiaire)

Afin damliorer le taux de rcupration de lhuile contenue dans un gisement au-del de ce qui est

impos par drainage naturel, on met en uvre des mcanismes de drainage assist.

Le drainage assist se fait par injection dnergieau moyen de puits annexes situs proximit despuits producteurs. Il permet daugmenter le taux de rcupration de lhuile denviron 10 %.

Pour les rservoirs de faible volume et de structure adapte, on utilise les mcanismes suivantspour amliorer le drainage de la roche-rservoir :

drainage secondaire : injection deau ralise dans la nappe aquifre situe sous legisement dhuile ou injection de gaz au-dessus du gisement : on provoque un drainageverticaldu rservoir

drainage tertiaire : injection de vapeur d'eau ralise dans la roche-rservoir enparticulier pour les rservoirs dhuile lourde. Injection de produits chimiques (mulsions

eau/huile/tensioactifs, solutions de polymres dans leau)

D

MEQ1

641A

Drainage secondaire : augmentation de la pression

de leau au sein du gisement par injection deauDrainage tertiaire : rendement dexploitation amlior

par injection de vapeur ou dadditifs chimiques

Eau Eau

Huile + gaz vers sparateur Huile + gaz vers sparateur

Vapeur Vapeur

Drainage assist du rservoir

Pour les rservoirs de grand tendue, on injecte de leau et/ou du gaz par des puits injecteurs

situs au centre de carrs constitus par les puits producteurs : on provoque ainsi un drainageradialdu rservoir

: Puits producteur : Puits injecteur

D

PPC

1278A

Vue de dessus dun drainage radial de rservoir

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III - FORAGE PTROLIER

Le forage constitue ltape essentielle pour linstallation de puits permettant la rcupration deshydrocarbures contenus dans la roche-rservoir.

La profondeur des forages varie considrablement selon les sites de quelques centaines de mtres plusieurs milliers de mtres.

Les premiers forages raliss ont t effectus partir de la terre ferme sous forme de puits verticaux.

Depuis lors, les techniques ont considrablement volu :

forages marins plus ou moins grande profondeur (offshore)

forages dirigs permettant datteindre des rservoirs situs sous des zones peuaccessibles

forages complexespermettant damliorer le taux de rcupration des hydrocarbures

1 - ARCHITECTURE DUN FORAGE

Dans la plupart des cas, un forage est compos de trois parties :

une colonne de surfacede quelques centaines de mtres destine retenir les terrains desurface et protger la nappe phratique

la colonne intermdiairequi peut atteindre plusieurs milliers de mtres

finalement la colonne de production situe dans la partie ptrolifre et lintrieur delaquelle sera install le tube de collecte des hydrocarbures.

Diamtre duforage 24 " Forage en

17" 1/2

Tubeguide

Forage en12" 1/4

Tubage13" 3/8

Tubage9" 5/8

Ciment

Forage en8" 1/2

Colonne desurface

(-1000 m)

Colonne deintermdiaire

(-3500 m)Colonne deproduction(-5000 m)

Forage en6 "

D

MEQ1

729A

Exemple d'architecture dun forage

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3 - FLUIDE DE FORAGE

Afin dvacuer tous les dbris de roches arrachs par le trpan, on emploie la technique du fluide deforage (ou de curage) qui consiste injecter un fluide lintrieur des tiges de forage qui remonteensuite dans lespace annulaire entre le trou lui-mme et les tiges de forage.

Retour fluide deforage + dbris

Tige de forage

Injection fluide deforage

Puits

TrpanD

MEQ1

729B

vacuation des dbris par le fluide de forage

Le fluide ou boue de forageet constitu d'un mlange d'eau et d'argile (bentonite) 5/10 %.

Le fluide de forage a des rles multiples:

il sert remonter vers la surface les dbris de roche crs par le forage

il permet un refroidissement du trpan et le nettoyage continu du front de taille

il empche les boulements grce la pression du fluide sur les parois du puits

il retient galement les f luides sous pression contenus dans les roches en vitant ainsi leurintrusion dans le puits

Le dbit du fluide de forage est assur depuis la surface au moyen de pompes boue d'un dbit de 50 150 m3/h, ncessaire pour avoir une vitesse suffisante de remonte des boues dans l'espaceannulaire.

La qualit du fluide de forage fait galement l'objet d'un contrle constant de densit et de viscosit.

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4 - TUBAGE ET CIMENTATION

Afin de maintenir le puits en tat lors de la production des hydrocarbures, il convient d'effectuer untubageralis rgulirement au fur et mesure de l'avancement du forage.

Les tubes sont visss les uns aux autres et sont descendus dans le puits, celui-ci tant plein de bouede forage.

Un mlange eau + ciment est ensuite envoy l'intrieur des tubes et refoul dans l'espace annulaireentre la paroi du puits et le tubage.

Aprs durcissement du ciment (12 24 h), on peut continuer la suite du forage.

Cette opration de cimentation a principalement pour rle:

de fixer le tubage aux roches environnantes de stabiliser le puits avant poursuite du forage

d'viter la corrosion du tubage

de supporter le tubage qui reprsente un poids important

de maintenir les fluides forte pression contenus dans les roches environnantes

5 - OBTURATEURS DE SCURIT

Si la pression hydrostatique exerce par le fluide de forage est insuffisante pour maintenir en place lesfluides sous pression contenus dans les roches, il y a un risque de voir apparatre une ruption libred'hydrocarbures avec ventuellement inflammation au niveau de la tte de puits.

Pour viter cet incident on place en tte de puits un ensemble de vannes particulires appelesobturateurs de scurit(Blow Out Preventer : BOP) ou blocs d'obturation du puits.

On met en place un jeu de deux ou trois obturateurs dont la fermeture est commande hydrauliquementet pouvant supporter des pressions de 200 700 bar.

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6 - PLATE-FORME DE FORAGE (RIG)

La plate-forme de foragerunit l'ensemble du matriel permettant le forage d'un puits.

Aire de travail

Table de rotation

Systmedentranement de

table de rotation

Tige dentranementTte dinjection

Palan

Bac boues

Tiges de forage

Tiges de forage

Pompe dinjectiondu liquide de curage

Moteurs diesel

Blocs dobturationdu puits

Blocs dobturationdu puits

DMEQ1

632A

Plate-forme de forage rotatif

On distingue principalement :

un derrickpermettant le levage et la manuvre des tiges de forage qui se prsentent partronons d'une dizaine de mtres

un treuilpermettant le levage des tiges de forage. Le treuil entrane un cble passant parune poulie fixe situe au sommet du derrick puis par un palan mobile sur lequel est fix lecrochet de levage.

La mesure de la tension du cble permet de connatre tout moment le poids des tiges deforage suspendues au crochet. Par exemple, pour 1000 m de forage le poids est d'environ30 tonnes

une table de rotation (Rotary table) entrane par moteur permet de faire tournerl'ensemble tiges et trpan.

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La premire tige est toujours une tige de section carre (Kelly) qui vient s'engager dans unlogement de mme section de la table de rotation et provoque ainsi le mouvement del'ensemble

des bassins boues(trois ou quatre) de capacit unitaire de quelques dizaines de m3

des pompes boues, pompes volumtriques pouvant refouler des pressions de 200 350 bar et permettant l'injection du fluide de forage l'intrieur des tiges de forage

les obturateurs de scurit(BOP) situs en tte de puits.

7 - CAS PARTICULIER DES FORAGES MARINS (OFFSHORE)

Les forages marins utilisent les mmes principes que les forages terrestres avec toutefois destechnologies beaucoup plus complexes.

Jusqu500 m

Plate-forme flottante semi-submersiblePlate-forme fixe Navire de forage

Plus de 1000 m

Jusqu300 m

D

MEQ1

634A

Installations de forages marins

Selon la profondeur d'eau, les installations de forage sont disposes :

sur une plate-forme autolvatricepour une profondeur jusqu' 100 mtres environ.Cette plate-forme repose sur le fond marin au moyen de jambes dont la longueur estrglable. La plate-forme est situe une vingtaine de mtres au-dessus du niveau de l'eau.

L'avantage de cette plate-forme est qu'elle peut tre dplace

sur une plate-forme fixepour une profondeur jusqu' 300 mtres environ.

Dans ce cas, la plate-forme est fixe au fond marin au moyen de piles en acier. Ce type deplate-forme est fixe

sur une plate-forme semi-submersiblecomportant des flotteurs immergs maintenus aumoyen de lignes d'ancre. Ce type de plate-forme, peu sensible au mouvement de la houle,peut tre install jusqu' une profondeur de 500 mtres environ

pour des profondeurs plus importantes, on utilise des navires de foragemaintenus enplace soit par des ancres, soit par des hlices auxiliaires.

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8 - FORAGES COMPLEXES

Ces forages dmarrent toujours par un puits vertical qui est ensuite dvi afin d'atteindre les roches-rservoirs (la dviation peut aller jusqu' l'horizontale).

On fore galement des puits multidrains, ou multibranches, permettant d'atteindre plusieurs rservoirs partir du mme forage.

Puits horizontaux

Puits multidrains

Puits multibranches 3 D

Puits trajectoires complexes 3 D

D

PPC

1279A

Forages complexes

IV - QUIPEMENT D'UN PUITS

Les puits productifs sont classifis en fonction du mcanisme utilis pour extraire les hydrocarburesdepuis le rservoir jusqu' la surface : extraction ruptive naturelle ou extraction active.

Les puits des rservoirs gaziers produisent naturellement.

Les puits de ptrole liquide peuvent produire naturellement mais peuvent galement ncessiter uneextraction active afin de maintenir un dbit d'huile suffisant.

1 - PRODUCTION NATURELLE

La production naturelle d'un puits ne peut se faire que si la pression dans la roche-rservoir estsuprieure la pression rsultant de la hauteur hydrostatique du puits.

Par exemple pour un brut "moyen" de densit d = 0,860 et une profondeur de puits de 2000 m, lapression dans la roche-rservoir devra tre suprieure environ 200 bar afin d'assurer une productionnaturelle.

De plus, au fur et mesure que la pression baisse, du gaz dissout dans l'huile se vaporise et forme desbulles au sein du liquide, ce qui facilite la production naturelle.

Ce phnomne a toutefois ses limites car si la quantit de gaz dsorb devient trop importante, seule lapartie gaz arrive la surface, la partie huile restant au fond : dans ce cas, il faut avoir recours laproduction active.

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Tubage du puits

Dispositif d'tanchit(Packer)

Pression hydrostatique (hauteur du puits)

Roche-rservoir

GAZ

HUILE

Sparateur

Rseau de collecte

Pressiontte de puits

Dbit huile + gaz

D

MEQ1

730A

Principe de la production naturelle d'un puits

2 - PRODUCTION ACTIVE

Il existe plusieurs mthodes de production active. Seules les plus frquentes sont dcrites ci-aprs.

a - Extraction par pousse de gaz (gas lift)

Cette mthode consiste recrer le principe de la production naturelle en diminuant la pression

hydrostatique au fond du puits.Pour cela, on injecte du gaz dans l'espace annulaire entre le tubage du puits et la colonne deproduction. La colonne de production est munie d'orifices permettant au gaz de passer l'intrieur de lacolonne de production et ainsi d'allger la colonne de liquide vers la surface (vannes de gas lift).

la sortie du puits, le gaz est spar de l'huile, recomprim et rinject dans le puits. Ce procdpermet d'extraire plusieurs milliers de m3par jour.

Tubage du puits

Dispositif d'tanchit(Packer)Vanne de gas-lift

Rglage dudbit de gaz

Roche-rservoir

GAZ

HUILE

Sparateur

Rseau de collecte

Pressiontte de puits

Dbit huile + gaz

GAZ

D

MEQ1

730B

Principe de l'extraction par pousse de gaz (gas-lift)

B1 -0



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02082_A_F

20

b - Extraction par tige de pompage (Sucker rod pumping)

C'est la mthode la plus utilise.

Une pompe balancier imprime un mouvement alternatif une tige l'extrmit de laquelle est fix untube plongeur. Ce tube plongeur se dplace dans un corps cylindrique install au fond du puits.

Tube plongeur et corps cylindrique sont munis de clapets bille. chaque mouvement alternatif, letube plongeur se remplit d'huile qui est ensuite vacue dans la colonne de production vers la surface.

Ce procd, quoique trs utilis, limite toutefois la production d'un puits de 200 300 m3par jour. Deplus le dbit possible diminue fortement avec la profondeur requise. De 250 m 3/j 750 m on chute 25 m3/j 3000 m.

D

MEQ1

640D

Exploitation avec pompe piston plongeur

Huile + gazvers sparateur

Principe de l'extraction par tige de pompage (Sucker rod pumping)

Corpscylindrique

Colonne

deproduction

Tubeplongeur

Clapetmobile

Clapetfixe

Ferm

Ouvert Ferm

Ouvert

Positionbase

Positionhaute

D

MEQ1

731A

Principe de fonctionnement du tube plongeur

B1 -0



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21

c - Pompage par pompe centrifuge immerge

Une pompe centrifuge multitage est immerge au fond du puits.

Le moteur lectrique est aliment depuis la surface par un cble lectrique.

Ce procd permet un dbit de plusieurs centaines de m3par jour.

3 - TTE DE PUITS

La tte de puits est l'lment essentiel assurant la scurit du puits. Elle doit pouvoir supporter lapression maximale des hydrocarbures dbit nul.

FMC

FMC

Chapeau de tte "tree cap"

Vanne de curage

Vanne latralede production

Vanne

matressesuprieure

Vanne matresseinfrieure

Croix de circulation

Porteduse

Olive de suspension du tubing

Vanne latrale d'accsd'espace annulaire

tubing-casingD

MEQ1

732A

Rseau de collecte

Assemblage de la tte de puits

B1 -0



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La tte de puits assure plusieurs rles:

elle supporte le poids de la colonne de production

elle doit assurer l'tanchit entre le tubage du puits et la colonne de production et l'accs l'espace annulaire entre tubage et colonne

elle doit permettre l'accs la colonne de production pour raliser des travaux souspression (oprations d'entretien)

elle permet le rglage du dbit d'hydrocarbures

La tte de puits se prsente comme un assemblage assez complexe d'lments permettant d'assurerles fonctionnalits dcrites ci-dessus.

De par sa forme, la tte de puits est souvent appele "Arbre de Nol" (Christmas Tree).

V - INSTALLATIONS DE SURFACE

Les hydrocarbures issus des puits de production ne peuvent pas tre vendus tels quels aux diffrentsutilisateurs. Ils doivent subir un certain nombre de traitements sur le champ de production afin de rpondreaux spcifications de qualit souhaites par les clients.

1 - TRAITEMENT DU PTROLE BRUT

Un gisement de ptrole brut produit un mlange d'hydrocarbures lourds et lgers sous forme liquide etgazeuse auquel peuvent s'ajouter des constituants gazeux non hydrocarburs (tels que de l'azote, dugaz carbonique, de l'hydrogne sulfur, ) de l'eau plus ou moins sale, ventuellement des solides.

Les traitements consistent :

stabiliser le bruten le sparant de la phase gaz

liminerl'eau, le sel et les sdiments au moyen d'une installation de dessalage

Gaz Gaz

Stabilisation

Comptage

PTROLE BRUTDU PUITS

Eau de

dessalage

Eau, selsdiments

Brut stabilis+ eau

Dessalage Sparation BRUT VERSSTOCKAGE

TRAITEMENTDU GAZ

lectrodes

D

MEQ1

733A

Traitement du ptrole brut sur champ de production

B1 -0



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02082_A_F

23

Les traitements effectus peuvent tre rsums de la faon suivante:

le brut est envoy dans des sparateurs successifs ou dans une colonne de faon provoquer le dgazage des hydrocarbures lgersainsi que la dcantation de l'eau. Lebrut ainsi obtenu est dit stabilis

l'effluent gazeux est trait pour une utilisation sur le champ producteur (puits injecteur) oupour expdition

le brut stabilis est ensuite mlang de l'eau douce et trait dans un dessaleur.

Dans le dessaleur, l'eau dissout le sel et entrane les sdiments par gravit.

La sparation gravitaire est en gnral facilite en provoquant dans le dessaleur un champlectrique lev au moyen d'lectrodes

le brut dessal subit ensuite un dgazage final avant expdition vers le stockage. Il est

ensuite export par navire ou pipe-line

Lors de l'expdition du ptrole brut et de sa rception dans une raffinerie, certaines analyses de qualitsont particulirement vrifies :

la teneur en eau et sdiments (ou BSW: Basic Sediment and Water)(valeurs habituelles BSW < 0,1 % 1 %)

la salinit(Salt content)(valeurs habituelles Salinit < 40 80 mg/l chlorure de sodium)

la densit

D'autres paramtres comme la tension de vapeur,la viscosit, le point d'coulement sontgalement importants pour dterminer le mode de stockageet la facilit de pompage.

La teneur en H2Sest aussi importante pour des raisons de scurit.

2 - TRAITEMENT DU GAZ

Comme pour le ptrole brut, le gaz, la sortie du puits, peut tre accompagn :

de vapeur d'eau ou mme d'eau liquide

des constituants non hydrocarburs : azote, gaz carbonique, hydrogne sulfur

des particules solides

De plus, la sortie du puits, certains hydrocarbures plus lourds l'tat gazeux dans la roche-rservoirpeuvent se condenser et former des condensats liquides que l'on doit liminer.

Les traitements du gaz consistent donc :

_ liminer les composs acides et soufrs (adoucissement)

le dshydrater

liminer les condensats (dgazolinage).

B1 -0



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Gaz

Sparateurs

Condensats

Condensats

Comptage

Compression

GAZDU PUITS

GAZ

TRAIT

STOCKAGE

CONDENSATS

H2SCO2

Adouccissement(lavage l'amine)

Dshydratation(lavage au

glycol)

Eau

DM

EQ1

734A

Dgazolinage

Traitement du gaz sur champ de production

Les traitements effectus peuvent tre rsums de la faon suivante :

l'adoucissementse fait par absorption des composs acides par une solution d'amine.

Cette solution est ensuite rgnre et recycle.

L'objectif de ce traitement est d'liminer les constituants indsirables (H2S, mercaptans,CO2) qui se rvlent corrosifs en prsence d'humidit ou particulirement dangereux (H2S)

la dshydratationse fait par absorption de l'eau au moyen d'une circulation de glycol.

Le glycol est ensuite rgnr et recycl.

L'objectif de l'limination de l'eau est d'viter la formation d'hydrates. Les hydrates sontdes mlanges de glace eau + hydrocarbures lgers particulirement durs et stables, mme temprature ambiante.

La formation d'hydrates provoque des risques importants de bouchage des canalisations etdonc d'interruption de la production.

le dgazolinage consiste liminer du gaz les hydrocarbures lgers se trouvant sousforme liquide (condensats).

Le procd consiste refroidir le gaz de faon condenser les hydrocarbures liminer,puis effectuer une sparation gaz-liquide basse temprature (entre + 5 et 15C).

Aprs traitement du gaz et avant expdition, les qualits suivantes sont vrifies :

le point de rose (c'est--dire, lors d'un refroidissement du gaz, la temprature pourlaquelle apparat la premire goutte de liquide)

la teneur en H2S(spcification moyenne Gaz de France 7 mg/Nm3)

la teneur en autres produis soufrs(dont mercaptans)

la teneur en CO2(spcification Gaz de France 2,5 %)

B1 -0



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3 - TRAITEMENTS DANS LES STATIONS SATELLITES

Pour les champs de trs grandes dimensions, il existe souvent des stations satellites situes proximit des puits et dans lesquelles des traitements initiaux sont effectus :

stabilisation du ptrole brut

dcantation de l'eau contenue dans le brut

traitement de l'eau pour rinjection dans un puits injecteur

Le gaz et le ptrole brut sont ensuite expdis par pipe-line vers une installation centrale o sonteffectus les traitements complets du gaz et du ptrole.

D

MEQ1

735A

PTROLE BRUTVERS PIPE-LINE

GAZ VERS PIPE-LINEComptage ptrole

Comptagesortie puitsSparateurs

Rseau decollecte

des puitsde ptrole

Sparateur

Pompe d'injection

Stockage eau

Sparateurbrut/eau Traitement de l'eau

Stockageptrole brut

Puits gazier

Puits injecteurd'eau

Comptagesortie puits

Comptage

gaz

Rcuprateurdes vapeurs

Exemple de station satellite

B1 -0

Traitement Brut

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Transcript of Traitement Brut