Production de pétrole dans les champs pétrolifères
Comment fonctionnent les lignes de contrôle dans les puits ?
Les lignes de commande permettent la transmission de signaux, permettent l'acquisition de données de fond de trou et permettent le contrôle et l'activation d'instruments de fond de trou.
Les signaux de commande et de contrôle peuvent être envoyés d'un emplacement sur la surface à l'outil de fond de trou dans le puits de forage.Les données des capteurs de fond de trou peuvent être envoyées aux systèmes de surface pour évaluation ou utilisation dans certaines opérations de puits.
Les soupapes de sécurité de fond de trou (DHSV) sont des soupapes de sécurité souterraines contrôlées en surface (SCSSV) actionnées hydrauliquement à partir d'un panneau de commande en surface.Lorsqu'une pression hydraulique est appliquée dans une ligne de commande, la pression force un manchon à l'intérieur de la vanne à glisser vers le bas, ouvrant la vanne.En relâchant la pression hydraulique, la vanne se ferme.
Les conduites hydrauliques de fond de trou de Meilong Tube sont principalement utilisées comme conduits de communication pour les dispositifs de fond de trou à commande hydraulique dans les puits de pétrole, de gaz et d'injection d'eau, où la durabilité et la résistance aux conditions extrêmes sont requises.Ces lignes peuvent être configurées sur mesure pour une variété d'applications et de composants de fond de trou.
Tous les matériaux encapsulés sont hydrolytiquement stables et sont compatibles avec tous les fluides typiques de complétion de puits, y compris le gaz à haute pression.La sélection des matériaux est basée sur divers critères, notamment la température du fond du trou, la dureté, la résistance à la traction et à la déchirure, l'absorption d'eau et la perméabilité aux gaz, l'oxydation et la résistance à l'abrasion et aux produits chimiques.
Les lignes de contrôle ont fait l'objet d'importants développements, y compris des tests d'écrasement et une simulation de puits d'autoclave à haute pression.Les tests d'écrasement en laboratoire ont démontré la charge accrue sous laquelle les tubes encapsulés peuvent maintenir l'intégrité fonctionnelle, en particulier lorsque des «fils de protection» à torons sont utilisés.
Où sont utilisées les lignes de contrôle ?
★ Puits intelligents nécessitant la fonctionnalité et les avantages de la gestion des réservoirs des dispositifs de contrôle de débit à distance en raison des coûts ou des risques d'interventions ou d'une incapacité à prendre en charge l'infrastructure de surface requise dans un endroit éloigné.
★ Environnements terrestres, de plate-forme ou sous-marins.
Production d'énergie géothermique
Types de plantes
Il existe essentiellement trois types de centrales géothermiques utilisées pour produire de l'électricité.Le type de centrale est déterminé principalement par la nature de la ressource géothermique sur le site.
La centrale géothermique dite à vapeur directe est appliquée lorsque la ressource géothermique produit de la vapeur directement à partir du puits.La vapeur, après avoir traversé des séparateurs (qui éliminent les petites particules de sable et de roche) est acheminée vers la turbine.Il s'agissait des premiers types de centrales développées en Italie et aux États-Unis. Malheureusement, les ressources de vapeur sont les plus rares de toutes les ressources géothermiques et n'existent que dans quelques endroits dans le monde.Il est évident que les centrales à vapeur ne seraient pas appliquées aux ressources à basse température.
Les centrales à vapeur instantanée sont utilisées dans les cas où la ressource géothermique produit de l'eau chaude à haute température ou une combinaison de vapeur et d'eau chaude.Le fluide du puits est acheminé vers un réservoir de détente où une partie de l'eau se transforme en vapeur et est dirigée vers la turbine.L'eau restante est dirigée vers l'élimination (généralement par injection).En fonction de la température de la ressource, il peut être possible d'utiliser deux étages de flash tanks.Dans ce cas, l'eau séparée au niveau du réservoir de premier étage est dirigée vers un réservoir de détente de deuxième étage où plus de vapeur (mais à pression plus faible) est séparée.L'eau restante du réservoir du deuxième étage est ensuite dirigée vers l'élimination.L'installation dite à double flash fournit de la vapeur à deux pressions différentes à la turbine.Là encore, ce type de centrale n'est pas applicable aux ressources à basse température.
Le troisième type de centrale géothermique est appelé la centrale binaire.Le nom dérive du fait qu'un deuxième fluide en cycle fermé est utilisé pour faire fonctionner la turbine plutôt que de la vapeur géothermique.La figure 1 présente un schéma simplifié d'une centrale géothermique de type binaire.Le fluide géothermique passe à travers un échangeur de chaleur appelé chaudière ou vaporisateur (dans certaines usines, deux échangeurs de chaleur en série, le premier un préchauffeur et le second un vaporisateur) où la chaleur du fluide géothermique est transférée au fluide de travail le faisant bouillir .Les anciens fluides de travail dans les usines binaires à basse température étaient des réfrigérants CFC (type Fréon).Les machines actuelles utilisent des hydrocarbures (isobutane, pentane...) ou des fluides frigorigènes de type HFC avec le fluide spécifique choisi en fonction de la température de la ressource géothermique.
Figure 1. Centrale géothermique binaire
La vapeur du fluide de travail est transmise à la turbine où son contenu énergétique est converti en énergie mécanique et délivré, à travers l'arbre, au générateur.La vapeur sort de la turbine vers le condenseur où elle est reconvertie en liquide.Dans la plupart des usines, l'eau de refroidissement circule entre le condenseur et une tour de refroidissement pour rejeter cette chaleur dans l'atmosphère.Une alternative consiste à utiliser ce que l'on appelle des « refroidisseurs secs » ou des condenseurs refroidis par air qui rejettent la chaleur directement dans l'air sans avoir besoin d'eau de refroidissement.Cette conception élimine essentiellement toute consommation d'eau par l'usine pour le refroidissement.Le refroidissement sec, parce qu'il fonctionne à des températures plus élevées (en particulier pendant la saison clé de l'été) que les tours de refroidissement, entraîne une efficacité moindre de l'usine.Le fluide de travail liquide du condenseur est pompé vers le préchauffeur/vaporisateur à pression plus élevée par la pompe d'alimentation pour répéter le cycle.
Le cycle binaire est le type de centrale qui serait utilisé pour les applications géothermiques à basse température.Actuellement, les équipements binaires prêts à l'emploi sont disponibles en modules de 200 à 1 000 kW.
FONDAMENTAUX DES CENTRALES ÉLECTRIQUES
Composants de la centrale électrique
Le processus de production d'électricité à partir d'une source de chaleur géothermique à basse température (ou à partir de vapeur dans une centrale électrique conventionnelle) implique un processus que les ingénieurs appellent un cycle de Rankine.Dans une centrale électrique conventionnelle, le cycle, tel qu'illustré à la figure 1, comprend une chaudière, une turbine, un générateur, un condenseur, une pompe à eau d'alimentation, une tour de refroidissement et une pompe à eau de refroidissement.La vapeur est générée dans la chaudière par la combustion d'un combustible (charbon, pétrole, gaz ou uranium).La vapeur est transmise à la turbine où, en se dilatant contre les aubes de la turbine, l'énergie thermique de la vapeur est convertie en énergie mécanique provoquant la rotation de la turbine.Ce mouvement mécanique est transféré, à travers un arbre, au générateur où il est converti en énergie électrique.Après avoir traversé la turbine, la vapeur est reconvertie en eau liquide dans le condenseur de la centrale électrique.Par le processus de condensation, la chaleur non utilisée par la turbine est libérée dans l'eau de refroidissement.L'eau de refroidissement est acheminée vers la tour de refroidissement où la « chaleur perdue » du cycle est rejetée dans l'atmosphère.Le condensat de vapeur est acheminé vers la chaudière par la pompe d'alimentation pour répéter le processus.
En résumé, une centrale électrique est simplement un cycle qui facilite la conversion de l'énergie d'une forme à une autre.Dans ce cas, l'énergie chimique contenue dans le combustible est convertie en chaleur (au niveau de la chaudière), puis en énergie mécanique (dans la turbine) et enfin en énergie électrique (dans le générateur).Bien que le contenu énergétique du produit final, l'électricité, soit normalement exprimé en unités de wattheures ou de kilowattheures (1 000 wattheures ou 1 kWh), les calculs de la performance de la centrale sont souvent effectués en unités de BTU.Il convient de rappeler que 1 kilowattheure équivaut à 3413 BTU en énergie.L'une des déterminations les plus importantes concernant une centrale électrique est la quantité d'énergie (combustible) nécessaire pour produire une puissance électrique donnée.
Ombilicaux sous-marins
Fonctions principales
Fournir de l'énergie hydraulique aux systèmes de contrôle sous-marins, par exemple pour ouvrir/fermer les vannes
Fournir de l'énergie électrique et des signaux de contrôle aux systèmes de contrôle sous-marins
Fournir des produits chimiques de production pour une injection sous-marine à l'arbre ou au fond du trou
Fournir du gaz pour le fonctionnement de l'élévateur à gaz
Pour assurer ces fonctions, un ombilical en eau profonde peut inclure
Tubes d'injection chimique
Tubes d'alimentation hydraulique
Câbles de signal de commande électrique
Câbles d'alimentation électrique
Signal fibre optique
Grands tubes pour vérin à gaz
Un ombilical sous-marin est un ensemble de flexibles hydrauliques pouvant également comprendre des câbles électriques ou des fibres optiques, utilisé pour contrôler des structures sous-marines depuis une plate-forme offshore ou un navire flottant.C'est une partie essentielle du système de production sous-marine, sans laquelle une production pétrolière sous-marine durable et économique n'est pas possible.
Éléments essentiels
Assemblage de terminaison ombilicale supérieure (TUTA)
L'ensemble de terminaison ombilical supérieur (TUTA) fournit l'interface entre l'ombilical principal et l'équipement de contrôle supérieur.L'unité est une enceinte autoportante qui peut être boulonnée ou soudée dans un emplacement adjacent à la suspension ombilicale dans un environnement exposé dangereux à bord de l'installation supérieure.Ces unités sont généralement conçues sur mesure selon les besoins des clients en ce qui concerne la sélection hydraulique, pneumatique, de puissance, de signal, de fibre optique et de matériaux.
Le TUTA intègre généralement des boîtes de jonction électriques pour les câbles d'alimentation électrique et de communication, ainsi que des tubes, des jauges et des vannes d'arrêt et de purge pour les alimentations hydrauliques et chimiques appropriées.
(Sous-marin) Assemblage de terminaison ombilical (UTA)
UTA, assis au sommet d'un coussin de boue, est un système électro-hydraulique multiplexé permettant à de nombreux modules de contrôle sous-marins d'être connectés aux mêmes lignes de communication, d'alimentation électrique et hydraulique.Le résultat est que de nombreux puits peuvent être contrôlés via un ombilical.À partir de l'UTA, les connexions aux puits individuels et aux SCM sont réalisées avec des assemblages de cavaliers.
Câbles volants en acier (SFL)
Les câbles volants fournissent des connexions électriques/hydrauliques/chimiques entre l'UTA et les arbres/pods de contrôle individuels.Ils font partie du système de distribution sous-marin qui distribue les fonctionnalités ombilicales à leurs cibles de service prévues.Ils sont généralement installés après l'ombilic et connectés par ROV.
Matériaux ombilicaux
Selon les types d'application, les matériaux suivants sont généralement disponibles :
Thermoplastique
Avantages : Il est bon marché, livré rapidement et résistant à la fatigue
Inconvénients : Ne convient pas aux eaux profondes ;problème de compatibilité chimique;vieillissement, etc...
Acier inoxydable duplex Nitronic 19D zingué
Avantages:
Coût inférieur par rapport à l'acier inoxydable super duplex (SDSS)
Limite d'élasticité supérieure à celle du 316L
Résistance à la corrosion interne
Compatible pour le service d'injection hydraulique et la plupart des produits chimiques
Qualifié pour un service dynamique
Les inconvénients:
Protection externe contre la corrosion requise – zinc extrudé
Préoccupations concernant la fiabilité des soudures à la couture dans certaines tailles
Les tubes sont plus lourds et plus gros que les SDSS équivalents - problèmes d'accrochage et d'installation
Acier inoxydable 316L
Avantages:
Faible coût
Nécessite peu ou pas de protection cathodique pour une courte durée
Faible limite d'élasticité
Compétitif avec le thermoplastique pour les attaches en eau peu profonde à basse pression - moins cher pour une courte durée de vie sur le terrain
Les inconvénients:
Non qualifié pour le service dynamique
sensible aux piqûres de chlorure
Acier inoxydable super duplex (résistance aux piqûres équivalente - PRE > 40)
Avantages:
Haute résistance signifie petit diamètre, poids léger pour l'installation et la suspension.
La haute résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte dans les environnements chlorés (résistance aux piqûres équivalente > 40) signifie qu'aucun revêtement ou CP n'est requis.
Le processus d'extrusion signifie qu'il n'y a pas de soudures difficiles à inspecter.
Les inconvénients:
La formation de phase intermétallique (sigma) pendant la fabrication et le soudage doit être contrôlée.
Le coût le plus élevé et les délais de livraison les plus longs des aciers utilisés pour les tubes ombilicaux
Acier au carbone zingué (ZCCS)
Avantages:
Faible coût par rapport au SDSS
Qualifié pour un service dynamique
Les inconvénients:
Couture soudée
Moins de résistance à la corrosion interne que 19D
Lourd et grand diamètre par rapport au SDSS
Mise en service ombilical
Les ombilicaux nouvellement installés contiennent généralement des fluides de stockage.Les fluides de stockage doivent être déplacés par les produits prévus avant qu'ils ne soient utilisés pour la production.Des précautions doivent être prises pour rechercher les problèmes d'incompatibilité potentiels qui peuvent entraîner des précipités et provoquer l'obstruction des tubes ombilicaux.Un fluide tampon approprié est nécessaire si une incompatibilité est attendue.Par exemple, pour mettre en service une ligne d'inhibiteur d'asphaltène, un solvant mutuel tel que l'EGMBE est nécessaire pour fournir un tampon entre l'inhibiteur d'asphaltène et le fluide de stockage car ils sont généralement incompatibles.