Systèmes de levage artificiel dans la production de pétrole et de gaz

Dans l'industrie pétrolière et gazière, l'extraction efficace des hydrocarbures des gisements est essentielle pour maximiser la production et prolonger la durée de vie des puits. Cependant, la pression naturelle des gisements diminue avec le temps, rendant l'extraction du pétrole plus difficile. C'est là qu'interviennent les systèmes de pompage artificiel .

La nécessité d'une portance artificielle Systèmes

Les réservoirs de pétrole maintiennent rarement une pression constante tout au long de leur cycle de vie. Au fur et à mesure que l'extraction progresse, les forces naturelles telles que la pression du réservoir et la poussée de l'eau s'affaiblissent, ce qui entraîne une baisse significative des taux de production. Cette baisse peut survenir tôt dans la vie d'un puits ou après des années de production régulière, selon les caractéristiques du réservoir. Sans systèmes de remontée artificielle, de nombreux puits ne parviendraient pas à produire des volumes de pétrole économiquement viables, laissant d'importantes réserves récupérables inexploitées. La remontée artificielle fournit l'assistance mécanique nécessaire pour maintenir ou améliorer le flux d'hydrocarbures vers la surface, garantissant la viabilité à long terme des réservoirs et améliorant considérablement les taux de production.

Outre le maintien de la production de pétrole et de gaz , les systèmes de pompage artificiel permettent de relever des défis tels que la forte teneur en eau (proportion d'eau dans les fluides produits) et la manipulation de pétrole brut visqueux ou lourd. Ces systèmes sont particulièrement essentiels dans les gisements matures où la pression naturelle a diminué ou dans les gisements non conventionnels où les caractéristiques du réservoir limitent le débit. En offrant une méthode fiable d'optimisation de la récupération, les systèmes de pompage artificiel s'adaptent aux variations des conditions de puits et constituent un pilier d'une production de pétrole et de gaz efficace.

Types de systèmes de levage artificiel

Les systèmes d'extraction artificielle sont essentiels pour améliorer la récupération du pétrole en compensant la diminution de la pression naturelle du réservoir. Parmi les différentes méthodes disponibles, quatre types principaux se distinguent par leur efficacité et leur polyvalence :

Pompe à tige (pompe à poutre)

Les pompes à tiges , également appelées pompes à balancier , sont parmi les systèmes de pompage artificiel les plus couramment utilisés, notamment dans les puits peu profonds à moyennement profonds à débit de production modéré. Ce système mécanique utilise une unité de puissance en surface, souvent appelée « pompe à balancier », pour actionner une série de tiges qui s'étendent dans le puits. Le mouvement des tiges actionne un piston à l'intérieur de la pompe, remontant ainsi le pétrole à la surface.

• Rentable pour les puits peu profonds : Le système de pompe à tige est relativement peu coûteux à installer et à exploiter, ce qui le rend idéal pour les puits peu profonds avec des volumes de fluide modérés.
• Simplicité et fiabilité : Le système est simple et extrêmement fiable, et a fait ses preuves dans la production pétrolière terrestre conventionnelle.
• Efficace pour des taux de production faibles à moyens : Il fonctionne bien dans les puits qui produisent des quantités modérées de pétrole et ne sont pas soumis à des profondeurs ou à des pressions extrêmes.
• Mouvement mécanique : Le système utilise un mouvement mécanique pour soulever l’huile, qui peut être sujette à l’usure au fil du temps, nécessitant un entretien régulier.

Les pompes à tige sont souvent utilisées dans les champs terrestres et sont particulièrement efficaces pour les puits de production faible à moyenne où l'efficacité énergétique n'est pas la préoccupation principale.

Pompe submersible électrique

La pompe électrique submersible (ESP) est un système de pompage artificiel très performant et polyvalent, couramment utilisé dans les puits profonds où des débits élevés sont indispensables. Le système se compose de plusieurs étages de pompage et d'un moteur de fond, le tout étant intégré au puits. Alimenté par l'électricité, le moteur entraîne les étages de pompage, remontant ainsi le pétrole à la surface.

• Haute efficacité pour les puits profonds : Les ESP excellent dans les puits profonds, où ils soulèvent efficacement de grands volumes de fluide en maintenant des débits élevés.
• Versatilité: Les ESP s'adaptent à une variété de conditions de puits, y compris celles avec des rapports gaz/pétrole élevés ou nécessitant des pressions élevées pour soulever des fluides.
• Pompage à grande capacité : Les ESP sont capables de gérer des volumes importants de pétrole, ce qui les rend idéaux pour les puits ou les champs à haute production nécessitant une extraction rapide.
• Consommation d'énergie: Un inconvénient potentiel des systèmes ESP est leur consommation d’énergie relativement élevée, en particulier dans les puits profonds, où davantage de puissance est nécessaire pour faire fonctionner la pompe.

Les ESP sont particulièrement adaptés aux champs offshore ou aux réservoirs terrestres profonds qui exigent une production à grande échelle et des capacités de levage efficaces.

Pompe à cavité progressive

La pompe à cavité progressive (PCP) est particulièrement adaptée aux puits produisant des pétroles très visqueux, comme le pétrole brut lourd ou le bitume. Cette pompe utilise un rotor hélicoïdal qui tourne à l'intérieur d'un stator pour créer des cavités qui propulsent le fluide à la surface.

• Mécanisme de travail : Le rotor et le stator sont conçus de telle manière que, lorsque le rotor tourne, il forme des cavités progressives qui transportent l'huile vers la surface en un flux continu. Cette solution est idéale pour les fluides épais et lourds qui ne peuvent pas être facilement pompés avec des systèmes conventionnels.
• Application: Les PCP sont utilisés dans les puits contenant des fluides très visqueux, en particulier dans les champs de pétrole lourd ou de bitume. Ils sont couramment utilisés dans les champs terrestres et offshore, en particulier dans les zones où d'autres méthodes de levage artificiel ne seraient pas efficaces.
• Fiabilité et performances : Les PCP sont connus pour leur capacité à fournir un débit continu et fiable même avec des fluides difficiles. Leur conception leur permet de gérer une large gamme de viscosités et ils peuvent fonctionner correctement dans les puits profonds.
• Maintenance et défis : Bien que les PCP soient efficaces, ils nécessitent un entretien périodique pour remplacer les pièces usées, telles que le rotor et le stator. Ils peuvent également être sujets aux dommages causés par les fluides abrasifs, et le système doit être surveillé attentivement pour garantir des performances optimales.

Chacun de ces systèmes de remontée artificielle offre des avantages uniques et est choisi en fonction des besoins spécifiques du puits, tels que la profondeur, le taux de production et les propriétés du fluide. En sélectionnant le bon système, les opérateurs peuvent optimiser la production et prolonger la durée de vie d'un puits.

Ascenseur de gaz

Le gaz lift est une méthode de production artificielle polyvalente qui consiste à injecter du gaz sous pression dans le puits afin de réduire la densité du fluide produit, facilitant ainsi la remontée du pétrole à la surface. Le gaz est injecté en plusieurs points du puits, où il se mélange aux fluides produits, réduisant la friction et favorisant la remontée du pétrole.

• Adaptabilité aux conditions variables : L'élévation du gaz peut être ajustée pour s'adapter aux changements de pression du réservoir, aux taux de production et aux rapports gaz/pétrole.
• Besoins énergétiques réduits : Contrairement aux ESP, qui nécessitent une alimentation électrique, les systèmes de vérins à gaz s'appuient sur du gaz injecté, offrant une solution potentiellement plus rentable dans certains cas.
• Efficace pour les puits à forte teneur en gaz : Le levage au gaz est particulièrement efficace dans les puits qui produisent des quantités importantes de gaz en plus du pétrole, car le gaz injecté aide à soulever les deux fluides.
• Flexibilité opérationnelle : Les systèmes de levage à gaz peuvent être réglés avec précision pour ajuster le volume de gaz injecté, offrant ainsi une flexibilité opérationnelle pour s'adapter aux conditions changeantes du réservoir.

Ce système est largement utilisé dans les champs onshore et offshore, en particulier pour les puits à faible pression de réservoir ou à volumes de liquide élevés, et est également couramment appliqué dans les réservoirs de condensats de gaz.

Comment choisir le bon Système de levage artificiel

Le choix du système de remontée artificielle approprié est une décision cruciale qui a un impact significatif sur l'efficacité, le taux de production et les coûts d'exploitation d'un puits de pétrole et de gaz. Vous trouverez ci-dessous les principaux éléments à prendre en compte pour choisir le bon système de remontée artificielle :

1. Caractéristiques du puits : La profondeur, la pression et la température du puits influencent considérablement le choix du système de pompage. Pour les puits profonds à haute pression, les systèmes comme les pompes électriques submersibles (PES) sont plus efficaces. Les puits peu profonds aux conditions modérées peuvent convenir à des systèmes plus simples comme les pompes à tiges.

2. Propriétés du fluide : La viscosité et la composition du fluide produit sont des facteurs essentiels. Pour les puits produisant du pétrole brut lourd ou des huiles visqueuses, les pompes à cavité progressive (PCP) sont privilégiées, car elles peuvent traiter des fluides épais. En revanche, l’injection de gaz est idéale pour les puits présentant un rapport gaz/pétrole plus élevé.

3. Débits de production : Les puits à haut débit, notamment ceux produisant d’importants volumes de pétrole, sont parfaitement adaptés aux pompes immergées (ESP) ou aux systèmes d’injection de gaz, capables de traiter efficacement des volumes de fluides considérables. Pour les débits de production plus faibles, les pompes à tiges ou les pompes à pression contrôlée (PCP) peuvent s’avérer plus économiques.

5. Simulation pétrolière et gazière : Les outils de simulation avancés jouent un rôle crucial dans l’optimisation du choix des systèmes de production assistée. Grâce aux simulations de réservoir et de production, les opérateurs peuvent modéliser différentes techniques de production dans diverses conditions, ce qui permet de prédire les performances, de résoudre les problèmes potentiels et d’optimiser les stratégies de production avant leur mise en œuvre. Cette approche fondée sur les données permet une prise de décision plus éclairée, réduisant les risques et augmentant la probabilité de sélectionner le système le plus efficace pour un puits donné.

En prenant en compte ces facteurs, les opérateurs peuvent sélectionner la solution de levage artificiel la plus efficace et la plus rentable pour leurs puits.

Résumé

L'utilisation de systèmes de levage artificiel est essentielle pour maintenir la production de pétrole et de gaz lorsque la pression des réservoirs chute. Le choix du système de levage approprié, comme les pompes à tige, les ESP, les élévateurs à gaz ou les PCP, dépend de divers facteurs, notamment des conditions du puits et des propriétés du fluide. De plus, les outils de simulation fournissent des informations précieuses pour optimiser la prise de décision. Au final, la bonne solution de levage artificiel garantit une efficacité de production améliorée et des performances prolongées du puits.