Table des matières:
Méthode de la fontaine - Exploiter l'énergie interne d'un gisement
Quelle est la force motrice derrière la production de pétrole dans des conditions de réservoir ?
Combien de temps un puits peut-il produire de l’eau ?
Dans cet article, je présenterai brièvement les principales méthodes d'extraction du pétrole. Le pétrole se trouve dans des couches de roches poreuses (accumulateurs). C'est dans ces accumulateurs que le pétrole s'accumule. Une deuxième condition préalable est que les accumulateurs soient recouverts d'un joint étanche à l'huile et au gaz ; sinon, le gaz s'évapore et le pétrole se transforme en bitume.
Pour extraire du pétrole, il faut forer un puits. Le puits pénètre dans la couche productrice de pétrole, et c'est là que le bât blesse : il faut remonter le pétrole à la surface d'une manière ou d'une autre.
Comment le pétrole apparaît-il dans la Terre ? (Partie 1)
Il existe trois principales méthodes d'extraction du pétrole (extraction par puits) : la méthode par fontaine et la méthode mécanisée (par pompage). Le gas lift est également parfois utilisé, qui n'utilise pas de pompes mais nécessite une injection d'énergie externe. Le gas lift peut donc être considéré comme une méthode de transition entre la méthode par fontaine et la méthode mécanisée.
Méthode de la fontaine - Exploiter l'énergie interne d'un gisement :
Lorsqu'un champ pétrolier est récemment exploité, le pétrole qu'il contient est généralement soumis à une pression élevée. La pression à l'intérieur de la formation est appelée pression de formation, et la pression à l'intérieur du puits est appelée pression de fond. Généralement, dans un puits fermé, ces valeurs sont constantes. Dans un puits fonctionnant normalement, la formation subit une dépression : la pression de fond est inférieure à la pression de formation. Inversement, dans un puits fermé, la formation subit une dépression : la pression de fond est supérieure à la pression de formation. Si la pression de formation est suffisamment élevée, elle peut vaincre la résistance de la pression atmosphérique et expulser le pétrole. Dans ce cas, une fontaine de pétrole se forme.
Quelle est la force motrice derrière la production de pétrole dans des conditions de réservoir ?
1. Modèle de bouchon de réservoir :
Les dépôts anticlinaux (en forme de dôme), en particulier, présentent une région remplie de gaz au sommet : la calotte gazeuse.
Comme nous le savons tous, le gaz est hautement compressible. Lorsqu'un puits de pétrole est en exploitation, le gaz commence à se dilater, ce qui constitue la force motrice qui propulse le pétrole à travers le puits jusqu'à la surface.
Dans ce cas, le gisement pétrolier est exploité de manière à ce que le gaz naturel contenu dans la roche de couverture ne s'échappe pas prématurément ; il est inclus dans le bilan des réserves nationales et est récupéré après la production pétrolière.
2. Modèle de gaz dissous :
Outre la couche de gaz, le pétrole contient également du gaz dissous. Une pression plus élevée augmente la quantité de gaz dissous. Le rapport entre le volume de gaz dissous et le volume ou la masse de pétrole dans des conditions normales est appelé fraction gazeuse (GF). Par exemple, si la GF est de 50 mètres cubes par tonne, cela signifie que 50 mètres cubes de gaz sont dissous dans chaque tonne de pétrole (dans des conditions normales).
Lorsque la pression baisse, le gaz commence à monter sous forme de bulles, entraînant le pétrole avec lui. L'essentiel est de s'assurer que le nombre de bulles est suffisant et que leur taille est suffisante ; sinon, seul le gaz bouillonnera, et le liquide ne montera pas.
Le gaz naturel produit avec le pétrole est appelé gaz associé. Similaire au gaz naturel ordinaire, mais avec des concentrations plus élevées, il contient davantage de gaz de pétrole liquéfié (GPL, une large fraction d'hydrocarbures légers, avec une teneur plus élevée en propane et en butane) et de condensat (pentane et hydrocarbures supérieurs). Le gaz associé est une matière première précieuse pour l'industrie pétrochimique et une source de mélanges propane-butane utilisés comme carburant pour les moteurs à gaz.
3. Mode de pression d'eau :
Dans ce mode, la principale force motrice qui déplace le pétrole vers le fond du puits de production est la pression de l'eau marginale. L'eau est présente au fond du gisement, soit sous forme d'eau résiduelle issue de sa formation, soit sous forme d'un apport continu d'eau marginale, reliée à la surface et provenant de sources telles que l'eau de fonte et l'eau de pluie.
Il s'agit du mode d'exploitation le plus efficace des champs pétrolifères, et son utilisation efficace permet d'extraire de grandes quantités de pétrole de la formation. Cependant, une exploitation à long terme n'est possible qu'à une seule condition : l'injection continue d'eau externe par un système de puits d'injection (système maintenant la pression de la formation). À défaut, la source d'énergie s'épuisera rapidement.
4. Pression élastique de l'eau :
Dans ce mode, le déplacement du pétrole se produit en raison de la dilatation élastique du pétrole lui-même, de l'eau entourant le réservoir et de la structure de la formation. Cela signifie que, sous l'influence de la roche sus-jacente, le pétrole, le liquide et la structure rocheuse sont tous comprimés, même légèrement. L'élasticité du liquide et de la formation elle-même est très faible. Cependant, lorsque le système hydraulique est important et que la pression de la formation est élevée, de grandes quantités de liquide peuvent être déplacées de la formation vers le puits de forage en raison de la dilatation du liquide et de la réduction du volume des pores (fractures). Les propriétés élastiques du liquide et de la formation sont caractérisées par leurs coefficients de compressibilité respectifs. Il existe également un mode gravitaire, mais celui-ci ne fournit pas suffisamment d'énergie pour soulever le pétrole.
Combien de temps un puits peut-il continuer à jaillir ?
Cela dépend entièrement du gisement et de la méthode d'extraction. En général, plus le gisement est jeune, plus il possède de puits. Cependant, l'énergie s'épuise rapidement, en quelques mois, voire quelques années, ce qui oblige à recourir à des méthodes d'extraction mécanisées, toujours plus coûteuses. Il existe des exceptions, comme le gisement de Tengiz au Kazakhstan, qui a été en activité pendant au moins 21 ans (1991-2010). Le pétrole coule peut-être encore, mais nous n'avons plus eu d'informations à son sujet depuis longtemps.
Les nouveaux puits dans les champs plus anciens agissent également comme des puits jaillissants. Cependant, ils ne sont généralement pas reliés au pipeline de production principal, car celui-ci est sous pression, généralement autour de 20 à 25 atmosphères. Un puits jaillissant ne génère pas cette pression, de sorte que le pétrole ne s'en écoule pas.
Dans ces cas, un séparateur de gaz est installé pour séparer le gaz du liquide, recueillir l'huile dans un récipient, puis incinérer le gaz. Il s'agit certes d'un gaspillage de ressources considérable, mais dans certains cas, il est plus économique d'incinérer le gaz associé et de payer l'amende que de le collecter et de l'utiliser.
Que se passe-t-il lorsque le puits jaillissant s'assèche ?
Il ne restait plus qu'une chose à faire : passer à une pompe à tige de pompage pour puits profonds. Cependant, dans certains cas, le passage immédiat à un système de pompage peut s'avérer problématique. Par exemple, dans les champs de gaz naturel et de pétrole. Les pompes à tige de pompage pour puits profonds sont des pompes volumétriques, principalement à piston plongeur et centrifuges. Si le coefficient de gaz est élevé, la pompe se remplit d'air, ou plus précisément, s'aère. Cela signifie que la chambre de travail se remplit de gaz, ce qui entraîne un fonctionnement à sec et une usure rapide de la pompe.
Pour éviter cela, un séparateur de gaz est installé sur l'unité de pompage afin d'éliminer le gaz libre. Une autre méthode consiste à utiliser un disperseur, conçu pour briser les inclusions de gaz dans le fluide de formation, créant ainsi un mélange gaz-liquide uniforme qui est ensuite acheminé vers l'entrée de la pompe centrifuge submersible.
Cependant, cette méthode n'est pas efficace si la teneur en gaz est élevée. Dans ce cas, on utilise donc le gas lift. Cette méthode évite d'abaisser la pompe et exploite plus efficacement l'énergie interne du gaz dissous dans la formation. Le gaz est pompé de la surface par une série de canalisations jusqu'au fond de la pompe, où il se mélange au liquide. Le gaz injecté se mélange au gaz libéré par le fluide de formation, formant un mélange gaz-liquide dont la densité permet à la pression existante au fond du puits de remonter le liquide à la surface par la colonne montante.
La section suivante explorera les principes de fonctionnement d’une pompe à tige d’aspiration de pétrole pour puits profond.
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