Forage de puits d'éruption : causes, signes d'avertissement et barrières de contrôle des puits

Une éruption pendant le forage est une perte de contrôle du puits : le fluide de formation pénètre dans le puits de forage, les barrières qui devraient le retenir s'effondrent les unes après les autres et le pétrole ou le gaz atteint la surface sans retenue. Il s’agit d’une chaîne de pannes plutôt que d’une pièce cassée, et la chaîne démarre généralement bien avant que quiconque sur le plancher de la plate-forme ne s’en aperçoive.

C’est pourquoi le forage de puits d’éruption est traité comme une discipline plutôt que comme un risque contre lequel il faut s’assurer. Ce qui suit couvre précisément le terme, les quatre causes à l'origine de la plupart des événements, les indicateurs de déclenchement qui donnent à l'équipage le temps d'agir, l'équipement qui forme la pile de barrières, ainsi que les évaluations et les tests qui valent la peine d'être vérifiés lorsque vous spécifiez ou achetez du matériel de contrôle de puits.

Qu'est-ce qu'un puits d'éruption ?

Un puits d'éruption est un puits dont les fluides de formation ne peuvent plus être contenus, de sorte que le pétrole, le gaz ou la saumure s'échappent du puits de forage vers la surface ou dans une autre formation. La différence entre un coup de pied et une éruption est une question de portée et non de nature : un coup de pied est un afflux que vous pouvez toujours contrôler, une éruption est un afflux que vous ne pouvez pas.

Un coup de pied commence lorsque la pression exercée par le fluide de forage descend en dessous de la pression interstitielle de la formation forée. Si l'équipage ferme le puits, fait circuler l'afflux et restaure la colonne de boue, l'événement se termine comme un coup de pied. Si l’arrêt échoue ou est retardé, le même afflux se transforme en éruption et le vocabulaire change à nouveau en fonction de la destination du fluide.

Quatre causes qui expliquent la plupart des éruptions lors du forage

Presque chaque éruption au cours du forage remonte à une colonne de boue qui n’équilibre plus la pression de la formation, suivie par l’une des quatre trajectoires de rupture.

1. Densité de boue insuffisante. La boue est trop légère pour la formation forée, ou elle est diluée par l'afflux lui-même, de sorte que la charge hydrostatique tombe en dessous de la pression interstitielle et le puits commence à s'écouler.
2. Circulation perdue. Lorsque la boue s'échappe dans une zone perméable ou fracturée, le niveau de l'espace annulaire baisse, la pression hydrostatique chute avec lui et une formation inférieure peut alimenter le puits. La perte de circulation et les coups de pied sont si étroitement liés que de nombreux opérateurs les considèrent comme une seule catégorie de risque.
3. Pression de formation anormale. Une marge étroite entre la pression interstitielle et le gradient de fracture laisse peu de place entre un coup de pied et des retours perdus. Une fenêtre de forage de seulement quelques dixièmes de livre par gallon de large punit tout écart dans le poids de la boue.
4. Panne de cimentation et de sabot de tubage. Le ciment qui n'isole pas le sabot ou une formation derrière le tuyau permet au fluide de s'écouler vers le haut - parfois des jours après le travail de ciment, il semblait propre sur le tableau de la pompe.

Les défaillances de l’équipement et des procédures se situent derrière ces quatre éléments plutôt qu’à côté d’eux. Un obturateur non testé, un volume de fosse que personne ne compare à l'heure précédente, ou une décision lente de fermer à chaque fois un coup de pied classique en éruption.

Signes avant-coureurs : du coup de pied à l'éruption

Les indicateurs de coup de pied apparaissent quelques minutes, voire quelques heures avant une éruption, et chacun d'entre eux représente un changement dans un nombre que le foreur surveille déjà.

Les revues d’incidents répètent la même leçon : les équipes qui agissent sur le premier indicateur contiennent le puits, tandis que les équipes qui attendent la confirmation mettent plus de temps que nécessaire pour décharger l’espace annulaire.

La pile de barrières : un équipement qui empêche une éruption de puits

L'équipement de contrôle des puits est construit sous la forme d'un empilement de barrières indépendantes, et chaque élément a une tâche que les autres ne peuvent pas faire.

Obturateurs anti-éruption (API 16A)

Un obturateur annulaire se ferme en premier, scellant presque toutes les formes du trou et permettant au tuyau d'être dénudé sous pression. Les obturateurs à vérin prennent alors le relais : un vérin simple scelle une taille de tuyau, tandis qu'un vérin double associe des vérins à tuyau avec des vérins aveugles ou de cisaillement qui coupent la colonne et scellent un trou ouvert. C'est la pression nominale de service, et non la couleur de la peinture, qui décide si un obturateur est acceptable pour un puits donné.

Obturateur d'éruption annulaire API 16A pour le contrôle des puits Le BOP à joint annulaire présenté comme la première barrière d'étanchéité dans une pile de contrôle de puits, avec des détails sur l'étanchéité, la durabilité et la compatibilité des équipements. Voir le produit →

Un obturateur ne vaut sa valeur nominale qu'une fois qu'il a fait ses preuves, et c'est là que la souche d'essai mérite sa place. Une souche de test BOP correctement évaluée permet à une plate-forme de vérifier la pile à pleine pression avant qu'elle ne soit nécessaire plutôt qu'après, et protège également la pile des dommages lors de cycles répétés non testés.

Collecteurs d'étranglement et de destruction (API 16C)

Une fois le puits fermé, le collecteur d'étranglement devient l'instrument utilisé pour le ramener sous contrôle : il maintient la contre-pression sur l'espace annulaire tandis que l'afflux circule à un débit contrôlé. Un collecteur de destruction fournit le chemin parallèle pour pomper le fluide lourd dans le puits. Les deux doivent gérer des fluides abrasifs, coupés en gaz et parfois acides à pleine pression du puits, de sorte que les starters à surface dure et les chemins d'écoulement correctement orientés sont plus importants ici que dans presque n'importe quelle autre partie de la plate-forme.

Bien tuer une éruption : ce qui fonctionne après la perte de contrôle

Une fois qu'un puits souffle, l'objectif passe de la prévention au contrôle, et les méthodes disponibles se répartissent en trois groupes.

• Bullheading et mise à mort dynamique. Le fluide lourd est pompé plus rapidement que la formation ne peut alimenter le puits, repoussant l’afflux d’où il vient. Il convient aux puits peu profonds ou à faible débit et dépend de la capacité de pompage en surface.
• Plafonnement. Une pile de bouchage est posée sur la tête de puits pour arrêter le flux en surface, généralement à partir d'un navire. Cela fait gagner du temps mais ne tue pas le puits.
• Bien soulager. Un puits directionnel est foré pour croiser le puits de soufflage, puis de la boue épaisse est pompée à travers l'intersection pour le tuer. Il s’agit de l’option la plus lente et la plus fiable, ainsi que du choix standard pour les éruptions sous-marines.

Collecteur d'étranglement API 16C pour le contrôle de la pression des puits Collecteur de surface utilisé dans les méthodes de contrôle de puits pour réguler la pression via des vannes d'étranglement pendant les opérations de forage, d'extraction et de reconditionnement. Voir le produit →

Tous trois dépendent du même matériel de surface : des pompes, des conduites haute pression et un collecteur capable de maintenir et de réguler la pression sans érosion ni fuite.

Faire correspondre les évaluations des équipements aux conditions réelles des puits

La pression nominale est le premier filtre de tout achat de contrôle de puits, mais ce n'est jamais le seul. Deux assemblages portant la même plaque signalétique de 15 000 psi peuvent se comporter très différemment dans un puits acide, chaud et à haute pression.

• Classe de pression et pression d'essai. La pression de service définit la limite de service ; La pression d'essai est la pression à laquelle le matériel doit survivre sur la souche. Demandez les deux et le dossier.
• Classe de température. Les élastomères et les sièges sont qualifiés sur une plage définie, d'environ -46 °C à 121 °C pour les classes communes et plus pour les classes spéciales. Un obturateur conçu pour un puits tempéré n’est pas automatiquement acceptable pour un puits de gaz chaud.
• Classe de matériaux. La teneur en H2S et en CO2 détermine si l'acier au carbone standard est acceptable ou si les pièces en contact avec le fluide doivent répondre à une spécification de service acide.
• Niveau de spécification du produit. Les niveaux PSL définissent la quantité de tests et de documentation supplémentaires requis, et ils constituent la différence pratique entre une vanne destinée au service général et une vanne destinée aux fonctions critiques de contrôle de puits.

La tête de puits située sous la cheminée mérite le même examen minutieux que les obturateurs situés au-dessus. Il transporte les colonnes de tubage, subit la même pression de formation et constitue la dernière barrière avant que le fluide n'atteigne la surface.

Assemblage de têtes de puits et d'arbres de Noël pour la production pétrolière et gazière Tête de puits de surface et arbre de Noël pour contrôler, surveiller et distribuer le flux de pétrole et de gaz dans les puits de production. Voir le produit →

Foire aux questions

À quelle vitesse un coup de pied peut-il se transformer en éruption ?

Dans un puits de gaz, cela ne peut prendre que quelques minutes. Le gaz se dilate à mesure qu'il s'élève, de sorte qu'un afflux provenant de plusieurs milliers de mètres de profondeur peut décharger l'anneau très rapidement une fois qu'il s'approche de la surface. C'est pourquoi la procédure de fermeture est mesurée en secondes et pratiquée jusqu'à ce qu'elle devienne automatique.

Quelle est la différence entre une éruption et une éruption souterraine ?

Une éruption en surface atteint le plancher de la plate-forme et l'atmosphère ; une éruption souterraine reste sous le sol et s'écoule dans une formation moins profonde. Les éruptions souterraines peuvent être plus difficiles à diagnostiquer car il peut y avoir peu d'écoulement visible en surface, mais elles endommagent quand même le puits et le réservoir.

Une éruption peut-elle être stoppée sans puits de secours ?

Parfois. Le bullheading, le bouchage et l'intervention sur les puits de forage arrêtent tous les éruptions, en particulier sur terre ou en eaux peu profondes. Un puits de secours est utilisé lorsque d’autres méthodes échouent ou lorsqu’il est impossible d’approcher le puits en toute sécurité.

À quelle fréquence un obturateur anti-éruption doit-il être testé ?

Les tests de fonctionnement sont normalement effectués chaque semaine ou par voyage, avec des tests de pression complets au début d'un puits, après tout travail BOP et à des intervalles fixés par la politique de contrôle du puits de l'opérateur.

Le forage de puits d’éruption récompense davantage la préparation que la réaction. Une colonne de boue équilibrée, une barrière testée et une équipe qui traite un gain de fosse comme un signal d'arrêt des travaux empêchent plus d'éruptions que n'importe quelle pièce d'équipement, et coûtent beaucoup moins cher que l'alternative.