Prévention des éruptions BOP : Comment un obturateur d'éruption scelle un puits pendant le forage

Un coup de pied devient une explosion en quelques minutes. Le fluide de formation pénètre dans le puits de forage parce que la pression de la formation a légèrement dépassé la pression hydrostatique de la colonne de boue, et à partir de ce moment, l'équipe travaille contre une montre. L'équipement situé dans cet espace est le obturateur d'éruption, et l'expression « éruption du BOP » décrit en réalité une seule question : la cheminée se fermera-t-elle et se scellera-t-elle avant que le puits ne gagne ?

Réponse courte : un obturateur d'éruption arrête une éruption en fermant et en scellant le puits de forage sur commande - autour de la tige de forage avec des vérins à tige, à travers un trou ouvert avec des vérins borgnes, autour de presque n'importe quelle forme avec un élément annulaire ou en cisaillant complètement le tuyau avec des vérins de cisaillement. Les lignes d'étranglement et de destruction maintiennent un chemin d'écoulement contrôlé ouvert vers la surface afin que l'équipage puisse faire circuler la boue de poids mortel. Le BOP contient le puits ; le poids de la boue le tue.

Les échecs importants viennent rarement du concept. Ils proviennent d'un mauvais élément de fermeture du tuyau dans le trou, d'élastomères qui n'ont jamais été évalués pour la température du puits ou la teneur en H2S, et d'essais de pression qui n'ont jamais reproduit les conditions réelles de fermeture. Les sections ci-dessous traitent de la sélection du type, de la disposition de la pile, de la spécification API 16A et des pièges d'approvisionnement qui apparaissent après la signature du bon de commande.

Qu'est-ce qu'un dispositif anti-éruption et ce qu'il ne peut pas faire

Un obturateur d'éruption est un ensemble de vannes haute pression bridé sur la tête de puits, conçu pour fermer et sceller le puits de forage sur commande hydraulique ou mécanique ; API 16A est la spécification régissant les équipements BOP de forage et d’entretien de puits.

Mécaniquement, chaque BOP effectue quatre tâches :

• Scelle l'alésage autour ou à travers tout ce qui se trouve dans le trou : tige de forage, tubage, kelly, câble ou rien du tout.
• Maintient un chemin de circulation ouvert à travers les bobines de sortie et les lignes d'étranglement et de destruction, afin que le puits puisse circuler pendant qu'il est fermé.
• Coupe le tuyau lorsqu'aucun élément d'étanchéité ne peut s'y engager, à l'aide de vérins de cisaillement.
• Maintient la pression assez longtemps pour que l'équipage puisse peser la boue, la pomper dans la colonne et tuer le puits.

Ce qu’il ne peut pas faire, c’est supprimer la cause du coup de pied. Un BOP qui se ferme parfaitement laisse toujours le puits sous pression, et le réservoir est contrôlé par le poids de la boue et le programme de circulation qui suit. Traiter la pile comme un outil de destruction plutôt que comme un outil de confinement reste l’une des idées fausses les plus persistantes en matière de contrôle des puits.

L’emplacement de la pile façonne également la conception. Une pile de surface se trouve au-dessus de la table rotative, où les vérins peuvent être changés et inspectés sur le sol de la plate-forme. Une pile sous-marine repose sur le fond marin à l'intérieur d'un cadre, ajoute une déconnexion de colonne montante marine et des modules de commande redondants, et fait de chaque changement d'élastomère une opération basée sur le navire. La logique de fermeture est la même ; les aspects économiques de la maintenance ne le sont pas.

Annulaire ou Ram : Choix de l'élément de fermeture

Choisissez l'élément de fermeture en fonction du tuyau dans le trou et de la pression qu'il doit maintenir, et non en fonction de ce qui se trouve sur l'étagère.

Les obturateurs annulaires se ferment autour de tout – tuyau, boîtier, kelly ou trou ouvert – parce qu'un piston hydraulique presse un élément élastomère vers l'intérieur et que l'élément s'adapte à tout ce qu'il rencontre. Cette flexibilité coûte cher en pression de travail et réduit la fenêtre de température. Les obturateurs à bélier échangent la flexibilité contre une pression de service plus élevée et une géométrie d'étanchéité fixe, c'est pourquoi la plupart des piles comportent les deux.

Obturateur d'éruption annulaire API 16A pour le contrôle des puits Annulaire BOP for API 16A well-control stacks; its flexible element closes around pipe, casing, kelly or open hole. Voir le produit →

Une pile de surface de travail indique généralement, de la tête de puits vers le haut : une bobine de forage avec des sorties d'étranglement et de destruction, une ou deux cavités à vérin (tuyau plus aveugle ou cisaille), puis l'annulaire sur le dessus. L'annulaire vient en dernier car c'est l'élément le plus tolérant et celui que l'on souhaite disposer lorsque le tuyau bouge ou que la colonne n'est pas centrée.

API 16A Double Ram Blowout Preventer pour le contrôle des puits BOP à double vérin pour l'étanchéité des têtes de puits, avec deux vérins se fermant autour du tuyau ou du tubage pour former une barrière en cas de pression anormale. Voir le produit →

Deux erreurs de dimensionnement sont récurrentes. La première consiste à sélectionner un alésage à vérin pour la tige de forage uniquement, en oubliant que le tubage, un Kelly ou un outil filaire peuvent se trouver dans le trou lorsque le puits doit être fermé. La seconde consiste à empiler des cavités de 10 000 psi sous un annulaire de 5 000 psi et en supposant que l'ensemble est évalué au nombre inférieur partout - la tête de puits, le tiroir et le collecteur ont chacun leur propre indice, et le composant le plus faible fixe la limite pour l'ensemble de l'enveloppe de pression.

Systèmes de contrôle : transformer une décision en un bélier fermé

Chaque élément de fermeture dépend de l'énergie hydraulique stockée, le système de commande est donc aussi important que le fer.

Les flacons accumulateurs, les modules de commande, les lignes pilotes et le panneau de commande convertissent une décision en un bélier fermé en quelques secondes. La commande BOP moderne à vérin unique a évolué vers des interfaces opérateur intuitives avec retour de position du vérin, affichage de la pression du collecteur et logique de fermeture séquentielle, ce qui réduit la distance entre la reconnaissance d'un coup de pied et la fermeture du puits. Les détails pratiques sont couverts dans cette note sur fonctionnement à distance du BOP à un seul bélier . Quelle que soit l'interface, vérifiez l'heure de fermeture et la capacité de l'accumulateur par rapport aux exigences du système de contrôle de votre pile, et confirmez que la sécurité signifie fermer et non maintenir.

L’état du fluide hydraulique est la variable silencieuse. Un fluide contaminé ralentit la course du piston, et une course lente se lit comme une défaillance de contrôle lors d'un test de fonctionnement plutôt que lors d'un coup de pied, qui est le seul bon moment pour le trouver.

Tests : là où la prévention des éruptions échoue généralement en premier

La plupart des défauts BOP sont détectés lors des tests, et non lors d'un coup de pied, c'est précisément pourquoi le programme de test dépasse la fiche technique.

Deux tests répondent à deux questions différentes. Les tests de fonctionnement prouvent que le vérin se déplace et que le système de contrôle répond ; les tests de pression prouvent que le joint tient à la pression de service. La pratique courante, conformément à la norme API 53 et à la politique de l'opérateur, consiste à tester la pression de la pile lorsqu'elle est installée, après tout changement de vérin ou de joint, après un test de cisaillement et sur un cycle qui n'excède généralement pas 21 jours, avec des tests de fonctionnement effectués à chaque voyage ou au moins une fois par semaine.

L'outil qui rend les tests de pression pratiques sur le sol d'une plate-forme est la souche d'essai. Il s'insère dans la tige de forage, scelle l'intérieur du forage sous la cavité testée et permet d'appliquer une pression par le dessous, de sorte que chaque cavité du vérin, les connexions annulaires et de sortie peuvent être vérifiées indépendamment sans tirer sur le train de tiges.

Souche de test API 16A BOP pour les tests de pression Moignon d'essai qui scelle l'intérieur de l'alésage sous une cavité de vérin, permettant des tests de pression indépendants des cavités BOP, des connexions annulaires et de sortie. Voir le produit →

Enregistrez ce qui a été testé, à quelle pression, pendant combien de temps et avec quel fluide. Une mire de test qui montre la même pression exercée sur chaque cavité, quelle que soit sa valeur nominale, a tendance à s'effondrer lors d'un audit, et elle ne dit rien à l'équipage suivant sur l'endroit où se trouve réellement le joint.

Liste de contrôle des spécifications : ce qu'il faut confirmer sur un BOP API 16A

Deux obturateurs avec le même alésage et la même pression nominale peuvent être des pièces d'équipement très différentes, alors confirmez ces paramètres avant de comparer les devis.

Risques liés aux achats Les acheteurs apprennent à leurs dépens

La plupart des mauvaises surprises lors d'une commande BOP sont d'ordre commercial et dimensionnel plutôt que métallurgique. Voici ceux qui valent la peine d’être écrits dans la spécification :

1. Empilement des notes. Un annulaire haute pression sur un tiroir basse pression, ou vice versa, produit un ensemble qui ne peut être utilisé qu'au nombre le plus bas.
2. Remplacement d'élastomère. Les joints à base de nitrile, de nitrile hydrogéné, de fluoroélastomère et de polytétrafluoroéthylène se comportent différemment à basse température et dans les gaz acides ; le composé le moins cher qui réussit le test peut toujours échouer en service.
3. Lacunes dans la documentation. Les certificats de matériaux, les numéros de chaleur, les tableaux de tests de pression et la traçabilité font la différence entre une pile qui peut être recertifiée et une autre qui ne le peut pas.
4. Vérins et joints de rechange. La disponibilité de l'alésage du vérin et du kit de joints exacts après la mise en service est une question de maintenance et non d'achat.
5. Délai de mise en œuvre. Les corps forgés, l'usinage et les monogrammes dominent la livraison ; une commande urgente signifie généralement un organisme existant et non un processus plus rapide.

Le sourcing se résume donc à la discipline de la documentation et à la capacité d’usinage. Équipement de forage de tête de puits de Jiangsu fabrique des BOP annulaires, à simple et double vérin API 16A, des collecteurs d'arrêt et d'arrêt 16C, des souches d'essai et des raccords haute pression dans son usine de Yancheng à Jiangsu, en Chine - un site de 70 000 m² avec usinage CNC, soudage et peinture automatisés, détenant les licences de monogramme API Q1, API 6A, API 16A et API 16C ainsi que les approbations de classification ABS, BV et CCS et ISO Certifications 9001, 14001 et 45001. La société est répertoriée comme fournisseur de CNPC, SINOPEC et CNOOC, ce qui signifie que son parcours administratif est déjà structuré autour des exigences en matière de matériaux et de tests des compagnies pétrolières d'État. Sur une plate-forme en attente d'une pile certifiée, ce sentier compte plus qu'une brochure.

Foire aux questions

Un BOP peut-il arrêter une éruption à lui seul ?

Non. Il scelle le puits de forage et maintient la pression, mais le puits n'est détruit que lorsque le poids de la boue dépasse la pression de formation et que la circulation élimine l'afflux. Le BOP gagne du temps pour y parvenir.

L'annulaire ou les vérins doivent-ils se fermer en premier ?

Il n’y a pas de réponse universelle. De nombreux opérateurs utilisent l'anneau pour le verrouillage initial ou le dénudage lorsque le tuyau est en mouvement, et s'appuient sur des vérins pour une étanchéité solide à pleine pression de service. La séquence appartient à la procédure de contrôle du puits et doit être fixée avant les tubulures du puits.

À quelle fréquence un BOP doit-il être testé sous pression ?

La pratique courante est après l'installation, après tout changement de vérin ou de joint, après un test de cisaillement et sur un cycle qui ne dépasse généralement pas 21 jours, avec des tests de fonctionnement à chaque voyage ou au moins une fois par semaine. La réglementation locale et la politique de l'opérateur remplacent tout chiffre général.

Quelle pression de service dois-je préciser ?

Commencez par la pression de fermeture de surface maximale prévue, ajoutez une marge, puis assurez-vous que la tête de puits, le tiroir, le BOP et le collecteur ont tous des valeurs nominales qui correspondent. Les notes mitigées réduisent tranquillement l’ensemble à sa partie la plus faible.

Quelles sont les causes de la plupart des défaillances des joints BOP en service ?

Sélection des élastomères et dommages mécaniques. Les joints qui voient des températures ou des concentrations de H2S en dehors de leur classe vieillissent rapidement, et un vérin fermé sur le mauvais diamètre extérieur de tuyau peut déchirer un élément d'étanchéité au premier actionnement.

La prévention des éruptions se résume à trois choses qui peuvent toutes être vérifiées avant le déplacement de l'installation : le bon élément de fermeture pour le tuyau et la pression, un système de contrôle qui se ferme de manière fiable depuis le panneau et un programme de test qui reproduit les conditions de fermeture réelles. Tout le reste – le monogramme, le délai de livraison, le jeu de béliers de rechange – prend en charge ces trois éléments. Obtenez la configuration de la pile et la liste de contrôle des spécifications correctes, et le BOP fait le seul travail pour lequel il existe : il maintient le puits assez longtemps pour que le poids de la boue gagne.