L'éruption d'un puits expliquée : causes, signes d'avertissement et équipement de prévention

Un puits explosé est un puits qui a perdu le contrôle de la pression : les fluides de formation pénètrent dans le puits de forage et s'écoulent vers la surface, ou vers une formation moins profonde, plus rapidement que la plate-forme ne peut les contenir. C'est la réponse courte. La réponse la plus longue est que presque aucun puits n’explose sans avertissement préalable. Cela commence par un coup de pied, et la distance entre un coup de pied et une éruption est mesurée en minutes et dans la mesure dans laquelle l'équipement de contrôle du puits sur le sol de la plate-forme a été entretenu.

Cet article explique ce qu'est réellement une éruption, ses causes, les signes avant-coureurs qui apparaissent en premier et le matériel, du obturateur annulaire aux lignes d'étranglement et de destruction, qui décide si un coup de pied reste un coup de pied.

Coup de pied, éruption de surface, éruption souterraine : ce que signifie chaque terme

Ces trois termes décrivent la même défaillance à différentes étapes et à différents endroits, et les mélanger conduit à de mauvaises décisions sur le plancher de forage.

• Coup de pied : un afflux de fluide de formation dans le puits de forage. Il est toujours contenu. La plupart des coups de pied circulent avec le système de boue en quelques heures et le puits ne devient jamais une éruption.
• Éruption superficielle : écoulement incontrôlé de pétrole, de gaz, d’eau ou de boue de forage à la surface. C’est l’événement que la plupart des gens imaginent, et c’est celui qui atteint les shakers, les plates-formes de forage et l’actualité.
• Éruption souterraine : le fluide s'écoule du puits de forage vers une autre formation à basse pression au lieu d'atteindre la surface. Rien n’apparaît au sol de la plate-forme, ce qui en fait la variante la plus difficile à détecter et souvent la plus coûteuse à corriger.

Le point pratique : un coup de pied est un problème de pression, une éruption est un problème de pression qui a déjà échappé aux barrières. Tout ce qui est bien contrôlé est conçu pour empêcher le premier de devenir le second.

Qu'est-ce qui fait exploser un puits

En pratique, les éruptions ont quatre causes profondes : une colonne de boue déséquilibrée, un afflux manqué, un équipement de contrôle de pression défectueux ou un équipage qui n'a pas agi en fonction de ce que les instruments leur montraient déjà.

• Poids de la boue inférieur à la pression interstitielle. Si la pression interstitielle dans une zone perméable est supérieure à celle prévue, la charge hydrostatique de la colonne de boue n'est pas suffisante pour retenir la formation.
• Ne pas garder le trou plein pendant le trébuchement. Chaque morceau de tuyau retiré déplace la boue. Si le trou n’est pas rempli, la pression hydrostatique chute et le puits peut s’écouler sans aucune activité de forage.
• Effets d’écouvillonnage et de surtension. Tirer le tuyau trop rapidement crée une réduction temporaire de la pression sous le trépan, ce qui peut entraîner le fluide de formation dans le puits de forage.
• Circulation perdue. La perte de boue dans une zone faible ou fracturée abaisse le niveau de liquide dans l'anneau et supprime la barrière primaire.
• Gaz peu profonds et pauses de forage. Une augmentation soudaine du taux de pénétration signale souvent une zone poreuse et perméable, parfois avec du gaz qui pénètre dans le puits plus rapidement qu'il ne peut en sortir.
• Panne mécanique. Un obturateur qui ne se ferme pas, un joint à vérin usé, une bride qui fuit, un starter bouché ou un collecteur mal aligné retirent tous la barrière secondaire exactement quand elle est nécessaire.
• Facteurs humains. Les forages de fosse sautés, les relevés de gaz ignorés, les arrêts retardés et les pressions pour poursuivre le forage sont des thèmes récurrents dans les rapports d'incidents.

Il est rare qu’une éruption soit causée par un seul élément. Le schéma habituel est un petit afflux qui passe inaperçu car le poids de la boue était marginal, suivi d'une barrière qui ne ferme pas hermétiquement lorsqu'elle est définitivement fermée.

Signes avant-coureurs d’une éruption : les dix premières minutes

La détection des coups de pied est une lecture, pas une opinion. Quatre indicateurs couvrent la plupart des alertes précoces, et ils sont plus utiles lorsqu’ils sont observés ensemble plutôt qu’un à la fois.

Aucun de ces indicateurs n'est concluant en soi, et la réponse correcte lorsque deux ou plusieurs indicateurs apparaissent ensemble est la même : arrêter, fermer et mesurer les pressions de fermeture. Dix minutes passées à confirmer un coup de pied coûtent moins cher qu’une semaine passée à tuer une éruption.

Comment l’équipement de contrôle de pression arrête une éruption

Le contrôle des puits s'effectue sur trois niveaux, et chaque niveau n'existe que parce que celui situé au-dessus peut échouer.

• Contrôle primaire : la pression hydrostatique de la colonne de boue. C’est la barrière la moins chère et celle qui échoue en premier.
• Contrôle secondaire : la pile d'obturateurs anti-éruption, ainsi que les conduites d'étranglement et d'arrêt. C'est la barrière mécanique qui doit fonctionner à la demande.
• Contrôle tertiaire : puits de secours, destructions dynamiques et bouchons de barytine lorsque le puits ne peut pas être ramené sous contrôle depuis la surface.

L'équipement de la barrière secondaire est spécifié par les normes API : API 16A pour les équipements de forage tels que les obturateurs, API 16C pour les systèmes d'étranglement et de destruction et API 6A pour les équipements de tête de puits et d'arbre de Noël. Ces normes sont importantes pour les acheteurs pour une raison simple : elles définissent les pressions nominales, les matériaux et les procédures de test qui déterminent si une barrière tient à 15 000 psi ou fuit à 5 000.

L'obturateur annulaire

Un obturateur annulaire ferme un élément d'étanchéité en caoutchouc autour de tout ce qui se trouve dans le trou, qu'il s'agisse d'une tige de forage, d'un tubage, d'un joint d'outil ou de rien du tout. Cette flexibilité est la raison pour laquelle c'est généralement le premier obturateur qui se ferme sur un coup de pied. De meilleures conceptions annulaires permettent de dénuder le tuyau à travers l'élément fermé et de faire tourner la colonne, ce qui permet à l'équipe de faire circuler un coup de pied au lieu de simplement fermer le puits.

Obturateur d'éruption annulaire API 16A pour le contrôle des puits de forage Le BOP annulaire scelle autour de la tige de forage, du tubage ou du trou ouvert et est généralement d'abord fermé par un coup de pied. Voir le produit →

L'anti-bélier

Les obturateurs de bélier sont le joint dur. Les vérins à tuyaux se ferment autour d'une taille de tuyau spécifique, les vérins aveugles ferment un trou ouvert et les vérins de cisaillement coupent le tuyau et scellent le puits. Étant donné que l'élément d'étanchéité est un élastomère à support métallique adapté à un alésage fixe, les vérins maintiennent des pressions plus élevées que les annulaires et les maintiennent plus longtemps. Une pile typique combine un annulaire sur le dessus avec deux ou plusieurs obturateurs de vérin en dessous, c'est pourquoi le choix entre des corps à vérin simple et double est une question de dimensionnement plutôt qu'une préférence.

Double Ram BOP pour l'étanchéité des têtes de puits à haute pression Le obturateur d'éruption à double vérin utilise deux vérins pour sceller autour de la tige de forage ou du tubage lorsque la pression du puits augmente anormalement. Voir le produit →

Étouffez et tuez les collecteurs

Un obturateur qui ferme le puits ne fait que déplacer le problème. Le collecteur de starter contrôle où va le fluide et à quelle vitesse il est purgé, en utilisant des starters réglables pour un contrôle précis et des starters positifs pour une restriction fixe et prévisible. Le collecteur d'élimination fait le travail inverse : il pompe le fluide lesté vers le puits pour rétablir l'équilibre hydrostatique. Les deux voient un flux abrasif et à grande vitesse lors d'une opération de destruction, de sorte que la résistance à l'érosion dans les starters, les conduites et les vannes décide de la durée pendant laquelle le collecteur reste utilisable.

Collecteur d'étranglement API 16C pour le contrôle de la pression des puits Le collecteur de starter utilise des starters réglables et positifs pour contrôler où va le fluide du puits et à quelle vitesse il est purgé. Voir le produit →

Les tests font partie de la barrière

Un obturateur qui n’a jamais été testé sous pression est une promesse et non une barrière. Les cheminées sont généralement testées en fonction entre les puits et sous pression à intervalles réguliers ou après toute réparation, à l'aide d'un dispositif de test plutôt que du puits lui-même. Le Moignon de test BOP existe exactement dans ce but, et le traiter comme un équipement de chantier plutôt que comme un dispositif de sécurité est un raccourci courant et coûteux.

Éruptions souterraines : l’échec que vous ne pouvez pas voir

Une éruption souterraine est plus difficile à gérer car les preuves habituelles sont absentes : pas d'écoulement en surface, pas de gain de fosse, pas de signature de pression évidente sur la duse. Ce que vous obtenez à la place est un ensemble de signes indirects.

• Des rendements perdus qui ne se rétablissent pas, ou des pertes partielles qui persistent après le traitement
• Modifications inexpliquées de la pression de la pompe et de la pression de la colonne montante qui ne correspondent pas au poids de la boue
• Écoulement d'une zone lors de l'injection dans une autre, parfois observé dans les puits décalés ou lors de la surveillance de la pression
• Volumes anormaux dans l'anneau qui ne peuvent être expliqués par le déplacement ou par le déplacement

Tuer une éruption souterraine est une discipline différente de tuer en surface. Les options incluent le pompage d'un bouchon de barytine pour sceller l'intervalle d'écoulement, une destruction dynamique qui submerge l'afflux avec un pompage à haut débit et à haute densité ou, dans le pire des cas, un puits de secours. Chaque approche dépend de la connaissance de la destination réelle du fluide, c'est pourquoi les données de pression et les études de fond de trou sont plus importantes que la vitesse au cours des premières heures.

Prévention : une liste de contrôle pratique

L’essentiel de la prévention se résume à une discipline de routine plutôt qu’à une nouvelle technologie. Avant de forer ou de partir, les vérifications suivantes valent la peine d'être effectuées dans l'ordre.

1. Confirmez le poids de la boue par rapport aux dernières estimations de pression interstitielle et de gradient de fracture, et non par rapport au programme d'origine.
2. Vérifiez les volumes de remplissage des trous à chaque déplacement et comparez-les au déplacement théorique.
3. Limitez la vitesse de déplacement dans un trou ouvert pour maintenir les pressions de l'écouvillon dans la marge.
4. Testez le fonctionnement des obturateurs annulaires et à vérin avant de percer le boîtier, et testez la pression de la pile dans les délais.
5. Vérifiez l'alignement du starter et de la conduite d'arrêt, et confirmez que les vannes du collecteur sont dans la bonne position et étiquetées.
6. Confirmez que le foreur, l'équipe au sol et l'ingénieur en boue connaissent tous la procédure de fermeture et qui l'appelle.
7. Examinez les relevés de gaz et les tendances des fosses pendant le transfert de poste, et pas seulement au moment où ils augmentent.

Les éléments quatre et cinq sont ceux où les spécifications de l’équipement sont les plus importantes. Une pile construite selon la norme API 16A avec des enregistrements de tests documentés, adaptés à la pression nominale du puits, supprime toute une catégorie de défaillance de la liste avant le forage du premier joint.

FAQ

Combien de temps faut-il pour qu’un coup de pied se transforme en éruption ?

Cela dépend du débit d’afflux et de la géométrie du puits, mais la fenêtre pratique est courte : de quelques minutes à quelques heures. Dans les zones à haute perméabilité au gaz, la transition peut avoir lieu avant que l'équipage n'ait terminé une vérification au stand, c'est pourquoi les procédures de fermeture sont conçues pour être lancées sans attendre de confirmation.

Quelle est la différence entre un obturateur anti-éruption et une tête de puits ?

La tête de puits est l'interface structurelle permanente en surface qui supporte les colonnes de tubage et fournit les sorties à brides pour l'arbre de production. La pile d'obturateurs anti-éruption est le système temporaire de contrôle de la pression de forage boulonné au-dessus, retiré lorsque le puits passe du forage à l'achèvement. Les deux sont des équipements résistants à la pression, mais ils servent à différentes phases de la vie du puits.

Une éruption souterraine peut-elle être stoppée depuis la plate-forme ?

Parfois. Un bouchon de barytine ou une destruction dynamique du même puits peuvent fonctionner lorsque la formation réceptrice peut être scellée ou lorsque les débits de pompe peuvent surmonter l'afflux. Si le fluide migre entre les zones ou si l'équipement de surface ne peut pas fournir le débit et la densité requis, un puits de secours est l'option fiable.

Quelle pression nominale dois-je spécifier pour les équipements BOP ?

Préciser ci-dessus la pression superficielle maximale prévue avec une marge, et non la pression de fonctionnement prévue. Les valeurs nominales sont des étapes fixes, généralement une pression de service de 5 000, 10 000 et 15 000 psi dans les services terrestres communs et offshore, et la différence de coût entre les étapes est bien inférieure au coût d'une pile qui ne peut pas supporter un arrêt.

L'essentiel

Un puits explose parce que les barrières qui auraient dû tenir ne l'ont pas fait : la colonne de boue était trop légère, l'afflux a été manqué ou le bloc obturateur et le collecteur n'ont pas fonctionné lorsqu'ils ont finalement été utilisés. La détection fait gagner du temps et l’équipement permet d’utiliser ce temps. Pour quiconque spécifie ou entretient du matériel de contrôle de puits, les priorités sont peu glamour et cohérentes : une pression nominale correcte, une certification API vérifiée, des joints et des starters qui survivent à l'écoulement abrasif et un calendrier de tests réellement suivi.