L’équipement de contrôle de puits désigne un ensemble complet d’équipements, d’instruments et d’outils spéciaux installés pour mettre en œuvre la technologie de contrôle de pression pour les puits de pétrole, de gaz et d’eau. C’est l’équipement clé pour prévenir, surveiller, contrôler et gérer les accidents de rupture. Avec l’équipement de contrôle de puits, une exploitation contrôlée peut être réalisée : les dommages aux formations pétrolières et gazières peuvent être réduits, le tubage peut être protégé, le blowout et le blowout incontrôlé peuvent être évités, et un fonctionnement sûr peut être assuré.
Du point de vue des procédés, les équipements de contrôle de puits résolvent principalement trois problèmes fondamentaux. La première est l’étanchéité : lorsque le puits est fermé à cause d’un coup de pied ou d’un souffle lors des opérations en fond de puits, le tuyau et l’annulus du tubage doivent être scellés sans fuite extérieure. La seconde est la maintien de pression : lors du passage et du tirage de la tuyauterie, lorsque la force ascendante exercée par la pression du puits sur la tubulure dépasse le poids propre de la tuyau, le mouvement vers la hausse de la tubulure doit être contrôlé. Le troisième est l’étranglement et le tuage : lors des opérations en fond de puits, des opérations d’élimination réussies doivent être possibles dans différentes conditions de fonctionnement.
L’équipement de contrôle de puits est principalement composé de trois parties : équipement de détection, équipement de contrôle et équipement de manutention. Les équipements de détection comprennent des équipements de mesure de gaz, des instruments de mesure de niveau liquide, des densimètres et des viscosistes. Les équipements de contrôle comprennent des préventeurs d’éclatement, des outils internes de prévention des éclatements et des sapins de Noël à l’huile ou au gaz. Les équipements de manutention comprennent le Manifold d’étranglement, le Manifold de neutralisation, le dégradeur, le détournement et le retour de flux, le matériel de pressurisation de surface et d’autres équipements auxiliaires.
1. Fonction et signification du modèle des équipements de tête de puits
1. Concept d’équipement de tête de puits
L’équipement de tête de puits est l’équipement principal installé au sommet d’un puits de pétrole ou de gaz pour contrôler et réguler la production de pétrole et de gaz.
2. Fonction de l’équipement de la tête de puits
(1) Relier chaque bride de tubage dans le puits et sceller l’espace annulaire entre les brides de tubage.
(2) Scellez l’annulus tubulaire-tubage et suspendez la chaîne de tuyaux dans le puits.
(3) Contrôler et réguler la production provenant des puits de pétrole et de gaz, afin que le fluide du puits entre dans le séparateur et la conduite d’écoulement par le pipeline de sortie de pétrole spécifié.
(4) Réguler et contrôler le débit et la direction du fluide de tueur lors de la destruction du puits.
(5) Effectuer le nettoyage de la paraffine et l’enregistrement des données lors de la production normale des puits de pétrole.
3. Désignation du modèle des équipements de la tête de puits
La méthode de désignation du modèle pour les équipements de tête de puits est la suivante :
1. Nombre de révisions ou de dessins modifiés, exprimés en chiffres arabes.
2. Code d’usine, exprimé en lettres pinyin chinoises.
3. Alésage nominal, mm.
4. Pression de travail maximale, MPa.
5. Code produit, exprimé en pinyin chinois.
KY - équipement de tête de puits de production de pétrole ; KQ - équipement de tête de puits de production de gaz ; KZ - équipement de tête de puits d’injection d’eau ; KR - équipement de tête de puits à récupération thermique ; KS - équipement de tête de puits d’essai ; KL - équipement de fracturation et acidification de la tête de puits.
Exemple : KYS35/65DQ. KYS indique sapin de Noël, 35 indique la pression maximale de travail de 35 MPa, 65 indique le forage nominal est de 65 mm, et DQ indique que l’unité de conception est le champ pétrolifère de Daqing.
2. Composition de l’équipement de la tête de puits
L’équipement de la tête de puits se compose de trois parties : sapin de Noël au pétrole ou au gaz, tête de tubage et tête de tubage. Ses formes de connexion incluent la connexion filetée, la connexion à bride et la connexion à pince. La figure 1 montre un ensemble d’équipement de tête de puits connecté à pince avec une tête de tubage à deux étages.
Figure 1. Équipement de tête de puits
1. Sapin de Noël ; 2. tête de tuyau ; 3 et 4. Des têtes de boîtier.
1. Tête de tubulure
La tête de tubulure est installée entre le sapin de Noël et la tête de tubage. Il comprend généralement deux parties : le support de tubulure et la croix de tubage, également appelée corps de tête de tube. Le plan supérieur de la bride sert de plan de référence pour calculer les données d’élévation et de profondeur de la tête de tuyau.
(1) Fonction. La fonction principale de la tête de tubage est de supporter le poids du tube dans le puits, de travailler avec le support de tubulure pour sceller l’espace annulaire entre le tube et le tubage, de fournir la transition de la tête inférieure du tubage au sapin de Noël supérieur, et de réaliser des opérations telles que l’injection de liquide d’équilibrage et le lavage du puits par les deux sorties latérales sur la croix de la tête de tube. Le support de tubulure sert à suspendre le tube dans le puits.
(2) Structure. Les structures courantes de tête de tubulure incluent la tête de tube à bride suspendue, la tête de tube à une seule bride à crochet conique, et la tête de tube à double bride à pendre conique, comme le montrent les Figures 2, 3 et 4.
Figure 2. Tête de tuyau à bride-suspendue
1. Croix de casing ; 2. bague d’étanchéité ; 3. bride de serrage ; 4. Porte-tubes ; 5. anneau supérieur ; 6. Anneau en acier.
Figure 3. Tête de tube à crochet conique, simple bride
1. Bride de carter de production ; 2. vis de fixation anti-levage ; 3. support à tubes ; 4. bague de scellement ; 5. bride en T de tubage ; 6. Tuyour de chiot.
Figure 4. Tête de tube à double bride à crochet conique,
1. Cintre de tuyau ; 2. vis de serrage ; 3. bague d’étanchéité ; 4. croix de revêtement.
La tête de tube à une seule bride à suspense conique combine la tête de tube avec la tête de tubage pour une seule bande de tubage. Sa caractéristique structurelle est que le tube est relié par filetage au support de tubulure via un pup de tube, puis inséré à l’intérieur de la bride du tubage, comprimant la bague d’étanchéité et scellant l’espace annulaire tube-tubage. Il est serré et pressurisé avec quatre boulons.
La tête de tube à double bride à suspension conique place le support de tubulure et la bride de fixation entre la bride supérieure de la croix de tubage et l’ouverture inférieure de la tête de tube d’origine. Les extrémités supérieure et inférieure sont scellées avec des bagues et des boulons en acier. La vis de pression empêche que le tube ne soit poussé vers l’extérieur lorsque la pression du puits est trop élevée.
2. Tête de caisson
La tête de tubage est un composant qui relie le tubage à divers équipements de tête de puits. Il est installé à l’extrémité la plus basse de l’ensemble de l’ensemble de l’équipement de la tête de puits, et se compose généralement de composants de carrosserie, de support de tubage et d’étanchéité.
(1) Fonction. Les principales fonctions de la tête de tubage sont de supporter le poids du tubage intermédiaire et du tubage de production, de sceller l’espace annulaire entre les tuyaux de tubage, de fournir une connexion de transition pour installer des préventeurs de rupture, des têtes de tube, des sapins de Noël et d’autres équipements de tête de puits supérieure, ainsi que de permettre le ciment à compression, l’injection de liquide d’équilibrage et d’autres opérations via les deux sorties latérales du corps de la tête de tubage.
(2) Structure. Selon le nombre de chaînes de tubage suspendues, les têtes de tubage sont divisées en tête de tubage à une seule étape, tête de tubage à double étage et tête de tubage à trois étages. Leurs structures spécifiques sont représentées dans les Figures 5, 6 et 7.
Figure 5. Tête de tubage à un étage
1. Corps à tête de tube ; 2. corps ; 3. Hangar de douille, type coulissant ; 4. enveloppe suspendue ; 5. Boîtier de connexion.
Figure 6. Tête de tubage à double étage
1. Haut du corps ; 2. le bas du corps ; 3. corps à tête de tuyau ; 4. hangar de carter supérieur, type coulissant ; 5. enveloppe suspendue supérieure ; 6. Cintre de douille inférieure, type coulissant ; 7. enveloppe inférieure suspendue ; 8. Boîtier de connexion.
Figure 7. Tête de tubage à trois étages
1. Corps à tête de tube ; 2. le haut du corps ; 3. corps moyen ; 4. le bas du corps ; 5. hangar de caisson supérieur ; 6. enveloppe suspendue supérieure ; 7. hangar central ; 8. enveloppe suspendue au milieu ; 9. hangar de douille inférieure ; 10. enveloppe suspendue inférieure ; 11. Boîtier de connexion.
3. Sapin de Noël
Dans les équipements de tête de puits, la partie au-dessus de la tête de tuyau est appelée le sapin de Noël.
(1) Classification des sapins de Noël. Selon différents types de connexions, les sapins de Noël peuvent être divisés en sapins de Noël à bride, sapins à filetage et sapins à serrage. Les sapins de Noël filés sont désormais rarement vus. Les types spécifiques sont montrés dans les Figures 8 et 9.
Figure 8. Sapin de Noël relié à une bride
1 et 5. Vanne d'étranglement ; 2. croix ; 3. manomètre ; 4. vanne d’arrêt ; 6. Vanne de porte maître.
Figure 9. Sapin de Noël à clamp
1. Vanne d’arrêt ; 2. manomètre ; 3. croix ; 4. vanne à vanne de nettoyage paraffine ; 5. Vanne d'étranglement ; 6. Vanne de porte maître.
(2) Structure du sapin de Noël. Un sapin de Noël est principalement composé de vannes à porte principale, vanne de production, vanne à vanne de nettoyage à paraffine et autres vannes, T, croix, brides, pups et composants associés.
1. Vanne à porte principale. La vanne de la trappe principale est installée au-dessus de la tête de tuyau et constitue le passage principal contrôlant l’écoulement d’huile et de gaz vers le sapin de Noël. Pendant la production normale, la vanne à porte principale reste généralement ouverte et n’est fermée que lorsqu’un blocage prolongé ou une autre condition spéciale est nécessaire. Comme la section sous la vanne à porte principale et à l’intérieur de la vanne de tubage est non contrôlée, la réparation ou le remplacement ne peuvent être effectués qu’après l’arrêt du puits. Par conséquent, dans la gestion quotidienne, la vanne à porte principale et la vanne à vanne de carter ne doivent généralement pas être utilisées de manière décontractée.
2. Vanne à vanne de production. La vanne de production est installée sur le côté de la croix ou du Tee du tube. Sa fonction est de contrôler l’écoulement de pétrole et de gaz vers le pipeline de sortie. Pendant la production normale, la vanne de production reste ouverte et est fermée lors du remplacement ou de l’inspection de la goulotte ou lorsque le puits de pétrole est arrêté.
3. Vanne à vanne de nettoyage paraffine, ou vanne à trappe d’essai de puits. Les vannes de nettoyage à paraffine sont installées sous forme de deux vannes symétriques au sommet du sapin de Noël. Un lubrifiant pour le nettoyage à la paraffine ou les tests de puits peut être connecté au-dessus d’eux. Ils sont ouverts lors du nettoyage à la paraffine et lors de l’utilisation d’autres instruments de test, puis fermés après nettoyage et test à la paraffine.
4. Croix de tube, ou tee. Également appelée petite croix, elle se connecte vers le haut et vers le bas à la vanne à guance principale et à la vanne de nettoyage paraffine ou de test de puits, et ses deux côtés, ou un côté, sont reliés à la vanne de production. Il est à la fois un composant de connexion et un passage pour l’écoulement de pétrole et de gaz ainsi que pour les instruments en fond de puits.
5. Vanne d'étranglement. Le Vanne d'étranglement est aussi appelé Choke Bean. Sa fonction est de contrôler directement la différence raisonnable de pression de production du réservoir pendant la production et de réguler la production des puits de pétrole. C’est le principal dispositif pour ajuster et contrôler un fonctionnement raisonnable des puits à débit et des puits à pompes électriques. Le Goulet est généralement installé dans le support à Haricot d’un côté du sapin de Noël, et peut aussi être installé en fond de trou ou avant le séparateur de mesure de la station. Le diamètre du trou d’écoulement d’huile de la Goulet est généralement d’environ 1,5 à 30 mm, et le diamètre approprié peut être choisi selon différents schémas de fonctionnement. La structure du Goulet d’étranglement est illustrée à la Figure 10.
Figure 10. Schéma de structure du Goulet d’étranglement
(a) Mouton à filetage ; (b) Mouton à l’instant.
6. Vanne à vanne d’échantillonnage. La vanne à trappe d’échantillonnage est installée sur la conduite de sortie d’huile derrière le goulot et sert à l’échantillonnage ou à la ventilation lors de l’inspection ou du remplacement du goulot d’étranglement.
7. Vanne à vanne de contre-pression, ou vanne à vanne de retour d’huile. La vanne de contre-pression est installée sur la conduite de sortie d’huile derrière le Goulet d’étranglement. Sa fonction est d’empêcher le fluide dans la conduite de collecte de s’écouler vers l’arrière lors de l’inspection ou du remplacement du goulot de l’étranglement, de la réparation de la vanne de production ou de la réalisation des opérations en fond de puits. Certains puits de pétrole installent également un Clapet anti-retour haute pression à cet endroit au lieu de la vanne à porte de contre-pression.
8. Manomètre. Le manomètre sert à observer et enregistrer la pression d’huile et la pression de la cartière.
3. Pression maximale de travail des équipements de tête de puits
La pression maximale de travail des composants de l’équipement de la tête de puits doit être déterminée par la pression maximale de la connexion d’extrémité ou de sortie. Lorsque les pressions maximales de travail des connexions d’extrémité et de sortie sont différentes, une valeur de pression plus faible doit être utilisée.
La pression de travail maximale et le type de connexion de l’équipement de tête de puits sont indiqués dans le tableau 1.
Tableau 1. Pression maximale de travail et type de connexion de l’équipement de tête de puits
| Type de connexion | Pression de travail maximale | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 14 | 21 | 35 | 70 | 105 | 140 | |
| Bride | △ | △ | △ | △ | △ | △ |
| Pince | △ | △ | △ | |||
Note : « △ » indique la pression de travail maximale qui devrait être disponible pour les équipements de tête de puits avec différents types de connexions.
4. Plusieurs types courants d’équipements de tête de puits
Les figures 11 et 12 montrent plusieurs types courants d’équipements de tête de puits. La figure 13 est un schéma d’une structure excentrique de tête de puits pour les essais d’annulus des puits de pompage.
Figure 11. Équipement de tête de puits KYS15/62DQ
1. Bougie aveugle ; 2. vanne à vanne de nettoyage paraffine ; 3. bride ; 4. T de tuyauterie ; 5. cœur maître-vanne de porte ; 6. pince ; 7. tête de tuyau ; 8. vis de serrage ; 9. tuyage de type pup ; 10. pup de boîtier ; 11. manomètre ; 12. cœur de vanne à commande de carter ; 13. cœur de vanne à trappe de tuyau ; 14. Raccord union à marteau.
Figure 12. Équipement de tête de puits de pompage KY250/65
1. Manomètre de tuyau ; 2. manomètre de tubage ; 3. pince ; 4. vanne de contrôle du manomètre ; 5. traversée de tubes ; 6. vanne à vanne de production ; 7. Porte-Fèves d’étranglement ; 8. vanne à vanne maître ; 9. vanne à trappe de carter ; 10. tête de tuyau ; 11. bride supérieure de la tête de tuyau ; 12. bride de tubage ; 13. dispositif d’étanchéité à tiges polies ; 14. bride de serrage à vis ; 15. joint.
Figure 13. Schéma de structure de la tête de puits excentrique à rotation unique
1. Bride de tubage ; 2. Limiter la coque de protection ; 3. bride supérieure ; 4. support de tube excentrique ; 5. Union conjointe ; 6. T de sortie de pétrole ; 7. Connecteur pivotant ; 8. port d’essai ; 9. roulement à billes ; 10. Anneau en acier.
