Démarrage d'un puits à l'azote par coiled tubing (N2 kickoff), étape par étape

Techniciens : comment ça marcheComplétion et intervention sur puits Production10 min de lecture

L’essentiel en bref

Un puits « meurt » quand la pression hydrostatique de sa colonne dépasse la pression du réservoir. Exemple : 8,6 ppg à 8 000 ft donnent 3 577,6 psi contre une pression de réservoir de 3 200 psi seulement.
L'azote injecté par le CT allège la colonne ; le puits débite dès que la pression de fond passe sous la pression du réservoir.
L'assemblage de fond (BHA) est simple : connecteur, clapet anti-retour double (double flapper), barre facultative et buse à grand passage.
Procédure type : descente à 50 ft/min (15 m/min), ralentissement à 10 ft/min environ 100 ft au-dessus du niveau de liquide, injection à faible débit pendant la descente, puis au débit de conception à la profondeur prévue.
Injecter trop profond peut pousser l'azote dans la formation ; un débit trop faible rend le soulèvement inefficace. D'où la préparation par simulation.

Contenu éducatif uniquement : les procédures et valeurs opérationnelles varient d’une compagnie et d’un puits à l’autre. Suivez toujours les procédures approuvées de votre société, les consignes du superviseur et les permis de travail de votre site.

Quand un puits « meurt »-il ?

Après un workover, une acidification, ou lorsque l'eau s'accumule progressivement dans les puits à gaz, le tubing peut se remplir d'un fluide plus lourd que le fluide du réservoir. La pression de la colonne dépasse alors celle du réservoir, qui ne peut plus remonter le liquide : le puits est dit « mort ». C'est là qu'intervient le coiled tubing : un long tube d'acier continu enroulé sur un touret, descendu dans le tubing sans raccords à visser, qui amène l'azote à la profondeur voulue.

Exemple chiffré : pourquoi le puits ne débite-t-il pas ?

Puits dont le milieu des perforations est à 8 000 ft TVD, rempli de saumure à 8,6 ppg ; pression du réservoir 3 200 psi.

P = 0,052 × 8,6 × 8 000 = 3 577,6 psi

La colonne (3 577,6 psi) dépasse la pression du réservoir (3 200 psi) d'environ 378 psi : le puits ne peut pas débiter.

Supposons, pour simplifier, que l'on veuille 150 psi en tête et un drawdown de 300 psi. La colonne de liquide ne doit alors pas dépasser :

h = (3 200 − 300 − 150) ÷ (0,052 × 8,6) = 2 750 ÷ 0,4472 ≈ 6 149 ft

Il faut donc retirer environ 1 851 ft de liquide, soit environ 10,7 bbl dans un tubing 2-7/8 in de capacité 0,00579 bbl/ft. Cette simplification n'illustre que l'idée : elle néglige le poids du gaz, les frottements et l'afflux de la formation. Le dimensionnement réel se fait par simulation.

Le principe : comment l'azote soulève-t-il le liquide ?

L'azote est un gaz inerte et léger, relativement sûr avec les hydrocarbures car il ne brûle pas et n'entretient pas la combustion. Injecté par le CT et libéré à la buse à une profondeur donnée, il se mélange au liquide situé au-dessus et abaisse la densité du mélange ; les bulles se dilatent en montant et poussent le liquide devant elles. Cela se passe dans l'annulaire entre le CT et le tubing. Quand la pression de fond descend sous celle du réservoir, le fluide ou le gaz du réservoir commence à entrer et, si le réservoir le permet, l'écoulement se poursuit seul après la remontée du CT.

Figure : schéma d'un N2 kickoff. Le coiled tubing descend dans le tubing de production ; l'azote sort de la buse et allège la colonne ; les retours remontent par l'annulaire CT × tubing jusqu'à la duse, puis vers le bac ou le séparateur.

Ce qui se passe au fond, étape par étape

Imaginez le puits de l'intérieur pendant l'opération :

Descente dans la partie vide : le CT est plein d'azote et la pression à la buse est faible car le débit est faible. Le gaz s'échappe vers le haut sans soulever grand-chose.
Entrée dans le liquide : des bulles apparaissent dans la colonne au-dessus de la buse. Elles montent et se dilatent à mesure que la pression ambiante baisse, poussant une partie du liquide vers le haut.
À la profondeur de soulèvement : au débit de conception, la colonne au-dessus de la buse devient un mélange léger. Le liquide commence à arriver à la duse et la pression de fond baisse progressivement.
Quand le réservoir démarre : une fois la pression de fond inférieure à celle du réservoir, le fluide ou le gaz du réservoir entre. Les retours changent de nature et de température, et la pression en tête monte.
Pendant la remontée : un faible débit d'injection garde la colonne légère jusqu'à la sortie du CT. Si le réservoir le permet, le puits continue de débiter.

Préparation avant l'opération

Les procédures types insistent sur une préparation par simulation informatique dans la mesure du possible. Données nécessaires :

Température de fond en écoulement (FBHT) et pression de fond puits fermé (SIBHP).
Densité du fluide présent dans le puits et du fluide produit, et rapport gaz-huile (GOR) attendu.
Schéma de complétion, restrictions et leurs diamètres, trajectoire et inclinaison du puits.

Résultats de la simulation :

Profondeur d'injection optimale : trop profond, l'azote peut être poussé dans la formation sans que le puits démarre ; trop haut et à débit plus faible, de grands volumes d'azote soulèvent peu de liquide.
Débit d'injection optimal : l'étude SPE 143337, par exemple, montre qu'il existe un débit d'azote optimal. Un débit trop élevé augmente le frottement annulaire ; trop faible, le gaz glisse à travers le liquide (slippage).
Diamètre du CT : trop gros, il rétrécit l'annulaire, augmente le frottement et peut faire perdre les retours ; trop petit, il donne des débits faibles et un annulaire large où le glissement augmente.
Volume total d'azote, y compris les pertes de mise en froid de l'équipement.

Si le glissement est inacceptable, on peut ajouter un moussant (foamer), en sachant que la mousse peut compliquer la réception des retours en surface.

L'assemblage de fond (BHA)

Le principe est de minimiser les pertes de charge à travers l'assemblage. Composants habituels :

Connecteur en bout de CT.
Clapet anti-retour double (double flapper check valve) : deux clapets qui empêchent la pression et les fluides du puits de remonter dans le CT, barrière essentielle car le CT travaille dans un puits vivant.
Barre droite d'environ 6 ft si nécessaire.
Buse : un seul orifice, au plus grand diamètre intérieur possible.

Montage en surface

De haut en bas : la tête d'injection qui pousse et tire le CT ; le stripper qui assure l'étanchéité autour du CT en mouvement ; le BOP du CT avec ses mâchoires ; un riser ou lubricator ; puis l'arbre de Noël. Raccordés à l'ensemble :

Unité d'azote : vaporise l'azote liquide en gaz haute pression et le pompe.
Ligne de retour : du côté production de l'arbre vers la duse, puis vers le bac, le séparateur ou la torche selon le site.
Lignes : toutes les lignes de surface sont fixées et retenues avant le début.

Essais en pression

Tout l'équipement de surface (CT, BOP, lignes) est éprouvé au liquide (hydro-test) avant toute introduction de gaz.
Le CT est déplacé à l'azote, et un essai au gaz est réalisé si le client ou la procédure l'exige.

Étapes d'exécution

Préparer le CT et l'éprouver en pression selon les procédures approuvées.
Déplacer le CT à l'azote et faire l'essai au gaz si requis.
Ouvrir le puits et descendre (RIH) à 50 ft/min (15 m/min).
S'il existe un niveau de liquide statique, ralentir à 10 ft/min (3 m/min) environ 100 ft (30 m) au-dessus du niveau attendu, puis revenir à 50 ft/min une fois dans le liquide.
Injecter l'azote à faible débit pendant la descente pour alléger la colonne avant la profondeur de soulèvement. Si un moussant est utilisé, sa pompe doit fonctionner pour garder le bon dosage.
À la profondeur prévue, injecter au débit de conception. Surveiller la pression du CT, la pression en tête, le débit et les retours.
Quand le puits débite de façon satisfaisante, remonter (POOH) à 50 ft/min en continuant d'injecter à faible débit, par exemple 300 scf/min.
En surface, ne pas démonter avant d'avoir observé le puits et confirmé un écoulement stable.
Après démontage, inspecter le BHA, en particulier les clapets anti-retour, pour détecter l'usure.

Les chiffres ci-dessus (50 et 10 ft/min, 300 scf/min) proviennent d'une procédure type publiée. Vos valeurs sont fixées par le programme, la simulation et les procédures de la société de service.

Signes de réussite et d'échec pendant l'opération

Réussite : hausse progressive de la pression en tête et du débit de retour ; les retours passent d'un liquide lourd à un mélange gaz-liquide puis au fluide du réservoir ; l'écoulement se maintient après réduction de l'injection.
Injection dans la formation : la pression du CT monte sans retours proportionnés au volume de gaz. Arrêter et revoir profondeur et débit.
Glissement du gaz : beaucoup de gaz, peu de liquide. Débit ou profondeur inadaptés, ou besoin d'un moussant.

Dangers et sécurité

Gaz sous pression : l'énergie stockée dans un gaz comprimé est bien supérieure à celle d'un liquide à la même pression ; la rupture d'un raccord est violente. Ne restez pas à côté des lignes sous pression.
Azote liquide : extrêmement froid, il provoque des brûlures par le froid. EPI obligatoires.
Asphyxie : l'azote chasse l'oxygène et peut s'accumuler dans les points bas ou les espaces clos, comme la cave de tête de puits (cellar). Utilisez un détecteur d'oxygène.
CT dans un puits vivant : les barrières (clapets, stripper, BOP) doivent être intactes et éprouvées, et les limites de pression interne et externe du CT respectées selon le programme.
Retours : ils peuvent contenir du gaz d'hydrocarbures ou du H2S et doivent être dirigés en sécurité vers le traitement ou la torche.

Liste de contrôle avant l'ouverture du puits

Avant la descente, le superviseur et l'équipe passent ensemble en revue une courte liste. Elle ne remplace pas la procédure de la compagnie mais résume l'essentiel :

Programme : profondeur d'injection, débit de conception, azote disponible avec réserve, pressions maximales du CT et de la tête de puits.
Schéma de complétion : profondeurs des nipples et restrictions, plus petit diamètre intérieur, et confirmation que le BHA y passe en sécurité.
Barrières : résultats des essais du BOP, du stripper et des lignes, fonctionnement des clapets.
Circuit des retours : bonnes vannes ouvertes vers la duse et le bac ou séparateur ; aucune vanne fermée sur le trajet qui pourrait faire monter brusquement la pression.
Communication : qui donne les ordres de démarrage et d'arrêt du pompage, et comment l'opérateur CT communique avec l'unité d'azote et l'opérateur de la duse.
Urgence : emplacement des détecteurs de gaz et d'oxygène, points de rassemblement, plan de fermeture rapide.

Erreurs courantes sur site

Descente rapide dans le liquide : entrer vite dans un fluide lourd peut provoquer des à-coups de pression et des lectures de poids trompeuses. Ralentir avant le niveau de liquide.
Arrêt brutal de l'injection : le liquide retombe au-dessus de la buse, et il faut du temps et de l'azote supplémentaire pour rétablir le soulèvement.
Négliger les retours : sans suivi du volume sortant, impossible de savoir si le soulèvement fonctionne ou si le gaz part dans la formation.
Démonter trop tôt : certains puits débitent brièvement puis meurent à nouveau. La procédure type exige de confirmer un écoulement stable avant le démontage.
Ignorer l'état du CT : la fatigue s'accumule à chaque cycle d'enroulement et de déroulement, et les sociétés de service la suivent pour chaque touret. Voir la leçon Fatigue du coiled tubing.

Résumé pour le technicien

Le N2 kickoff applique directement l'hydrostatique : alléger la colonne jusqu'à ce que la pression de fond passe sous celle du réservoir. La réussite repose sur trois points : une bonne préparation (profondeur, débit, diamètre du CT), des barrières saines et une surveillance continue. Pour aller plus loin, voir la série de leçons sur le coiled tubing et la leçon sur le gas lift.

Testez vos connaissances

Testez vos connaissances

Pourquoi un puits cesse-t-il de débiter après un workover qui l'a rempli de saumure ?

Explication : Pression hydrostatique = 0,052 × densité × profondeur. Si elle dépasse la pression du réservoir, celui-ci ne peut pas pousser les fluides jusqu'en surface.

Quelle est la pression d'une colonne de saumure de 8,6 ppg à 8 000 ft TVD ?

Explication : 8,6 × 0,052 × 8 000 = 3 577,6 psi.

À quoi sert le clapet anti-retour double dans le BHA ?

Explication : C'est une barrière contre le refoulement dans le CT, essentielle car le CT travaille dans un puits vivant.

Que se passe-t-il souvent si le CT est trop gros pour le tubing ?

Explication : Un annulaire étroit agit comme une duse : il augmente les pertes de charge et contrarie la baisse de la pression de fond.

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