Équipements du BOP : types et modes de fermeture
Résumé de la leçon
Le BOP est le deuxième barrière. Nous passons en revue l'obturateur annulaire, les mâchoires à tiges, les mâchoires cisaillantes, les lignes de choke et de kill, ainsi que les calculs de pression admissible.
Cette leçon fait partie du parcours Contrôle des puits et dure 11:24 minutes. Regardez d'abord la vidéo, puis révisez les points clés et testez votre compréhension avec les questions ci-dessous.
Points clés
- 1L'obturateur annulaire se ferme sur différentes formes et diamètres
- 2Les mâchoires à tiges se ferment sur le corps du tube et non sur le tool joint
- 3Les mâchoires cisaillantes Blind/Shear coupent le train de tiges et ferment le puits
- 4La classe de pression du stack doit dépasser la MAASP
Cours écrit
L'obturateur annulaire (Annular Preventer)
Il est constitué d'un élément en caoutchouc renforcé par des inserts en acier (Packing Element), poussé vers le haut et vers l'intérieur par un piston hydraulique pour fermer autour du tube, de la kelly, du tool joint ou même des câbles. Sa flexibilité en fait le premier choix lors de la fermeture dans de nombreuses procédures, et il permet de manœuvrer les tubes lentement avec un puits sous pression (Stripping) si sa pression de fermeture est réglée avec soin. Cependant, l'élément en caoutchouc s'use et il est généralement recommandé de ne pas le fermer sur un trou vide sauf en cas de nécessité. La pression de fermeture est réglée conformément aux instructions du fabricant et à la taille du tube.
Types de mâchoires (Rams)
- Les mâchoires à tiges (Pipe Rams) : leur garniture est usinée pour un diamètre de tube spécifique, elles se ferment donc uniquement sur le corps du tube, et non sur le tool joint plus large.
- Les mâchoires à alésage variable (VBR) : elles se ferment sur une plage de diamètres, ce qui est utile lors de l'utilisation de plusieurs tailles de tubes dans le puits.
- Les mâchoires aveugles (Blind Rams) : une surface plane qui ferme le puits lorsqu'il ne contient rien.
- Les mâchoires cisaillantes (Shear Rams) et les mâchoires cisaillantes à fermeture totale (Blind/Shear Rams) : des lames qui coupent le corps du tube puis ferment le puits. Elles ne coupent généralement ni les masses-tiges (Drill Collars) ni les tool joints, c'est pourquoi le foreur doit connaître la position des raccords par rapport aux mâchoires (Rams), ce qu'on appelle le space-out.
Les mâchoires (Rams) sont conçues de manière à ce que la pression du puits provenant du bas aide à les maintenir fermées ; par conséquent, elles supportent la pression dans un seul sens et doivent être installées dans le bon sens. Elles sont équipées de verrous (Ram Locks) manuels ou automatiques qui les maintiennent fermées même en cas de perte de pression hydraulique.
Rapport de fermeture (Closing Ratio)
Le rapport de fermeture est le rapport entre la pression du puits que le ram peut surmonter et la pression hydraulique requise pour le fermer ; il découle de la surface du piston par rapport à la surface de l'arbre du ram exposé à la pression du puits.
Required closing pressure = Wellbore pressure ÷ Closing ratio
Exemple calculé : Ram avec un rapport de fermeture de 7:1, et une pression de puits attendue de 10 000 psi. La pression hydraulique requise est de 10 000 ÷ 7 ≈ 1 429 psi, ce qui est inférieur à la pression de service habituelle de 1 500 psi sur le manifold (Manifold). En revanche, si le rapport était de 6:1, nous aurions besoin de 10 000 ÷ 6 ≈ 1 667 psi, soit plus de 1 500 psi, ce qui implique d'augmenter la pression de service pour cet élément conformément aux instructions du fabricant.
Agencement du Stack et des sorties
Il n'y a pas d'agencement unique obligatoire ; il est choisi en fonction des risques du puits et de la politique de l'entreprise. Un exemple courant à terre, de haut en bas : l'obturateur annulaire, puis les pipe rams, puis les blind/shear rams, puis la bobine de forage (Drilling Spool) avec les deux sorties de choke et de kill, puis les pipe rams inférieures. L'important est de savoir exactement ce qui peut être fermé sous chaque sortie, et quel ram peut être utilisé en cas de fuite de l'autre. Sur la ligne de choke, il y a une vanne hydraulique (HCR) ouverte à distance, et des vannes manuelles en amont.
Classe de pression et MAASP
Chaque composant a une pression de service nominale (Rated Working Pressure) telle que 5 000, 10 000 ou 15 000 psi. La classe de pression de l'ensemble du stack doit être supérieure à la pression de surface maximale prévue (MASP). L'une des méthodes d'estimation de la MASP les plus conservatrices consiste à supposer que le puits est rempli de gaz jusqu'en surface.
MASP (gas to surface) = Pf − Gas gradient × TVD
Exemple calculé : Une formation dont la pression est de 8 000 psi à une profondeur verticale de 12 000 ft, et le gradient de gaz est d'environ 0.1 psi/ft. La pression de surface maximale ≈ 8 000 − 0.1 × 12 000 = 8 000 − 1 200 = 6 800 psi. Un stack calé à 5 000 psi ne suffit pas, nous avons besoin d'un stack d'au moins 10 000 psi. La pression d'admission de la formation au sabot est également utilisée dans la conception, car elle peut constituer la limite réelle de la pression en surface.
Le Choke Manifold et les équipements de surface
Le Choke Manifold reçoit les fluides du puits depuis la ligne de Choke ; il est équipé de duses réglables, manuelles ou hydrauliques, qui permettent de contrôler la contre-pression exercée sur le puits pendant le contrôle du puits. Ensuite, la boue et le gaz s'écoulent vers le séparateur de gaz de boue (Mud Gas Separator ou Poor Boy Degasser), où le gaz est séparé puis évacué vers la ligne d'évent ou la torche. La capacité de traitement de gaz de ce séparateur fait partie intégrante de la conception de la maîtrise des puits.
Résumé
- L'obturateur annulaire est flexible et se ferme sur différentes formes, tandis que les Pipe Rams se ferment uniquement sur le corps du tube.
- Les Shear Rams nécessitent un space-out correct car elles ne coupent généralement pas les assemblages filetés (tool joints) ni les Drill Collars.
- Le ratio de fermeture détermine la pression hydraulique requise pour fermer la Ram contre une pression de puits donnée.
- La pression nominale du Stack doit dépasser la MASP calculée.
Les chiffres et exemples présentés dans ce cours sont à visée pédagogique. En opérations réelles, suivez les procédures de votre entreprise et les instructions de votre centre de formation agréé.
Testez vos connaissances
Glossaire du cours
L'élastomère renforcé de l'obturateur annulaire qui assure l'étanchéité autour de la garniture.
Pipe Rams capables de se fermer sur une plage de diamètres de tubes.
S'assurer que la Ram se fermera ou coupera sur le corps du tube et non sur un assemblage fileté (tool joint).
Rapport entre la pression du puits et la pression hydraulique nécessaire pour fermer la Ram.
La pression que le Stack doit pouvoir supporter dans le pire des scénarios.
Ensemble de vannes de sécurité installé sur la tête de puits pour fermer le puits en cas de kick (venue).
Mâchoires conçues pour fermer hermétiquement sur un diamètre tubulaire spécifique.
Cisaillent la garniture et assurent la fermeture totale et étanche du puits.
Orifice calibré régulant le débit et générant une perte de charge.