Comment fonctionne le système de Gas Lift (Gas Lift)

Résumé de la leçon

On injecte du gaz dans l'Annulus pour qu'il entre dans le Tubing via des vannes, allégeant ainsi la colonne pour faire remonter les fluides.

Cette leçon fait partie du parcours Production et Traitement, et dure 1:27 minutes. Regardez d'abord la vidéo, puis passez en revue les points clés et testez vos connaissances avec les questions ci-dessous.

Points clés

1. 1Le gaz réduit la densité de la colonne
2. 2Il entre via des vannes Gas Lift dans les Mandrels

Cours écrit

Pourquoi un puits s'arrête-t-il de débiter ?

Un puits débite naturellement (Natural Flow) tant que la pression du réservoir suffit à soulever la colonne de fluides dans le Tubing et à vaincre les frottements et la pression de tête. Avec la production, la pression du réservoir chute et la proportion d'eau (plus lourde que le pétrole) peut augmenter, rendant la colonne de fluide trop lourde pour être soulevée par le réservoir. On a alors recours à l'activation des puits (Artificial Lift), dont l'ascension par gaz (Gas Lift) est l'un des types les plus répandus, surtout lorsqu'on dispose de gaz à une pression adéquate.

Le concept : alléger la colonne

On injecte du gaz comprimé dans l'Annulus entre le Casing et le Tubing ; il pénètre dans le Tubing via une vanne à une profondeur déterminée et se mélange aux fluides. Le mélange est plus léger que le liquide seul, ce qui réduit le gradient de pression au-dessus du point d'injection et diminue la pression de fond en débit (FBHP). Cela augmente la différence entre la pression du réservoir et la pression de fond, c'est-à-dire le Drawdown, et le puits recommence à produire.

FBHP ≈ Pwh + G(above injection) × D(inj) + G(liquid) × (TVD − D(inj))

q = PI × (Pr − FBHP)

Exemple de calcul : Un puits d'une profondeur verticale de 8 000 ft, avec une pression de réservoir de 2 800 psi et un gradient de liquide de 0,4 psi/ft. Si le Tubing était rempli uniquement de liquide, il faudrait 0,4 × 8 000 = 3 200 psi au fond, ce qui est supérieur à la pression du réservoir : le puits ne débite pas et le niveau statique se stabilise à 8 000 − 2 800 ÷ 0,4 = 1 000 ft de la surface. En injectant du gaz à 6 000 ft, le gradient du mélange au-dessus du point d'injection descend à environ 0,2 psi/ft. Avec une pression de tête de 100 psi : FBHP = 100 + 0,2 × 6 000 + 0,4 × 2 000 = 100 + 1 200 + 800 = 2 100 psi. Le Drawdown = 2 800 − 2 100 = 700 psi, et avec un indice de productivité de 1,5 bbl/d/psi, la production est d'environ 1,5 × 700 = 1 050 bbl/d.

Les Mandrels et vannes de levage

On installe dans le Tubing des poches latérales appelées Side Pocket Mandrels, qui contiennent les vannes de Gas Lift. L'avantage de la poche latérale est que la vanne peut être remplacée par Slickline sans remonter le Tubing. Les vannes se divisent en deux types principaux selon leur fonction :

• Vannes de déchargement (Unloading Valves) : réparties à des profondeurs échelonnées, elles s'ouvrent successivement au démarrage pour vider progressivement le liquide de l'Annulus, puis se ferment.
• Vanne de service (Operating Valve) : généralement une vanne à orifice fixe (Orifice) située au point d'injection le plus profond, par laquelle le gaz entre lors du fonctionnement stable.

Les vannes de déchargement les plus courantes fonctionnent par pression d'injection de gaz dans l'Annulus (IPO) ; la vanne contient un soufflet (Bellows) chargé d'azote qui détermine sa pression d'ouverture.

Opération de dégorgement (Unloading)

Au début, l'Annulus est rempli de fluide de complétion. On injecte le gaz lentement pour repousser le liquide vers le Tubing via les vannes. Lorsque le niveau de liquide dans l'Annulus atteint la première vanne, le gaz y pénètre et allège la colonne du Tubing, permettant au gaz de continuer à pousser le liquide vers la vanne suivante. Une fois la vanne la plus profonde découverte, la pression de l'Annulus chute légèrement, ce qui ferme la vanne supérieure. L'injection descend ainsi étape par étape jusqu'à la vanne de service. Un déchargement trop rapide peut endommager les vannes par l'érosion due au fluide expulsé.

Injection continue et intermittente

• L'injection continue (Continuous Gas Lift) : un débit de gaz constant, adapté aux puits ayant une bonne productivité et une pression de fond raisonnable.
• L'injection intermittente (Intermittent Gas Lift) : des injections de gaz par intervalles qui remontent un bouchon de liquide accumulé, adapté aux puits à faible productivité ou basse pression.

Est-ce que plus de gaz est toujours préférable ?

Non. L'augmentation du gaz allège la colonne, mais au-delà d'une certaine limite, la friction dans le Tubing augmente plus que l'allègement du poids, ce qui réduit la production. C'est pourquoi nous traçons la courbe de performance du gas lift (Gas Lift Performance Curve) entre le débit de gaz injecté et la production, choisissons un point économique avant le pic, et répartissons le gaz disponible entre les puits selon la réponse de chaque puits.

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.

Glossaire du cours