Dans le monde technique du forage pétrolier et gazier, de nombreux éléments interagissent pour garantir le succès et la sécurité des opérations. Le support de tubage, outil crucial essentiel à la stabilité du puits, au confinement de la pression et à l'intégrité du forage, est l'un des acteurs clés, bien que souvent méconnus, de ces opérations.

Les suspensions de tubage sont essentielles à l'efficacité et à la sécurité d'une opération de forage, même si elles sont moins connues que les trépans ou les dispositifs anti-éruption. Ce tutoriel complet présente la définition des suspensions de tubage, leurs fonctions, les différents types disponibles et leur importance.

Qu'est-ce qu'un support de tubage ?

Dans les puits de pétrole et de gaz, la colonne de tubage est soutenue et suspendue à l'intérieur de la tête de puits par un dispositif mécanique appelé support de tubage. Un tube en acier, le tubage, est placé dans le puits pour le stabiliser, isoler les zones de pression et protéger la nappe phréatique. Une fois le tubage inséré, l'espace annulaire entre le tubage et la tête de puits est scellé, et le support de tubage en supporte le poids.

Il s'agit d'un système de fixation pour les gros tuyaux en acier. Il assure l'étanchéité et maintient fermement le tubage en place, évitant ainsi les variations de pression et les risques d'éclatement.

Importance des supports de tubage

Bien que les supports de tubage puissent paraître insignifiants, ils jouent un rôle crucial dans le processus de forage. Voici pourquoi :

1. Support pour le poids

Les filetages de tubage peuvent peser des centaines de tonnes. Pour supporter ce poids, les supports de tubage doivent les maintenir fermement à l'intérieur de la tête de puits.

2. Isolement des zones

Elles contribuent à fermer les espaces annulaires, empêchant ainsi les fluides de circuler entre les différentes formations géologiques.

3. Contrôle de la pression

Ils préservent l'intégrité du puits et permettent aux têtes de puits et aux obturateurs de puits (BOP) de fonctionner comme prévu.

4. Sécurité des puits

Un support de tubage défectueux ou mal positionné peut provoquer des défaillances catastrophiques, telles que des éruptions, des effondrements de tubage ou une contamination environnementale.

Types de supports de boîtier 

En fonction de la conception acoustique, de la profondeur et des conditions d'exploitation, différents types de supports de tubage sont utilisés. Voici les plus courants :

1. Supports de tubage de type à glissement

• Pour maintenir le boîtier en place et supporter son poids, utilisez des mâchoires en forme de coin.
• L'installation se fait en laissant les mâchoires s'engager après avoir abaissé la colonne de tubage.

2. Supports de tubage de type mandrin

• Raccordés à la colonne de tubage, ils ont été descendus d'un seul bloc dans la tête de puits.
• Grâce à leur fiabilité et à la simplicité de leur système d'étanchéité, ils sont parfaitement adaptés aux puits à haute pression.

3. Supports de boîtier de type Packoff

• Les dispositifs d'étanchéité peuvent être intégrés ou séparés.
• Fréquemment utilisé dans les systèmes nécessitant un contrôle précis de la pression.

4. Supports pour boîtier de suspension

• Généralement utilisé sur les plateformes flottantes ou lors d'opérations sous-marines.
• Avant la pose finale et le scellement, laissez brièvement le boîtier dépasser.

Fonctionnement des supports de tubage

Une compréhension fondamentale de la construction des puits est nécessaire pour comprendre le fonctionnement des suspensions de tubage.

Fonctionnement par étapes : 

• Le tubage entre dans le puits : Dans le forage, une colonne de tubage en acier est descendue.
• Emplacement du support de tubage dans la tête de puits : Le support est soit glissé en position (type à glissement), soit fixé au boîtier (type à mandrin).
• Le boîtier est soutenu et fixé par le support : Il maintient le poids de la colonne de forage entière en la verrouillant dans la tête de puits ou la bobine de tubage.
• Mécanisme d'étanchéité activé : L'espace annulaire est étanche grâce à des joints mécaniques, hydrauliques ou à déclenchement élastique.
• Test de pression effectué : Avant toute autre opération, les joints sont soumis à des tests afin de vérifier leur intégrité. 

Comment installer un support de boîtier

L'installation des supports de tubage est une procédure minutieuse qui est fréquemment réalisée dans des situations dangereuses et à haute pression.

1. Préparation: 

• L'appareil de tête de puits est examiné.
• Les différentes parties du cintre sont examinées et nettoyées.

2. Tubage de descente

La colonne de tubage et le support (s'il s'agit d'un mandrin) sont descendus ensemble dans le puits.

3. Atterrissage dans le hangar

Elle est fixée dans la tête de tubage après avoir été positionnée avec précision.

4. Scellement de l'anneau

Un système d'étanchéité est déclenché pour séparer le tubage du tubage extérieur ou de la formation.

5. Examen de la pression

Pour garantir une installation correcte, le joint est soumis à un test de haute pression.

Obstacles et points à considérer

L'installation des supports de tubage n'est pas toujours simple. Les ingénieurs doivent se préparer à des conditions de haute pression et de haute température (HPHT).

• Conditions de corrosion (H2S, CO2)
• Déformation du boîtier sous charge
• Compatibilité des matériaux
• Complexité de l'installation immergée

Négliger ces considérations peut entraîner des dommages matériels, des joints d'étanchéité endommagés et potentiellement une perte de contrôle du puits.

Supports pour tubage dans les puits immergés

Les supports de tubage sont nettement plus critiques dans les puits sous-marins en raison de leur emplacement éloigné et de leur accès restreint.

• Caractéristiques essentielles des hangars sous-marins
• Véhicules télécommandés (ROV) utilisant des outils
• Joint métal sur métal pour une protection à long terme
• Systèmes de verrouillage pour faire face à la dilatation thermique et aux marées
• Grande fiabilité, car les réparations sont complexes.

Les systèmes sous-marins utilisent généralement des boîtiers de tête de puits et des ensembles de joints annulaires qui s'interfacent avec les supports de tubage pour obtenir une étanchéité à la pression.

Développements technologiques dans les supports de tubage

La technologie des suspensions de tubage évolue en réponse à des environnements de forage plus difficiles :

1. Joints métal sur métal

plus fiables que les élastomères dans les environnements corrosifs ou à hautes températures.

2. Intégration des outils d'exécution

Pour minimiser les erreurs humaines, les cintres modernes sont conçus pour fonctionner avec des outils de course intelligents.

3. Systèmes à deux joints d'étanchéité

Pour les applications critiques sous pression, prévoyez une redondance.

4. Surveillance intelligente

Des capteurs sont utilisés dans certains systèmes plus récents pour vérifier en permanence l'intégrité du joint et la position du support.

FAQ

1. Qu'est-ce qui distingue un support de tube d'un support de tubage ?

Un support de tubage soutient la colonne de tubage dans la tête de puits, généralement pendant les phases de forage et de complétion. Plus tard, lors de la production d'hydrocarbures, un support de production suspend le tube de production.

2. Peut-on réutiliser les supports de boîtier ?

Les supports de tubage sont souvent des pièces à usage unique, notamment dans les puits à haute intégrité. L'inspection, la qualité des matériaux et les spécifications du fabricant influent sur leur réutilisation. La réutilisation dans les applications sous-marines est relativement rare.

3. Comment teste-t-on l'étanchéité des supports de tubage ?

La pression hydrostatique est utilisée pour tester l'étanchéité des joints et s'assurer qu'ils résistent aux pressions du puits. Pendant une durée prédéterminée, une pression est appliquée à l'espace annulaire et les fuites sont détectées.

4. Quels matériaux sont utilisés pour fabriquer les supports de tubage ?

La plupart des supports de tubage sont en acier allié ou en acier au carbone. En milieu corrosif, on utilise des alliages comme l'acier inoxydable ou le chrome. Des élastomères, du téflon ou des contacts métal-métal peuvent servir à l'étanchéité.

Remarques finales

Bien que peu esthétiques, les supports de tubage sont incontestablement indispensables. Ils garantissent discrètement que les énormes colonnes de tubage restent précisément en place et que le puits demeure sûr, stable et productif, que ce soit pour les puits sous-marins en eaux profondes du golfe du Mexique ou les installations d'extraction de schiste bitumineux de l'ouest du Texas.

Les ingénieurs, les opérateurs de plateformes pétrolières et même les investisseurs du secteur de l'énergie acquièrent une meilleure compréhension des équipements complexes qui alimentent l'énergie que nous utilisons quotidiennement lorsqu'ils comprennent le fonctionnement de ces dispositifs, les différentes variétés disponibles et la procédure d'installation.

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