Composants du système ESP

Les producteurs utilisent des systèmes de pompage artificiel dans plus de 90 % des puits de pétrole. Le pompage artificiel sert à augmenter le débit des fluides de production et est nécessaire lorsque les gisements ne possèdent plus suffisamment d'énergie pour produire naturellement à un rythme rentable, ou pour accélérer la production initiale des nouveaux puits.

La pompe électrique submersible est une méthode efficace et polyvalente de levage artificiel.

Les producteurs peuvent choisir d'utiliser un système ESP car il est silencieux, sûr et ne nécessite qu'une petite surface au sol.

Elles offrent une large plage de débits de pompage et peuvent s'adapter aux variations des propriétés du fluide et des débits tout au long de la durée de vie du puits. Elles sont également utilisables dans de nombreux environnements corrosifs.

Un système ESP se compose de plusieurs étages de pompes centrifuges reliés à un moteur électrique submersible. Ce moteur est alimenté par des câbles haute tension connectés à des commandes en surface.

Le moteur fait tourner l'arbre relié à la pompe. Les turbines en rotation aspirent le fluide par l'orifice d'entrée de la pompe, le mettent sous pression et le remontent à la surface.

Une pompe à refoulement inversé présente la même configuration, à ceci près que les étages de pompage sont inversés afin de pomper les fluides depuis la surface vers la formation géologique du puits. Cette configuration est généralement utilisée pour l'injection d'eau dans les puits d'élimination.

Capteur

Pour optimiser les performances, les opérateurs peuvent installer un capteur de fond de puits qui communique en temps réel des données système telles que les pressions d'aspiration et de refoulement de la pompe, les températures et les vibrations.

En général, les producteurs surveillent les pompes via des systèmes SCADA (supervision, contrôle et acquisition de données). Lorsqu'une valeur de fonctionnement de la pompe s'écarte de la consigne, un capteur alerte l'opérateur en temps réel et des modifications peuvent être apportées à distance ou automatiquement par le contrôleur de surface.

Moteur électrique

La pompe submersible est alimentée par un moteur électrique. La taille du moteur et sa puissance sont déterminées par le nombre d'étages nécessaires pour générer une pression suffisante afin de remonter le liquide à la surface.

Étant donné que la taille du moteur varie, la longueur et le diamètre globaux de l'équipement de fond de puits ESP sont déterminés par la taille du moteur.

La température du moteur augmente pendant son fonctionnement, mais elle est refroidie par le fluide aspiré par la pompe. Le moteur est rempli d'huile synthétique assurant la protection électrique et la lubrification, et contribuant également à une dissipation uniforme de la chaleur produite.

Chambre d'étanchéité

La chambre d'étanchéité isole et protège le moteur des fluides de puits susceptibles de l'endommager et égalise la pression dans le puits avec la pression d'huile à l'intérieur du moteur.

Il absorbe également la poussée axiale produite par la pompe et dissipe la chaleur générée par le palier de butée.

POMPE : Arbre, entrée de pompe et étages (roue et diffuseur)

Arbre

L'arbre relie le moteur aux turbines de la pompe par l'intermédiaire de la chambre d'étanchéité. Cet arbre est conçu pour avoir un diamètre aussi petit que possible sans compromettre sa résistance ; ceci permet un débit plus important à l'aspiration de la pompe.

Il existe différents matériaux pour les arbres, adaptés à diverses résistances à la corrosion et à l'érosion, aux exigences de puissance et à la résistance à la traction.

Admission de la pompe — Standard, à flux inversé et dynamique

L'entrée de la pompe est l'endroit où le fluide du puits pénètre dans la pompe submersible et est dirigé vers les turbines. Différents types d'entrées sont utilisés selon les propriétés du fluide, notamment le rapport gaz-liquide (RGL). Les modèles standard ne séparent pas le gaz et sont donc utilisés dans les puits produisant un très faible rapport gaz-liquide.

Pour séparer le gaz d'un flux de puits présentant un GLR relativement élevé, les producteurs utilisent soit une pompe à flux inversé, soit une pompe rotative.

Dans une pompe à flux inversé, le fluide produit, contenant du gaz libre, remonte le long de la grille d'aspiration extérieure, puis pénètre par les perforations situées en haut de celle-ci. Il redescend ensuite vers les orifices d'aspiration, puis remonte vers le premier étage de la pompe.

Ces inversions de direction permettent une séparation naturelle des gaz légers du liquide. Le gaz séparé remonte dans l'espace annulaire du tubage et sort à la tête de puits. Des trajets d'inversion plus longs peuvent être utilisés pour accentuer la séparation du gaz et du liquide.

Un séparateur de gaz dynamique, également appelé pompe rotative, utilise la force pour séparer les gaz. Son fonctionnement est similaire à celui d'une centrifugeuse : il utilise une chambre rotative, une roue à aubes ou un vortex induit pour appliquer une force centrifuge au fluide.

Le rotor ou le vortex induit repousse le fluide le plus dense vers l'extérieur et permet au gaz libre de migrer vers le centre de la chambre et de s'échapper par les orifices de refoulement pour retourner dans le puits. Les séparateurs de gaz sont souvent connectés en tandem afin d'améliorer l'efficacité globale dans les applications à forte concentration de gaz.

Pompe centrifuge (roue et diffuseur) — Étages

Les étages d'une pompe centrifuge augmentent la pression du fluide. Chaque étage est composé d'une roue rotative et d'un diffuseur fixe. Ces étages peuvent être superposés pour accroître progressivement la pression jusqu'à obtenir le débit souhaité.

Le fluide traverse une roue à aubes rotative qui augmente son énergie cinétique, ou vitesse. Il pénètre ensuite dans le diffuseur, où son énergie est convertie en énergie potentielle, ce qui accroît la pression de refoulement. Le fluide répète ce processus à chaque étage de la pompe.

Cette opération se poursuivra jusqu'à ce que le fluide atteigne la pression de refoulement nominale. L'augmentation de pression est appelée hauteur manométrique totale (HMT) de la pompe.

Les turbines sont essentielles au fonctionnement d'un précipitateur électrostatique car elles déterminent le débit. Les turbines à flux radial ont des angles d'aubes proches de 90 degrés et sont généralement utilisées pour les faibles débits. Les turbines à flux mixte ont des angles d'aubes proches de 45 degrés et sont utilisées pour les débits plus élevés.

Câble d'alimentation

Le câble d'alimentation fournit la puissance nécessaire au moteur ESP depuis la surface. Il sera fixé par des sangles ou des colliers à la colonne de production, à intervalles réguliers, depuis le dessous de la tête de puits jusqu'au moteur, afin de supporter son poids et d'éviter l'usure mécanique.

Il s'agit d'un câble d'alimentation spécialement conçu pour les environnements difficiles, avec une couche extérieure durable et imperméable à la détérioration physique et électrique.

Clapet anti-retour

Un clapet anti-retour peut être installé sur la tuyauterie, quelques raccords au-dessus de la pompe. Il sert à maintenir la tuyauterie en amont de la pompe remplie de liquide lorsque celle-ci est à l'arrêt.

Les composants de surface de l'ESP comprennent l'alimentation électrique, l'équipement de communication et le contrôleur ESP.

Contrôleur

Le contrôleur ESP assure une alimentation électrique adéquate du moteur de la pompe. Selon l'application, on utilise des variateurs de vitesse ou des contrôleurs à démarrage progressif.

Un variateur de vitesse (VSD) peut être manuel ou automatisé. Un VSD automatisé analyse les données de fond de puits enregistrées par le système SCADA et ajuste la vitesse du moteur pour optimiser les débits de production. Le VSD permet un fonctionnement continu ou intermittent de la pompe.

Un contrôleur de démarrage progressif fonctionne à une seule vitesse. Afin d'éviter une surcharge du moteur au démarrage, il amène progressivement le moteur de la pompe à sa vitesse de fonctionnement nominale et la maintient constante.

Le « sapin de Noël » occupe une place unique et essentielle : composant à la fois esthétique et indispensable des équipements de tête de puits, il joue un rôle crucial dans l’extraction du pétrole et du gaz. Chez Vigor, nous sommes conscients de son importance et avons consacré un temps et des efforts considérables à la production et au contrôle qualité de nos « sapins de Noël ». Shane, membre de notre équipe de contrôle qualité, supervise, gère et documente avec rigueur l’ensemble du processus de test et d’inspection des produits afin de garantir leur conformité aux normes API. Son implication a été déterminante pour l’obtention de l’approbation de nos clients.

Nous sommes reconnaissants du travail et du dévouement de chaque membre de notre équipe, ainsi que de la confiance que nos clients nous témoignent. Ensemble, nous visons l'amélioration continue et le succès, afin de garantir que chaque sapin de Noël que nous produisons réponde aux normes de qualité et de performance les plus exigeantes.

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