Sapin de Noël (Sapin de Noël de Wellhead)

Connaissances de base sur les sapins de Noël de surface (sapins secs)

Dans l'industrie pétrolière et gazière, l'expression « arbre de Noël » désigne un ensemble de vannes et de raccords installés au sommet d'un puits de pétrole. Pour les puits terrestres, il est installé au-dessus du dernier raccord de tubage ; pour les puits sous-marins, il est installé au-dessus de la tête de puits haute pression. La figure 1 illustre schématiquement un arbre de Noël et la tête de puits de surface. L'arbre de Noël se situe en haut (dans le cadre bleu), tandis que la tête de puits se trouve en bas (dans le cadre rouge). Nombreux sont ceux qui confondent « arbre de Noël » et « tête de puits », les considérant souvent comme synonymes.

Ses fonctions sont les suivantes :

1. Transporter en toute sécurité les fluides du réservoir du puits jusqu'à la surface de manière contrôlée.
2. Afin de garantir un accès sécurisé au puits pour la réalisation d'interventions.
3. Pour permettre les opérations d'injection d'eau ou de gaz.
4. Pour fournir des connexions de conduites hydrauliques pour la commande des vannes de sécurité de fond de puits (SCSSSV).
5. Offrir des interfaces électriques pour l'instrumentation et l'équipement des pompes électriques submersibles (ESP).

Cette section présente un « arbre de Noël » de surface (arbre sec), c'est-à-dire tout arbre situé au-dessus de la ligne de flottaison. Un arbre de Noël est constitué d'une série de vannes, dont les composants sont décrits ci-dessous.

Vanne maîtresse

Une vanne maîtresse est située au-dessus du support de tubage et permet le fonctionnement normal du puits ou son arrêt. Généralement, il y a deux vannes maîtresses : une vanne maîtresse inférieure et une vanne maîtresse supérieure. L’utilisation de deux vannes assure la redondance ; en cas de défaillance de l’une, l’autre prend le relais. Les figures 2 et 3 présentent des schémas simplifiés d’une vanne maîtresse simple et d’une vanne maîtresse double, respectivement.

Tee (bloc en T)

Le té (bloc en T) permet au flux de fluide de dévier du tuyau vertical vers le tuyau horizontal.

Figure 4 - Raccord en T

Soupape à ailettes (Aile de débit)

Une vanne d'aile est située sur le côté de l'ensemble « arbre de Noël » et contrôle ou isole le flux de production du puits vers les installations de surface. Selon sa conception, l'ensemble « arbre de Noël » peut être équipé d'une ou deux vannes d'aile. Certains exploitants exigent deux vannes d'aile de production : une vanne principale et une vanne de secours (voir figure 5). Dans de nombreux cas, une vanne d'aile est utilisée pour la production et l'autre comme vanne d'arrêt (voir figure 6).

Étouffer

Le « choke » est le plus petit élément de restriction de la tête de puits, servant à contrôler le débit de production du puits de pétrole. Dans certains cas, il est également utilisé pour contrôler la production de sable. Un « choke » restreint la section de passage du pétrole en insérant un petit cylindre ou un orifice dans son corps. Plus le diamètre du cylindre est petit, plus le débit de production est faible. Il existe deux types de chokes : 1) le choke positif (cylindres interchangeables) et 2) le choke réglable (taille facilement ajustable).

Valve d'écouvillonnage

Une vanne de purge est située tout en haut de l'ensemble de l'arbre de Noël, offrant un passage vertical dans le puits pour les opérations de diagraphie par câble, par câble lisse, par tube enroulé ou par pompe à tige.

Bouchon en T et manomètres

Le bouchon en T est une bride située en haut de la vanne de purge, permettant le raccordement de lubrificateurs à câble ou d'unités de purge à tube flexible (BOP) au puits pour les interventions sur puits. Des manomètres sont utilisés pour surveiller la pression du puits. De nos jours, la plupart des opérateurs utilisent des manomètres électroniques pour transmettre les données de pression et/ou de température via des systèmes électroniques, afin d'améliorer la surveillance du puits.

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