Modélisation et optimisation du système de production du champ de Zarzaitine par le gaz lift

INSTITUT ALGERIEN DU PETROLE

Ecole de Boumerdès

Projet professionnel de fin de formation
Pour l'obtention du diplôme d'ingénieur spécialisé

En Production

Thème

Modélisation et optimisation du système de

production du champ de Zarzaitine par le gaz lift

Réalisé par : Suivi par :

M : LATRECHE Ibrahim Mr. BOUCHIKHI Brahim
M : KECHTA Mourad

Promotion : juin 2017

IBRAHIM

Dédicaces

Je dédie ce mémoire à ... Mon père

Aucune dédicace ne saurait exprimer l'amour, l'estime, le dévouement

et le respect que j'ai toujours eu pour vous.

Rien au monde ne vaut les efforts fournis jour et nuit pour mon éducation

et mon bien être.

Ce travail est le fruit de tes sacrifices que tu as consentis pour mon

éducation et ma formation

Ma très chère mère.

Affable, honorable, aimable : Tu représentes pour moi le symbole de la

bonté par excellence, la source de tendresse et l'exemple du dévouement qui

n'a pas cessé de m'encourager et de prier pour moi.

Ta prière et ta bénédiction m'ont été d'un grand secours pour mener à

bien mes études.

Ma très chère épouse.

Ton encouragement et ton soutien étaient la bouffée d'oxygène qui me

ressourçait dans les moments pénibles, de solitude et de souffrance.

Merci d'être toujours à mes côtés, par ta présence, Je prie dieu le tout

puissant pour qu'il te donne bonheur et Prospérité.

A mon frère DJALEL et mes soeurs.

A ce qui m'a aidé pour élaborer ce travail MOURAD.

Dédicaces

Quoi que de plus que de pouvoir partager les meilleurs moments de sa vie avec les êtres qu'on aime.

Arrivé au terme de mes études, j'ai le grand plaisir de dédier ce modeste travail :

A ma très chère mère, qui me donne toujours l'espoir de vivre et qui n'a jamais cessé de prier pour moi.

A mon très cher père, pour ses encouragements, son soutien, surtout pour son amour et son sacrifice afin que rien n'entrave le déroulement de mes études.

A mes soeurs et mon frère

A toute ma grande famille, kechta

A mes meilleurs amis chacun à son nom.

A ce qui m'a aidé pour élaborer ce travail IBRAHIM.

MOURAD

Merci à tous.

Remerciements

Tout travail réussi dans la vie nécessite en

premier lieu la bénédiction de dieu, et ensuite l'aide et le support de plusieurs personnes.

Tout d'abord nous tenons à remercier notre promoteur Monsieur BOUCHIKHI BRAHIM qui nous a proposés et dirigé ce travail et nous a accordés toute sa confiance pour son esprit de recherche et ces commentaires efficaces.

Je remercie aussi M. DJEBROUNI chef département

E&P.

Sans oublier de remercier tous le personnel de Département gisement qui nous ont aidé de quel que soit la manière dans la réalisation de ce mémoire.

Nos remerciements aussi à tous les membres de

jury.

Résumé

L'exploitation naturelle d'un gisement de pétrole, c'est de ramener les hydrocarbures Jusqu'à la surface avec des conditions favorables, Parmi les techniques les plus fréquemment Utilisées le gaz-lift dont est une technique de production par injection de gaz pour optimiser La production, dans notre étude on a étudié l'influence de quelques paramètres qui influent sur l'optimisation d'injection de gaz lift, la quantité de gaz injecté, on a trouvé que l'optimisation de la quantité du gaz injecté est la plus Importante parmi les autres paramètres, sur le puits ZR13, ZR48, ZR154, ZR176, ZR178, ZR230.

The natural operation of oil is to bring oil to the surface with favorable conditions Among the techniques most commonly used gas-lift which is a technique for producing Injection gas optimize production, in our study we investigated the influence of some Parameters that affect the injection gas lift optimization, the amount of gas injected; it has been found that the optimization of the quantity of the injected gas is the most Important among the other parameters, on well ZR13, ZR48, ZR154, ZR176, ZR178, ZR230.

Table des Matières

Liste des abréviations

Liste des tableaux Liste des figures Liste des annexes

Introduction générale 1

Chapitre I : Généralité sur le champ de ZARZAITINE 3

I.1 Situation géographique 3

I.2 Historique de la région 4

I.3 Structure et réserves du gisement de zarzaitine 4

I.4 Propriétés physiques moyennes des réservoirs du gisement de Zr 7

I.5 Caractéristiques du réservoir dévonien f4 7

I.6 .Problèmes spécifiques au champ de zarzaitine 9

I.7 Installations de surface du champ de zarzaitine 9

Chapitre II : Activation des puits 10

II.1 Le pompage 10

II.1.1 Le pompage aux tiges 10

II.1.2 Le pompage centrifuge 11

II.1.3 Le pompage hydraulique 12

II.2 Le gaz lift 13

II.3 Comparaison entre le gaz lift et les autres modes d'activation 13

II.3.1 Pompes centrifuges 13

II.3.2 Pompes aux tiges 14

II.3.2.1 Points forts 14

II.3.2.2 Points faibles 14

II.3.3 Pompage hydraulique 14

II.3.3.1 points forts 14

II.3.3.2 Points faibles 14

II.4 Critères de choix d'un procède d'activation 14

Chapitre III : Présentation du gaz lift 16

III.1 Principe du gaz-lift 16

III.2 Types de gaz lift 18

III. 2.1 Classification suivant le mode d'injection 18

III.2.1.1 Gaz lift continu 18

III.2.1.2 Gaz lift intermittent 19

III.2.1.3.Comparaison d'utilisation de gaz lift continu et l'intermittent 19

III.2.2 Classification en fonction de la complétion 20

III.2.2.1.Gaz lift direct 20

III.2.2.2.Gaz lift indirect 20

III.2.2.3 Production par le casing et injection par le tubing 20

III.2.2.4 Tubing concentrique (concentrai tubing string) 21

III.2.3 Classification en fonction de circuit d'injection 22

III.2.3.1 Circuit fermé 22

III.2.3.2.Circuit ouvert 23

III .3 Avantages et Inconvénients 23

III.3.1 Avantages 23

III.3.2 Inconvénients 24

III.4 Facteurs a considéré dans la conception du gaz lift 24

III.4.1 La pression en tête de puits (well head pressure) 24

III.4.2 La pression de gaz à injecter 25

III.4.3.Profondeur d'injection de gaz 26

III.4.4 l'indice de productivité (IP) et l'effet skin (S) 26

III.5 Utilisation de gaz lift 27

III .5.1 Les puits à huile 27

III.5.2 Les puits à eau 27

III.5.3. Démarrage 27

III.5.4. Augmentation du débit 27

III.5.5. Mise en production des puits non éruptifs 27

III.5.6. Nettoyage de puits injecteur (Injecter clean up) 27

III.6 Les problèmes liés au gaz lift 28

III.6.1. Formation des hydrates 28

III.6.2.Érosion des équipements 28

III.6.3 L'émulsion 29

III.6.3.1 Mauvaise performance du puits 29

III.6.3.2 Problème de séparation eau/huile et gaz 29

III.7.Equipement de gaz lift 29

III.7.1 Equipements de surface 29

III.7.2. Equipements de fond 30

III.7.2.1.les mandrins 30

III.7.2.2. Autres équipements spécifiques 32

III.8.Principe général d'une vanne à gaz lift 33

III.8.1. vanne à servomoteur pneumatique à soufflet 33

III.8.2.Vanne à servomoteur mécanique à ressort 34

Chapitre IV : Performances du réservoir et du puits 35

IV.1 Inflow performance 35

IV.1.1 la perméabilité absolue 35

IV.1.2 l'indice de la productivité 36

IV.1.3 Inflow performance Relationship - IPR 37

IV.1.3.1 La méthode de l'IP : (l'indice de productivité) 37

IV.1.3.2 La méthode de VOGEL 39

IV.2 40

Vertical Lift Performance 40

IV.2.1 Les régimes d'écoulements 40

IV.2.2 Les variables influençant sur les pertes de charges 41

IV.2.3 Verticale corrélations flow 44

IV.2.3.1 Corrélation de Poettman et Carpenter 44

IV.2.3.2 Corrélation de Francher et Brown 45

IV.2.3.3 Corrélation de Beggs et Brill 46

IV.2.3.4 corrélation Hagedorn et Brown 48

IV.2.3.5 Corrélation de Petroleum Experts 51

IV.3 Le point de fonctionnement du puits 51

IV.4 PETROLIUME EXPERT PROSPER 52

IV.4.1 Définition 52

IV.4.2 L'organigramme de fonctionnement de PROSPER 53

Chapitre V : Modalisation et Optimisation 54

V.1.Modélisation des puits par PROSPER 54

V.2. Modélisation du puits (ZR230H) 54

V.2.1. Les données d'entrée 54

V.2.1.1. Les options du système 54

V.2.1.2 Les données PVT 54

V.2.1.3 Les données des équipements 56

V.2.2.Inflow Performance Relationship (IPR) 56

V.2.3 Le choix de corrélation du calcul de perte de charge 57

V.2.3.1 La courbe IPR-VLP (sans gaz lift) 58

V.3.Optimisation de gaz-lift 58

V.3.1.Les données d'entrée de gaz lift 58

V.3.2.La courbe de performance 59

V.3.3. Les défèrent courbes IPR-VLP avec plusieurs débits gaz lift 59

V.4. Modélisation du puits (ZR178) 61

V.4.1.Les données PVT 61

V.4.2. Inflow Performance Relationship (IPR) 62

V.4.2.1La courbe IPR de puits ZR178 62

V.4.3 Le choix de corrélation du calcul de perte de charge 63

V.4.4 La courbe IPR-VLP (sans gaz lift) 64

V.5.Optimisation de gaz-lift 64

V.5.1.Les données d'entrée de gaz lift 64

V.5.1.1 La courbe de performance 65

V.5.2. Les défèrent courbes IPR-VLP avec plusieurs débits gaz lift 66

V.5.3. les défèrent courbes IPR-VLP avec plusieurs water cat 67

V.6. Synthèse de l'optimisation 68

V.7.Design élévateur à gaz dans PROSPER 68

V.7.1.Stratégie de conception des vannes GL de ZR 147 (Work-over voir annexe 5) 68

V.7.2.Processus de conception de l'élévateur de gaz =1279.23psi et WC=20% 69

Conclusion générale et recomendation 74

Bibliographie 76

Liste des abréviations

AOF Absolute Open flow (Débit sortant maximum)

BBO Beggs & Brill Original

BBR Beggs & Brill Revised

BHFP Bottom Hole Flowing Pressure (Pression de fond dynamique)

C-Ordo Cambro-Ordovicien

D Dévonien

DR Dun & Ros

ESP Pompe Electro Submersible

F Carbonifère

FVF Formation Volume Facteur

Gas SG Gaz Specific Gravity

GLR Gaz Liquide Ratio (Rapport Gaz, Liquide)

GOR Gaz Oil Ratio (Rapport Gaz, Huile)

GUF Gas Utilisation Facteur

HBR Hagedorn & Brown

IP Indice de Productivité

IPR Inflow Performance Relationship

PCP Pompe à cavité progressive

PDC Pertes de charges

PVT Pression, Volume et Température

VLP Vertical Lift Performance

Water SG Water Specific Gravity WC

Water Cut (Teneur en eau)

WOR Water Oil Ratio (Rapport Huile, Eau)

Liste des tableaux

Tableau I 1:Données de Base des Réservoirs du gisement de ZARZAITINE 6

Tableau I 2:les propriétés physiques moyennes des réservoirs `'F4», `'F2» et CARBONIFERS 7

Tableau IV 1:régime d'écoulement 46

Tableau IV 2:facteur de correction d'inclinaison 47

Tableau V 1:Les données PVT 54

Tableau V 2:les donnes PVT de réservoir 56

Tableau V 3:Les données du gaz lift 58

Tableau V 4:Les données PVT 61

Tableau V 5:les donnes PVT ZR 178 62

Tableau V 6:Les caractéristiques du gaz lift injectent 65

Tableau V 7:Résultats de l'optimisation des six Puits 68

Tableau (V. 8):valve spacing results 73

Liste des figures

Figure I 1:Position Géographique de la région d'In Amenas 3

Figure I 2:champs pétroliers de la région d'in Amenas 3

Figure I 3:Carte Structurale au Toit du Réservoir Dévonien F4 5

Figure I 4:Stratigraphie du Gisement ZARZAITINE 6

Figure I 5:Coupe stratigraphique du Réservoir F4 du Gisement de ZARZAITINE 8

Figure II 1:Le pompage aux tiges 11

Figure II 2:Le pompage centrifuge 12

Figure II 3:Le pompage hydraulique 13

Figure III 1:optimisation de débit d'injection de gaz-lift. 17

Figure III 2:Evolution des pertes de charge en fonction du débit de gaz injecté 18

Figure III 3:Gaz lift continu et intermittent 19

Figure III 4:Gaz lift direct. 20

Figure III 5:Types de complétion parallèle, par tubing concentrique 21

Figure III 6:Gaz lift double 22

Figure III 7:Circuit fermé 23

Figure III 8:Circuit ouvert 23

Figure III 9:Profondeur d'injection de gaz 26

Figure III 10:A_ Mandrin conventionnel, B_ Mandrin à poche latérale 31

Figure III 11:Mandrins avec vanne concentrique 32

Figure IV 1:variation des pressions en tous rayons en fonction du temps 36

Figure IV 2:Évaluation de pressure drawdown 37

Figure IV 3:La courbe IPR 38

Figure IV 4:La variation de l'IPR sur la vie d'un puits 38

Figure IV 5:La courbe IPR de Vogel 40

Figure IV 6:Les régimes d'écoulement 41

Figure IV 7:influence de la taille de tubing sur les pertes de charge 42

Figure IV 8:influence de la densité sur les pertes de charge 42

Figure IV 9:influence de la viscosité sur les pertes de charge. 43

Figure IV 10:influence de GLR sur les pertes de charge 43

Figure IV 11:influence de WOR sur les pertes de charge 44

Figure IV 12:Inflow + Outflow performances 51

Figure IV 13:L'organigramme de fonctionnement de PROSPER 53

Figure V 1:Représente du Bo du puits ZR230H 55

Figure V 2:Représente GOR du puits ZR230H 55

Figure V 3:L'IPR de ZR230H 56

Figure V 4:Comparaison entre les corrélations 57

Figure V 5:La courbe IPR/VLP 58

Figure V 6:La courbe de performance 59

Figure V 7:VLP avant et après l'injection du gaz lift 60

Figure V 8:VLP/IPR AVEC PLUSIEURS WATER CAT 60

Figure V 9:Représente GOR du puits ZR178 61

Figure V 10:Représente du Bo du puits ZR178 62

Figure V 11:LA COURBE DU L'IPR de ZR178 62

Figure V 12:Comparaison entre les corrélations 63

Figure V 13:La courbe IPR/VLP 64

Figure V 14:La courbe de performance 65

Figure V 15:courbes VLP/IPR avec plusieurs débits gaz lift 66

Figure V 16:courbes IPR-VLP avec plusieurs waters cat 67

Figure V 17: Gas lift design input: Main screen 70

Figure V 18:Gaz lift design: Calculation screen 71

Figure V 19: Gas lift performance curve 72

Figure V 20: Gas lift design: PvD plot 73

Liste des annexes

Annexe 1:Affichages des résultats de la modélisation ZR48 77

Annexe 2:Affichages des résultats de la modélisation ZR13 80

Annexe 3:Affichages des résultats de la modélisation ZR154 84

Annexe 4:Affichages des résultats de la modélisation ZR176 88

Annexe 5:Programme de Work-Over ZR 147 91

1

Introduction générale