Mémoires de Fin d’Etudes
Etablissement
Université de Ouargla – Kasdi Merbah
Affiliation
Département de Mécanique
Auteur
DADA, Saada
Directeur de thèse
SETTOU noureddine (Professeur)
Co-directeur
DOBBI abed elmajid (Professeur)
Filière
Génie Mécanique
Diplôme
Magister
Titre
Choix des paramètres de Forage et la minimisation du temps non productif au cours du forage Cas : Hassi Messaoud
Mots clés
puits , venue , louti atripon , forage , coinsment
Résumé
La finalité d’un forage est d’atteindre, l’objectif, qui est le réservoir, avec un prix de revient minimum, sans endommager ni compromettre son exploitation (production, injection). Cependant, plusieurs techniques ainsi que plusieurs équipements ont été développés selon les besoins et les difficultés rencontrées durant le forage. Toute perte de temps augmente le coût du forage. Celle-ci est générée la plupart du temps par trois causes principales :  La nature des terrains traversés.  L’état des équipements utilisés.  Erreurs humaines. Les problèmes majeurs qui constituent un grand obstacle pour la poursuite du forage, dans le champ de “Hassi Messaoud” sont :  Pistonnage.  Pertes de la boue.  Venue.  Coincements. Ces problèmes conduisent à une augmentation du prix de revient (temps, coût et qualité). Par ailleurs, lorsque ces difficultés sont constatées, il faut établir un diagnostic, dont la résolution repose sur la précision et l’exactitude, et une interprétation erronée des symptômes peuvent amener à une aggravation de la situation. Introduction: La présente étude travail va aborder l’influence des paramètres de forage sur les problèmes rencontrés au cours de forage, ainsi que leur combinaison, puis on va se baser sur quelques hypothèses qui vont nous permettre de séparer les facteurs qui influent sur ces problèmes notamment le coincement afin de calculer le taux probable de coincement de la garniture en fonction de chaque paramètre. Notre analyse se base sur un échantillon de 40 puits seront le but de cette étude, ces puits sont implantés dans la même zone du champ de Hassi Messaoud. L’étude est repartie en (05) cinq chapitres: Chapitre I : Ce chapitre donne un aperçu sur la nature de terrain de la région de Hassi Messaoud afin de choisir judicieusement les moyens et les appareils adéquats pour forer les puits de cette région avec succès:  Situation géographique et géologique.  Description des réservoirs.  Introduction au forage.  Description de l’appareil de forage.  Fluide de forage.  Equipements de fond. Chapitre II: Les différents incidents et contraintes qui peuvent être surgir au cours de forage ont été examiné dans ce chapitre notamment les contraintes suivantes: II.1 Venue. Il y a une venue quand les fluides en place dans un réservoir débitent dans le puits. Les causes d’une venue peuvent être attribuées à un ou plusieurs éléments tell que:  Densité de boue insuffisante.  A l’entrée d’une zone à pression anormale.  Réduction de la pression de fond. II.2 Perte de circulation. La perte de circulation (perte de la boue) peut se produire à n’importe quelle profondeur pendant n’importe quelle opération. La pression du trou de puits dépasse la pression de fracture de la formation, ce qui conduit à la cassure (fracture induite par la pression) de la roche. La pression du trou de puits suréquilibre est exposée à une formation avec des fractures non étanches ou une haute perméabilité. II.3 Coincement. Les coincements sont la cause la plus fréquente d’instrumentations. Il est important d’identifier rapidement leurs causes car les méthodes à employer pour les résoudre sont différentes. Dés que l’on a identifié la cause d’un coincement, il faut intervenir le plus rapidement possible car ils ont tendance à s’aggraver avec le temps (surtout les collages par pression différentielle). Souvent un type de coincement donné engendre des problèmes différents que d’autres types, donc le traitement appliqué diffère selon le type de coincement. Les principaux types de coincement possibles en cours de forage:  Collage par pression différentielle.  Les Key Seat.  Chutes des roches ou d’objets.  Les éboulements.  Trou sous calibré.  Coincement dû à la formation.  Coincement dû a l’instabilité des parois du puits.  Ponts de sédimentation. Tableau 01 regroupant les différents problèmes dans 40 puits étudiés au champ de Hassi Messaoud. Tableau 01 : différents problèmes Problèmes Coincement Pistonnage Venue Perte Totale Nombre de cas survenus 71 00 01 22 94 Pourcentage % 75,51 0 1,09 23,40 100 On remarque que le phénomène le plus manifesté dans le champ de Hassi Messaoud est celui du coincement. Les problèmes cités ci-dessus peuvent entraver la poursuite normale de l’opération forage. Chapitre III : Le chapitre III s’articule sur l’analyse des facteurs liés aux problèmes rencontrés au cours de forage ainsi que les paramètres de forage pour déterminer les causes et dégager des solutions afin de réduire le temps non productif ( NPT) au cours de forage. Etude et analyse. Du point de vue qualité, l’opération de forage est réussite lorsque le puits est foré au moindre coût et en toute sécurité, il faut chercher une meilleure combinaison des paramètres afin d’obtenir une vitesse optimale d’avancement de forage, parmi ces paramètres.  Nature de la formation.  Paramètres de forage.  Fluide de forage.  Outil de forage.  BHA (Bottom hole assembly). Données: Le présent travail est effectué sur un échantillon de 40 puits dans la région de Hassi Messaoud. On a constaté que la répartition de coincements est hétérogène sur tout le champ de Hassi Messaoud. Le coincement de la garniture de forage s’est observé sur 40 puits forés ce qui donne les pourcentages suivants :  21puits sont coincés et qui nécessite une opération d’instrumentation (52,50%).  11 puits sont coincés avec remonte en traction (27,50%).  08 puits sont coincés avec remonté libre (20%). Le pourcentage ci dessus confirme que le problème de coincement lors des remontées est fréquent dans la phase 16’’ dans la région de Hassi Messaoud, 52,50% cas de coincement enregistré. Chapitre IV: IV.1 Analyse et interprétation. 1.1 La densité de la boue(d). Pour connaitre l’influence de la densité de la boue sur les 03 modes de forage, on a pris des valeurs de la densité variées entre 1,20 jusqu’à 1,24 et on a obtenu le tableau suivant. Tableau 02 : Influence du paramètre densité de la boue sur le coincement Densité Nombre de cas Taux global% Coincement Remonte avec traction Remonte libre Nombre Taux% Nombre Taux% Nombre Taux% 1,20 5 12 3 19 2 13 0 0 1,22 10 24 4 25 4 27 2 18 1,23 8 19 3 19 2 13 3 27 1,24 3 07 0 0 0 0 3 27 1,25 16 38 6 38 7 47 3 27 Total 42 100 16 100 15 100 11 100 Le tableau 02 montre, l’influence du paramètre densité de la boue pour les trois cas : coincement, remontée avec traction et remontée libre.  Coincement : le taux de coincement en fonction de la densité de la boue. Figure 01: Influence de la densité de la boue sur le coincement II ya lieu de signaler que le taux de coincement maximal correspondant à la valeur de densité 1,25. Par ailleurs, le taux de coincement est relativement faible dans l’intervalle [1,235-1,245].  Remontée avec traction : Le taux de remontée avec traction en fonction de la densité. Figure 02: Influence de la densité de la boue sur la remontée avec traction Le taux de remontée avec traction très élevé (47%) pour une valeur de densité1, 25. De même on constate que le taux de remontée avec traction est minimal dans l’intervalle de densité [1,235-1,245].  Remontée libre : Le taux de remontée avec traction en fonction de la densité. Figure 03: Influence de la densité de la boue sur la remontée libre Il a été remarqué que 81% de remontées libres ont été réalisés avec des valeurs de densité comprise entre 1,23 et 1,25. Pour une valeur d = 1,25 il a été enregistré 38% de cas de coincement, 27% de cas de remontée libre et 47% de cas de remontée avec traction. D’après les trois graphes on peut déduire que lorsque la densité diminue, le coincement augmente. Donc, pour éviter les coincements et les remontées sévères, il faut maintenir la densité dans un intervalle [1,235 -1,245]. 1.2 Yield value (Y p). Pour déterminer l’influence du Yield value, on varie ses valeurs de 14 lb/100ft2 à 24lb/100ft2, puis on constate les résultats obtenus voir le tableau 03 Tableau 03 : Influence du paramètre yield value sur le coincement Y p (lb/100ft2) Nombre de cas Taux Global % Coincement Remonte avec traction Remonte libre Nombre Taux% Nombre Taux% Nombre Taux% 14 6 13 4 22 2 12 0 0 16 6 13 3 17 3 18 0 0 17 4 09 4 22 0 0 0 0 18 6 13 2 11 2 12 2 18 19 4 09 0 0 4 24 0 0 20 5 11 3 17 2 12 0 0 22 9 20 2 11 2 12 5 45 24 6 13 0 0 2 12 4 36 Total 46 100 18 100 17 100 11 100 A partir de ce tableau on trace les graphes de chaque mode et on tire les valeurs recommandées pour chacun. Pour obtenir une meilleur précision dans les deux premiers modes (Coincement et remontée avec traction) il faut divise les tableaux correspond en deux (figure 04 et figure 05).  Coincement : le taux de coincement en fonction de la Yield value. Figure 04: Influence de la Yield value sur le coincement On constate que 72 %le des coincements de forages ont été réalisés avec une valeur Yp < 19lb/100ft2. Figure 05: Influence de la Yield value sur le coincement Le taux de coincement est 0% au point Yp = 19 lb/ft 2, mais le taux de coincement est démunie à partir de Yp ≥ 21 lb/ft 2.  Remontée avec traction : le taux de Remontée avec traction en fonction de la Yield value. Figure06: Influence de la Yield value sur la remontée avec traction. On a pu observer que 42% des remontées avec traction ont été réalisées avec Yp < 19lb/100ft2. Figure07: Influence de la Yield value sur la remontée avec traction. Le taux de remontée avec traction est 36% pour les valeurs de Yp ≥ 20lb/100ft2.  Remontée libre : le taux de Remontée libre en fonction de la Yield value. Figure08: Influence de la Yield value sur la remontée libre On a noté que 81% des forages libres ont été réalisés avec Yp > 19lb/100ft2. D’après ces trois graphes, on peut déduire que plus yield value est faible plus le coincement augmente, pour cette raison il faut garder sa valeur supérieure à 20lb/100ft2. 1.3 Le poids sur l’outil(WOB). Le but de cette analyse est de déterminer les valeurs admissibles pour les poids appliqués sur l’outil de forage. Le tableau suivant montre l’influence du poids sur l’outil de forage. Tableau 04 : Influence du poids sur l’outil sur le coincement WOB (T) Nombre de cas Taux global% Coincement Remontée avec traction Remontée libre Nombre Taux% Nombre Taux% Nombre Taux% 6 21 7 5 05 06 06 10 14 7,5 23 8 6 06 07 07 10 14 8,5 23 8 8 08 08 08 07 10 9,5 25 9 8 08 11 10 06 09 10,5 28 10 10 10 12 11 06 09 11,5 28 10 10 10 12 11 06 09 13 28 10 10 10 12 11 06 09 14,5 25 9 11 10 09 08 05 07 15,5 18 6 9 09 06 06 03 04 16 ,5 19 7 10 10 06 06 03 04 17,5 17 6 8 08 06 06 03 04 18,5 13 5 6 06 04 04 03 04 20 13 5 4 04 07 07 02 03 Total 281 100 105 100 106 100 70 100 Le tableau 04 montre l’influence du poids sur l’outil de forage pour les trois cas coincement remontée avec traction et remontée libre.  Coincement : Le taux de coincement en fonction du poids sur l’outil. Figure09: Influence poids sur l’outil sur le coincement. On a pu observé qu’au delà du 5ème palier (6>WOB > 15,5T) le coincement domine avec un taux de 37%, un taux de remontée avec traction de 29% et un taux de remontée libre de 19%.  Remontée avec traction : taux de remontée avec traction en fonction du poids sur l’outil. Figure10 : Influence du poids sur l’outil sur la remontée avec traction Du palier 6 au palier 8 (11,5T -15,5T), on voit que le taux de remontée avec traction et remontée libre qui sont respectivement de 36% et 29% augmente par rapport au coincement qui prend une valeur de 39%.  Remontée libre : taux de remontée libre en fonction du poids sur l’outil. Figure 11: Influence du poids sur l’outil sur la remontée libre. Du palier 1 au palier 5 (6T -10,5T), on remarque que le taux de remontée libre (56%) est élevé par rapport au taux de la remontée avec traction (42%) et au taux du coincement (37%). D’après ses trois graphes, on peut déduire que plus le poids exercé sur l’outil augmente plus le coincement est fréquent. 81% des forages libres sont réalisés dans les 6 premiers paliers. Donc il ya plus de sécurité dans les 5 premiers paliers c- a-d un WOB entre 6T-10,5T. 1.4 Vitesse de rotation (RPM). Le tableau 13 montre l’influence de la vitesse de rotation sur le coincement, la remontée avec traction et la remontée libre. Tableau 05 : Influence de la vitesse de rotation sur le coincement. RPM (tr/min) Nombre de cas Taux global% Coincement Remontée avec traction Remontée libre Nombre Taux% Nombre Taux% Nombre Taux% 70 08 05 00 0 04 7 4 09 95 14 08 00 0 06 10 8 18 105 22 13 07 11 07 11 8 18 115 26 16 08 13 11 18 7 16 125 27 16 10 16 11 18 6 14 135 20 12 07 11 08 13 5 11 142,5 12 07 05 9 05 8 2 5 147,5 14 08 07 11 05 8 2 5 152,5 09 05 05 8 02 3 2 5 157,5 07 04 05 8 02 3 0 0 170 07 04 07 11 00 0 0 0 Total 166 100 61 100 61 100 44 100 Du tableau ci-dessus on peut tracer les graphes de chaque mode pour voir les valeurs les plus appropriées.  Coincement : le taux coincement en fonction de la vitesse de rotation. Figure12: Influence de la vitesse de rotation sur le coincement Au-delà du 8 eme palier (152,5 tr/min – 170 tr/min) on constate que le coincement domine avec un taux de 27% sur le taux de remontée avec traction et de remontée libre qui ont des valeurs respectives de 6% et 5%.  Remontée avec traction : le taux coincement en fonction de la vitesse de rotation. Figure13: Influence de la vitesse de rotation sur la remontée avec traction Du palier 4 au palier 8 (115tr/min -147,5 tr/min), le taux de forage libre (51%) diminue, cédant ainsi plus de place à la remontée avec traction (65%) qu’au coincement (60%).  Remontée libre : le taux coincement en fonction de la vitesse de rotation Figure 14: Influence de la vitesse de rotation sur la remontée libre Du palier 1 au palier 3 (70 tr/min -120 tr/min) le taux de remontée libre (45%) est élevé par rapport au taux de remontée avec traction (28%) et au coincement (11%). On déduit de ces graphes que plus la vitesse de rotation est importante plus le coincement augmente, pour cela, la valeur de la vitesse de rotation est fixée dans un intervalle [70tr/min -105 tr/min]. 1.5 La vitesse d’avancement (ROP). Le tableau 14 montre le taux de variation du ROP pour chaque mode. Tableau 06 : Influence de la vitesse d’avancement sur le coincement ROP (m/h) Nombre de cas Taux global% Coincement Remontée avec traction Remontée libre Nombre Taux% Nombre Taux% Nombre Taux% 17,5 12 29 4 25 4 27 4 36 22,5 13 30 3 19 6 40 4 36 27,5 09 21 3 19 3 20 3 27 30 08 19 6 38 2 13 0 0 Total 42 100 16 100 15 100 11 100 De ce tableau on peut tracer les graphes pour chaque mode de problèmes.  Coincement : le taux coincement en fonction de la vitesse d’avancement Figure15: Influence de la vitesse d’avancement sur le coincement Au-delà du 4 eme palier (30m/h) le coincement domine est occupe 38%des cas enregistrés avec un taux de remontée avec traction de 13% et un taux de remontée libre de 0%.  Remontée avec traction : le taux de remontée avec traction en fonction de la vitesse de rotation Figure16: Influence de la vitesse d’avancement sur la remontée avec traction Du palier 2 au palier 3 (22,5m/h -27,5m/h), le taux de remontée libre diminue, cédant ainsi plus de place a la remontée avec traction qu’au coincement. De la façon suivante : un taux de coincement de 38 %, un taux de remontée avec traction de 60 % et un taux de remontée libre de 63%.  Remontée libre : le taux de remontée libre en fonction de la vitesse d’avancement Figure17: Influence de la vitesse d’avancement sur la remontée libre Au 1er palier (17,4 m/h) le taux de forage libre est élevé, par rapport au taux de la remontée avec traction qu’au coincement (taux de coincement de 25 %, taux de remontée avec traction de 27 %, taux de remontée libre est 36%). On constate que plus la vitesse d’avancement est rapide plus le risque de coincement est important. Pour plus de sécurité il faut garder une vitesse d’avancement entre 17,5m/h – 22,5m/h. Conclusion : En interprétant les résultats on a constaté que le coincement augmente quand :  La formation est intercalée.  La densité est faible.  Le Yield value est faible.  Le poids sur l’outil est important.  La vitesse de rotation est importante.  La vitesse d’avancement est rapide. IV.2 Discussion des résultats : On constate que plusieurs paramètres pris individuellement ou combinés peuvent causer des problèmes sévères tels que le coincement. Ces paramètres sont :  La formation.  Paramètres de forage.  Les fluides de forage.  Outil de forage.  BHA (Bottom Hole Assembly). Le but de ce travail est de trouver une meilleure combinaison entre les paramètres de forage pour minimiser la possibilité de coincement au cours de forage dans le champ de Hassi Messaoud. Pour ces raisons, il faut prendre en considérations les recommandations précédentes pour chaque paramètre. Modèles de calcul des différents résultats : On peut donner les pourcentages par des approximations polynomiales en fonction de l’un des paramètres de forage. Y : représente le pourcentage de coincement. X : représente les paramètres de forage (Densité, Yield value, poids sur l’outil, vitesse de rotation, vitesse d’avancement) respectivement. Paramètre densité • Coincement Y= 0.0296X4 – 0.2975 X3 +0.9854 X2 – 1.2575 X +0.73 R2 = 1 • Remonte avec traction Y = 0.0733 X3 – 0 6121 X2+1.4845X – 0.82 R2 = 1 • Remonte libre Y= 0.0075 X3 – 0.0996X2 + 0.4329X – 0.342 R2 =0.9979 Paramètre Yield value • Coincement a) Y= -0,026 X3 +1,258 X2 – 20,04 X + 106,1 R2 = 1 b) Y= 0,012 X3 – 0,803 X2 +17,78X-129,50 R2 = 1 • Remonte avec traction a) Y= -0,07X2 +2,13 X – 15,98 R2 = 1 b) Y= -0,008X4+0,672X3-21,08X2+298,9X-1520 R2 = 1 • Remonte libre Y= -0,000X4 + 0,070 X3 – 1,961 X2 + 23,83X – 107,2 R2 = 0,763 Paramètre poids sur l’outil • Coincement Y= 1E-06X6-8E-05X5+0,002X4-0,042X3 +0,380X2-1,745X+3,224 R2 = 0,955 • Remonte avec traction Y= 3E -07X6 – 3E-05X5+0,001X4 -0.019X3 +0.198X2-1,029X+2,123 R2 = 0.940 • Remonte libre Y= – 1 E-06X6 + 0,000 X5 – 0,003X4 + 0,055X3-0,510X2+2,369X-4,207 R2 = 0.944 Paramètre vitesse de rotation • Coincement Y= – 3E – 05 X2 + 0.008 X – 0.426 R2 = 0.560 • Remonte avec traction Y= -6E -11X6+4E -08X5-1E-05X4+0,002X3-0,182X2+8,316X-154,1 R2 = 0. 971 • Remontée libre Y= -6E -13X6-3E -10X5+4E-08X4+1E-06X3-0,000X2+0,078X-2,402 R2 = 0.975 Paramètre vitesse d’avancement • Coincement Y= 0,000X3-0.047 X2 – 1,007 X -6,806 R2 = 1 • Remonte avec traction Y= 0,000X3– 0.050 X2 + 1,269 X – 9,887 R2 = 1 • Remonte libre Y= -0.000X3 +0.053 X2 – 1.146 X + 8.487 R2 = 1 L’étude nous a permet d’établir 15 modèles d’équations simples en un seule inconnue permettant de calculer le taux de coincement en fonction de l’un des paramètres de forage. La comparaison des résultats issus de la pratique pour 40 puits déjà forés dans la région Hassi Messaoud avec ceux issus des modèles montre que les écarts sont très faibles. Ecart entre les paramètres de forage réels et théoriques : Tableau 07 : Ecart entre les paramètres de forage réels et théoriques Écart de la densité de la boue Densité Coincement Avec traction Libre Modèle Mesuré Ecart % Modèle Mesuré Ecart % Modèle Mesuré Ecart % 1,20 0,19 0,19 0,01 0,20 0,13 0,37 0,04 0 1 1,22 0,08 0,25 2 0,21 0,27 0,26 0,05 0,18 2,5 1,23 0,44 0,19 0,5 0,21 0,13 0,39 0,05 0,27 4 1,24 0,19 0 1 0,22 0 1 0,09 0,27 2 1,25 0,19 0,38 1,01 0,22 0,47 1,11 0,06 0,27 3,7 Chapitre V : Analyse de temps non productif des puits l’objet de l’étude. La répartition de temps non productif n’est pas uniforme sur toute l’opération de forage qu’on peut la repartir en 05groupes Tableau 08 : Répartition du temps en cours de forage Montage de l’appareil de forage Forage% Interphase% Complétion% NPT dû aux Problèmes au cours de forage% 12 Jours 37,72 18,86 25,42 18 Le temps des opérations avec un taux 82 %. L’analyse montre que la plupart du temps non productif (NPT) est généré par le problème de coincements qui représente 75% du temps non productif global. Par ailleurs le temps non productif dû aux états des équipements utilisés peut être maitrisé par une bonne réception de l’appareil de forage pour éviter les pannes des équipements. Réception de l’appareil de forage. Dans le souci de minimiser le temps non productif lié aux pannes ou attente matériels, les éléments constituants l’appareil de forage, les équipements de fond ainsi que les accessoires annexes doivent être contrôlés et inspectés (réceptionnés) avant démarrage. Aussi, il est recommandé d’effectuer une réception après chaque déménagement de l’appareil pour s’assurer que tous les critères du choix sur le plan technico-économique peuvent répondre aux exigences de forage, une réception conforme aux procédures en vigueur évitera de prendre des décisions mal réfléchies, les décisions peuvent être prises après avoir émis et écrit ce que nous appellerons des réserves. Dans tous les cas de figure, la procédure de réception d’un appareil a pour objectif d’éliminer ou de minimiser les pertes de temps après démarrage. Les pertes de temps peuvent être causées comme suit :  Ennuis mécaniques.  Manque de matériel.  Mauvais état du matériel. Conclusions et recommandations Le forage des puits pétroliers est souvent marqué par plusieurs contraintes notamment les problèmes des coincements lors des remontés, ce qui engendre des pertes de temps énormes, et par conséquent un surcoût de forage. Dans le souci de minimiser la perte de temps engendrée par ces problèmes, nous avons élaboré 15 modèles simples qui permettent de calculer le taux de coincement par type en fonction de l’un des paramètres de forage. Les modèles de calcul du taux pour différentes valeurs de l’un des paramètres permettent de calculer en n’importe quel puits dans la zone de Hassi Messaoud le taux par type de coincement (remonté libre, remonté avec traction ou coincement). Il suffit d’introduire la valeur du paramètre de forage et qui représente le seul paramètre à définir (à fixer). Ces modèles ont donné de bons résultats avec un coefficient de corrélation ” R² ” proche de 1. La comparaison des résultats issus de la pratique pour 40 puits déjà forés dans la région de Hassi Messaoud avec ceux issus des modèles montre que les écarts sont très faibles d’où, une grande précision; ces modèles peuvent servir comme indicateurs sur les problèmes de coincement pour les forages futurs dans la région de Hassi Messaoud. Il faut noter que ce genre de travail nécessite d’être compléter par une banque de donnée plus large afin de minimiser les erreurs des modèles, aussi le calage définitif des modèles nécessite la mise en œuvre de ces résultats dans la zone considérée dans les conditions réelles. Enfin ces modèles peuvent servir à la mise en place d’une procédure pour forer d’autres régions en exploitant leurs propres données. Références bibliographiques [1] : H. Askri, A. Belmecheri « Géologie de l’Algérie » Contribution de Sonatrach division de production, centre de recherche et de développement et division Petroleum engineering et développement. 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Date de soutenance
26/06/2013
Statut
Soutenue