Realisation L Operation de Cimentation Et Verification de Leur Qualite Par La Methode CBL-VDL [PDF]

Zitiervorschau

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Université Kasdi Merbah Ouargla

Faculté des hydrocarbures et des energies renouvelables et sciences de la terre et de l’univers

Département de forage et MCP

Option : Forage MEMOIRE DE FIN D’ETUDES EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME MASTER EN FORAGE -THEME-

Réalisation de l’opération de cimentation et vérification de leur qualité par la méthode CBL-VDL Application sur la phase 121/4 Réalisé Par :

Nadjib DANOUNE

Dirigé par :

Youcef LEGHRIEB

Promotion 2015/2016

Tout d’abord, je remercie le bon Dieu de m’avoir donné la puissance pour achever mes études supérieures. Je remercie Mon promoteur Mr LEGHRIEB Youcef de m’avoir encadré, aidé et orienté par ses conseils fructueux. Je remercie tous les professeurs qui ont contribué à ma formation à L’université. Sans oublier les personnels de chantier SAKSON-SK603 qui me donne beaucoup des informations Ainsi qu’à tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à la réalisation de ce modeste travail.

DANOUNE Nadjib

Je dédie ce modeste travail à : La cause de mon existance : Ma très chère mère Mon très chèr père Mes frères Mes sœurs.  Mes deux grandes mère. Toute la famille DANOUNE et les gents de Commune Redjas. Tous mes amis sans exception. A toute personne connue DANOUNE Nadjib. Merci pour vous tous

DANOUNE Nadjib

RESUME Français Ce travail représente comment la réalisation d’une cimentation primaire de tubage 9 5/8 du puits BRW-ESW 2, et comment faire les calculs nécessaires (le volume de laitier, la masse de ciment, le volume d’eau de gâchage, le volume de chasse, la masse des additifs, le temps d’injection et la pression de refoulement) et après la realisation et la prise de ciment, ce dernier qui vérifiera par le train de CBL (Ciment Bound Log) et VDL (Variable Density Log) qui nous donnent une connaissance sur la qualité et l’adhérence de ciment avec la formation.

‫اﻟﻌﺮﺑﯿﺔ‬ ‫ھﺬه اﻟﺪراﺳﺔ ﺗﺘﻤﺜﻞ ﻓﻲ ﻛﯿﻔﯿﺔ اﻧﺠﺎز ﻋﻤﻠﯿﺔ ﺣﻘﻦ ﺳﺎﺋﻞ ذو ﺧﺼﺎﺋﺺ ﻓﯿﺰﯾﺎﺋﯿﺔ ﻓﻲ اﻟﻔﺮاغ اﻟﺤﻠﻘﻲ ﻣﻦ اﺟﻞ ﻋﺰل اﻟﻄﺒﻘﺎت‬ ‫ وﺑﻌﺪھﺎ ﻛﯿﻔﯿﺔ اﻧﺠﺎز ﻛﻞ اﻟﺤﺴﺎﺑﺎت اﻟﻼزﻣﺔ )ﺣﺠﻢ اﻟﺴﺎﺋﻞ‘ﻛﺘﻠﺔ‬BRW-ESW 2 ‫اﻷرﺿﯿﺔ ﻣﻦ اﻻﻧﮭﯿﺎر داﺧﻞ اﻟﺒﺌﺮ‬ ‫اﻻﺳﻤﻨﺖ‘ﺣﺠﻢ ﻣﺎء اﻟﻤﺰج‘ﺣﺠﻢ طﯿﻦ اﻟﺪﻓﻊ ‘ﻛﺘﻠﺔ اﻟﻤﻮاد اﻟﻜﯿﻤﯿﺎﺋﯿﺔ اﻟﻤﻀﺎﻓﺔ ‘ﻣﺪة اﻟﺤﻘﻦ ‘ﺿﻐﻂ دﻓﻊ اﻟﺴﺎﺋﻞ( وﺑﻌﺪ اﻻﻧﺘﮭﺎء‬ ‫و‬CBL ‫ﻣﻦ ﻋﻤﻠﯿﺔ اﻟﺤﻘﻦ وﺟﻔﺎف اﻟﺴﺎﺋﻞ ﻧﺘﻌﺮف اﻟﻰ ﻛﯿﻔﯿﺔ ﻣﺮاﻗﺒﺔ ﺟﻮدة اﻟﻄﺒﻘﺔ اﻟﻤﺸﻜﻠﺔ ﻣﻦ طﺮف اﻟﺴﺎﺋﻞ ﺑﻮاﺳﻄﺔ ﺟﮭﺎز‬ .‫ اﻟﺬي ﯾﻌﺘﻤﺪ ﻋﻠﻰ اﻟﻤﻮﺟﺎت اﻟﺼﻮﺗﯿﺔ ﻓﻲ اﻟﻌﻤﻞ‬VDL

English This work represents how the construction of a primary cementing of casing 95/8 well BRW-ESW 2, and how to make calculations necessary (the volume of slag, mass cement, the volume of mixing water, the volume of hunting, the mass of the additives, time of injection and discharge pressure) after realization and catch of cement, this last which will check by the train of CBL (Cement Bound Log) and VDL (Variable Density Log) which make known to us on the quality and the adherence of cement with the formation.

SOMMAIRE : Introduction générale .....................................................................................…..01 Chapitre I : Partie géologique I. Présentation de champ de Bir Rebaa West Extension South West.……..…02 I.1.Introduction sur le champ de Bir Rebaa West Extension South West………………02 I.1.1 Situation géographique du champ …………………………………………….….02 I.1.2 Situation géologique du champ …..........................................................................03 I.2. Historique du champ…………………………………………………………….....04 I.3.Etude stratigraphique ………………………………………………………………04 I.3.1. Description de la lithologie du puits BRW ESW-2 ……………………………...05 I.4. Description du puits …………………………………………………………….....08 I.4.1. Localisation du puits BRW ESW-2 …..................................................................08 I.4.2. Données du puits BRW ESW-2 ………………………………………................09 I.4.3. Objectif du puits …................................................................................................09

Chapitre II : Généralité sur la cimentation I. Introduction…...............................................................................................11 II. But de la cimentation…………………..…………………………….…....11 III. Différent types de cimentation …………………………………………...11 III.1. Cimentation au Stinger……………………………………………………….…..11 III.2.Cimentation primaire ……………………………………………………………..12 III.3.Cimentation étagé………………………………..……………………………......13 III.4.Bouchons de ciment …..….....................................................................................14 III.5. Cimentation sous pression (squeeze) …………..……….………………………..15

IV. Ciments et laitiers …………..…………………………………………....16

IV.1.Définition de ciment…………………..………………………………………......16 IV.2.Les différents types de laitiers de ciments………………………………………...16 IV.3.Les différents classes de ciment……………….……………..…………………...20 IV.4.Les caractéristiques du laitier de ciment……………………….………………….21 IV.6.Critères de choix du laitier ….................................................................................23

V. L’eau de gâchage (fabrication)…………………………...……………….23 VI. Additifs pour ciments….............................................................................24 VII. Fluides intermédiaire (Preflush et spacer)……………….………….......26 VIII. Paramètres affectant la cimentation….....................................................26 Chapitre III : Réalisation de l’opération de cimentation I. Préparation de l'opération……………………………………………….....29

I.1.La colonne de tubage………………………………………..……………………...29 I.2.Equipements de la colonne………………………………….…..…………………..30 I.3.Le matériel de cimentation et les stocks….................................................................32 I.4.Programme de cimentation………………………………………...……………….36

II. Descente de la colonne……………………………………….…………...37

II.1. Circulations intermédiaires…………………….………………………………….38

II.2. Circulation au fond………...……………………………………………………...39

III. Cimentation…………………………...……………………………….....41

III.1.Préparation de la cimentation ………………………………………………….....41 III.2.préparation des fluides …………………………………………………………....45 III.3.Calcul de cimentation …...…………………………...…………………………...47 III.3.1.Volume de laitier …………...………………………..………………………....47 III.3.2.Volume d’eau de mixage et quantité de ciment ....................................................48 III.3.3.Volume du fluide de refoulement ou de chasse…………….…………………....48 III.3.4.Débit d'injection du laitier ……………………………………………………...48 III.3.5.Débit de refoulement ou de chasse ……………………………………………..48 III.3.6.Pression de refoulement…………………………………………...…………....48

IV. Déroulement de l’opération…………………………………………........49 Chapitre IV : Contrôle de la qualité CBL-VDL I. Introduction …………………………………….………………………….50 II. Contrôle de qualité de cimentation (CBL-VDL) .……………….………..50

II.1. Définition et origine du terme ‘’Diagraphie’’ .………………………….………...50 II.2. les conséquences de mauvaise cimentation ……………………………………….51 II.3. quelque rappel théorique (propriété d’une onde)………………………………….51 II.4. Les Sonics: CBL – VDL (Cement Bond Log – Variable Density Log)..........……52 II.4.1. Définition ….........................................................................................................52 II.4.2. Mesure de l’amplitude et du temps de transit ………………………………......52 II.4.3. principe de CBL …………………………………………………………….......52 II.4.4. Interprétation de CBL …………..…………………………………………...….53 II.4.5. Principe de VDL …………………………………………………………..…....53 II.4.6. Interprétation …...................................................................................................54 II.4.7. Conditions de bon enregistrement ………………………………………….…...54 II.4.8. Les facteurs pouvant influencer la mesure de CBL-VDL ………………….…..54 II.4.9. Précautions à prendre pour l’interprétation …......................................................55 II.4.10. Synthés CBL-VDL ……………………………………………………….…...55

Chapitre V : Partie calcul I. programme de cimentation de la phase 12"1/4 de puits BRW-ESW2……....56

I.1. Objectif de l’opération ……………………………………………………..…..…..56 I.2. Calcul des volumes …………….…………………………………………..….…..56 I.3. Calcul de la quantité de ciment ……………………………………………………59 I.4. calcul de la quantité des additifs …….……………………………………..…..….59 I.5. Calcul du temps d’injection du laitier tI …………………………………….……..60 I.6. Calcul de la pression de refoulement (Pref) ………………………………………..61

I. Les diagraphies CBL-VDL de phase 121/4 ……………...……………........62

I.1. Introduction …………………………………………………………………...…...62 I.2. Interprétation de des logs CBL-VDL de phase 121/4 ……………………………….63

Conclusion générale….…………………………………………………………..64

LISTES DES FIGURES : (Figure 1). Situation géographique de champ de Bir Rebaa West Extension South West.…02 (Figure 2). Localisation du puits BRW ESW-2 ………………………………………....…08 (Figure 3). Cimentation au Stinger ……….………………………………………………..12 (Figure 4). Déroulement d’une cimentation primaire ………………...……………………13 (Figure 5). Déroulement de la cimentation étagé ………..…………………………………14 (Figure 6).Variation du rapport de débit en fonction de l'excentricité du casing (stand-of).27 (Figure 7). Effet de stand-off sur le déplacement de la boue …………..…………………..27 (Figure 8). Effet de la rotation sur la cimentation …….……………………………………28 (Figure 9). Effet de canneling causé par la boue …..……………………………………….28 (Figure 10). Effet de canneling causé par la migration de gaz …..…………………………28 (Figure 11).types des sabots ……………………………………………………………….31 (Figure 12).types des anneaux de retenue …….………………….………………………...31 (Figure 13).types des centreurs …………………………...…………….……...……….…32 (Figure 14).types des gratteurs …………………………………………….………………32 (Figure 15).l'unité de cimentation …………………………………………….….………..33 (Figure 16). Tète de cimentation ………………...…………………………….……….….34 (Figure 17). Bouchons inferieur et supérieur …………………..…………………..………35 (Figure18). Schéma représente les différents volumes à cimenté …………………….…....47 (Figure 19). Les conséquences de la mauvaise cimentation ……………..…..…………….51 (Figure 20). L’onde acoustique…………………………………………………………….51 (Figure 21). Le train d’onde de CBL et VDL ………………….……………………...…...52 (Figure22). Enregistrement d’un train d’onde ………………………………………….….52 (Figure 23). Diagraphie de cimentation ……………………..…….……………………….53 (Figure 24). Différent volumes de phase 121/4 …...……...…………….…………………..56 (Figure25). Diagraphie de CBL-VDL montre une très bonne cimentation ……………..…63 (Figure 26). Diagraphie de CBL-VDL montre un free pipe …………….………………....63 (Figure 27). Diagraphie de CBL-VDL montre une moyenne cimentation ……….………...63 (Figure 28). Diagraphie de CBL-VDL montre une bonne cimentation ……………..…..…63

LISTE DES TABLEAUX : Tableau 1: Prévisions stratigraphiques ……………………………..……………………...…03 Tableau 2 : lithologique et prévisions de forage ………………………………………………04 Tableau 3 : Données du puits BRW ESW-2 ……………………………………………….…09 Tableau 4 : Les différents class de ciment …………………………………………………….20 Tableau 5 : Les différents volumes ……………….……………………………………….….58

TABLEAU D’ABREVIATION BRW-ESW Bir Rabaa West – Extension Sud West NO

Nord Ouest

SO

Sud-Ouest

BRSW

Bir Rabaa Sud-Ouest

GSA

Groupement Sonatrach Agip

MD

Measured Depth

TVD

Trou Vertical Depth

TD TAGI MD RT

Trou Depth Trias Argilo-Gréseux Inférieur Measured Depth from Rotary Table

mE

magnétique Est

mN

magnetique Nord

DV

Diverter Valve

RH

Rayon Hole

RC

Rayon Casing

API

American Petroleum Institute

E.C.P

Electrical Casing Packer

CBL

Cement Bound Log

VDL

Variable Density Log

ECG

Electrical Cardio Graph

ft

feet

KHz

Kilo Hertez

TT

Transit Time

FF

Formulaire de Foreur

BHST

Bottom Hole Static Temperature

BHCT

Bottom Hole Circulating Temperature

Introduction générale I. Introduction génerale: Dans le monde actuel, le pétrole et le gaz naturel occupent une place essentielle parmi les sources d’énergie exploitées, et pour satisfaire les besoins de tout le monde en énergie, on prospecte, exploite actuellement des gisements situés à des profondeurs de plus en plus grandes, où les caractéristiques posent des problèmes techniques difficiles. Pour pouvoir arriver à ces grandes profondeurs, le puits est réalisé en étages, forme une structure télescopique renversée, lie le réservoir à la surface à l'aide des conduites bien cimentées Dans ce document qui constitue mon mémoire de fin d’études, on mettre en étude l'opération du tubage et cimentation de la phase 12" ¼ et contrôle de leur qualité, cette opération est réalisé dans le puits BRW ESW-2 réalisé par l'appareil SAKSON 603. Pour cela on suggère le plan de travail suivant : Chapitre I : Partie géologique Chapitre II : généralité sur la cimentation Chapitre III : Réalisation de l’opération de cimentation Chapitre IV : Contrôle de la qualité CBL-VDL Chapitre V : Partie calcul

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Chapitre I : Partie géologique I. Présentation de champ de Bir Rebaa West Extension South West : I.1. Introduction sur le champ de Bir Rebaa West Extension South West : Le champ de Bir Rebaa West Extension South West (BRW ESW) se trouve dans le Permis d’exploitation 403a (Figure 1), environ 3 km à NO du champ de BRSW et environ 10 km à SO du champ principal BRW, dans un bloc séparé et structurellement affaissé. Jusqu’aujourd’hui, dans ce champ deux puits ont été forés. Le champ a été découvert avec le forage du puits BRW-6ST, foré entre Décembre 1996 et Mars1997. Le puits a traversé la Formation TAGI dans un bloc séparé et structuralement affaissé par rapport au champ de BRW. L’interprétation pétro physique a aussi montré la présence d’huile dans la partie sommitale du réservoir. Pendant l’année 2005 GSA a acquis une sismique 3D d'environ 400 Km 2 en plein couverture sur la zone des gisements de BRW/BRN/BRSW et du puits BRW-6ST (BRW ESW). Les résultats préliminaires de l'interprétation sismique ont montré une remontée structurelle (au niveau du Trias S4) à partir du puits BRW-6ST vers la faille principale. Suite aux résultats du puits BRW-6ST et de l’interprétation sismique, une nouvelle concession a été délinée pour délimiter le champ de BRW ESW. Dans le champ de BRW ESW la production d’huile a démarré en Mai 2012 par le puits BRWESW-1. Le puits BRW-6ST a été converti en puits injecteur d’eau pour soutenir la pression du réservoir. Le puits BRW ESW-2, a pour objectif principal la production d’huile dans le sousniveau TAGI-1 et pour objectif secondaire les sous-niveaux TAGI-2 et TAGI-3. [5] I.1.1 Situation géographique du champ : La figure ci-dessous illustre la position du champ de Bir Rebaa West Extension South West. [5]

Champ de BRW-ESW

(Figure1). Situation géographique de champ de Bir Rebaa West Extension South West 2

Chapitre I : Partie géologique I.1.2 Situation géologique du champ : La description lithologique a été faite à l’aide des fiches techniques de différents puits dans le champ de Bir Rebaa West Extension South West. [5] Tableau 1 : Prévisions stratigraphiques

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Chapitre I : Partie géologique I.2. Historique du champ : I.2.1. Historique de l'exploration : Le champ a été découvert avec le forage du puits BRW-6ST, foré entre Décembre 1996 et Mars1997. Le puits a traversé la Formation TAGI dans un bloc séparé et structuralement affaissé par rapport au champ de BRW. L’interprétation pétro physique a aussi montré la présence d’huile dans la partie sommitale du réservoir. Le premier puits (BRW-6ST) a été foré entre Décembre 1996 et Mars1997, situé entre les gisements de Bir Rabaa West, Bir Rabaa Sud-Ouest qui sont productifs d'huile dans le Cambrien. [5] I.2.2. Les puits voisins : Les puits voisins, délimités dans la même zone sont : BRW-6ST, BRW-ESW1 Le puits producteur d’huile BRW ESW-2 sera foré dans le secteur Sud du champ de BRW ESW (Périmètre 403a). L’implantation de ce puits est prévue environ 1300 m à SO du puits BRW ESW-1 et environ 1480 m à Sud du puits BRW-6ST. [5] I.3. Etude stratigraphique : [5] Le programme de forage ci-dessous illustre parfaitement la stratigraphie de notre puits BRW ESW-2. Tableau 2 : lithologique et prévisions de forage

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Chapitre I : Partie géologique I.3.1. Description de la lithologie du puits BRW ESW-2 : 1) TERTIAIRE : 1.1. Mio-Pliocène : de 10 m à 172m Sable quartzeux moyen à grossier, mal classé, non consolidé, translucide, passant à grès peu cimenté par ciment argileux-dolomitique, avec intercalations de calcaire blanchâtre localement gréseux et d’argile sableuse, rougeâtre à brunâtre, tendre. 2) CRETACE 2.1. Sénonien carbonaté : de 172 m à 310 m Prédominance de calcaire dolomitique blanc et beige, vacuolaire, moyennement dur, avec passées de dolomie beige cristalline, marne légèrement dolomitique grise et gypse fibreux blanc à translucide. Niveaux d’argile dolomitique grise, parfois gris-foncée pâteuse. 2.2. Sénonien anhydritique : de 310 m à 591 m -Partie supérieure : Alternances de gypse fibreux translucide devenant anhydrite blanche Pulvérulente, dolomie cristalline, calcaire dolomitique et marne. -Partie moyenne : prédominance de calcaire et calcaire dolomitique beige vacuolaire, localement argileux avec intercalations d’anhydrite blanche et marne grise pâteuse. Niveaux de dolomie et dolomie calcaire localement argileuse. -Partie inférieure : alternances de dolomie microcristalline grise, anhydrite blanche, argile grise tendre et calcaire crayeux gris tendre. 2.3. Sénonien salifère : de 591 m à 319 m Sel massif blanc et translucide avec intercalations d’argile brun-rouge indurée, silteuse, parfois dolomitique ; Calcaire gris blanc moyennement dur et anhydrite blanche cristalline. -Partie basale : anhydrite massive, blanche tendre. 2.4. Turonien : de 719 m à 774 m Calcaire beige et gris-blanchâtre tendre, localement argileux gris-foncé. Possible présence d’un niveau de marne grise-foncée, tendre. 2.5. Cénomanien : de 774 m à 927 m -Partie supérieure : alternances d’argile gris-foncée, indurée, plus ou moins dolomitique, parfois brun-rouge ; Calcaire gris-blanc, parfois argileux ; Anhydrite blanche cristalline ; Dolomie localement argileuse, grise et sel translucide à blanc. -Partie inférieure : prédominance d’argile gris-verdâtre, plus ou moins dolomitique, localement gris-clair et brun-rouge avec intercalations de dolomie blanche microcristalline. 5

Chapitre I : Partie géologique 2.6. Albien : de 927 m à 1118 m -Partie supérieure : Argile gris-vert et brun rouge, silteuse, localement dolomitique avec rares passées d'ANHYDRITE blanc pulvérulente ; -Partie moyenne : intercalations de Grès gris blanc, fin, argileux, bien classé et d'Argile gris-vert à brun rouge, silteuse, tendre ; -Partie inférieure : Sable blanc et gris-vert argileux, moyen à grossier, mal classé, mal-consolidé quartzeux. 2.7. Aptien : de 1118 m à 1141 m C’est bon repère stratigraphique régional. Calcaire dolomitique gris-blanc à beige et dolomie beige, microcristalline, argileuse, dure. 2.8. Barrémien : de 1141 m à 1435 m Grès et sable mal classé, plus ou moins induré, granulométrie de fin à grossier avec plus ou moins rares intercalations d’argile et d’argile silteuse brun rouge. 2.9. Néocomien : de 1435 m à 1697 m Prédominance d’argile et argile silteuse gris verdâtre à rouge, tendre à indurée ; présence de niveaux plus ou moins épais de sable et grès quartzeux fin à grossier ; minces passées de dolomie microcristalline beige et possible présence de lignite. 3) JURASSIQUE : 3.1. Malm : de 1697 m à 1938 m Le toit et la partie inférieure sont des bons repères stratigraphiques régionaux. -Partie supérieure: représenté par des intercalations d’anhydrite blanche, tendre, de calcaire dolomitique gris, dur, et des minces lits de marne gris, tendre, plus ou moins dolomitique ; -Partie moyenne : alternance d’argile grise verte et brune, silteuse sableuse, indurée et devenant marne dolomitique, parfois sableuse tendre à indurée avec des niveaux plus ou moins épais de grès quartzeux blanc, fin à moyen ; Présence de niveaux de calcaire argileux beige et anhydrite blanche ; -Partie inférieure : intercalations de calcaire, calcaire dolomitique, marne, marne dolomitique et anhydrite. 3.2. Dogger argileux : de 1938 m à 2040 m Prédominance d’argile bariolée (brune rouge, grise verdâtre, ocre, grise sombre, noire) silteuse sableuse, légèrement dolomitique ; intercalations de calcaire dolomitique blanc à

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Chapitre I : Partie géologique brun clair, parfois argileux, tendre à mi-dur, grès quartzeux fin à très fin et rares minces niveaux d’anhydrite pulvérulente. 3.3. Dogger lagunaire : de 2040 m à 2228 m Alternance d’argile bariolée silteuse-sableuse légèrement dolomitique, anhydrite blanche cristalline et pulvérulente, calcaire dolomitique blanc à brun clair parfois argileux et oolitique, dur à mi-dur. Banc d’anhydrite blanche massive, pulvérulente parfois indurée cristalline avec de minces intercalations d’argile grise verte et/ou noire et de dolomie et/ou calcaire dolomitique argileux, blanc, beige et gris. 3.4. Lias anhydritique : de 2228 m à 2429 m Prédominance d’anhydrite blanche, massive avec minces intercalations d’argile bariolée, calcaire dolomitique blanchâtre crayeux et niveaux, parfois épais, de sel massif translucide. 3.5. Lias salifère : de 2429 m à 2490 m Alternances de sel massif translucide, parfois jaunâtre, et minces niveaux d’argile rouge brune, parfois verdâtre, localement dolomitique. 3.6. Lias – horizon « B » : de 2490 m à 2516 m C’est un très bon repère stratigraphique régional. Calcaire dolomitique, gris blanchâtre, tendre à mi-dur, avec à la base de fines couches d’anhydrite blanchâtre à rouge brique et de marne grise. 3.7. Lias S1+S2 : de 2516 m à 2739 m -partie supérieure : prédominance de sel blanc à translucide avec des intercalations, parfois épaisses, d’anhydrite blanche, massive et niveaux d’argile salifère ; -partie inférieure : alternances d’anhydrite blanche massive et sel blanc rosâtre; Présence d’argile brune rouge à grise verte et de dolomie microcristalline, grise, friable. 3.8. Lias S3 : de 2739 m à 2863 m Sel massif blanc à rosâtre, translucide, avec de fines passées d’argile bariolée, salifère, mi-dure, rares et de minces passées d’anhydrite. 3.9. Lias argilo-salifère : de 2863 m à 2906 m Prédominance d’argile salifère et silteuse avec de très minces niveaux de sel verla partie supérieure ; Prédominance d’argile bariolée vers la partie inférieur.

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Chapitre I : Partie géologique 4) TRIASSIQUE : 4.1. Trias S4 : de 2906 m à 2949 m Prédominance de sel blanc jaunâtre à rougeâtre, translucide. Présence d’argile rougeâtre finement silteuse, feuilletée vers la partie inférieure. 4.2. Trias argilo-salifère : de 2949 m à 2984 m Argile salifère bariolée, parfois silteuse, avec des inclusions d’anhydrite. 4.3. Trias argilo-carbonaté : de 2984 m à 3079 m Prédominance d’argile brun-rougeâtre et vert claire, mi-dure, localement marneuse, avec des intercalations plus ou moins rares de nodules jusqu’à de minces niveaux de dolomie blanches à gris quartzeux, fin à silteuse, avec matrice argileuse. 4.4. Trias argilo-gréseux inférieur (TAGI) : de 3079 m à 3137 m Argile et argile-silteuse gris verte à rouge brune, avec des intercalations de grès quartzeux à ciment argileux, plus ou moins induré, fin à grossier en banc ou en minces niveaux. 5) DEVONIEN SUP. / MOYEN / INFERIEUR : 5.1. Frasnien : de 3137 m à 3230 m Argile noirâtre gris sombre ; Argile grise-foncé, indurée silteuse, finement micacée et carbonaté, charbonneuse et radioactive, avec intercalations de calcaire argileux gris claire et rares fines passes de Grès argileuse à la base. I.4. Description du puits : [5] I.4.1. Localisation du puits BRW ESW-2 :

(Figure2). Localisation du puits BRW ESW-2 8

Chapitre I : Partie géologique I.4.2. Données du puits BRW ESW-2 : [5] Tableau 3 : Données du puits BRW ESW-2 Nom du puits

Bir Rebaa West ESW 2 (BRW-ESW 2)

Classification

Puits de développement/Producteur d’huile

Objectif pétrolier

Sous-Niveau TAG-I Sous-Niveaux TAG-II & TAGI III Réservoirs TAGI

Profondeur de Forage prévue

3230 m MD RT

Pays

Algérie

Région

Grand Erg Oriental

Périmètre

Zemoul El Kbar

Permis d’exploitation

Exploitation Licence (Bloc 403a)

Titulaire

SONATRACH

Associés

Eni Algérie (Production) BV Sonatrach

Opérateur

Groupement Sonatrach Agip

Appareil de forage

SAKSON SK 603

Coord.UTM (Clarke 1880, Fuseau 32)

X = 444 415.0 mE Y = 3 446 225.0 mN

Tolérance du Target

30 m de rayon

Type de puits

Puits vertical Fullbore

I.4.3. Objectif du puits : Le but du forage du puits BRW ESW-2 est de produire l’huile du réservoir TAGI-1 dans une zone où l’interprétation sismique a envisagé un « up-dip » structural d’environ 8 mètres par rapport au puits BRW ESW-1, le seul puits actuellement en production dans le réservoir. [5] I.4.3.1. Objectif de production : Les objectifs de n’importe quel puits sont fixés avant d’entame le sondage afin d’atteindre la cible en toute sécurité et à cout minimal et ces objectifs sont représentés cidessous :  Arrêt du forage à 3230 m TVD.  Pose du 9 5/8 à 2949 m TVD.  Pose du liner 7" à 3229 TVD. [5] 9

Chapitre I : Partie géologique I.4.3.2. Objectifs Opérationnels :  Zéro accident.  Réalisation d’un puits vertical en une durée de 73,23 jours.  Pas d’atteinte à l’environnement, nettoyage permanent de la plate-forme.  Collecter des informations (données de forage) pour une optimisation future.  Atteindre les objectifs géologiques avec une « trajectoire régulière ». [5]

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Chapitre II : Généralité sur la cimentation I. Introduction : Les cimentations consistent en la mise en place d’un laitier de ciment approprié à une cote donnée de puits ou dans l’espace annulaire entre le trou foré et le cuvelage en place. Il existe différents types de cimentation répondant chacun à un problème particulier. [10]

II. But de la cimentation :  fermer les couches à haute pression pour éliminer les risques d'éruption.  réaliser la séparation entre les différentes couches productrices pouvant contenir des fluides différents à des pressions différentes  supporter la colonne de tubage.  protéger les colonnes contre les agents chimiques et la corrosion électrochimique.  prévenir l’affaissement des parois du puits.  éviter la pollution des nappes captives.  se servir d’appuis pour la tête du puits et les équipements de contrôle.  Prévention du dévissage des tubages pendant le forage.  Etanchéité derrière la colonne de tubage. [1]

III. Différent types de cimentation : III.1. Cimentation au Stinger : La cimentation au Stinger est utilisée dans les colonnes de surface de grands diamètres. Exemple : Colonne 185/8dans un trou 24" ou 26", dans le but de :  réduire l’excès de ciment  éviter la contamination  réduire la durée de cimentation Pour réaliser la cimentation au Stinger, on utilise un outil appelé Stinger vissé au bout d'une garniture de tiges. La profondeur du puits dépasse rarement 500 m. La colonne de tubage est munie d'un sabot spécial pour recevoir le Stinger. La garniture de tiges est descendue à l'intérieur du tubage jusqu'au sabot. Le Stinger est ancré dans le sabot spécial. On effectue ensuite les opérations suivantes :  Circulation à l'intérieur des tiges. Le retour de boue se fait normalement par l'espace annulaire Trou-Casing  Injection d'un bouchon laveur à l'intérieur des tiges.  Pomper le volume de laitier à l'intérieur des tiges. 11

Chapitre II : Généralité sur la cimentation  Lancer le bouchon de chasse à l'intérieur des tiges.  Chasser avec de la boue Lorsque le bouchon arrive au niveau du sabot, on note un à-coup de pression.  Désancrer le Stinger  Circulation à l'intérieur des tiges. Le retour de boue doit se faire par le tubage. On fait cette circulation pour vérifier l'étanchéité du sabot.  Remonter la garniture et attendre la prise de ciment.

(Figure 3). Cimentation au Stinger III.2. Cimentation primaire : Les laitiers de ciment ainsi injectés s’écoulent à travers le sabot pour remonter ensuite dans l’annulaire. L’anneau de retenue, comme son nom l’indique sert d’épaulement aux bouchons racleurs inferieur et supérieur qui encadre le volume de laitier dans le casing. Un à-coup de pression crève le bouchon inferieur pour laisser circuler le laitier dans l’annulaire. C’est le laitier qui pousse directement la boue en place et lave à la fois les parois du trou et l’extérieur du casing au cours de son écoulement. Lorsque tout le laitier est injecté. On libère le bouchon supérieur qui est déplacé par circulation de la boue de forage. Cette opération est appelée chasse. Le volume de chasse est le volume de boue entre l’anneau et la tête de cimentation. En fin de chasse on doit remarquer une montée en pression qui signifie l’arrêt du bouchon supérieur. Le maintien d’une surpression pendant quelques minutes permet de faire en même temps un test d’étanchéité de la colonne. [10]

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Chapitre II : Généralité sur la cimentation

(Figure 4). Déroulement d’une cimentation primaire III.3. Cimentation étagé : La cimentation à double étage est utilisée :  si les formations sont fragiles (risques de pertes de circulation ou zones à faibles pressions).  si les hauteurs d'annulaires à cimenter sont importantes (contamination du laitier).  si deux types différents de laitiers doivent être mis en place.  de volume ou hauteur de laitier trop important. La colonne est équipée d’une différentielle valve ou diverter valve (DV) à la cote désirée, la cimentation primaire est effectuée d’une manière classique avec toutefois l’utilisation de bouchon devant passé à travers le rétrécissement procuré par la DV. Après l’à-coup de pression on laisse tomber la bombe (50-60 m/min). La pression d’ouverture cisaille des goupilles et déplace la chemise. On peut alors injecter le laitier, mais on n’utilise pas de bouchons de tête. En fin d’injection, on libère le bouchon de queue que l’on chasse jusqu'à la DV. Celui-ci refermera la DV par le déplacement d’une seconde chemise. [10] On ne placera pas de gratteurs au-dessus de la DV et l'on positionnera un packer de terrain ou des ombrelles en dessous. La DV sera située dans une zone rectiligne et les quatre tubes de part et d'autres de la DV, porteront deux centreurs chacun. Au-delà de 40° d'inclinaison, les DV mécaniques ne sont généralement plus opérationnelles (le bouchon d'ouverture ne peut plus descendre seul).

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Chapitre II : Généralité sur la cimentation

(Figure 5). Déroulement de la cimentation étagé III.4. Bouchons de ciment : Les bouchons de ciment trouvent de nombreuses applications, soit en cours de forage, soit après la production d'un puits. Parmi ces applications nous pouvons citer :  colmatage de pertes,  isolation de zone,  abandon,  déviation,  ancrage d'un packer en trou ouvert. Ces applications sont très variées et les propriétés recherchées dans ces applications sont, elles aussi, très diverses. La composition, la mise en place et les propriétés finales du ciment devront donc être adaptées au problème à résoudre. [7] III.4.1. Colmatage de pertes en forage : Pendant le forage, il n'y a plus de retour de boue, et les colmatant ne restaurent pas la circulation. Une seule solution : le bouchon de ciment. Le laitier pourra lui aussi être perdu, mais prendra dans la formation et la consolidera. A la même côte, plusieurs bouchons de 14

Chapitre II : Généralité sur la cimentation ciment peuvent être nécessaires avant que la circulation ne soit rétablie. Quand c'est le cas, le bouchon peut être reforé et le forage repris. [7] III.4.2. Isolation de zone : En travaux de reconditionnement si on désire obturer une formation qui ne produit plus, ou qui s'est transformée en zone à eau ou à gaz, un bouchon de ciment peut être posé pour isoler cette zone. Une autre solution peut être envisagée : le squeeze de ciment ou un obturateur mécanique tel que le bridge plug. [7] III.4.3. Abandon : Tout puits doit être bouché et abandonné un jour ou l'autre. On doit toujours effectuer un ou plusieurs bouchons de ciment. Les puits secs sont bouchés après le forage et les tests. Les zones déplétées peuvent être bouchées après 15 ans environ de production. Des puits sont abandonnés temporairement après forage et tests en attendant la complétion et l'installation de l'équipement de production. Les bouchons d'abandon sont les bouchons de ciment les plus fréquemment effectués. [7] III.4.4. Déviation : Si, pendant le forage, des outils ou des tiges sont perdus dans le puits, et si les opérations de repêchage ne réussissent pas, la seule solution est de poser un bouchon de ciment audessus du poisson pour partir en déviation et continuer le forage. [7] III.4.5. Ancrage d'un packer en trou ouvert : Dans la plupart des puits verticaux forés à terre, un train de test est descendu pour savoir si la zone est productive avant de descendre et de cimenter une colonne de production. Les outils sont normalement au fond du trou afin de pouvoir appliquer du poids pour gonfler le packer qui isolera la zone d'intérêt du reste du puits. Cependant, si la zone à tester est trop loin du fond ou si la formation est fragile et ne peut supporter le poids des outils, il peut être nécessaire de poser un bouchon de ciment sous cette zone afin de créer un point d'appui. Notez qu'il existe des outils pour faire des tests sélectifs en trou ouvert et que généralement la zone est près du fond. Aussi c'est une des applications les moins fréquentes des bouchons de ciment. [7] III.5. Cimentation sous pression (squeeze) : C’est la mise en place d’un laitier de ciment sous pression à un point donné du puits, Le but de l’opération est de remédier à un défaut d’étanchéité ou de créer une nouvelle 15

Chapitre II : Généralité sur la cimentation étanchéité (perforation d’une couche déplétées). Cette opération consiste à appliquer de la pression sur une formation perméable pour que le laitier se déshydrate progressivement et forme un cake de ciment faisant prise et colmatant les défauts d’étanchéité ou les zones à pertes. [10] L’injection du laitier s’effectue généralement suivant la méthode « hésitation squeeze », qui consiste à injecter par volumes de quelque centaines de litres entrecoupés d’arrêts de pompage de quelque minutes, en augmentant graduellement la pression jusqu’à atteindre la pression de squeeze. [10]

IV. Ciments et laitiers : IV.1. Définition de ciment : Les ciments sont des liants hydrauliques, c'est à dire qu'au contact de l'eau, leurs constituants minéralogiques s'hydratent en formant une pâte ou laitier qui durcit et devient un matériau doué de propriétés mécaniques capables de lier d'autres matériaux. Les propriétés du laitier et du matériau dur dépendent de la nature des hydrates formés. Elles sont également fortement influencées par la pression et température, ce qui est le cas dans les puits de forage. Il est donc indispensable de tenir compte de ce phénomène. IV.2. Les différents types de laitiers de ciments : IV.2.1. Laitiers allégés : Les ciments de base utilisés pour la cimentation possèdent des caractéristiques telles (composition chimique, granulométrie) qu'une fois mélangés à l'eau de gâchage, on obtient des laitiers de densité normalement comprise entre 1.78 et 1.98. Ces densités peuvent parfois présenter des inconvénients. En effet, certaines formations ne tolèrent pas de colonnes de ciment d'un tel poids. Il est donc parfois nécessaire d'alléger les laitiers de ciment pour diminuer les pressions hydrostatiques au droit des couches fragiles et éviter ainsi les fracturations. Il est utile, également, pour colmater les zones à pertes en cours de forage, de confectionner des bouchons de ciment de faible densité. Il ne faut pas, également, rouvrir en cours de cimentation une zone à pertes et il faut pouvoir cimenter plus haut que ces pertes. Les laitiers de ciment ayant une densité voisine de 2.00 requièrent des pressions de pompage élevées pour la mise en place. De plus, ces laitiers imposent des pressions statiques et dynamiques importantes, non seulement sur la formation traitée, mais également sur les autres formations avoisinantes. Au droit des formations perméables, ces pressions peuvent entraîner une déshydratation du laitier. 16

Chapitre II : Généralité sur la cimentation Dans l'utilisation des ciments allégés on distingue généralement :  les bouchons de ciment destinés à colmater les pertes,  les cimentations des cuvelages couvrant ces zones. Le colmatage par la boue n'ayant pas réussi, on procède généralement par mise en place de plusieurs bouchons de petit volume. Le temps de pompabilité est réglé le plus court possible et, au besoin, accéléré. Nous pouvons classer les ciments allégés en 4 grandes catégories :  les gels ciments (ou à la bentonite), de densités minimales de 1.4  les laitiers ultrafins, de densités minimales de 1.3  les laitiers à la mousse, une densité minimum de 1 à 1.1 en surface, mais qui varie en fonction de la profondeur  les laitiers allégés aux billes de verre, de densités minimales de 1.2 IV.2.2. Laitiers denses ou alourdis : Un laitier de ciment présente une densité comprise entre 1.78 et 1.98. Cette limite peut être repoussée jusqu'à 2.15 par l'emploi de dispersants, mais pour obtenir des densités de laitier supérieures, il faut leur incorporer des produits alourdissant. Les densités élevées sont utilisées lorsqu'une pression hydrostatique importante est nécessaire au contrôle du puits. Dans ce cas, la densité de la boue peut être supérieure à 2.00. Celle du laitier devra être légèrement supérieure pour avoir un bon déplacement de la boue. IV.2.3. Laitiers pour températures élevées : Les ciments Portland peuvent être utilisés jusqu'aux environs de 80°C ; au-delà de cette température, on utilise des ciments dits retardés, afin d'avoir un temps de pompabilité suffisant pour mettre en place les laitiers dans les puits. Les ciments haute température normalisés par l'API sont :  Classe D : température de 77 à 100°C (température statique)  Classe E : température de 110 à 143°C  Classe F : température de 110 à 160°C IV.2.4. Laitiers basse température : Lorsque la température des forages à cimenter s'abaisse au-dessous de + 10°C, les ciments classiques ne donnent pas de résultats satisfaisants. Toutefois si la température reste supérieure au point de congélation de la phase aqueuse, on constate un retard dans la prise de plus en plus prononcé avec une résistance à la compression très lente à se développer.

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Chapitre II : Généralité sur la cimentation Pour les températures plus basses, la phase aqueuse gèle, le ciment ne s'hydrate plus et la prise n'intervient pas. Deux remèdes peuvent être appliqués : soit élever la température pour accélérer la prise, soit utilisé des systèmes de ciment pouvant faire prise à basse température. On distingue les ciments fondus et les ciments au gypse :  Les ciments fondus : Les ciments fondus ou ciments alumineux sont obtenus par fusion à 1600°C d'un mélange de bauxite et de calcaire ou de chaux.  Ciment au gypse : L'ingrédient de base est un ciment pétrolier non retardé, le classe G est souvent utilisé, mélangé avec une forte proportion de plâtre spécialement étudié pour cet usage. IV.2.5. Les laitiers thixotropes : Les ciments thixotropes sont des laitiers de ciment qui possèdent des propriétés rhéologiques particulières et auxquelles sont associées des propriétés mécaniques intéressantes.  formation rapide de gel en l'absence d'agitation ou d'écoulement,  Ces ciments sont expansifs, ce qui assure une meilleure liaison entre casing et formations consolidées.  La résistance mécanique de ces ciments est convenable bien qu'elle se développe plus lentement que pour un laitier classique.  la thixotropie réduit les pertes car le laitier se gèle dans les fissures et empêche le cheminement du gaz,  densités légèrement plus basses que celles des laitiers classiques,  Quelques minutes après sa mise en place, il n'exerce pas de pression hydrostatique, du fait de son gel élevé,  Malgré une viscosité supérieure à celle des ciments classiques, les pertes de charge restent faibles du fait de sa mise en place à débit réduit. IV.2.6. Les laitiers expansifs : L'étanchéité des cimentations est un problème qui n'a pas encore été résolu dans tous les cas. En supposant respectées toutes les règles connues et devant assurer une bonne cimentation, on pense qu'il peut y avoir manqué d'étanchéité, soit par retrait du ciment au cours de la prise, soit par création d'un micro-annulaire par contraction du tubage. Les 18

Chapitre II : Généralité sur la cimentation ciments purs conservés sous eau s'allongent d'environ 2 mm/m alors que les ciments conservés à l'air libre diminuent d'une quantité du même ordre. La contraction du tubage conduisant à la formation d'un micro-annulaire, peut être due à plusieurs causes :  changement d'une boue lourde utilisée pour la chasse du laitier par une boue légère nécessaire à la reprise du forage,  fermeture du puits sous pression pendant la cimentation et ensuite ouverture du puits,  chaleur d'hydratation du ciment : lorsque le ciment fait prise, la chaleur dégagée par le laitier fait dilater le tubage ; ce dernier se contracte par la suite, il se crée alors un micro-annulaire non étanche.  L'utilisation d'un ciment expansif permettrait d'éviter le retrait du ciment et la formation d'un micro-annulaire. IV.2.7. Laitiers pour zones à gaz : Dans les puits à gaz, le laitier est appelé à couvrir les réservoirs, il a été souvent observé des venues de gaz dans l'annulaire quelques heures ou quelques jours après une telle cimentation ; venues dont l'importance peut être telle qu'il faut entreprendre des cimentations complémentaires, difficiles, coûteuses et parfois dangereuses. Si la mauvaise adhérence du ciment à la formation et au casing peut parfois être mise en cause, particulièrement lorsqu'on a employé une boue à base d'huile, les diverses études consultées et les travaux ont montré qu'il s'agit le plus souvent d'un problème directement lié au phénomène de prise de ciment. Pour résoudre ce problème, dans l'état actuel des connaissances sur ce sujet, plusieurs solutions sont possibles et complémentaires :  Contrôler la perte en eau du laitier de ciment en réduisant la vitesse de filtration par l’ajout d’un réducteur de filtrat  On limite ainsi la perte de volume, donc la perte de pression ainsi que le risque de déshydratation, tout en réduisant la mobilité de l'eau inter-granulaire et rendant ainsi difficile le déplacement de celle-ci par le gaz.  Opposer une barrière au gaz soit en le confinant dans la formation, soit en le piégeant dans le ciment (tensio-actifs piégeant le gaz sous forme de bulles), soit encore en rendant impossible le déplacement de l'eau du ciment par le gaz (résine, latex,...).  Avoir un très bon déplacement de la boue, surtout à la paroi (régime turbulent conseillé). 19

Chapitre II : Généralité sur la cimentation  Réduire le gel à une valeur très faible (maintien de la pression) ou à une valeur très élevée supérieure à 300 lb/100 ft2 (blocage du gaz).  Avoir une prise franche : bonne connaissance de la température BHCT ou BHST, utilisation de la micro-silice et des ciments "fins".  Ajuster le temps de pompabilité en ne prenant pas de sécurité trop forte pour que le ciment débute sa prise juste après la fin de la mise en place. IV.2.8. Laitiers pour massifs salifères : Il est bon de rappeler brièvement l'influence du NaC1 sur le ciment. Le NaC1 accélère le ciment aux faibles concentrations (180 g/l) et le retarde aux fortes. La résistance à la compression des ciments gâchés à la saumure saturée est plus faible que celle des ciments gâchés à l'eau douce (environ 20 % à 60 %). Le contrôle du filtrat est pratiquement impossible sur les laitiers gâchés à la saumure saturée, et difficile sur ceux gâchés à la saumure demi-salée (180 g/l). Le contrôle du temps de pompabilité est plus délicat sur les ciments salés, mais non impossible. Le choix de l’eau de gâchage se fait en fonction des caractéristiques de la formation (bancs de sel, sel massif...), des impératifs du laitier (filtrat, temps de prise, ...) et des conditions de fond (température). Pour pallier aux divers problèmes rencontrés, on opte pour un laitier gâché à la saumure demi-salée, qui développe ces caractéristiques :  Assez bonnes caractéristiques mécaniques  Compatibilité avec les additifs, mais leur action est généralement réduite  Pas de risque d'accélération par le sel  Filtrat contrôlable, mais jamais très bon IV.3. Les différentes classes de ciment : [10] Tableau 4 : Les différents class de ciment. classe A B C D E

utilisation Utilisé de 0 à 1830 m lorsque des propriétés spéciales ne sont pas nécessaires. Type ordinaire Utilisé de 0 à 1830 m lorsque les conditions nécessitent un ciment à résistances moyenne à forte aux sulfates Utilisé de 0 à 1830 m lorsque l’on désire une forte résistance initiale a la compression. Existe en faible, moyenne et forte résistance aux sulfates. Utilisé de 1830 à 3050 m lorsque la température et la pression sont moyennement fortes. Existe en moyenne et forte résistance aux sulfates. Utilisé de 3050 à 4270 m pour les fortes températures et pressions. Existes en 20

Chapitre II : Généralité sur la cimentation moyenne et fortes résistances aux sulfates. Utilisé de 3050 à 4880 m pour les très fortes températures et pressions. Existes en moyenne et fortes résistances aux sulfates. Utilisé de 0 à 2440 m, est un ciment de base. Il peut être utilisé avec des accélérateurs ou retardateurs de prise pour couvrir une grande gamme de profondeurs et de températures. Existes en moyenne et fortes résistances aux sulfates. Utilisé de 0 à 2440 m, est un ciment de base. Il peut être utilisé dans les mêmes conditions que le ciment de classe G. il n’existe qu’en moyennes résistances aux sulfates. Utilisé de 3660 à 4880 m pour des températures et pression extrêmement élevées. Existe uniquement en type résistant aux sulfates.

F G

H

J

IV.4. Les caractéristiques du laitier de ciment : IV.4.1. La densité : La densité du laitier peut être calculée très simplement à partir de la densité de poudre de ciment, de celle de l'eau de gâchage, et de celles des différents additifs entrant dans la composition du laitier.  M + VE . d E +  MAD dL = c Mc + VE +  VAD dc

M : Mass (Kg)

c : ciment

V : Volume (L)

E : Eau

L : Laitiers

AD : Aditif

d. densité IV.4.2. Rendement : C'est le volume de laitier obtenu par tonne de ciment. On ne le mesure pas, il se calcule

Mc + VE +  VAD d simplement par la formule : R = 1 000 x c Mc 

IV.4.3. La thixotropie : Les laitiers de ciments thixotropiques ont une grande capacité de développer un gel qui se forme rapidement en l'absence d'agitation ou d'écoulement. Ce gel est détruit après agitation. L'emploi de laitier de ciment thixotropique paraît adapté aux problèmes de pertes dans des terrains fissurés. Par la gélification du laitier dans les fissures et qui empêche par la suite le cheminement du gaz et d’autres fluides de formation 21

Chapitre II : Généralité sur la cimentation Densités légèrement plus basses que celles des laitiers classiques. IV.4.4. Le filtrat : Le laitier de ciment est une suspension de solides dans l'eau. De ce fait, placé devant une formation perméable, et soumis à une pression, il va perdre une quantité plus ou moins grande d'eau. Le phénomène de filtration va entraîner une déshydratation prématurée du laitier qui pourra devenir impompable et fera prise dans de mauvaises conditions. La filtration du laitier de ciment est mesurée comme celle de la boue avec un filtrepresse API à température ambiante et sous 7 bars ou d'un filtre-presse HP-HT, lorsqu'on veut simuler les conditions de fond. IV.4.5. L'eau libre : Après sa mise en place dans le puits, le laitier de ciment a tendance à se précipiter et à former un anneau d'eau à la partie supérieure de la gaine de ciment. Ce phénomène est dû à la différence de densité des différents produits composants du laitier. L'eau, étant de densité la plus faible par rapport aux autres particules, remonte à la partie supérieure de la colonne de ciment. Ce phénomène d'eau libre est plus néfaste dans les drains horizontaux. IV.4.6. Le temps de pompabilité : C'est le temps mis par le laitier, maintenu en agitation sous conditions de pression et de température, pour atteindre une consistance de 100 Poises. Pratiquement, il correspond à la durée pendant laquelle le laitier reste pompable. Le temps de pompabilité d’un laitier est estimé à l’aide d’un consistomètre tout en tenant compte des paramètres influençant sur la prise (l’agitation, la pression et la température qu'il subira lors de son refoulement dans le puits). IV.4.7. La résistance à la compression : Le ciment doit supporter :  Les vibrations dues au forage et aux perforations  Les contraintes dues à la pression régnant à l'intérieur du tubage  Les contraintes dues aux différences de températures entre l'intérieur et l'extérieur de la gaine de ciment Ces contraintes dépendent des conditions du puits et peuvent nécessiter des résistances supérieures à 100 bars.

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Chapitre II : Généralité sur la cimentation IV.4.8. La perméabilité : La perméabilité est définie comme étant l'aptitude d'un ciment durci à se laisser traverser par les fluides. Elle dépend du type de ciment, des conditions de pression et température, de l'âge du ciment. La perméabilité d'un ciment durci évolue parallèlement à sa résistance à la compression. La perméabilité doit être la plus faible possible afin que le ciment remplisse sa fonction d'étanchéité. IV.5. Critères de choix du laitier : Il est imposé par les paramètres suivants :  La température statique de fond de trou qui conditionne le temps de prise et donc le temps de pompabilité.  La température de fond de trou sous circulation, lors de la mise en place du laitier, qui modifie le temps de prise et donc le temps de pompabilité.  La densité du laitier imposée par les limitations de pression hydrostatique de certaines formations rencontrées.  La viscosité plastique du laitier et ses caractéristiques de filtrations.  Les paramètres rhéologiques du laitier.  Le temps de prise et de développement d’une résistance à la compression.  La résistance du ciment à divers agents susceptibles de le dégrader : - Certaines eaux corrosives. - Les hautes températures de fond.

V. L’eau de gâchage (fabrication) : L’eau est un diluant principale lors de la préparation du laitier, elle peut être de l’eau douce, saumure saturée ou semi-saturée. L’eau douce est compatible avec tous les additifs et présente de bonnes caractéristiques mécaniques mais ne donne pas une bonne adhérence du laitier aux formations salifères pour lesquelles on fait appel à une saumure saturée mais l’incompatibilité du laitier avec un grand nombre d'additifs, filtrat pratiquement incontrôlable, chute des caractéristiques mécaniques et l’effet retardateur important à basse température demeurent ses inconvénients. Pour cela on opte pour une eau de gâchage semi-saturée qui sert de compromis. Généralement, l’eau de gâchage utilisé est celle du chantier. Le prestataire service cimentation doit prélever un échantillon pour l’analyser au laboratoire.

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Chapitre II : Généralité sur la cimentation VI. Additifs pour ciments : On est couramment amené à utiliser un certain nombre d'additifs, pour adapter les caractéristiques du ciment aux différentes conditions d'utilisation. Ces additifs peuvent être classés comme suit : VI.1. Accélérateurs : Ces produits accélère la prise de ciment à basse température ou compensent l’effet retardateur d’autre additifs, ils permettent de réduire le temps d’attente avant la reprise des opérations de forage. On les utilise dans les cas suivants :  Cimentation de casing de surface et bouchons à faible profondeur  Bouchons de ciments pour colmatage de zone à pertes  Cimentation avec additifs à effet retardateur tel que les réducteurs de filtrat On cite : chlorure de calcium (CaCl2), silicate de sodium, chlorure de sodium (NaCl). [10] VI.2. Retardateurs : Ils retardent la prise d’un ciment et accroissent par la même temps de pompabilité dont l’on pourra disposer pour sa mise en place, ou cas où, soit une haute température de fond de puits soit un effet accélérateur dû à un autre additif risquerait de réduire dangereusement le temps disponible à la mise en place.[10] VI.3. Les dispersants : Ce sont utilisés pour résoudre le problème d'eau libre qui est dû à la précipitation des particules solides dans le laitier de ciment, ces produits dispersants vont maintenir en suspension toutes les particules pendant la prise du laitier. On distingue : les polymères et les lignosulphanates de calcium. VI.4. Agent de contrôle de filtration : Les cas les plus classiques d'emploi de réducteurs de filtrat sont :  Squeeze  Cimentation de colonnes de production  Cimentation de zones à gaz Ils évitent la perte d’eau de laitier par filtration dans les formations perméables, ce qui risque de déclencher, soit une prise intempestive, soit un absence de prise dus à l’absence d’eau nécessaire à l’hydrolyse et à la cristallisation des composants de ciment. [10]

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Chapitre II : Généralité sur la cimentation VI.5. Allégeant : Ce sont des matières inertes légères mélangées au ciment dont l’effet est d’une part de réduire la densité du laitier, d’autre part d’en réduire les couts. Par contre, la plupart des allègent ont un effet sur le temps de prise et sur la résistance à la compression du ciment il sera souvent nécessaire de compenser par des additifs appropries. [10] Les principaux allègent utilisés sont :  L’eau qui est le principal produit utilisé  Les produits solides à faible densité à titre d’exemple les billes de verre creuses de densité de 0,3 et 0,7, la chaux  l’inclusion d’agents moussants au laitier comme de l’azote ou de l’air par l’intermédiaire d’un compresseur ou d’une unité d’azote. VI.6. Alourdissant : Ils servent à augmenter la densité du laitier. Ils sont inertes et mélangés au ciment sec. Les

principaux Alourdissant utilisés sont : la Baryte ou sulfate de baryum BaSO4 (d=4,2), L’Hématite ou minerai de fer (d=4,9 à 5,3), L'Ilménite ou l’oxyde de fer (d=4,7), La Galène et l'arséniure de fer (d > 7) Tout produit alourdissant doit, être pour incorporer au ciment, posséder les caractéristiques suivantes :  exiger le moins d'eau de mouillage possible,  ne pas réduire la résistance du ciment,  ne pas influer sur le temps de pompabilité,  avoir une granulométrie uniforme et comparable à celle du ciment,  provoquer un accroissement minimum du volume du laitier,  être chimiquement inerte. Il doit donc n'agir que par sa densité propre. [10] VI.7. Additifs spéciaux et spécifiques : [10]  Fluidifiants, qui compensent une très grande viscosité ou une tendance à gélifier de certains laitiers, facilitent l’établissement de régimes d’écoulement tourbillon lorsqu’ils sont exigés.  Les anti-moussants, qui évitent l’excès de mousse produite au mixage de certains ciments, laquelle risque d’interférer avec le bon fonctionnement des pompes.

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Chapitre II : Généralité sur la cimentation  Les gélifiants, qui modifient les caractéristiques thixotropiques de certains laitiers. Utilisés pour la cimentation des zones à pertes pour que le ciment se durcie dès l'arrêt du pompage pour qu'il ne puisse pas s’infiltrer dans les drains de la formation.  La silice, qui est utilisée pour protéger le ciment contre les fortes températures (plus de 110 °C statique). On l'utilise à un pourcentage fixé de 30 à 40 %.Elle est impérativement mélangée à sec au ciment.  Additifs pour cimentation des zones à gaz, qui sont des additifs destinés à bloquer le cheminement du gaz dans le ciment au moment de la prise. Ce sont, par exemple, le gas-check d'Haliburton ou le gas-block de Dowell.

VII. Fluides intermédiaire (Preflush et spacer) : Pour avoir une bonne cimentation, il faut que le ciment chasse tout le volume de la boue au tour du casing, mais la boue et le ciment sont généralement incompatibles et leur contact génère des sévère channeling ou la formation des fluides impompable de grande viscosité, pour éviter ces problèmes, l’utilisation des fluides intermédiaires est très importante. Le fluide intermédiaire déplacé en tête du laitier a pour but de :  Faciliter le déplacement de la boue dans l’annulaire  Isoler le laitier de ciment du contact avec la boue pour éviter tout gèle de boue  Faciliter l’élimination de la boue gelée sur les parois du tubage en assurant un régime turbulent, En effet, le calcium présent dans le ciment flocule les particules argileuses des boues, causant la formation de bouchon de boue très visqueux. Ces bouchons risquent d’être transpercés par le ciment d’où il peut résulter une mauvaise cimentation. Les fluides intermédiaires agissent principalement comme tampon pour éviter la contamination de la boue en contact avec le ciment. Son volume est calculé de telle sorte qu’il assure un contact avec la formation pour une durée bien déterminée (7 à 15 mn).  Le preflush : est généralement de l’eau, mélangée avec des surfactants  Le spacer : est un fluide complexe du fait qu’il soit à la fois compatible au laitier et à la boue et il doit avoir de bonnes propriétés rhéologiques pour minimiser la contamination du laitier qui cause de mauvaise cimentation. [10]

VIII. Paramètres affectant la cimentation : VIII.1. Le stand-off : La centralisation de la colonne de tubage doit procurer une distance de séparation entre le tubage et la paroi du trou. Cette distance de séparation est appelée Stand off. 26

Chapitre II : Généralité sur la cimentation L’API recommande un stand-off de 67%, sachant que 100% désigne un centrage parfait, et 0% un centrage où le tubage touche la paroi du trou. Pour les puits verticaux ou déviés ne dépassant pas 60°, des centreurs flexibles seront utilisés dans tout le découvert. Au-delà de cette inclinaison, n'utiliser que des centreurs rigides.

(Figure 6).Variation du rapport de débit en fonction de l'excentricité du casing (stand-of). 

Effet du stand-off sur le déplacement de la boue :

Le stand-off a un effet nefaste sur la cimentation en favorisant l’effet channeling par le piegeage de la boue.

(Figure 7). Effet de stand-off sur le déplacement de la boue 27

Chapitre II : Généralité sur la cimentation VIII.2. Effet de la rotation de la colonne de tubage sur la cimentation : La rotation de la colonne de tubage favorise la turbulence meme dans le cas ou le stand-off est faible.

(Figure 8). Effet de la rotation sur la cimentation VIII.3. L’effet de channeling : Il est définit comme étant l’emprisonnement de la boue ou du gaz au milieu de la gaine de ciment, ce phénomène est influe sur la qualité de la cimentation. Pour éviter ce phénomène, il faut :  Assurer une bonne centralisation de la garniture.  Choix un débit de chasse adéquat (régime turbulent).  Utiliser des preflush et spacers.  Procéder à la rotation de la colonne de tubage pendant la cimentation si possible.

(Figure 9). Effet de canneling causé par la boue

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(Figure 10). Effet de canneling causé par la migration de gaz

Chapitre III : Réalisation de l’opération de cimentation I. Préparation de l'opération: Pour préparer une cimentation, il faut avoir le maximum d'informations sur l'état du puits et l'historique du forage. En particulier :  la coupe lithologique,  les mesures de déviation,  la géométrie du trou,  la température statique du puits et une bonne estimation de la température de circulation,  les caractéristiques et le type de boue,  la cote et le gradient de fracturation,  la cote et la pression de pore, En fonction de ces renseignements et des difficultés rencontrées au cours du forage, il sera possible de programmer :  le contrôle du trou avant tubage,  la descente et l'habillage de la colonne,  la cimentation. [6] I.1.La colonne de tubage: Les tubes sont stockés en couches successives (pas plus de 3 couches), de manière à ce que l'ordre normal de manutention corresponde à la composition prévue pour la colonne. Le premier tube à introduire (muni du sabot) est donc situé sur la couche supérieure au plus près du plan incliné. Au fur et à mesure des arrivages à la sonde, les tubes sont identifiés (grade d'acier et épaisseur, filetage) et mesurés au décamètre. Caractéristiques et longueurs sont notées sur un cahier. Puis les tubes sont triés et mis en ordre sur le parc dans l'ordre de descente. Ils sont alors numérotés, de manière à ce que chacun soit repéré sans ambiguïté. Pour éviter toute confusion, les longueurs et numéros de série seront peints de couleurs différentes sur les tubes. L'addition des longueurs se fait de telle façon, que pendant la descente, on puisse connaître à tout moment la profondeur du sabot par la connaissance du numéro du dernier tube introduit. Les protecteurs de filetage aux deux extrémités sont ôtés et les joints sont nettoyés et graissés. Seul le protecteur de l'extrémité mâle est remis en place pour protéger le filetage pendant la manutention. 29

Chapitre III : Réalisation de l’opération de cimentation Après inspection, les tubes seront calibrés avec un calibre API. Le représentant de la compagnie doit vérifier lui-même le diamètre du calibre et être présent lors de la mesure des tubes. Recommandations:  Déplacer le calibre dans le tubage avec de l'air comprimé est interdit parce que dangereux.  La longueur du filetage ne doit pas être retenue dans la longueur totale du tube. Pour les tubes BUTTRESS, la longueur à ne pas retenir s'arrête à la marque triangulaire. La vérification des mesures de chaque tube ainsi que de la colonne totale doit être faite par plusieurs personnes.  Les tubes non retenus seront marqués à la peinture rouge avant d'être renvoyés au magasin, munis de leurs protecteurs de filetage. La raison de ce renvoi sera expliquée sur le bordereau de transport.  Il est toujours bon d'avoir des tubes de rechange (5 à 10 % de plus que la quantité théorique nécessaire).  En ce qui concerne les colonnes de production, il est recommandé de placer un ou deux tubes courts au-dessus ou au-dessous des réservoirs à faire produire afin de repérer facilement avec la diagraphie de joints de tubage (C.C.L.) la zone à perforer ou la zone d'ancrage d'un packer. [6] I.2.Equipements de la colonne: I.2.1. Le sabot: [10] Facilite la descente et le guidage de la colonne, on distingue trois types : Sabot à canal avec ou sans évents : Il permet la pénétration directe de la boue dans le tubage lors de la descente. Sabot avec dispositif anti-retour permanent : - Avantages : empêche le retour du laitier, et évite tout risque d’éruption. - Inconvénients : descente lentement afin d’éviter la surpression sur la formation, et remplissage par le haut (perte de temps). Sabot avec dispositif anti-retour transformable : -Sabot à remplissage automatique. -Sabot à remplissage différentiel.

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Chapitre III : Réalisation de l’opération de cimentation

(Figure 11).types des sabots I.2.2. L’anneau de retenue: [10] La fonction de l’anneau de retenue est de servir de siege au(x) bouchon(s) de cimentation selon les cas ou selon les techniques des compagnies, L’anneau et le sabot sont choisis : -

Du même type afin d’assurer une redondance.

-

De type anti-retour si le sabot n’en est pas muni.

(Figure 12).types des anneaux de retenue. I.2.3.Les centreurs: [10] Le centrage d'une colonne est un élément déterminant pour l'obtention d'une bonne cimentation, on doit placer les centreurs :  au droit des zones à cimenter,  au droit des dog-legs,  de part et d'autres des caves,  dans les zones à risques de collage ou à pertes. Il y a deux types :

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Chapitre III : Réalisation de l’opération de cimentation  Centreurs rigides: Avec lames en ″U″, ils sont utilisés aux espaces annulaires (tubage-tubage) Utilisés en trou bien calibré et dans des puits très déviés. Ils ont l'avantage de limiter les forces de frottements.  Centreurs souples: Sont utilisés aux espaces annulaires (tubage-trou).sont les plus employés, car adaptés aux trous irréguliers s’ils ont des running forces plus importantes que les centreurs rigides, ils donnent un meilleur centrage dans les découverts irréguliers.

(Figure 13).types des centreurs. I.2.4. Les gratteurs: [10] Les gratteurs servent à la destruction mécanique de cake et favorisent une meilleur adhérence de ciment sur la formation, leur emploi est particulièrement recommandé au droit de découvert lorsque on veut isoler parfaitement des niveaux réservoir.  Rotation: gratteurs rotatifs.  Va-et-vient (reciprocating) : gratteurs alternatifs.

(Figure 14).types des gratteurs I.3.Le matériel de cimentation et les stocks: I.3.1. L’unité de cimentation: Les unités de cimentation permettent d'effectuer simultanément :  le mixage du ciment et des additifs afin d'obtenir un laitier correspondant aux caractéristiques désirées pour chaque type particulier d'opération ; 32

Chapitre III : Réalisation de l’opération de cimentation  le pompage du laitier obtenu avec une grande flexibilité de vitesse et pression de pompage. Ces unités de pompage sont composées de deux pompes Triplex à grand débit et hautes pressions montées soit sur camion soit sur skid. [1]

(Figure 15).l'unité de cimentation. Le test en pression des pompes, vannes et lignes de cimentation jusqu'au plancher, sera enregistré sur un graphe. L'équipement sera en parfait état (pièces de rechange) et adapté à l'opération envisagée. [6] I.3.2. La tête de cimentation: Elles sont généralement conçues pour contenir deux bouchons, plusieurs capacités de pression sont disponibles en accord avec les capacités du casing. Les systèmes de retenue des bouchons sont constitués soit par une tirette de retenue qui est tirée vers l'extérieur pour libérer le bouchon, soit par une demi-bague qui est manœuvrée depuis l'extérieur. Normalement, il existe sur ces têtes un témoin qui permet de voir le départ du bouchon. La mise en place et le verrouillage de bouchons dans la tête doit être fait sérieusement, plusieurs cimentations ont été ratées parce que les bouchons sont partis intempestivement 33

Chapitre III : Réalisation de l’opération de cimentation ou qu'ils ne sont pas partis du tout. [1]

(Figure 16). Tète de cimentation. La tête de cimentation et la rotule seront, si possible, testées en pression (adaptateur pour fermeture de la tête), soigneusement vérifiées, nettoyées et regraissées pour éviter tout ennui en cours de cimentation. Les joints du raccord rapide doivent être en parfait état. Le système de largage des bouchons ainsi que des vannes du manifold doivent être faciles à manœuvrer. La longueur des flexibles devra être telle qu'on puisse facilement lever au moins un tube au-dessus de la table de rotation. [6] I.3.3. Bouchons de cimentation: Le rôle essentiel des bouchons est de séparer positivement les différents fluides pendant leur déplacement à l’intérieur du tubage afin de retarder leur mélange et les risques de contamination. Ils sont de deux types : [10]  Bouchon inférieur : muni d’un diaphragme destructible sous l’effet d’une légère surpression. Outre qu’il sépare les fluides, il racle les parois du tubage lors de son déplacement, évitant la contamination du laitier qui le pousse ; [10]  Bouchon supérieur : étanche et résiste aux hautes pressions, il est situé en queue de laitier. En fin de chasse, il se mettre sur le bouchon inférieur permettant de réaliser un test en pression de la colonne. [10]

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Chapitre III : Réalisation de l’opération de cimentation

(Figure 17). Bouchons inferieur et supérieur. I.3.4.Bacs de recirculation et système d'ajout d'additifs liquides: On effectuera les tests de fonctionnement à l'eau. La préférence est actuellement redonnée aux additifs solides, moins coûteux et de durée de conservation plus longue. Le système d'ajout d'additifs liquides évite toutefois d'avoir à libérer un, voire deux bacs de leur fluide de forage pour y préparer l'eau de gâchage. Les bacs de recirculation, d'aussi faible capacité soient-ils, assurent une meilleure homogénéité du laitier. [6] I.3.5. Entonnoir et duses de gâchage: Le test de fonctionnement est effectué à haute et à basse pression. On s'assurera que des duses de différents diamètres sont disponibles. Si nécessaire, on préparera quelques mètres cubes de laitier pour faire le choix des duses. [6] I.3.6. Compresseurs, silos et silo intermédiaire: On vérifiera que le silo intermédiaire n'est pas bouché par du ciment ; les lignes seront soufflées pour évacuer d'anciens dépôts éventuels de ciment, de baryte ou de bentonite. L'ensemble sera mis en pression jusqu'à atteindre la pression de service afin de détecter des fuites éventuelles et l'efficacité du compresseur ; le test terminé, on purgera la pression. L'air toujours plus ou moins humide provoquant le mottage et le vieillissement du ciment, on se limitera aux transferts indispensables. [6] I.3.7. Matériel de descente de tubage: Elévateurs, cales et élingues doivent être adaptés au tubage ; ils ont à supporter la colonne et les forces de frottement. Le personnel doit être sur le site quelques jours avant la descente du tubage afin de vérifier et de préparer les équipements. Des pièces de rechange doivent être disponibles pour l'ensemble du matériel (en particulier des peignes de clés et un indicateur de couple). 35

Chapitre III : Réalisation de l’opération de cimentation Si possible, une clé hydraulique complète sera tenue en réserve. Le vissage des tubes à la corde doit être prévu en cas de panne de la clé hydraulique. Il conviendra de disposer d'un système facile à manipuler qui permette le remplissage rapide du tubage et qui puisse être connecté au bac de manœuvre. [6] I.3.8. Stock de ciment: On ajoutera par précaution à la quantité théoriquement nécessaire, un supplément tenant compte du cavage, du volume de ciment mort dans les silos (aussi bien ceux du chantier que ceux du transporteur) et des problèmes toujours possibles en cours de cimentation. Bien évidemment, il est toujours préférable que la quantité de ciment en stock soit trop élevée. [6] I.3.9. Stock d'additifs: Par sécurité, on approvisionnera des quantités d'additifs suffisantes pour préparer deux fois le volume de laitier prévu. [6] I.3.10. Stock d'eau de gâchage: Il sera ajusté selon la quantité pratique de laitier prévue pour la cimentation (incluant le cavage, les volumes impompables (etc.). [6] I.3.11. Volume de boue en surface: La règle est d'avoir en surface 1.5 fois le volume de chasse de façon à pouvoir cimenter en pertes totales (c'est-à-dire sans récupérer, en retour, aucun volume de boue utilisable pour le déplacement et pour le remplissage de l'annulaire). [6] I.4.Programme de cimentation: Le programme de cimentation c’est le programme qui détermine, la hauteur du ciment dans l’annulaire, le volume de ciment à pomper et les caractéristique du laitier, ce qui dépend de :  La température de fond sous circulation, lors de la mise en place du laitier, qui influe sur le temps de prise d’où le temps de pompabilité ;  La pression des formations traversées qui impose la densité du laitier ;  La présence de divers agents susceptible de dégrader le ciment (eaux corrosives, haute température de fond) ;  Le profil de puits qui impose les caractéristiques rhéologiques du laitier. Le bon choix du laitier et du régime d’écoulement lors du pompage, conduit à une bon cimentation, d’où une longue vie du casing et par conséquence du puits. 36

Chapitre III : Réalisation de l’opération de cimentation I.4.1.Détermination des hauteurs de cimentation: Les hauteurs de cimentation dépendent du rôle et du type des colonnes de tubage. I.4.1.1.Colonne de surface: Elle est autant que possible cimentée sur toute sa hauteur, pour lui permettre de supporter les dispositifs de sécurité et d’être parfaitement ancrée en surface. I.4.1.2. Colonne technique: Dans cette colonne il faut que :  le sabot soit bien cimenté, ce qui nécessite une hauteur de ciment d’au moins 150 mètres ;  l’espace annulaire soit cimenté lorsque des raisons particulières rendent cette opération indispensable : 

zone contenant des fluides corrosifs ;



couche contenant des fluides devant être protéger.

La cimentation de l’espace annulaire des colonnes techniques sera d’ailleurs, suivant le cas, réalisée en un seul étage à partir du sabot ou en deux étages. I.4.1.3.Colonne de production: L’opération de cimentation est dans ce cas très importante car le ciment doit non seulement ancrer la colonne, mais aussi réaliser une étanchéité aussi parfaite que possible entre le trou et le tubage. La hauteur de ciment dépendra en plus :  de la disposition de la colonne par rapport à la couche, au toit ou au mur ;  de la hauteur de la zone productrice ;  de la hauteur de la couverture.

II. Descente de la colonne: Préalablement à la descente dans le puits, tous les tubes, les tiges et réductions dans le cas de liner, devront être calibrés en surface. Les tubes entre le sabot et un tube au-dessus de l'anneau seront vissés avec une pâte antidévissage (manchons inclus) pour éviter le dévissage des tubes durant le reforage du ciment. Chaque contracteur et les équipes de chaque chantier ont leurs habitudes de travail. Néanmoins, les consigns suivantes sont à respecter:  ne pas oublier avant la descente d'enlever la fourrure d'usure (wearbushing) de la table ;  donner au chef de poste la liste des tubes numérotés et leur ordre de descente ainsi que l'habillage de la colonne et la position des D.V., E.C.P., etc., 37

Chapitre III : Réalisation de l’opération de cimentation  l'utilisation du protecteur de filetages est obligatoire,  la graisse ne sera jamais appliquée si le tube est engagé dans la table,  on utilisera l'élévateur ou un collier de retenue pour le tube engagé dans la table jusqu'à ce que la colonne introduite dans le puits ait un poids suffisant pour éviter le déplacement des cales et prévenir tout risque de chute,  on commencera le vissage à vitesse élevée et à couple bas pour le terminer à vitesse faible et au couple voulu,  le couple sera soigneusement contrôlé. Il sera déterminé, d'après le type de filetage, le diamètre du tubage et le coefficient de friction de la graisse. Il n'y a pas d'indication de couple pour les filetages Buttress. Il est déterminé en vissant jusqu’à ce que la marque triangulaire du tube vissé touche de bord de la partie femelle du tube posé dans la table. [6] II.1. Circulations intermédiaires : • Après vissage des éléments, il faudra faire un essai de circulation pour vérifier :  l'efficacité des soupapes de l'anneau et du sabot,  que rien ne bouche l'intérieur des tubes. • Des circulations intermédiaires seront faites :  au sabot du cuvelage précédent : pour casser les gels de la boue, vérifier le remplissage, évacuer des bouchons de gaz...  au toit du réservoir : pour évacuer des bouchons de gaz... • Sur incident ou augmentation des frottements Si le sabot est équipé d'un dispositif anti-retour transformable, à remplissage différentiel ou autre, les pertes ou gains éventuels seront suivis sur une courbe montrant les variations de volume et de poids en fonction de la profondeur atteinte. Si le suivi du remplissage montre que ce dispositif ne fonctionne pas convenablement, le dispositif antiretour sera activé quelle que soit la profondeur atteinte. Le remplissage sera ensuite poursuivi par les moyens habituels. Le dispositif anti-retour doit être activé au niveau du sabot de la colonne précédente. L'activation a lieu par envoi d'une bille ou par circulation à un débit déterminé. On installe la tête de circulation au plus tard sur le dernier joint pour être à même d'établir la circulation en cas de difficulté à atteindre la cote d'arrêt. Pour faciliter et réduire le temps de montage de la tête de circulation, des systèmes de remplissage et de circulation appels "Fill Up and Circulation Tool" sont disponibles). 38

Chapitre III : Réalisation de l’opération de cimentation Ils permettent :  de remplir le casing durant la descente,  de circuler très rapidement à n'importe quel moment sans tête de circulation,  certains systèmes guident le casing durant le vissage • Volume à circuler Les différentes circulations intermédiaires doivent au minimum déplacer le volume annulaire à la côte considérée. Elles doivent se poursuivre jusqu'à ce que la boue soit propre de déblais et de gaz. • Débit maximum de circulation avec le tubage Le débit de circulation avec le tubage est fonction du débit en forage. Le débit de circulation avec le tubage dans le découvert soit créer la même vitesse annulaire que le débit de forage au droit des drill-collar. Ce débit sera :

Q maxi  Q forage 

VEA (trou/tubage) VEA (trou/DC)

• Le temps minimum de descente par tube dans le découvert doit être calculé pour que la descente du tubage ne crée pas dans l'espace annulaire un débit maximum au débit minimum autorisé (calculé plus haut).

Temps minimum (seconde) 

V ext. tube  60  80 % Q maximum

• Pendant toute la descente, il faudra contrôler :  l'augmentation de volume boue due au volume acier du casing,  l'augmentation de poids et de frottements. Des anomalies constatées dans les volumes ou poids entraîneront une circulation. L'utilisation de la tête de cimentation n'est pas recommandée car un largage accidentel des bouchons est toujours possible. Le dernier tube sera descendu avec une circulation à un débit augmenté lentement et régulièrement jusqu'à la valeur voulue. [6] II.2. Circulation au fond: Le but de la circulation au fond avant cimentation est de :  nettoyer le puits,  optimiser les caractéristiques boues (réduction de la viscosité et de la YV ou k, diminuer les gels gel10 < 15 lbs/100 ft2 si la tenue du puits le permet, 39

Chapitre III : Réalisation de l’opération de cimentation  ne pas laisser remonter le filtrat,  vérifier la stabilité du puits, pas de pertes, pas de gain,  éliminer les bouchons de gaz et diminuer le fond gazeux,  diminuer et stabiliser la température de fond. Pour toutes ces raisons, il est impératif de limiter au minimum le temps d'arrêt de circulation. La tête de cimentation doit être mise en place et testée dès le début de la circulation (et non la fin). La circulation ne doit être arrêtée que pour pomper le spacer et le laitier. • Volume à circuler Dans tous les cas, on fera circuler au moins le volume de l'annulaire, l'idéal étant de faire circuler le volume correspondant à un cycle complet. Les conduites de refoulement de l'unité jusqu'à la tête de cimentation- seront testées à une pression supérieure à la valeur attendue lors de l'à-coup final. • Débit de circulation tubage au fond Chaque circulation doit être démarrée à faible débit puis augmentée progressivement jusqu'au débit requis pour éviter de craquer la formation. Si la cimentation doit s'effectuer en régime turbulent, la circulation qui la précède se fera à un débit au moins égal à celui du déplacement du laitier. Il faudra toutefois prendre en compte la fragilité et la stabilité des formations (pertes, caves). Si la cimentation doit s'effectuer en régime sublaminaire, le débit sera suffisant pour nettoyer l'annulaire (en particulier dans les puits fortement déviés où l'évacuation défectueuse des déblais risquerait de provoquer des bouchages). La circulation sera prolongée autant que nécessaire jusqu'à ce que les caractéristiques soient jugées satisfaisantes, que le puits soit propre et que le fond gazeux soit acceptable. Si un mouvement de colonne est prévu, on le commencera pendant la circulation. En cas de mouvement alternatif au droit d'une zone à gaz, il ne doit avoir lieu que pendant la circulation. La mise en rotation de colonne est actuellement reconnue comme la méthode la plus efficace pour déplacer correctement la boue de l'annulaire par le laitier de ciment. Elle peut s'appliquer en régime sublaminaire. Ses limites d'utilisation résultent essentiellement des forces de frottement qui pourraient devenir excessives. Cette technique, en général, ne s'applique qu'aux puits verticaux, à des profondeurs moyennes.

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Chapitre III : Réalisation de l’opération de cimentation Le mouvement de va-et-vient (reciprocating) provoque un déplacement vertical alternatif de l'ensemble de la colonne sur une hauteur d'une dizaine de mètres, à raison d'un aller-retour toutes les trois minutes environ. En étant à l'origine d'un accroissement puis d'une diminution sensible des vitesses d'écoulement et des pressions dans l'annulaire, ce mouvement contribue à briser le gel de la boue dans les zones où celle-ci est difficilement remise en circulation ; par suite, il facilite son déplacement par le laitier. Cette technique est applicable aussi bien en puits dévié qu'en puits vertical à condition toutefois que les variations des pressions ne constituent pas un risque pour la tenue des formations dans le découvert et que les frottements ne soient pas trop importants. [6]

III. Cimentation : [6] III.1.Préparation de la cimentation : Il s'agit de déterminer :  le top ciment,  la densité des fluides (laitier et spacer),  le régime de déplacement,  les volumes des différents fluides. III.1.1.Le top de ciment : La longueur cimentée doit être au minimum de 200 m et le top ciment doit se situer 150 m au-dessus du niveau productif le plus haut. En fonction de la hauteur nécessaire à cimenter, plusieurs solutions seront possibles :  utilisation de plusieurs types de laitier,  utilisation d'une DV. La cimentation de l'entrefer du tubage précédent n'étant nécessaire que pour une question d'abandon définitif du puits. La cimentation de l'entrefer pourra être envisagée plus tard :  si le gradient de fracturation est trop faible,  si la longueur à cimenter > 1500 m,  si la quantité de ciment disponible est trop faible,  si l'on rencontre des problèmes de logistique ou de temps... III.1.2. La densité des fluides : La hiérarchie des densités boue, spacer, laitier doit être prévue telle que : En puits vertical ou faiblement dévié : Écart de densité ciment/boue aussi élevé que possible 41

Chapitre III : Réalisation de l’opération de cimentation  densité du spacer = densité boue + 10 points  densité du laitier = densité boue + 40 points En puits horizontaux ou très déviés : Écart de densité ciment/boue aussi faible que possible. III.1.3. Le régime de déplacement du laitier : Paramètre sûrement le plus difficile à déterminer car il dépend :  du calibrage du puits et de la géométrie du puits,  de la rhéologie des fluides,  de la résistance du point fragile,  des moyens de pompage de l'opérateur de cimentation. Des tableaux de raisonnements alliés à des logiciels de calcul en facilitent son choix, qui appartiendra obligatoirement soit au régime turbulent, soit au régime laminaire, soit au régime sublaminaire. D'une manière simplifiée un bon déplacement boue/spacer/laitier est généralement obtenu :  pour les diamètres > 12"¼ :  par un régime sublaminaire ou,  par une laminaire efficace.  pour les diamètres  12"¼ :  par un régime laminaire efficace si le puits est cavé ou,  par un régime turbulent si le puits est calibré (un trou bien calibré est une condition nécessaire mais pas suffisante pour un déplacement en turbulent). Les règles classiques de la rhéologie maintenant bien connues par rapport aux conditions du puits permettent d'énoncer les éléments suivant pour chaque régime de déplacement : Le régime sublaminaire : Ce placement est utilisé lorsque le débit de chasse dépend du débit de fabrication du laitier ou du diamètre de l'espace annulaire (cimentation du casing de gros diamètre). 

Conditions :

 nombre de Reynolds Re < 100  vitesse annulaire < 25 m/min  rhéologie YVboue < YVspacer < YVlaitier

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Chapitre III : Réalisation de l’opération de cimentation Le régime sublaminaire n'est possible qu'avec un laitier Binghamien. Le calcul du débit de chasse tiendra compte du plus petit diamètre du découvert et de l'effet de tube en "U". Le régime laminaire efficace : Le régime laminaire peut s'appliquer à tous les fluides. Pour les fluides en Puissance, il correspond à des vitesses de 0 à 75 m/min. et pour des fluides Binghamien à des vitesses de 25 à 75 m/min. Le régime laminaire ne possédant pas de front plat de déplacement comme le turbulent ou le sublaminaire est, à priori, le moins satisfaisant pour le déplacement de la boue. L'excellente connaissance actuelle de la rhéologie par l’opérateur et compagnies de cimentation a permis de palier à ce problème en respectant certains critères de calcul. 

Le débit minimum de mise en place du laitier est fonction de la force de nettoyage à la paroi.



Le débit maximum est limité par le gradient de fracturation.

Il faut que pendant tout le déplacement du laitier la densité équivalente en cimentation soit toujours : -inférieure au gradient de pression, -supérieure à la pression de pore. Le régime turbulent : Le régime Turbulent peut lui aussi s'appliquer à tous les fluides. Il est pratiqué à des vitesses annulaires > 100 m/min. pour s'assurer une bonne marge de sécurité par rapport à la vitesse critique. Le régime turbulent est d'autant plus facilement obtenu que le modèle rhéologique du laitier est en Puissance. La mise en place en Turbulent est envisageable sous réserve que l'on ait :  une densité équivalente acceptable,  un puits calibré sur la zone à cimenter,  une faible viscosité des trois fluides,  une capacité de pompage suffisante. Le débit de mise en chasse est calculé en fonction du diamètre maximum à cimenter. Conditions : 

nombre de Reynolds Re > 3000



vitesse annulaire VEA > 110 m/min

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Chapitre III : Réalisation de l’opération de cimentation Choix entre régime Laminaire / régime Turbulent : L'optimisation de la différence de densité et de pertes de charge est la même. Les règles précédentes s'appliquent indifféremment aux deux types de régimes. L'expérience montre que lorsque l'on réalise la mise en place en turbulent vrai, le résultat est meilleur. Ceci est dû à la meilleure action du régime turbulent sur la tension à la paroi et le "channeling" 

Tension à la paroi

Du fait des pertes de charge importantes en régime turbulent, la tension à la paroi est très élevée, ce qui permet un bon nettoyage de la paroi. De la même manière le régime laminaire efficace sera meilleur que le régime sublaminaire. 

Le "channeling"

Le déplacement parfait n'existe pas, il y a toujours, dans une mise en place réelle, des zones d'incertitude. Un mauvais déplacement en Laminaire crée un film de boue contre la paroi ou des poches résiduelles de boue. Ainsi toute la hauteur peut être mal cimentée. Un mauvais déplacement en Turbulent provoque un top "pollué" suivi d'une hauteur bien cimentée. On optimise de la même façon, mais si on optimise mal, le résultat est beaucoup plus mauvais en Laminaire qu'en régime Turbulent. III.1.4.Les spacers : Le fluide le mieux déplacé par le ciment est l'eau. Si les conditions du découvert ne permettent pas la fluidification maximum de la boue ou si le conditionnement s'avère difficile voire impossible, il sera recommandé les procédures suivantes :  pomper en tête du spacer de la boue fluidifiée,  pomper un bouchon laveur en tête du spacer de cimentation. Le bouchon laveur : Le bouchon laveur sera :  de l'eau pour une boue à l'eau (avec réducteur de filtrat si nécessaire),  de l'huile de base pour une boue à l'huile. Du fait de sa faible densité, il ne respectera pas forcément la hiérarchie des frictions et jamais celle de la densité ; mais il sera en régime turbulent, même à faible débit, et créera une dilution de la boue. 44

Chapitre III : Réalisation de l’opération de cimentation On vérifiera systématiquement la perte d'hydrostatique engendrée par ce bouchon. Le bouchon laveur sera d'un volume égal à 50 à 100 m d'espace annulaire. Le spacer déplaceur : L'utilisation d'un spacer est obligatoire chaque fois que le laitier peut être contaminé par la boue.  La densité du spacer doit être : dspacer  dboue + 10 points  Le spacer doit être compatible avec la boue et le laitier. Des tests de compatibilité doivent être faits pour vérifier si la rhéologie des mélanges est acceptable.  Le fluide de base du spacer sera le même que celui du laitier de ciment (la salinité du spacer doit être identique qualitativement et quantitativement à celle du laitier).  La rhéologie du spacer sera intermédiaire entre celle de la boue et du laitier. Classiquement, on optimise le volume de spacer en fonction de la hauteur à cimenter : 

150 à 300 m de hauteur pour 500 m à cimenter, plus 20 m tous les 100 m en puits droits et déviés,



la longueur du drain à cimenter avec un minimum de 300 m pour les puits horizontaux.

Un autre critère à prendre en compte pour le régime turbulent est le temps de contact du spacer avec la formation : 10 minutes. III.2.préparation des fluides : [6] III.2.1.l’eau de mixage : Check-list d'aide à la préparation de l'eau de mixage.  Vérification des stocks.  Prévoir le double de la quantité d'additifs et de ciment nécessaire à la cimentation.  Ne pas employer de bidons ou de sacs ouverts.  Préparation des bacs.  Utiliser un bac isolé du circuit boue.  Nettoyage du bac, des circuits (fabrication et refoulement) vers l'unité de cimentation.  Remplissage du bac (tenir compte de l'impompable).  Contrôle de la salinité de l'eau (il faut moins de 1000 ppm de chlorure par rapport à l'eau utilisée pour les tests laboratoire).  Préparation des additifs.  Préparer la quantité exacte d'additifs et l'isoler du reste du stock. 45

Chapitre III : Réalisation de l’opération de cimentation  Les ranger dans l'ordre de mixage.  Mixage des additifs.  Qui prépare l'eau de mixage ? C'est l'Opérateur de cimentation avec le Superviseur Fluide ou Forage.  Quand préparer l'eau de mixage ? Au moins 1 h avant le début de la cimentation. On commence généralement la préparation au début de la circulation, tubage au fond.  L'ordre de mixage des additifs sera celui de la formulation laboratoire.  Homogénéiser l'eau de mixage au mélangeur pendant environ 1 heure.  Vérification de l'eau de mixage.  Vérifier le volume final de l'eau de mixage.  Comparer les chlorures de l'eau de mixage avec les valeurs obtenues au laboratoire.  Garder un échantillon de 4 litres d'eau de base et 4 litres d'eau de mixage pour faire des tests en cas de problème de cimentation.  Recommandation sur la durée de vie de l'eau de mixage  4 heures si l’eau contient des additifs à particules très fines (microsilices...).  12 à 24 heures pour toutes les autres eaux de mixage. III.2.2.Le spacer : On prendra les mêmes précautions que pour la préparation de l'eau de mixage en ce qui concerne le risque de contamination et le contrôle de la qualité de l'eau.  Qui prépare le spacer ?  Pour un spacer "maison", c'est le boueux.  Pour un spacer "société de service", c'est l'opérateur de cimentation. Dans tous les cas les caractéristiques du spacer devront être contrôlées par les deux opérateurs.  Quand préparer le spacer ? Le spacer devra être prêt au moins 1 h avant le début de la cimentation, mais on pourra le commencer bien avant c'est-à-dire avant ou pendant la descente du tubage. III.2.3.le laitier : Afin d'améliorer la qualité du laitier, un système de recirculation devra être couplé à l'unité de cimentation dans le cas où l'on ne dispose pas d'un système de contrôle automatique de la densité. Pour le cas de cimentation délicate ou de petit volume, le laitier sera fabriqué intégralement en surface et homogénéisé avec injection. 46

Chapitre III : Réalisation de l’opération de cimentation On contrôlera la densité avec une balance pressurisée et l'on prendra des échantillons d'eau de mixage et de laitier. III.3.cacul de cimentation : III.3.1.volume de laitier : Pour calculer une cimentation, on doit disposer des données suivantes :  Diamètres du puits et du tubage.  Profondeur du puits et hauteur à cimenter.  Type de boue.  Temperature de fond.

(Figure 18). Schéma représente les différents volumes à cimenté. Exemple d'une colonne de surface Volume 1 C'est le volume de l'espace annulaire Trou-Tubage entre le sabot et la surface Volume 2 C'est le volume du puits entre le fond et le sabot. (En général : 1 à 2 m) Volume 3 C'est le volume intérieur du tubage entre le sabot et l'anneau. Volume du laitier V = V1 + V2 + V3

47

Chapitre III : Réalisation de l’opération de cimentation Remarque Le diamètre du trou est généralement plus grand que le diamètre du trépan à cause des cavages notamment dans les terrains salifères. Les volumes V1 et V2 doivent être majorés par un coefficient de majoration. III.3.2.volume d’eau de mixage et quantité de ciment : Ils dépendent de la densité du laitier. Connaissant la densité du laitier, on peut déterminer :  Le volume d'eau nécessaire.  La quantité de ciment.  Le volume de laitier obtenu. III.3.3.Volume du fluide de refoulement ou de chasse : Généralement, on utilise la boue de forage et les pompes du chantier pour refouler le laitier de ciment.Le volume de chasse est égal au volume intérieur du tubage entre l'anneau et la surface. III.3.4.Débit d'injection du laitier : Il dépend de l'unité de cimentation. Pratiquement, le débit d'injection est de l'ordre de 1000 L/mn III.3.5.Débit de refoulement ou de chasse : Pour que le laitier puisse remplir correctement l'espace annulaire, il est nécessaire d'avoir un débit qui fournisse un écoulement turbulent.Cet écoulement est dans la plupart des cas difficilement réalisable. III.3.6.Pression de refoulement : La pression maximale prévisible en fin de refoulement est égale à la différence de pression entre l'espace annulaire et l'intérieur du tubage augmentée des pertes de charge. Soit: hsp.e.ann : hauteur de spacer dans l’espace annulaire. hL.e.ann : hauteur de laitier dans l’espace annulaire. dL : Densité du laitier.

dsp : densité de spacer.

db : Densité de boue. Pref : Pression de refoulement en fin de chasse. =

.

. .

.

−

+ .

. .

.

.

.

. .

+

48

.

+ .

.

.

. .

.

.

+

.

.

.

Chapitre III : Réalisation de l’opération de cimentation IV. Déroulement de l’opération : Une fois la colonne de tubage descendue au fond du puits, on procède chronologiquement aux opérations suivantes:  Visser la tête de cimentation avec ses 2 bouchons.  Circulation pendant 1 ou 2 cycles pour remonter tous les cuttings en suspension , nettoyer le puits, homogénéiser la boue…  Injection d'un bouchon laveur. Ce bouchon laveur de 1 à 3 m3 est un produit chimique liquide permettant de laver les parois du puits pendant la remontée dans l'annulaire et de séparer le laitier de la boue.  Lancer le bouchon de cimentation inférieur  Pomper le volume de laitier. Lorsque le bouchon inférieur arrive sur l'anneau de retenue, on doit remarquer une légère augmentation suivie d'une chute de pression. Cela indique que le laitier a transpercé la membrane du bouchon.  Lancer le bouchon de cimentation supérieur  Chasser avec de la boue. Lorsque le bouchon supérieur arrive sur l'anneau de retenue, on enregistre une augmentation de pression (ou à-coup de pression ou Bump Plug) qui indique le contact des 2 bouchons.  Arrêter les pompes.

49

Chapitre IV : Contrôle de la qualité CBL-VDL I. Introduction : Si l'on devait énoncer un critère de qualité d'une cimentation, on dirait : "pour que la cimentation soit considérée de bonne qualité, il faut que la gaine de ciment soit au moins aussi étanche que la formation qu'elle remplace". En effet, lorsqu'on réalise le forage, on met en communication différentes zones. L'isolement initial sera rétabli par l'ensemble cuvelage + gaine de ciment. Cette fonction sera donc correctement assurée si cet ensemble autorise un débit de fuite de fluide (eau, huile, gaz) inférieur ou égal à celui qu'autoriserait une section équivalente de terrain foré. Les défauts de la cimentation qui peuvent perturber cette étanchéité sont :  micro ou macro-annulaire ciment-cuvelage (sec ou humide).  micro ou macro-annulaire ciment-formation (sec ou humide).  canal de boue au niveau du cuvelage.  canal de boue au niveau de la formation.  percolation de gaz dans la gaine de ciment  canal de gaz dans la gaine de ciment. Le but des diagraphies est de détecter si un de ces défauts est présent dans la gaine de ciment. Les causes de ces défauts peuvent être nombreuses et variées :  mauvais déplacement de la boue,  formulation "spacer" non adaptée,  formulation "laitier" non conforme aux exigences du puits,  fissures de l'annulaire cimenté sous l'effet des chocs thermiques, hydrauliques et du vieillissement,  évolution de la perméabilité pendant le vieillissement. [9]

II. Contrôle de qualité de cimentation (CBL-VDL) : II.1. Définition et origine du terme ‘’Diagraphie’’ : Diagraphe (diagraph) : instrument qui permet de projeter l’image d’un objet sur un écran et de reproduire celle-ci en suivant les contours. Diagraphie : du grec dia (à travers) et graphein (dessiner). La diagraphie : C’est l’enregistrement en continu, le long du puits, des paramètres physiques du sous-sol (résistivité, radioactivité, vitesse acoustique, densité, …) et leur interprétation en termes de caractéristiques géologiques (porosité, saturation en eau, argilosité, épaisseur, pendage, fracturation, …). [3] La diagraphie est l’ECG du sous-sol. 50

Chapitre IV : Contrôle de la qualité CBL-VDL II.2. les conséquences de mauvaise cimentation : Une mauvaise cimentation peut engendrer les problèmes suivants :  Mélange de l'effluent produit avec des fluides indésirables ;  Migration des fluides en surface à travers les zones mal cimentées;  La corrosion du tubage;  La déformation du tubage (casing collapse);  Cross flow.

Ciment

Casing (Figure 19). Les conséquences de la mauvaise cimentation. II.3. quelque rappel théorique (propriété d’une onde) :

(Figure 20). L’onde acoustique 51

Chapitre IV : Contrôle de la qualité CBL-VDL II.4. Les Sonics : CBL – VDL (Cement Bond Log – Variable Density Log): II.4.1. Définition : Outils sonique enregistrant l'amplitude d'une onde sonore dans le tubage dont le taux d'atténuation est fonction de la compression du ciment et du pourcentage de circonférence cimentée. [9] II.4.2. Mesure de l’amplitude et du temps de transit : L’amplitude d’une onde acoustique diminue lors de son cheminement dans le milieu qu’elle traverse. Cette atténuation est en fonction des propriétés élastiques du milieu. Sa mesure est appliquée à la détermination de la qualité de cimentation d’un tubage. [9]

(Figure 21). Le train d’onde de CBL et VDL [3]. II.4.3. principe de CBL : Un train d'onde de fréquence variant entre 15 et 30 KHz selon les appareillages, est périodiquement généré par un émetteur. Cette onde traverse la boue, passe dans le tubage, le ciment et la formation si ces divers milieux sont couplés acoustiquement, puis est détectée par un récepteur qui se trouve sur le corps de l'outil (généralement à 3 pieds de l'émetteur). Les vitesses des différentes ondes émises et créées lors des passages et des ondes successives d'un milieu à un autre sont fonction des caractéristiques physiques du milieu. L’énergie acoustique voyageant le long d'un tube se propage plus rapidement que les ondes de formation elles-mêmes plus rapides que les ondes de boue. [9]

(Figure 22). Enregistrement d’un train d’onde. 52

Chapitre IV : Contrôle de la qualité CBL-VDL La détection de la première arrivée se fait suivant le même principe que celui de la mesure du temps de propagation d'une onde acoustique dans une formation (outil sonique ou acoustique), par un seuil minimum d'énergie détectable (le biais). L'amplitude de cette première arrivée (généralement l'onde de tubage) est mesurée par positionnement d'une fenêtre. Cette diagraphie est appelée couramment "Cement Bond Log" ou CBL : elle permet d'étudier et de quantifier la qualité de la cimentation par la mesure d'adhérence. [9]

(Figure 23). Diagraphie de cimentation. II.4.4. Interprétation de CBL : Dans le cas d'un tubage "libre" (non cimenté) toute l'énergie acoustique circule le long de l'acier : il y a très peu d'atténuation de l'onde et de l'amplitude de la première arche du signal est importante. Dans le cas d'un tubage parfaitement cimenté, cette énergie se propagera à travers le ciment jusque dans la formation. Dans le cas d'un tubage mal cimenté, l'énergie se répartit entre le tubage et la formation. II.4.5. Principe de VDL : L'étude de la qualité de la cimentation peut être faussée par un certain nombre de phénomènes. Il s'est avéré utile d'enregistrer l'ensemble du train d'ondes sonores reçues par un récepteur situé généralement à 5 pieds de l'émetteur. Enregistré en complément du CBL, le VDL permet de définir l'adhérence Ciment Formation. La présentation de cet enregistrement est :  Sous forme du train d'onde complet ou de sa partie positive uniquement ("Wave Forme", "Signature Curve") : la lecture est difficile.  En densité variable (VDL), seules les arches positives étant reproduites en une échelle de gris d'autant plus foncés que l'amplitude est plus grande. 53

Chapitre IV : Contrôle de la qualité CBL-VDL Cette présentation permet de contrôler la présence des ondes de formation et leurs variations en fonction de la profondeur, ainsi que l’amplitude des ondes de tubage. [9] II.4.6. Interprétation :  Dans le tubage libre, les ondes de tubage apparaissent très nettement, parallèles et rectilignes sur toute la partie libre. On ne voit pas les ondes de formation.  Dans le tubage bien cimenté, elles sont très affaiblies et peuvent même pratiquement disparaître. Les ondes de formation apparaissent très nettement.  Dans une partie moyennement cimentée, les ondes de tubage sont visibles, plus ou moins sombres, ainsi que les ondes de formation. [9] II.4.7. Conditions de bon enregistrement :  La prise du ciment doit être complète. Il faut donc attendre au minimum 24 à 36 heures avant d’effectuer le logging, parfois plus.  Les variations de pression dans le tubage entre le moment de la cimentation et le logging peuvent conduire à une diminution du diamètre du tubage par rapport au ciment et à la formation d’un micro-annulaire ou d’une micro-séparation dans le ciment lui-même.  L’outil doit être très bien centré, sinon l’amplitude du signal risque d’être fortement atténuée. [9] II.4.8. Les facteurs pouvant influencer la mesure de CBL-VDL :  Les variations de pression dans le tubage entre le moment de la cimentation et le log peuvent conduire à un retrait de tubage par rapport au ciment par diminution du diamètre et à la formation d'un micro-annulus. Ex. : diminution de la densité de boue après la cimentation.

 L'outil doit être très bien centré, sinon l'amplitude du signal risque d'être fortement atténuée. Dans le cas d'un mauvais centrage, on constate cette atténuation sur le CBL et une légère diminution du T.T. Sur le VDL les "ondes tubage" sont également atténuées et ne sont plus rectilignes, l'axe de la sonde changeant constamment par rapport à l'axe du tubage.  Pour le temps de séchage du ciment, attendre 24 à 36 heures suivant le type de ciment et la température de réchauffement du puits. La prise du ciment doit être complète sur toute la colonne et la résistance à la compression du ciment supérieure à 70 bars.

54

Chapitre IV : Contrôle de la qualité CBL-VDL  Pour le temps de séchage du ciment, attendre 24 à 36 heures suivant le type de ciment et la température de réchauffement du puits. La prise du ciment doit être complète sur toute la colonne et la résistance à la compression du ciment supérieure à 70 bars. [9] II.4.9. Précautions à prendre pour l’interprétation : Avant d’effectuer une interprétation de log de cimentation, on aura intérêt à rassembler toutes les données sur les conditions d’enregistrement et sur la cimentation elle-même :  Type de ciment, additif et fluide dans le tubage.  Type de tubage, caractéristiques du trou et types de formations.  Caractéristiques de la sonde (type de centreurs, espacement entre émetteurs et récepteurs, fréquences utilisées…). Ces données permettent de connaître la résistance maximale à la compression du ciment, le temps de transit de l’onde dans la boue et le temps d’arrivée de la première onde. [9] II.4.10. Synthés CBL-VDL :  Le CBL indique la qualité de l'adhérence casing/casing.  Le VDL juge de la qualité des adhérences casing/ciment, ciment/formation et le bon remplissage de l'espace annulaire. C'est le seul outil qui puisse analyser le contact ciment/formation. Il est sensible : 

au micro-annulaire > à 10 microns.



au centrage de l'outil.



à la variation de la densité de la boue dans le puits.



à la résistance à la compression du ciment.



aux formations rapides.



à la gaine de ciment qui doit être > ¾"

Il n'est pas sensible : 

aux boues lourdes.



à la calibration (il n'y en a pas). [9]

55

Chapitre V : Partie calcul I. programme de cimentation de la phase 12"1/4 de puits BRW-ESW2 : I.1. Objectif de l’opération :  Atteindre le top de ciment jusqu’à 1980 m.  Isoler la zone de haute pression (Horizon B).  Réalisation de l’opération sans incident. I.2. Calcul des volumes : [12] I.2.1. Volume total de laitier : Après avoir déterminé la hauteur du ciment dans l’annulaire, et connaissant le profil du puits (diamètre intérieur et extérieur du tubage et le diamètre du trou), on peut calculer le volume de laitier à pomper qui (pour une cimentation primaire) égale à : =

+

+

Volume de chasse

+

Tubage 95/8 (47lb/ft) à 1401 m Top ciment à 1987 m

V4 Tubage 133/8 à 2237.8 m V3 Anneau de retenu à 2937.4 m V1

Tubage 95/8 à 2962 m Fond de puits à 2967 m

V2

(Figure 24). Différent volumes de phase 121/4. Telle que : VT : volume total de laitier de ciment (m3). V1 : volume entre l’anneau-sabot (m3). V2 : volume de trou au-dessous de sabot (m3). V3 : volume de l’espace annulaire trou-tubage 95/8 (m3). V4 : volume de l’espace annulaire tubage 133/8 –tubage 95/8 (m3). N.B : le volume du trou est généralement supérieur à celui du trépan d’où les volumes V2 et V3 doivent être majorés par un coefficient de majoration qui dépend de la formation.

56

Chapitre V : Partie calcul  Calcul V1 : =

∗

/

Ctubage 9 5/8 : Volume unitaire à l’intérieur de tubage (l/m). H1 : Hauteur entre l’anneau de retenu et le sabot (m). (H1 = Hsabot 9 5/8 - Hanneau de retenu). =

.

 Calcul V2 :

∗(

−

= . =

V2: Volume de trou au-dessous de sabot (m3).

. )

∗

∗

Dtrou : Diamètre de trou 121/4 (m). H2 : la hauteur entre le sabot de tubage 95/8 et le fond de puits (m). (H2 = Hfond puits – Hsabot 9 5/8). K : coefficient de majoration (dans notre puits K=25%). =

.

(

.

∗ .

 Calcul V3 : = (

Ou

)²

= .

∗(

−

=

/

)∗

−

Strou : section de trou 121/4 (m²).

)∗ .

− ∗ ∗

∗

Stubage 9 5/8 : section de tubage 95/8 (m²) H3 : Hauteur entre le sabot 95/8 et le sabot 133/8 (m). (H3 = Hsabot 9 5/8 – Hsabot 13 3/8). Dtrou : diametre de trou 121/4 (m). ODtubage : Diametre exterieur de tubage (m). =

(

.

∗ .

)²

−

( .

∗ .

=

.

57

)

∗(

−

. )∗ .

Chapitre V : Partie calcul  Calcul V4 : =

∗

Ctubage-tubage : Volume unitaire entre le tubage 133/8 et le tubage 95/8 (l/m). H4 : Hauteur entre le sabot 133/8 et le top Ciment (m). (H4 = Hsabot 13 3/8 – Htop ciment). =

.

Donc on aura le volume total : = .

+ .

+

.

∗(

)

. −

= .

+ .

=

I.2.2. Volume de boue de chasse :

.

Le volume de boue de chasse c’est le volume de boue qui pousse le ciment à l’intérieur de tubage. =

∗

.

Vchasse : volume de boue de chasse (m3).

Cint.tubage : volume unitaire à l’interieur de tubage (l/m). Hannue-surface : Hauteur entre l’anneau de retenu et la surface (m). =(

.

.

/

=

.

∗

∗(

.

/

. −

=

) +( .

)+

.

.

∗(

/

∗

/ )

)

Tableau 5 : Les différents volumes. [12] Information sur casing : Type

Longueur (m)

Tubage 95/8 inch 53.5 lb/ft (TD).

2962

Tubage 95/8 inch 47 lb/ft (TD).

1401

Tubage 133/8 inch 68 lb/ft (TD).

2237.8

Anneau de retenue

2937.4

Top ciment

1987

Capacité (l/m) Type

Capacité (l/m)

Tubage 95/8 inch 53.5 lb/ft

36.91

Tubage 95/8 inch 47 lb/ft

38.19 58

Chapitre V : Partie calcul Tubage 95/8 inch X Tubage 133/8 inch

31.16

Tubage 95/8 inch X le trou + 25%

36.31

Volume de laitier (m3) Zone

Longueur (m)

Volume (m3)

Anneau-sabot

24.6

0.91

Ciment entre tubage 133/8 et 95/8

250.8

7.81

Ciment entre tubage 95/8 et trou 121/4

724.2

26.3

Ciment entre le fond et le sabot 95/8

5

0.475

Volume total de ciment =

35.516

Volume de boue de chasse (m3) Zone

Longueur (m)

Volume (m3)

Tubage 95/8 inch 53.5 lb/ft

1536.4

56.71

Tubage 95/8 inch 47 lb/ft

1401

53.50

Volume total de boue de chasse =

110.21

I.3. Calcul de la quantité de ciment : La densité du laitier utilisé est dl= 2.10 de classe G, d’un rendement R= 0.633 m 3/T.

=

.

.

=

=

I.4. calcul de la quantité des additifs :  0.1% d’antifoam :

.

0.1%

1 tonne de ciment

Qantifoam

53.56 tonnes de ciment

Qantifoam = 0.0535 tonnes.  1% de dispersant : 1%

1 tonne de ciment

Qdispersant

53.56 tonnes de ciment

Qdispersant = 0.5356 tonnes.

59

Chapitre V : Partie calcul  0.14% de retardateur : 0.14%

1 tonne de ciment

Qretardateur

53.56 tonnes de ciment

Qretardateur = 0.0798 tonnes.  L’eau salée : 337.79 L

1 tonne de ciment

VE

53.56 tonnes de ciment

VE = 18092.03 L 

Le temps de mixage est de : 70 min I.5. Calcul du temps d’injection du laitier tI : =

Vi : Volume injecté (L) Qi : débit d’injection (L/min) ti.t : temps d’injection total (min).

=

.

+

.

ti.l : temps d’injection de laitier (min)

.

tch : temps de chasse (min). Les fluides injectés respectivement sont :  12000 L de spacer avant le laitier de ciment avec un débit de 800 L/min =

.

=

 35516 L de laitier de ciment avec un débit de 500 L/min .

=

=

=

= .

 3000 L de spacer après le laitier de ciment avec un débit de 800 L/min .

 70000 L de boue de chasse avec un débit de 1200 L/min =

=

.

 4000 L de boue de chasse avec un débit réduit jusqu’à la tombe de bouchon supérieur sur le bouchon inferieur avec un débit de 400 L/min =

= 60

Chapitre V : Partie calcul  30000 L de boue de chasse avec augmentation de débit jusqu’à 800 L/min =

.

 3210 L de boue de chasse avec réduction de débit jusqu’à 400 L/min =

Donc :

= .

Le temps total d’injection : =

.

+

+ .

+

=

.

.

.

+

+

. + .

I.6. Calcul de la pression de refoulement (Pref) : La pression maximale prévisible en fin de refoulement est égale à la différence de la pression entre espace annulaire et l’intérieure du tubage. .

=

. .

.

−

.

+ .

.

.

.

.

Pref : Pression de refoulement (bar).

. .

.

+ .

+

.

. .

.

.

.

.

+

.

.

dl : densité de laitier de ciment. hL.e.annu : hauteur de laitier dans l’espace annulaire. =

. .

−

dsp : densité de spacer

=

−

hsp.e.annu : hauteur de spacer dans l’espace annulaire (m). =

. .

db : densité de la boue de forage.

/ ;

/

=

.

=

=

.

hb.e.annu : hauteur de boue de forage dans l’espace annulaire (m). =

. .

−

=

−

. .

. .

=

−

−

.

hL.int.tuba : hauteur de laitier à l’intérieur de tubage (m). .

.

=

−

hsp.int.tub : hauteur de spacer intérieur de tubage (m). .

.

=

/

61

=

=

.

− =

.

.

=

.

Chapitre V : Partie calcul hb.int.tub : hauteur de boue à l’intérieur de tubage (m). .

.

=

Donc : =

= ( .

−

. ). .

−

( .

+

( . ). .

.

.

.

−

).

.

.

+

( .

.

+

). .

=

.

( . .

). .

+

−

( .

).

. −

.

.

.

= .

I. Les diagraphies CBL-VDL de phase 12 1/4 : I.1. Introduction : Après la fin de forage de formation de 81/2 un train diagraphie composé de plusieurs outil de mesure est descend au fond de puits, parmi ses outils le caliper et le CBL-VDL les mesures sont commencés de bas vers le haut lorsque le train arrive au niveau de sabot de formation précédente les mesures sont commencé par l’envoie d’un signal acoustique à travers la boue, tubage et formation, ce signal est envoyer par un émetteur est recevez par un récepteur. I.2. Interprétation de des logs CBL-VDL de phase 121/4 : Le log montre une très bonne cimentation de 2964 (Première lecture) à 2950 m, bonne de 2950 à 2934 m, moyenne de 2934 à 2875 m, bonne à très bonne de 2875 à 2758 m, faible à moyenne de 2758 à 2656 m, moyenne de 2656 à 2616 m, faible de 2616 à 2578,5 m, bonne à moyenne de 2578,5 à 2518m, faible de 2518 à 2497,5 m, bonne à moyenne de 2497,5 à 2420 m, faible de 2420 à 2394 m, bonne à moyenne de 2394 à 2356,5 m , moyenne de 2356,5 à 2302 m, bonne à moyenne de 2302 à 2270 m, faible de2270 à 2254 m, faible à moyenne de 2254 jusqu’au sabot Csg 13’’3/8 @ 2238 m. L'Horizon "B" (2498 – 2523.5) est moyennement isolé.

62

Chapitre V : Partie calcul

0

mV

100 200

us

1200

0

(Figure 25). Diagraphie de CBL-VDL montre une très bonne cimentation. [11] 0

mV

100 200

us

mV

us

1200

(Figure 26). Diagraphie de CBL-VDL montre un tubage libre. [11]

0

1200

100 200

mV

100 200

us

1200

(Figure 28). Diagraphie de CBL-VDL montre une bonne cimentation. [11]

(Figure 27). Diagraphie de CBL-VDL montre une moyenne cimentation. [11] 63

Conclusion générale Conclusion générale : Notre travail consiste au suivi détaillé de la phase 121/4 , on a mis en évidence l’opération de cimentation d’une manière générale puis on a fait tous les calculs nécessaire pour une bon cimentation Calcul de volume de l’espace annulaire en tenant compte de l’irrégularité des parois et par la suite le calcul de volume de laitier nécessaire sur le plan de qualité (classe) et de quantité (volume totale) La pompabilité du laitier nécessite une technicité spéciale afin de ne pas avoir de gel ou prise de laitier au cours de pompage raison pour laquelle on doit bien veillez sur le temps de pompage pour :  Le laitier et le volume de chasse sans oublier le spacer avant et après le laitier Une fois le laitier mis en place, on laisse le temps nécessaire pour la prise de ciment, puis on procède à l’opération de diagraphie  CBL : Cement Bound Log  VDL : Variable Density Log Qui nous donne une idée sur la qualité de ciment qui devrait avoir des propriétés mécanique (résistance) et hydraulique (perméabilité, porosité) voisines au meilleur (inferieur) que celles de la formation.

64

BIBLIOGRAPHIE : [1] : A. SLIMANI et M. DADDOU, Module M1 FORMATION JDF, DIVISION FORAGE Département Formation, Mars 2004. [2] : A. SLIMANI et C. SOUSSI, Module M2 FORMATION JDF TOME 1, DIVISION FORAGE Département Formation, [3] : Dr Mohamed Said Beghoul, Les diagraphies différées Principes des outils et bases de l’interprétation, IAP Boumerdes, 06-10 Décembre 2015. [4] : Formulaire de Foreur, IFP, Edition technip, septième Edition, Paris, 1999. [5] : Groupement Sonatrach Agip, Rapport Implantation BRW ESW-2, Algérie, Janvier 2016. [6] : IFP Training, LA CIMENTATION PRIMAITRE, ENSPM Formation Industrie, 1998. [7] : IFP Training, LES BOUCHONS DE CIMENT, ENSPM Formation Industrie, 2005. [8] : IFP Training, LA CIMENTATION ETAGE, ENSPM Formation Industrie, 2005. [9] : IFP Training, LES DIAGRAPHIES DE CIMENTATION, ENSPM Formation Industrie, 2005. [10] : Jean-Paul NGUYEN, Techniques d’exploitation pétrolière le forage, 27 roue Ginoux Paris Cedex 14, 1993. [11] : Shlumberger, BRW ESW-2_8.5 in_3AR2-CBL-VDL-CCL-GR, 31-Mar-2016. [12] : Zidane Bouhenaf, BRW ESW-2_Sakson 603 9 58 in Csg Cement Program_ Version 3, Sclumberger 24 Mars 2016.