contribution   la surveillance d'un processus de forage p©trolier

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  • Arts et Mtiers ParisTech Laboratoire des Procds et Ingnierie en Mcanique et Matriaux

    cole doctorale n 432 : Sciences des Mtiers de lIngnieur

    pour obtenir le grade de docteur dlivr par

    lcole Nationale Suprieure d'Arts et Mtiers

    Spcialit

    Contribution la surveillance dun processus de forage ptrolier

    Co-encadrement de la thse :

    Jury M. Dominique SAUTER, Professeur, CRAN, Universit Henri PoincarM. Houcine CHAFOUK, Professeur, IRSEEM, ESIGELEC de RouenM. Frederic KRATZ, Professeur, Institut PRISME, ENSI de BourgesM. Henri DENOIX, Ingnieur, Schlumberger M. Rafel PONS, Ingnieur, Schlumberger M. Michel VERG, Professeur, PIMM, Arts et Mtiers ParisTechM. Nazih MECHBAL, Matre de confrences, PIMM, Arts et Mtiers ParisTech

    Arts et Mtiers ParisTech - Centre de Paris Laboratoire des Procds et Ingnierie en Mcanique et Matriaux

    cole doctorale n 432 : Sciences des Mtiers de lIngnieur

    Doctorat ParisTech

    T H S E pour obtenir le grade de docteur dlivr par

    lcole Nationale Suprieure d'Arts et Mtiers

    Spcialit Automatique et Traitement du Signa

    prsente et soutenue publiquement par

    Amadou-Abdoulaye BA

    le 31 mars 2010

    Contribution la surveillance dun processus de forage ptrolier

    Directeur de thse : Michel VERG

    encadrement de la thse : Nazih MECHBAL

    Professeur, CRAN, Universit Henri Poincar Professeur, IRSEEM, ESIGELEC de Rouen

    Professeur, Institut PRISME, ENSI de Bourges

    Professeur, PIMM, Arts et Mtiers ParisTech Matre de confrences, PIMM, Arts et Mtiers ParisTech

    Laboratoire des Procds et Ingnierie en Mcanique et Matriaux

    2010-ENAM-0007

    cole doctorale n 432 : Sciences des Mtiers de lIngnieur

    pour obtenir le grade de docteur dlivr par

    lcole Nationale Suprieure d'Arts et Mtiers

    Automatique et Traitement du Signal

    Contribution la surveillance dun processus de forage ptrolier

    Prsident Rapporteur Rapporteur Examinateur Examinateur Examinateur Examinateur

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    Remerciements

    Le travail rapport dans ce mmoire a t effectu dans le cadre dune convention CIFRE

    (Convention Industrielle pour la Formation par la Recherche) entre la socit Schlumbeger, site de

    Clamart, et lEcole Nationale Suprieure des Arts et Mtiers de Paris. Jexprime ma gratitude aux

    Ingnieurs de Schlumberger qui ont uvr pour que cette thse ait lieu et qui ont contribu son bon

    droulement. Je les remercie pour leur confiance et leur soutien.

    Jadresse mon directeur de thse, Monsieur Michel Verg, Professeur lEcole Nationale

    Suprieure des Arts et Mtiers et mon co-directeur, Monsieur Nazih Mechbal, Matre de

    confrences lEcole Nationale Suprieure des Arts et Mtiers, mes sincres remerciements pour

    leur aide, leur patience et leurs encouragements. Je les remercie pour les qualits scientifiques et

    pdagogiques de leur encadrement et pour leur disponibilit. Je souhaite quils reoivent travers

    ces lignes toutes les marques de ma reconnaissance.

    Jexprime ma gratitude Monsieur Houcine Chafouk, Professeur lEcole Suprieure

    dingnieurs en Gnie Electrique de Rouen et Monsieur Frederic Kratz, Professeur lEcole

    Nationale Suprieure dIngnieurs de Bourges davoir accept de rapporter sur cette thse. Je les

    remercie pour lintrt quils ont accord cette tude.

    Je remercie Monsieur Dominique Sauter, Professeur lUniversit Henri Poincar de Nancy de

    mavoir fait lhonneur de prsider le jury. Je le remercie pour lintrt quil a port nos travaux.

    Mes remerciements sont adresss Slim Hbaieb, Ingnieur Schlumberger, pour mavoir

    accompagn pendant mes deux premires annes de thse travers son encadrement, sa densit

    humaine et ses qualits scientifiques. Je remercie Rafel Pons, Ingnieur Schlumberger, davoir t

    mon tuteur durant ma dernire anne de thse. Je le remercie de ses qualits humaines et de sa

    disponibilit.

    Jexprime ma gratitude Henri Denoix, Ingnieur Schlumberger, de mavoir fait confiance et de

    mavoir engag dans le projet quil dirigeait. Je le remercie pour ses nombreux conseils et

    remarques.

    Quand aux membres de ma famille je leur dis merci pour leurs soutiens moraux et matriels ainsi

    que leurs encouragements sans faille et sans relche durant toutes mes tudes. Quils soient

    certains de ma reconnaissance et de mon affection.

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  • ii Table des matires

    Introduction .................................................................................................. 1 Chapitre 1. Gnralits sur le forage et position du problme .............. 5

    1.1 Introduction ...................................................................................................................... 5 1.2 Description dun processus de forage .............................................................................. 7

    1.2.1 Installation de forage ....................................................................................... 7 1.2.2 Garniture .......................................................................................................... 9 1.2.3 Assemblage de fonds (Bottom Hole Assembly) ............................................. 9 1.2.4 Mthodes de transmission des donnes ......................................................... 10

    1.3 Progression du forage ..................................................................................................... 11 1.3.1 Systme de circulation du fluide ................................................................... 12 1.3.2 Trpans .......................................................................................................... 12

    1.4 Variables de forage......................................................................................................... 13 1.4.1 Facteurs mcaniques ..................................................................................... 14 1.4.2 Facteurs hydrauliques .................................................................................... 14

    1.5 Dfauts possibles et modules surveiller ...................................................................... 15 1.5.1 Etat de lart sur lencrassement ..................................................................... 15 1.5.2 Modle dinteraction entre un trpan et une roche ........................................ 18 1.5.3 Modles de Detournay .................................................................................. 18 1.5.4 Modle dun outil coupant ............................................................................ 19 1.5.5 Energie spcifique E et rsistance au forage S .............................................. 21 1.5.6 Modle dinteraction entre un trpan et une roche ........................................ 21 1.5.7 Processus de coupe ........................................................................................ 21 1.5.8 Processus de frottement ................................................................................. 22 1.5.9 Trpan lors de laction de coupe ................................................................... 22

    1.6 Dfauts possibles sur le circuit hydraulique ................................................................... 25 1.7 Diagnostic de dfauts sur les processus industriels ........................................................ 26

    1.7.1 Introduction ................................................................................................... 26 1.7.2 Modules dun systme de surveillance.......................................................... 27 1.7.3 Mthodes de dtection des dfauts ................................................................ 28 1.7.4 Mthodes de dtection des dfauts dveloppes ........................................... 29 1.7.5 Estimateurs paramtriques ............................................................................ 29

    1.8 Approches de surveillance envisages ........................................................................... 30 1.8.1 Dtection de lencrassement .......................................................................... 30 1.8.2 Dtection de lobturation ............................................................................... 31

    1.9 Conclusions .................................................................................................................... 31 Chapitre 2. Surveillance par Identification ........................................... 33

    2.1 Introduction .................................................................................................................... 33 2.2 Moindres Carrs Rcursifs avec un Facteur dOubli ..................................................... 35 2.3 Moindres Carrs Rcursifs avec un Facteur dOubli Variable ...................................... 37

    Table des matires

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  • iii Table des matires

    2.3.1 Mthode du gradient ...................................................................................... 37 2.3.2 Adaptation du facteur doubli suivant la mthode du gradient ..................... 37 2.3.3 Gradient de lerreur quadratique dans lespace des facteurs

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