forage et fracturation hydraulique
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Forage et fracturation hydraulique
Jean-Jacques Biteau
d’après la documentation utilisée en conférences par Total
Plan
La conception des puits pétroliers
La construction des puits
La fracturation hydraulique
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La conception des puits
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Principaux paramètres
• Definition de la cible
géologique (X,Y,Z)
• Sélection de
l’emplacement de surface
• Horizons géologiques
• Profil de pression
• Profil de température
• Description des fluides de
formation
• Identification des risques
Trajectoire du puits
Architecture du puits 4
La pression des formations : un élément clef !
Pression exercée par
fluide de forage
Pression de formation
SUPERIEURE à ou à l’équilibre avec
Prédiction de pression de formation
Colonne
d’eau
1000 m
100
bars
Definitions:
LOT=Leak off test, pression
pour laquelle la formation se fracture
TVD: true vertical depth, profondeur verticale=corrigée de la déviation
Les courbes verte, bleue et violette représentent respectivement
la pression de formation et celles de fracturation 5
L’architecture du puits est conditionnée par la géologie de la subsurface
• Protection des aquifères
superficiels
• Isolation des zones
contenant des fluides
• Zones instables ou
réactives (argile, sel …)
• Zones fissurées : pertes
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Le puits : de la conception à la réalisation
Objectifs Techniques Produire en toute sécurité
Contenir et isoler les formations traversées
L’Architecture d’un puits dépend de : La profondeur (de quelques centaines de mètres à + 11000 m (Golfe du Mexique)
Des horizons géologiques rencontrés et traversés
Des pressions et des températures de ces couches géologiques
Deux "OUTILS" essentiels
Barrière hydrostatique : fluide de forage (ou boue) Contrôler le fluage de zones argileuses
Bloquer les pertes de boue de forage dans les formations
Barrière mécanique : tubages (casing) et cimentation Spécifications permettant de résister aux contraintes de tension, éclatement (burst pressure) , et
écrasement (collapse pressure)
L’architecture du puits et les fluides de forage
Deux outils qui permettent d’atteindre l’objectif et de
produire ensuite en toute sécurité 7
L’Architecture d’un puits : 1/2
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L’Architecture d’un puits : 2/2
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Protéger les nappes phréatiques :
• Les aquifères potables localisés
dans les 1000 premiers mètres sont : o Traversés avec des fluides à base d’eau
o Isolés par un ou deux tubages cimentés
assurant une étanchéité du fond jusqu’à
la surface
• Un contrôle de la qualité de la
cimentation, donc de l’isolation /
étanchéité, est systématiquement
réalisé
Architecture du puits : protection des nappes phréatiques
Coupe d’un puits et isolation par
gaine de ciment.
Forage 36”
Tubage 30”
Forage 26”
Tubage 20”
Forage 17”1/2
Tubage 13”3/8
Forage 12”1/4
Tubage 9”5/8
Forage 8”1/2
Ciment
Ciment
Ciment
Ciment
RESERVOIR
Tête de puits
FORAGE 8 “1/2
Architecture puits et principes
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Tubing de production
L’intégrité des puits
Production à travers un tube spécifique : tubing de production
Tubing de production : une enveloppe destinée à contenir les
fluides de production
Métallurgie sélectionnée pour résister aux effluents
Etanchéité : Epreuve hydraulique à l’installation
Vérification périodique des organes de sécurité
Contrôle des annulaires
Le suivi des pressions permet de vérifier l’intégrité
Le maintien de l’intégrité est un objectif
permanent tout au long de la vie du puits
Tubages
P P
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La construction des puits
12 12
Appareil Terrestre
Le forage : une activité de courte durée De quelques semaines à quelques mois par puits
Faible emprise des équipements permanents de production
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Fracturation Hydraulique
15 - 15
Roches très peu perméables : Créer une perméabilité artificielle
Xf
wf
Augmenter la surface d’échange pour assurer un débit commercial
σOB
σHmax
σHmin
Injection de fluide pour
fissurer la roche
Et de sable pour assurer
une conductivité résiduelle
par soutien des fractures
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Exemple de fracturation en puits vertical GR/Caliper Lithology Porosity Stress
3250
m
MD
3300
3350
3400
3450
GR_1 GAPI
0
200
100
CALI_1 REAL
4.00
12.00
8.00
VOL_UWATER_1 V/V
1.00
0
0.50
VCL_1 V/V
0
1.00
0.50
PHIE_1 V/V
1.00
0
0.50
NP_1 V/V
0.45
-0.15
0.15
RHOB_1 G/C3
1.95
2.95
2.45
Log_Stress psi
7500
10500
9000
Reservoir 1
Reservoir 2
Reservoir 3
Dimensions typiques
Longueur des fractures
induites: centaine de
mètres
Hauteur : quelques
dizaines de mètres
Stress
Barrier
Stress
Barrier
Stress
Barrier
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GR: Gamma ray
Mesure de la radioactivité
naturelle des roches
Caliper: mesure du
Diametre du trou ouvert
Combinaison de puits horizontaux et de fracturations multiples
Gaz de schistes ou de roches mères
Perméabilité extrêmement
faible
Très grande surface
d’échange requise
Seul le gaz situé à
proximité des fissures
peut être mobilisé
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Limitation de l’emprise au sol : plusieurs puits sont forés à partir
d’un seul emplacement (cluster)
Gaz de schistes
Une ressource qui
requiert un grand
nombre de puits
Les techniques de
forage directionnel
permettent
d’optimiser la
densité des
emplacements de
surface
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Un développement réfléchi de type cluster comprenant
10 à 20 puits (voire plus)
Optimiser l’emprise au sol en surface
Empreinte au sol d’un développement éventuel
Phase d’opérations
Phase de production
300 m x 250 m : 7.5 hectares
Drainage de 25 km2 en profondeur!
Optimiser le placement des drains horizontaux dans la cible
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Composition typique
• Eau (90%)
• Sable (9,5%)
• Additifs (0,5%)
Fonctions principales des additifs
- Inhiber l’activité bactérienne (bactéricides)
- Assurer le transport du sable dans les fissures
(gélifiant)
- Faciliter la production (tensio-actifs)
La composition exacte des fluides de
fracturation dépend des caractéristiques
du réservoir et des conditions du puits
Fluides de fracturation
90 % 9,5 % 0,5 %
Composition
Eau
Sable
Additifs
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