See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/321622161
Cours : Techniques de forage (LATF-3)
Chapter · December 2017
CITATIONS
READS
0
45,712
1 author:
Riadh Ahmadi
National Engineering School of Sfax (ENIS)
98 PUBLICATIONS 709 CITATIONS
SEE PROFILE
All content following this page was uploaded by Riadh Ahmadi on 07 December 2017.
The user has requested enhancement of the downloaded file.
Cours de : Techniques de forage
Par : Riadh AHMADI (Version 2017)
INTRODUCTION
Le forage est destiné généralement à exploiter plusieurs ressources naturelles du sous-sol constitué par
différents fluides (eau, pétrole et gaz naturel) piégés dans les roches poreuses de la série lithologique d’un bassin
sédimentaire. Dans certains cas les forages peuvent servir, pour surveiller (piézomètres) ou recharger le réservoir en
fluide par l’injection ; on parle de puits injecteurs. Dans d’autres cas plus rares le forage sert à exploiter l’énergie
géothermique d’une région (Exemple : en Island où l’eau peut atteindre l’état vapeur à quelques 10aine de m de la surface,
ou encore très récemment dans la région d’El Hamma où les eaux chaudes du CI sont utilisée pour réchauffer les serres.
Avant l’exécution d’un forage une étude préliminaire est indispensable pour localiser en coordonné de surface et
en profondeur le gisement à exploiter, et pour caractériser les propriétés spécifiques du réservoir (age ; lithologie ;
épaisseur ; géométrie…) et du fluide recherché (nature ; salinité ; température ; densité…). Cette étude se base
généralement sur :
- L’étude géologique fondamentale de surface (topographie ; cartographie géologique ; historique),
- Des études appliqués tel que la géophysique (sismique ; sondage électrique ; gravimétrique…).
Par la suite, et en fonction de l’étude de l’installation, un programme de forage est établi et qui sert à décrire les
différentes étapes du forage appropriés pour exploiter ce gisement. Le programme de forage fournit des solutions aux
différents problèmes et complexités naturelles et/ou urbaines. Ce programme se base principalement sur les donnés
historiques des forages similaires dans la même région, ainsi que les donnés géologiques mentionnées dans l’étude
préliminaire. Le programme de forage permet donc d’exécution du captage de la manière la plus sécurisante et la moins
coûteuse.
L’étape suivante consiste à l’exécution du forage. Cette étape est très technique et se diffère selon la ressource à
exploiter (pétrole, eau, gaz) et surtout selon la profondeur du gisement. Par la suite on procède à la mise en production
du forage : cette étape est appelé « Complétion » pour les forages pétrolier et « développement » pour les forage d’eau.
D’autres opérations peuvent avoir lieu après une période de la mise en production d’un forage. Il s’agit
généralement des opérations de « Work-Over ». Pour le forage d’eau on note particulièrement les opérations de
régénération et de réhabilitation.
Navire de forage
Semi-submersible
Jack-up
Submersible
Terrestre
1- Appareil terrestre  0 m.
4- Semi-submersible  20 < Profondeur < 2000 m
2- Submersible  0 < Profondeur < 20 m
5- Navire de forage  200 < Profondeur < 6000 m
3- Jack-up  20 < Profondeur < 100 m
1
Chapitre I :
Les équipements de sécurité dans un forage
I- La première sécurité dans le forage : La boue de forage
La boue de forage est toujours considérée comme étant la première barrière de sécurité contre les dangers de
forage et surtout contre les éruptions.
En effet, la fonction principale de la boue est l’équilibrage de la pression des fluides de formation par la pression
hydrostatique. La pression hydrostatique peut être variable en agissant sur la densité. Cette pression hydrostatique est
exprimée par la formule suivante :
Ph =
ρ x H (Bar)
10
(Ph : Pression hydrostatique ; ρ : densité de la boue ; H : profondeur vertical)
Ainsi pour n’importe quelle pression de fluide de formation on peut utiliser une boue qui contrebalance cette
pression à une profondeur donnée. D’autre part, la pression des fluides interstitiels est variable dans ces couches en
fonction de la diagenèse, des propriétés pétrophysiques (porosité/perméabilité) et de l’histoire tectonique de ces roches
(compression, distension). Par conséquent il est donc impossible d’adapter la boue de forage à plusieurs pressions de
formation qui n’admet pas la même loi de variation. Ainsi, les forages ont été segmentés en plusieurs étapes dites :
phases, pour lesquelles on utilise des densités de boue appropriées à la pression des fluides interstitielles pour chaque
partie de la série sédimentaire.
II- La deuxième sécurité dans le forage : L’Obturateur d’éruption (BOP)
Dans une région donnée, il est presque impossible de prévoir à l’avance l’évolution de la pression des fluides de
formation. Même dans une région qui possède un historique de forge, on n’est pas, non plus, à l’abri d’une variation
imprévue de pression interstitielle. Ainsi, une autre barrière de sécurité s’impose pour garantir la sécurité du personnel,
des équipements et de l’environnement. Cette deuxième barrière de sécurité consiste à l’Obturateur d’Éruptions (BOP :
Blow Out Preventer).
Le BOP se localise sous le plancher, il est centré sur le trou de forage et surmonté par le tube fontaine qui
évacue la boue à partir de l’espace annulaire vers la goulotte. On dessous du BOP on trouve les éléments de Tête de
puits qui se connectent au sommet de chaque tubage.
Le BOP est constitué d’un système de vannes de secours permettant la fermeture de l’espace annulaire au cours
du forage pour arrêter un fluide quelconque de sortir à travers le puits. Ces vannes ont la particularité de se fermer contre
les tiges de forage où autre éléments de la garniture tout en supportant des pressions énormes pouvant atteindre les
1000 Bar. Le fonctionnement du BOP se fait principalement par des circuits hydrauliques commandés par un panneau de
contrôle situé sur le plancher près du poste de foreur et également sur un autre endroit de la plateforme. Pour les
obturateurs à mâchoires, on peut actionner manuellement leur fermeture par des robinets mécaniques. Sur le BOP on
trouve également deux croies de circulation permettant la circulation des fluides à travers l’annulaire.
L’Obturateur d’Eruption est constitué des éléments suivants :
1- L’Annulaire ou ‘’Hydril’’ : l’Annulaire se localise toujours au sommet du BOP, il a une forme cylindrique
et constitue le premier élément actionner au cours d’une éruption. Son système de fermeture et uniquement
hydraulique et il est capable de se refermer sur n’importe quel type de garniture y compris les joints de
connexion des tiges. Toutefois, cette capacité d’adaptation ne lui permet pas de résister à une pression
supérieure à 150 Bar.
2
2- Les Obturateurs à Mâchoires : Il s’agit de mâchoires en caoutchouc ou en acier actionnées par des
vérins hydrauliques pour se fermer contre les éléments de garniture. Ces mâchoires peuvent supporter des
pressions très importantes qui peuvent atteindre les 1000 Bar. On distingue :
a) Les Mâchoires à tiges (Pipe Rams) : sont deux mâchoires en caoutchouc capable de se fermer
contre les tiges d’un diamètre connu (ex : 5’’ Pipe Rams), et ne peuvent donc pas se fermer contre les
joint de connexion. Pour cela le foreur doit impérativement savoir la position de son BOP par rapport à la
table de rotation. Ces mâchoires sont échangeables. En effet, lorsqu’on change le diamètre des tiges de
forage (de 5’’ à 3’’ ½) ou pour la descente d’un Tubage (9’’ 5/8, 7’’, 6’’…) on doit changer les mâchoires à
tiges correspondantes. Sur un BOP standard on dispose de deux Mâchoires à Tiges.
b) Les Mâchoires aveugles (Blind Rams) : ce sont des mâchoires en acier capable de fermer
complètement l’annulaire en écrasant les tiges de forage. Il est préférable d’éviter les joints de connexion
qui sont plus renforcés que le corps de tiges.
c) Les Mâchoires cisaillantes (Shear Rams) : ce sont mâchoires en acier équipées de deux lames
montées en ciseau et capable de fermer complètement l’annulaire en coupant les tiges de forage.
3- Les croix de circulation : Sur un BOP il existe deux croix de circulation permettant quatre soties possible
des fluides à partir de l’annulaire. Conventionnellement, les deux sorties qui mènent au Choke manifold sont
appelé Choke-Line et les deux lignes opposées qui sont connecté au Manifold de la Colonne Montante sont
appelées Kill-Line. Chaque linge de ces deux croix est équipé par deux vannes chacune permettant de
supporter la pression maximale tolérée par le BOP.
L’obturateur d’éruption ou BOP fonctionne avec en présence de plusieurs autres éléments tel que :
-
Le Choke Manifold : c’est une table composée de plusieurs vannes (Manifold) et duses (Choke) permettant la
circulation et la dépressurisation des fluides venant de l’annulaire à travers la croix de circulation. Cette table est
conçue pour traiter dépressuriser des fluides sous très hautes pression égale à celle supportées par le BOP.
-
Le dégazeur : c’est un élément sous forme de cylindre dressé verticalement et contenant des rampes permettant
de séparer par gravité les gaz des liquides à partir des fluides venant de la sortie du Choke Manifold. Les gaz
seront récoltés par le sommet du dégazeur et ensuite acheminés vers une torche. Les liquides seront collectés
par le bas et sont reconduits vers les bassins de boue.
-
La ligne de torche : c’est une ligne composée de tiges métalliques reliée à la sortie de la table du Choke Manifold
et se prolonge vers l’extérieur de la plateforme ou bout du quelle une torche est aménagé pour brûler en cas de
besoin les fluides récolté par l’annulaire.
-
L’accumulateur de pression : il s’agit du système permettant le pompage et l’accumulation de la pression d’une
huile hydraulique dans des réservoirs pour le fonctionnement du BOP. L’accumulateur est relié à l’obturateur par
des lignes hydrauliques de commande d’une part, et aux panneaux de contrôle par des lignes pneumatiques ou
électriques.
-
Les panneaux de commandes du BOP : Les panneaux de commandes des rams du BOP sont soit pneumatique
(fonctionnent à l’air comprimé) soit électrique. Un panneau est localisé sur le plancher derrière le poste du foreur.
Un autre se trouve près de l’accumulateur de pression. Ce panneau permet d’ouvrir et de fermer tous les types
d’obturateur du BOP.
La valve de sécurité, qui se loge à l’intérieur de la garniture, est un élément de sécurité est très utile au cours du
forage. Elle permet de prévenir contre les invasions de fluides à l’intérieur des tiges. Ceci facilite le travail du foreur et lui
permet d’utiliser l’Obturateur Annulaire et les mâchoires à tiges en toute sécurité. Par ailleurs, d’autres valves anti-retours
3
existent sur les équipements de surface telle qu’au niveau du Kelly (valve de sécurité) et au niveau des pompes de
forage mais ces valves ne préviennent pas contre la migration des gaz.
Lorsque l’augmentation du volume est évidente physiquement par l’observation visuelle de l’annulaire,
l’actionnement du BOP est conditionné par l’utilisation d’abord de l’annulaire en premier lieu. Si la pression est trop
importante on ferme par la suite les mâchoires à tiges. Les mâchoires aveugle et cisaillante ne sont utilisé qu’en cas
d’urgence extrême et surtout lorsque l’éruption à envahit d’une manière non contrôlable l’intérieur des tiges.
Les opérations techniques du forage
Chapitre II :
Le forage est exécuté selon plusieurs phases intercalées par des opérations de tubage et cimentation. Les
profondeurs de chaque phase, la composition de la garniture, les paramètres de forage et la rhéologie de la boue sont
programmées à l’avance dans un rapport de forage.
Le forage d’eau peut être exécuté selon deux type : par battage ou par rotary.
Le forage par battage est le procédé le plus ancien, il a été inventé par les chinois il y plus de 4000 ans. Ce type
de forage consiste à la percussion du font du puit par des chutes libres de l’Outil dont les cadences et la dénivelé sont
gouvernées par la dureté du terrain. La hauteur des chutes est de l’ordre du mètre et leur fréquence est variable de 15
jusqu’à 80 coups/minute.
Le forage par battage peut être exécuté sans circulation d’eau. Dans ce cas en utilise un câble ou des tiges
pleines pour maintenir l’Outil et un autre câble pour la cuillère ou la benne preneuse permettant le ramassage des
déblais. Le système avec circulation se rapproche du forage par rotary et en utilisent des tiges creuses.
Le forage par battage ne permet pas d’atteindre des profondeurs importantes (maximum 1000 m). Dans ce type
de forage la sécurité n’est pas assurée surtout dans le cas du forage sans circulation où il n’y a ni système de protection
contre les fluides jaillissants ni un système de maintient des parois du puit. Les vitesses d’avancement du forage par
battage sont nettement plus faibles que ceux du forage rotary surtout en profondeur où les roches compactées résistent
plus à la percussion. Ainsi, cette méthode tend progressivement à disparaître et à céder la place au forage par rotation
qui permet d’atteindre des profondeurs plus importantes avec des vitesses plus grandes tout en garantissant la sécurité
du personnel, de l’environnement et du matériel.
I- Le forage rotary
Le forage rotary d’une nouvelle section consiste à la mise en place d’une garniture de forage équipée d’un Outil
de forage ou « Trépan » et d’un assemblage de fond de trou « BHA » compatible avec les caractéristiques de cet Outil.
Le forage de la roche nécessite :
1- La circulation de la boue pour le nettoyage du nouveau trou et le refroidissement de l’Outil,
2- La pression qui exerce une force hydraulique au niveau de l’Outil,
3- Le poids sur l’Outil qui met en contact la formation et le trépan,
4- La rotation de la garniture qui entraîne une torsion des tiges mesurée en surface.
1) Le débit de circulation (FR)
Le débit de circulation est en fonction du nombre de coups de pompe par minute, du nombre de piston (duplex,
triplex) et des volumes des châssis (Ø int, longueur…). Les pompes de forage sont actionnées par le panneau de
commande du Chef de poste sur le plancher, mais il faut toujours vérifier que le circuit d’alimentation à partir du bassin
actif est ouvert !
Le débit de circulation de la boue doit être suffisant pour le nettoyage de l’Outil et du trou et ayant un régime
laminaire dans l’espace annulaire pour ne pas entraîner une érosion des parois du puits. Le nombre et le diamètre des
orifices installés sur l’Outil (duses) est désigné par la surface totale de circulation « TFA ». La TFA doit être choisi en
4
fonction du débit et de la pression à l’intérieur des tiges (ne doit pas être trop élevée) pour avoir la puissance hydraulique
optimale au niveau de l’Outil (jetting). La puissance hydraulique optimale permet à l’Outil d’atteindre sa maximale vitesse
d’avancement. La puissance hydraulique optimale est fonction donc de la pression et du débit de pompage.
La capacité portante de la boue de forage consiste à son aptitude à remonter proprement les déblais de forage.
Cette capacité est uniquement proportionnelle au débit et admet un optimum pour un débit de circulation supérieur au
débit donnant la puissance hydraulique optimal.
Lorsque le débit de circulation est faible on risque le bourrage de l’Outil (Drilling Flounder) : c’est-à-dire qu’une
partie des cuttings est re-foré par l’Outil se qui dérange considérablement son avancement. Si on diminue encore le
débit, l’Outil peut-être complètement emballé par les déblais et ne peut plus avancer.
Au cours du forage on peut agir sur le débit en fonction de la vitesse d’avancement. Ainsi quand la vitesse
d’avancement augmente, on doit augmenter le débit pour favorisée la sortie rapide des déblais vers la surface et éviter
l’entassement des déblais dans l’annulaire qui risque de produire un coincement.
2) La pression (SPP)
La pression à l’intérieur des tiges est mesurée en surface par un capteur installé sur la colonne montante. Cette
pression dépend de :
- Le débit de pompage
- La perte de charge principalement causée par les diamètres internes de la garniture et leurs longueurs.
- La perte de charge au niveau de l’Outil dû au nombre et aux diamètres des duses (TFA).
- La rhéologie de la boue (viscosité, densité…).
Plusieurs programmes et formules permettent de calculer la pression théorique prévue pour un débit donnée. Au
cours du forage il faut s’assurer que la pression observée n’est pas différente de la pression théorique. Toute
augmentation imprévisible de la pression à l’intérieur de la garniture peut être l’indice d’un problème grave. Il faut donc
arrêter le forage et la circulation et vérifier la cause. Généralement l’augmentation de pression peut-être due à un
bouchage d’un ou plusieurs orifices (duses) de l’Outil, à un bouchage d’un élément de la garniture (souvent dans la
BHA), ou à une venue à l’intérieur des tiges.
Dans un forage en état normal la pression de la boue dans l’espace annulaire est nulle en surface, ceci est
évident puisque l’annulaire est en contact direct avec l’atmosphère au niveau du tube fontaine. Mais, au cours d’une
éruption l’espace annulaire sera fermé par l’un des éléments de l’Obturateur d’Eruption et la boue montrera une pression
non nulle qu’on peut mesurer grâce à un capteur de pression installé sur le Choke Manifold. Pour que cette mesure soit
possible, il faut que la « Choke Line » soit ouverte sur le Choke Manifold et que ce dernier soit fermer pour permettre la
stabilisation de la pression.
3) Le poids sur l’Outil (WOB)
Dans un forage donné, quand le poids sur l’Outil augmente la vitesse d’avancement augment d’une manière
directement proportionnelle. Cette condition est valable si le nettoyage est efficace et si la formation n’est pas plastique
(patinage). Lorsqu’on augmente le poids sur l’Outil sans faire varier le débit, la vitesse d’avancement devient si
importante que le débit de circulation n’est plus capable de nettoyer tout le volume foré et on peut risquer le bourrage de
l’Outil. Un test de poids sur l’Outil (Drill Off Test) permet de déterminer le poids maximal sur l’Outil que l’on peut atteindre
sans entrer dans la zone de bourrage.
4) La vitesse de rotation (RPM)
La vitesse de rotation de l’Outil se mesure en Révolution Par Minute (RPM) elle est souvent variable entre 50 et
150 RPM. L’augmentation de la rotation des tiges entraîne une augmentation de la vitesse d’avancement sauf que cette
5
relation n’est pas directement proportionnelle et dépend également de la nature de la formation. On général on doit
ajuster la vitesse de rotation avec le poids sur l’Outil (WOB). En effet, quand le poids sur l’Outil augment la vitesse de
rotation doit diminuer pour minimiser l’usure de l’Outil et lui permettre une meilleure durabilité.
5) La vitesse d’avancement (ROP)
A coté de la vitesse maximale d’avancement il existe une vitesse économique d’avancement qui permet de
minimiser le coût du mètre de forage. La vitesse économique signifie un choix des paramètres de forage permettant
d’avancer avec des économies d’énergie, de matériel et de temps. Cette vitesse économique est toujours inférieure à la
vitesse maximale car cette dernière entraîne une détérioration rapide de l’Outil de forage et une quantité d’énergie
hydraulique supplémentaire délivrée par les pompes et par le système de rotation. Ainsi, les gammes de poids sur l’Outil
et de rotation sont définit par le fabricant de l’Outil et livré sur une fiche technique que le foreur, l’ingénieur de l’Outil ou le
superviseur de forage doit respecter afin d’optimiser le poids sur l’Outil et la vitesse de rotation pour avoir une meilleur
durée de vie de l’Outil.
II- Démarrage de forage, connexion et fin de phase
1) Procédure techniques pour le début de forage
Les consignes générales de forages :
1- S’assurer que la boue est prête.
2- S’assurer du bon fonctionnement des pompes de forage : faire un test de circulation pour vérifier le rendement
et tout le système de traitement et conditionnement de la boue.
3- Faire l’assemblage de l’Outil après avoir mis les duses nécessaires, s’assurer de prendre tous les
renseignements propre à l’Outil (Diamètre, Concepteur, Type, N° de série, Longueur, Duses, Codes IADC).
4- Faire l’assemblage de fond de trou selon le programme et enregistrer soigneusement, la longueur de chaque
pièce, diamètre externe et interne, toutes les variations possible pour les pièces à plusieurs montants
(Coulisses et Stabiliseurs) et éventuellement les numéros de séries. S’assurer également de mettre les
accessoires de l’intérieur des tiges (ex : Totco ring, Flute valve, Filtre à boue…).
5- L’assemblage de la garniture pour la première fois doit être accompagné par le calibrage du diamètre intérieur
au cours de la descente par un témoin (Rabbit).
6- Une fois l’Outil au fond, commencer la circulation lentement puis augmenter progressivement, si tout va bien
(pression, débit, système de circulation…) commencer le forage avec des paramètres très réduits (faible poids
sur l’Outil WOB et RPM). Augmenter progressivement paramètres de forage en tenant compte de leurs limites
maximales tolérable.
2) Connexion d’une nouvelle tige
Au cours du forage les opérations de connexion d’une nouvelle longueur comporte les étapes suivantes :
1- L’alésage au moins une fois de toute la longueur forée, en même temps calibrer une autre tige et la mettre
dans le Mosehole,
2- L’arrêt des pompes et la mise sur cale de la garniture à environ 1 m du fond,
3- Déconnexion du Kelly,
4- Connexion du Kelly à la tige au niveau du Mosehole,
5- Remontée du Kelly avec la nouvelle tige et le connecter à la garniture sur cale,
6- Soulever la garniture et enlevé la cale et reprendre la circulation puis la rotation,
7- Descendre lentement jusqu’au fond, et reprendre le forage.
6
3) Fin de phase ou remontée technique
Une fois la fin de section est atteinte, ou une manœuvre de remontée est décidée pour changer un Outil de
forage, on procède aux étapes suivantes :
1. Arrêter le forage et dégager l’Outil du fond.
2. Continuer la circulation jusqu’à ce que les tamis soient propres tout en gardant la rotation et le mouvement
de la garniture pour prévenir contre le coincement. Parfois, en pompe un bouchon visqueux de boue pour
mieux nettoyer le trou.
3. Déconnecter le Kelly et le mettre dans sont fourreau, mettre en place les bras et élévateur. Pendant ce temps
observer le niveau de la boue dans le puits pour au moins 10 minutes (Flow Check).
4. Aligné le circuit du Trip Tank (bac de manœuvre) avec le puits, remplir le Trip Tank et prendre sa valeur
initiale et commencer à remplir le Trip Sheet.
5. Remonter lentement en faisant très attention au surpoids sur le crochet (Overpull) dans le cas où le surpoids
est supérieur à 10 ou 15 tonnes on procède à l’alésage de la section rétrécie en reconnectant le Kelly, puis
continuer le remonter normalement. Après chaque alésage s’assurer de circuler au moins un « Lag Time »
avant de déconnecter le Kelly.
Au cours de la remontée on stocke les tiges en Stands de 2 ou 3 sur le plancher en les numérotant de façons que
la dernière Stand de tige de forage soit la N°1. On numérote par la suite les Stands de Tiges lourdes.
III- Le contrôle de forage
1) Contrôle des paramètres de forage
Durant le forage commence sérieusement le suivi de tous les paramètres de forage (Poids sur l’Outil, Rotation,
Débit, Torsion, Pression à l’intérieur de la garniture). L’unité de géologie enregistre tous les paramètres de forage en
fonction du temps et en fonction de la profondeur. Certain appareil possèdent un enregistrement sur papier
(speedographe), ou possède même un système informatisé.
La torsion des tiges caractérise le moment appliqué sur la garniture de forage pour entraîner la rotation de l’Outil,
la résistance de la formation quand l’Outil repose sur le fond et les frottements contre les parois du puit et contre la boue
de forage. Au cours d’un forage vertical les frottements contre les parois et la boue sont très faibles, ainsi la majeure
partie de la torsion est causée par le contact de l’Outil avec la formation.
Le forage avec un Outil à mollettes indique une torsion des tiges faible et plus stable mais si l’Outil devient usé ou
endommagé, la torsion augmente de devient irrégulière et la vitesse d’avancement diminue  il faut arrêter le forage et
remonter l’Outil pour le vérifier et le remplacer. Par contre si on utilise un Outil à lames fixes (PDC) la torsion est forte
quand l’Outil est en bon état et diminue avec augmentation de la pression lorsque les taillants de l’Outil deviennent usés.
Toutefois on peut continuer le forage si la vitesse d’avancement reste raisonnable car on ne risque pas de laisser un
morceau de l’Outil au fond du puit.
2) Contrôle du volume de circulation
Il est impératif de contrôler les variations de volumes dans le système actif en tenant compte des volumes du trou
foré et de la garniture afin de détecter toute infiltration de fluides de formation dans le puit (gain ; éruption) ou toute fuite
de boue dans à la surface ou dans la formation (pertes). Le mauvais contrôle des gains et des pertes peut entraîner des
problèmes graves de forage qui peuvent atteindre la destruction complète du puit et de l’appareil de forage.
7
3) Contrôle de la géologie
L’objectif de tous les forages d’eau est d’atteindre un système aquifère pour l’exploiter. Ce système consiste à un
ensemble d’unités lithologiques (Couverture / Réservoir / Substratum), par conséquent le contrôle de la géologie est
capital pour l’aboutissement d’un forage. Ce contrôle consiste à l’observation régulière (ex : chaque 5 m) des échantillons
de cutting pour confirmer la Formation géologique traversée et savoir exactement la situation réelle du forage par rapport
au programme prévisionnel.
Le contrôle de la géologie se fait en tenant compte des profondeurs compensées c’est-à-dire en tenant compte
du temps de transit (Lag-Time). Pour cela on prépare un tableau qui calcule le temps de transit (Lag-Time) pour chaque
échantillon en considérant l’architecture du puit, de la garniture de forage et du débit de circulation.
Le contrôle de la géologie permet également de s’assurer de la stabilité des parois, en effet, l’observation des
débris de cavages (forme particulière allongé de cutting) à un pourcentage élevé permet d’en déduire que les parois de
puit sont instables et que la pression de Formation est localement supérieure à la pression hydrostatique de la boue.
IV- Tube guide, Tubage et Cimentation
1) Tube guide (conducteur)
Le tube conducteur sert à guider l’Outil pour les premiers mètres de forage et à véhiculer la boue vers le tube
fontaine. Le tube conducteur remplace donc le tubage et le BOP pour les phases suivantes. Il est fixé dans un troue
préalablement foré ou enfoncé par battage dans le sol. Le sommet du tube guide sera aménagé en tube fontaine pour
l’évacuation de la boue de l’annulaire vers les tamis vibrants.
2– La Cimentation du tubage de surface en utilisant le Stinger
Après la fin du forage de la première phase on prépare à la descente du tubage de surface. Le tubage doit être
préalablement inspecté (filetage de connexion), mesuré, nettoyer, calibré (diamètre interne) et numéroté. Par la suite, on
monte le Sabot et le "Stinger" au premier joint de tubage, et les centreurs qui se concentrent aux joints de fond. Ces
étapes qui demandent du temps doivent être faites en même temps avec le forage de cette phase.
Le "Cement Stinger" permet l’encastrement étanche des tiges de forage et permettre la circulation direct vers
l’annulaire.
Les opérations de descente de Tubage et Cimentation se résument comme suit :
1- Changer les bras, l’élévateur et les cales par ceux spécifiques au Tubage en question. Changer la Fourrure
de la table de rotation.
2- Mettre en place le premier joint qui se termine par le Cement Stinger et le Sabot.
3- Remplir le tubage par la boue et descendre avec le joint et mettre sur cale. S’assurer du bon fonctionnement
de la valve anti-retour du Sabot par un essai de circulation.
4- Connecter les joints selon l’ordre et s’assurer du bon couple de serrage et remplir chaque joint de boue au
cours de la descente.
5- Une fois au fond, mettre le tubage sur cale et s’assurer que le dernier joint fini juste au dessus de la cale pour
permettre la connexion des tiges de forage par la suite.
6- Mettre en place un système permettant la mise sur cale des tiges au sommet du tubage.
7- Changer les bras et élévateurs, et descendre avec les tiges de forage jusqu’au fond.
8- Engager les tiges de forage dans le Cement Stinger en posant du poids, et circuler doucement pour vérifier,
si la boue sort par l’annulaire du puits (non pas du tubage) augmenter le débit de circulation et continuer
jusqu’au nettoyage du troue (au moins un cycle).
8
Si on ne dispose pas de Stinger on peut procéder autrement en fermant le sommet du tubage sur les tiges pour
garantir l’étanchéité et de cette manière on injectant les fluides par les tiges ils sera forcé de circuler à travers l’annulaire
du puits
Après avoir calculer préalablement les volumes de la cimentation, commencer la cimentation comme suit :
1- Faire un test d’efficacité des pompes de forage si on les utilise.
2- Aligner les lignes de cimentation au avec les tiges de forage et tester sous pression.
3- Pomper un séparateur (Spacer : généralement de l’eau pour la boue à l’eau, environ 2 m3).
4- Mélanger et pomper le volume voulu de laitier de ciment (souvent Classe G) à l’intérieur des Tiges avec le débit
maximum possible pour provoquer des turbulences nécessaires au remplacement complet de la boue par le
ciment et éviter les «channeling».
5- Pomper un séparateur (Spacer) avec un débit élevé.
6- Commencer la chasse pour le déplacement de l’intérieur des tiges avec un débit maximal.
7- Couper nettoyer et soulever le tube conducteur avant le durcissement du ciment.
8- Attendre le durcissement du ciment (24 heurs).
Au cours de la cimentation du tubage de surface on surestime souvent le volume du laitier pour prévenir contre
le cavage et les pertes de formation. Si tout va bien on s’attend à recevoir un excès de ciment à la surface. La densité
moyenne du laitier de ciment est de l’ordre de 1,9. Cette forte densité peut provoquer des pertes de formation lors de la
cimentation ou de la chasse, ainsi on peut utiliser de la bentonite pour diminuer la densité jusqu’à 1,7 et on parle de Gel
de Ciment.
3) La Cimentation conventionnelle
Le tubage doit être préalablement inspecté (filetage de connexion), mesuré, nettoyer, calibré (diamètre interne) et
numéroté. Par la suite, le Sabot au premier joint de tubage, la valve de sécurité supplémentaire (Flute Collar) au
deuxième joint, les centreurs qui se concentre aux joints de fond et quelques centreurs dits positifs qui permettent un
centrage plus efficace dans le tubage de surface.
Les consignes générales de la cimentation sont les suivants :
1. Changer les bras, l’élévateur et les cales par ceux spécifiques au Tubage en question. Changer la Fourrure de la
table de rotation.
2. Mettre en place les joints selon l’ordre en remplissant le tubage.
3. S’assurer du fonctionnement des valves anti-retour (Flute Collar et Sabot) par une circulation en surface.
4. Une fois au fond, mettre en place une Tête de Cimentation et faire une circulation avec la boue pour le nettoyage
du trou (au moins un cycle).
Après avoir calculé préalablement les volumes de la cimentation en tenant cette fois compte du volume entre la
Flute Collar et le Sabot, commencer la cimentation comme suit :
1. Faire un test d’efficacité des pompes de forage si on les utilise.
2. Aligner les lignes de cimentation au avec la tête de cimentation et les tester sous pression.
3. Pomper un séparateur de fond (Spacer : généralement de l’eau pour la boue à l’eau, environ 2 m3).
4. Largué le Bouchon de Fond (à membrane ouvrable avec la pression).
5. Mélanger et pomper le volume voulu du gel de ciment (faible densité 1,7) et du laitier de ciment (densité élevée
1,9) à l’intérieur du Tubage. Le volume total de ciment comprend toujours un excès (10 à 100%) qui est supposé
pour combler le cavage.
6. Largué le Bouchon de surface (étanche même sous pression)
7. Pomper le séparateur de surface (Spacer).
9
8. Commencer la Chasse pour le déplacement de l’intérieur du Tubage jusqu’à la Flute Collar. Quand le Bouchon
de Fond atteint la Flute Collar la pression montre un pic nécessaire à la destruction de la membrane du Bouchon
de Fond et par la suite le ciment commence à envahir le dernier joint de tubage et puis l’annulaire.
9. Continuer la Chasse avec un débit maximum possible pour provoquer des turbulences nécessaires au
remplacement complet de la boue par le ciment au niveau de l’annulaire et éviter les «channeling».
10. Lorsque le volume de la Chasse est presque fini, diminuer le débit et observer attentivement la pression : en effet
au contact des Bouchon la pression augmente considérablement et il devient impossible de circuler. Arrêter la
circulation et maintenir la pression si possible, sinon dépressuriser la colonne et s’assurer qu’aucun fluide ne
retourne de l’intérieur par Tubage.
11. Attendre le durcissement du ciment (24 heurs). Au cours de l’attente vider et couper l’ancien tubage.
Après les opérations de cimentation on peut commencer la mise en place et le test de l’Obturateur d’éruption
comme suit :
1. Après 6 heurs on peut mettre le nouveau tubage sur Cale qui repose sur le Tubage de surface qui est coupé au
fond de la cave.
2. Couper et enlevé la partie supérieur du Tubage, puis l’ancien Tubage menu du Tube Fontaine.
3. Mettre en place un élément de tête de puit sur le nouveau Tubage sur lequel on connecte les éléments du BOP.
4. Mettre en place un tube fontaine et le connecter à la goulotte.
5. Tester tout le système de contrôle d’éruption sous pression : BOP (chaque élément à part), Choke Manifold, Tête
de circulation, Colonne Montante, Flexible et les Pompes de forage.
2) La Cimentation d’un Liner
Puisque le tubage intermédiaire couvre une importante profondeur, on peut utiliser pour le tubage de la dernière
phase un Liner qui va s’encrer à la base du dernier tubage. La descente du Liner est identique à celle d’un tubage normal
sauf qu’on ajoute au sommet un Liner Hanger qui permet d’encrer le Liner sur les parois de l’ancien tubage. Le Liner
Hanger permet également la connexion du Liner avec les tiges de forage qui vont permettre de le faire descendre jusqu’à
la profondeur voulu. Les opérations de descente du Liner, son encrage et de sa cimentation sont décrite comme suit :
1- Monter le joint de tubage contenant le Sabot en premier, suivit du joint contenant la Flute Collar (valve de sécurité
supplémentaire), puis le joint contenant la Landing Collar (socle d’atterrissage).
2- Faire un test de fonctionnement : circuler la boue pour vérifier les valves.
3- Continuer la connexion des autres joints de tubage en remplissant chaque joint au cours de la descente jusqu’à la fin.
Faire un test de circulation au Sabot.
4- Connecter le Liner Hanger et faire un test de circulation prolongé.
5- Démonter au cours de la circulation les équipements de montage du tubage et mettre en place les équipements de
montage des tiges de forage.
6- Reprendre la descente avec les tiges de forage jusqu’au lieu d’encrage du Liner.
7- Circuler jusqu’au nettoyage du trou (au moins un cycle).
8- Encrer les cales supérieures du Liner Hanger sur les parois de l’ancien tubage par le largage d’une boule en acier qui
se loge sur le mécanisme permettant de faire sortir les dents des cales par pression (vérifier l’encrage par la chute de
poids sur le crochet).
9- Dévisser l’Outil de Pose (Running Tool) en tournant 8 tours dans le sens de serrage & vérifier que l’Outil de Pose
est libre en remontant 0.5 m, redescendre.
10- Mettre en place la tête de cimentation et tester les lignes sous pression.
11- Commencer la cimentation en pompant d’abord un Spacer.
12- Pomper le volume voulu de ciment.
10
13- Larguer le lapin (Dart Plug : le bouchon qui va séparer le ciment de la boue au niveau des tiges de forage).
14- Chasser l’intérieur des tiges de forage, le « Dart Plug » va actionner à la base du Liner Hanger le Bouchon de surface
qui va séparer le ciment de la boue au niveau du Tubage. Continuer la chasse avec le débit maximal.
15- Diminuer le débit de pompage vers la fin de la chasse en prévision du contact du bouchon avec le « Landing
Collar » : La pression augment.
16- Encrer les cales supérieures et le Packer mécaniquement en remontant l’Outil de Pose et en le posant sur le Liner
Hanger de nouveau.
17- Faire un Test de l’étanchéité du Packer en fermant l’annulaire et pressurisant l’intérieur des tiges.
18- Ouvrir l’annulaire et circuler pour nettoyer l’excès de ciment.
19- Remonter avec l’Outil de Pose en surface.
V- Quelques problèmes de forage
1) Venu de fluide de formation
La venue de fluide au cours du forage ou de la manœuvre (gain) constitue le problème le plus dangereux. Si la
venue n’a pas été contrôlée rapidement elle peut évoluer en une éruption non contrôlable et peut provoquer des dégâts
humaines et matériels en plus de la détérioration d’un ou de plusieurs réservoirs.
Lorsqu’on détecte un gain de boue il faut suivre les opérations suivantes :
1. Arrêter le forage : dégager l’outil du fond, arrêter la circulation et la rotation.
2. Faire une observation directe de l’annulaire (Flow Check).
3. Si le Flow Check est positif, fermer immédiatement l’annulaire.
4. Observer attentivement la pression dans l’annulaire, et à l’intérieur des tiges.
5. Si la pression dans l’annulaire est trop importante (> 150 Bar) ou si on observe une fuite à partir de l’Annulaire,
fermer les Mâchoires à Tiges.
6. Observer attentivement la variation de la pression jusqu’à la stabilisation. Prendre les pressions de l’annulaire et
des tiges.
7. Commencer le contrôle de l’éruption en circulant à travers le Choke Manifold selon la méthode des Foreur.
Le contrôle d’éruption consiste à la préparation de la boue neuve permettant de contrebalancer la nouvelle
pression de formation. La densité de cette boue est calculée à partir de la pression enregistrée dans l’annulaire et de la
densité de la boue qui se trouve dans le puit. Par la suite on circule un premier cycle avec débit réduit et en utilisant le
Choke Manifold. A ce stade tout le volume de boue est remplacé et le fluide infiltré a été récupéré à la surface. En circule
un deuxième cycle, toujours sous faible débit et en utilisant de Choke Manifold, pour remplacer l’ancienne boue par la
nouvelle boue alourdie. Au cours de la deuxième circulation la pression dans l’annulaire va diminuer progressivement
jusqu’à s’annuler lorsque la boue neuve occupe tout le volume du puis. Par la suite on ouvre l’Obturateur, on observe le
puits (Flow Check) et on recommence la circulation normale puis le forge.
Cette méthode s’appelle la Méthode du Foreur ou la méthode de 2 circulations. Il existe d’autres méthode plus
complexes mais plus rapide tel que la Méthode de l’Ingénieur (ou la méthode à circulation unique).
2) Coincement de la garniture de forage
Il est possible que l’outil de forage ou la garniture se coince à une profondeur donnée, au cours du forage ou de
la manœuvre. Dans ce cas la solution qui permet le décoincement dépend du problème qui à causer ce problème.
11
View publication stats
2.a- Coincement dans des argiles réactives (gonflantes) :
Le plus souvent le coincement est provoqué par le gonflement des argiles sous l’effet de la boue de forage qui ne
permet pas l’équilibrage des pressions de formations.
Dans ce cas soit on essaye de libérer la garniture, en utilisant la rotation et la circulation : d’abord faible puis en
augmentant progressivement, et en essayant de traverser progressivement et très lentement la zone de coincement et
toujours dans le sens opposé au coincement  vers le bas : si on a coincé en remontant, et vers le haut : si on a coincé
en descendant. Si la garniture est libérer il faut à ce moment travailler la section étroite plusieurs fois avec rotation,
circulation et translation : Alésage  Jusqu’à ce que on ne remarque plus aucun problème en traversant cet intervalle.
Lorsqu’il est impossible de décoincer on peut utiliser un inhibiteur d’argile dans la boue, ou pomper du diesel (2
m3) qui est très efficace dans la stabilisation des argiles, ou encore pomper la Soude Caustique qui sert à désintégrer les
argiles…
La dernière solution contre le coincement est l’utilisation de la Coulisse de battage : Jarring (JAR). Cette solution
n’est pas très efficace et permet souvent de coincer d’avantage la garniture !
Si le coincement est définitif : c’est-à-dire qu’il est devenu impossible de décoincer, en abandonne la garniture
par coupure à l’explosif (Back-Off). L’abandon se fait en calculant le point de coincement à partir de la hauteur d’élasticité
en fonction du poids, et en provoquant une détonation à la profondeur voulue, couplée avec une rotation inverse des
tiges de forage.
2.c- Coincement dans les sels (Halite)
Le sel est une formation fluente encore plus que les argiles réactives. Ils sont le plus souvent sous fortes pression
de formation ce qui les pousse souvent à obturer la section de forage. Le coincement dans les sels si il est bien
diagnostiqué (identifié sans ambiguïté) peut être résolu facilement en injectant une quantité d’eau douce qui va dissoudre
la zone obturée. Mais si on a confondu un coincement classique des argiles par celui du sel, l’injection de l’eau va dans
ce cas aggraver le problème et il serait d’autant plus difficile de faire libérer la garniture. Ainsi, dans tout type de
coincement il est toujours préférable d’essayer de libérer la garniture d’abord par les solutions mécaniques (circulation à
faible débit d’abord puis en augmentant progressivement, rotation si possible et translation).
2.b- Coincement par pression différentielle (Differential sticking) :
Ce type de coincement se produit dans les formations poreuses qui sont entrains d’aspirer lentement de la boue
de forage (cas de légères pertes au cours du forage). Dans ce cas, lorsque la garniture est statique (au cours de la
connexion) les masse-tiges sont aspirées et se collent contre les parois du puit par pression différentielle. Si le diagnostic
de la pression différentielle est évident le décoincement est très facile : il suffit d’alléger légèrement la boue de forage.
3) Les opérations de repêchage
Lorsqu’on perd une partie de l’outil de forage (une ou plusieurs Mollettes, des dents, des duses) ou d’autres
pièces de la garniture (ex : mollettes d’Aléseur…) au fond du puit, il convient de les repêcher avant la poursuite du forage
afin qu’il n’use pas le nouveau outil et perturbent son avancement. Dans ce cas on utilise un Outil de Repêchage tel que
l’Aimant, le Junck Catcher ou le Junck Basket.
Lorsqu’on perd accidentellement une bonne partie de la garniture de forage il devient impossible de la repêcher
avec les outils précédents, mais en utilise dans ce cas un outil appelé : Overshot de diamètre spécifique qui est capable
d’accrocher la garniture abandonné dans le puit. Toutefois il est impératif de savoir à l’avance le diamètre exact du
sommet de la garniture abandonnée tout l’intérêt de savoir toutes les dimensions possibles de la garniture avant sa
descente.
12