GENERALITES SUR LE FORAGE ET INTRODUCTION A LA PROBLEMATIQUE DES FROTTEMENTS GARNITURE-PUITS

Dans un premier temps, il apparaît nécessaire d’introduire la terminologie pétrolière de base utilisée par la suite. Nous allons donc brièvement rappeler le principe et la constitution des systèmes de forage les plus couramment utilisés aujourd’hui (forage rotary) ainsi que les termes techniques que nous reprendrons à notre compte. Le principe de forage rotary consiste à mettre en rotation un outil sur lequel s’applique une force orientée dans la direction d’avancement. Ce procédé permet de creuser un trou de rayon égal à celui de l’outil. Les copeaux (cutting) générés au fond du trou suite à la destruction de la roche par l’outil remontent en continu à la surface grâce à la circulation du fluide de forage qui est généralement une boue bentonique à base d’eau ou d’huile . Ce fluide est pompé depuis la surface vers l’intérieur des tiges de forage pour être injecté au travers de l’outil sur le front de coupe. La boue remonte ensuite dans l’espace annulaire entre les tiges et les parois du puits et entraîne ainsi les copeaux de roche vers la surface. Le poids sur l’outil (Weight On Bit :WOB) est obtenu par gravité grâce à l’introduction de tiges lourdes appelées masses- tiges. Le couple de rotation est obtenu soit à partir d’un couple en surface transmis vers l’outil via un train de tiges soit à partir d’un moteur fond de trou au dessus de l’outil et piloté en surface. Un système de forage rotary classique (figure 1.1 ) se compose principalement de : Un système de production d’énergie : l’énergie est produite par des moteurs diesels, puis elle est acheminée sous forme électrique ou mécanique vers les différents systèmes de l’installation : pompe à boue, treuil et table de rotation. Le coût énergétique est un facteur essentiel dans l’évaluation du coût global de forage ; il s’avère donc impératif de bien l’estimer et de le réduire au maximum tout en garantissant le succès de l’opération de forage. Notre étude qui se base sur la bonne prédiction des couples et des efforts en surface rentre dans ce cadre d’optimisation.

Un appareil de levage : cet appareil est constitué d’un derrick, d’un crochet et d’un treuil. Il permet d’effectuer les manœuvres de tiges (remonté du puits ou descente) et la complétion, mais aussi de contrôler le poids appliqué sur l’outil. Nous présenterons plus en détail dans la deuxième partie de ce chapitre une description explicite les efforts au crochet notamment en manœuvres car la quantification de ces efforts (Drag) constitue un objet essentiel de notre étude. Un système de rotation : Il est constitué d’une table de rotation, d’une tige d’entraînement à section carré (kelly) ainsi que d’une tête d’injection qui peut être motorisée (Top Drive). Comme pour l’effort au crochet, la prédiction du couple en surface (Torque) fait aussi l’objet de notre étude. Nous y reviendrons en deuxième partie pour le décrire de manière plus précise. C’est cet élément qui nous intéresse le plus dans notre étude et nous tenterons de modéliser son comportement statique à l’intérieur du puits de forage. La connaissance des différents constituants de la garniture s’avère donc nécessaire pour la modélisation..

Un train de tiges (Drill Pipes, DP) : c’est la partie la plus longue de la garniture ; elle est constituée d’une série importante de tubes minces d’acier qui s’étendent jusqu’à la surface et dont le rôle est de transmettre le couple vers l’outil et de soutenir plus ou moins le train de masses tiges. Chaque tige est munie à ses extrémités de renflements appelés tool-joint (TJ) (figure 1.2) servant pour le vissage des tiges entre elles et comme points d’appui du train de tiges sur la paroi de puits. En conditions normales, on s’arrange pour que le train de tiges soit en traction afin d’éviter son flambement car celui-ci favorise l’apparition de forces de contacts très élevées entre tiges et parois de puits. Ce train de tiges comporte parfois (cas du forage dirigé ou du forage horizontal)une série supplémentaire de tiges lourdes (Heavy weight Drill Pipe, HWDP) plus épaisses placées souvent juste après les masses tiges. Ces tiges lourdes ont pour but de réduire les risques de flambement des tiges.