Stabile de la pression de fond et maintien de l'état d'underbalance des puits en UBD.

Chapitre-4 Initiation à la geomécanique en forage

Ce chapitre offre une introduction à l'étude de stabilité des parois en cours de forage, c'est un pas essentiel dans le design des puits en underbalance, et ce dans le but de fixer les limites de dépression (drawdown) et éviter les problèmes de collapse du puits. Il sera d'abord présenté une explication de l'état des contraintes dans le puits, suivi des principes de l'analyse de stabilité des parois pour puits verticaux et horizontaux respectivement. Pour terminer une méthode de calcul des contraintes in-situ. Ce chapitre sera essentiel dans le suivi de ce travail qui a pour sujet principal le design des puits en UBD. Ce chapitre est tiré de Fundamentals of Drilling Engineering, Mitchell (2011), le lecteur y est redirigé pour plus de clarté dans les principes et fondements exposés.

4.1 Introduction, description du problème

L'étude de stabilité des parois est devenue une discipline reconnue au début des années 1980 avec l'avènement des forages déviés. Bradley (1979) est considéré comme le premier à avoir introduit les calculs de mécanique des roches dans le domaine du forage pétrolier.

La majorité des problèmes rencontrés en cours de forage sont reliés directement à la stabilité mécanique des parois.

? Collapse mécanique du puits, se produit avec des pressions de fond insuffisantes, liés à une densité de boue trop faible.

? Particulièrement avec les argiles, des phénomènes chimiques peuvent induire un élargissement du trou ou un collapse, surtout avec les boues à base d'eau, les argiles réagissent avec le filtrat

(Les problèmes liés des pressions de boue trop fortes ne seront pas abordés, sortant du sujet du mémoire)

4.2 Etat des contraintes dans le puits

Les roches sont soumises à des contraintes à toute profondeur, ils sont définis comme suit :

? Une contrainte verticale principale, liée au poids des minéraux sus-jacents. Il est

obtenu par intégration de la densité des minéraux par la profondeur. Noté o,.

o = ? J' ~~~ d

Zt+l

~ (4.1)
~~

? Deux contraintes horizontales principales, la première dite contrainte maximum et la seconde minimum notées respectivement a_H et ah (Figure-4.1)

On définit également les notions suivantes :

? Dans les milieux de dépôts (bassins sédimentaires) les contraintes horizontales sont moins élevées que la contrainte verticale, ce qui nous donne une faille dite normale. ? Du aux mouvements tectoniques, nous pouvons avoir les deux cas suivants :

· ah < a < a_H ; on appel cet état faille de décrochement.

· a < a_h < a_H ; cet état est dit faille inverse.

54

Chapitre4-Initiation à la geomécanique en Forage

Figure 4.1 : Etat des contraintes dans le puits. (Mitchell, 2011)

Contrainte effective. Il faut également considérer les propriétés du milieu poreux. Terzaghi (1943) a défini le principe de contrainte effective. La contrainte totale subie est la somme de la contrainte effective plus la pression de pore.

atot = a' + Ppore (4.2)

Ce principe est essentiel dans l'étude de la destruction de la roche, car on calcul la contrainte effective, à appliquer à la roche elle-même.

On peut également voir les contraintes agissant sur le puits en coordonnées cylindriques comme suit, on prend le cas où a_H = ah, ce qui est le plus souvent le cas : (Figure-4.2)

Figure 4.2 : Contraintes agissant sur le puits. (Mitchell, 2011)

· Contrainte radiale a_r, qui est la pression appliquée par le fluide de forage Pw.

· Contrainte tangentiellea9, avec a9 = 2ah -- P_w

· Contrainte axiale, ou verticale, a qui est la même que a_vpour un puits vertical.

Dans le cas où a_H * ah, la contrainte tangentielle dépend de l'angle 8

Chapitre4-Initiation à la geomécanique en Forage