Calculs d'Une Cimentation

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PREPARATION D'UNE CIMENTATION

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BREF RAPPEL SUR LES CALCULS DE CIMENTATION

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CALCUL DES VOLUMES DE LAITIER 1.1 INTRODUCTION Le résultat des calculs effectués pour une cimentation font intégralement partie du design de l'opération. Ces calculs sont nécessaires pour déterminer les propriétés du système de ciment (densité, rendement, volume d'eau de gâchage, proportion des additifs). De plus, dépendant du type de cimentation, il est nécessaire de déterminer les volumes, la pression... Quatre types de calculs sont présentés en suivant: 1. PROPRIÉTÉS DU LAITIER DE CIMENT 2. CIMENTATION PRIMAIRE 3. BOUCHON 4. SQUEEZE

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1.2 PROPRIÉTÉS DU LAITIER DE CIMENT Les spécifications API -10- précisent la quantité d'eau à utiliser pour obtenir un laitier pur (neat slurry), elle est du 44 % BWOC (soient 440.lit/ton) pour un ciment de classe "G" à une densité de 1,90. Cependant lorsque des additifs sont présents dans le système, la quantité d'eau peut changer. Des propriétés importantes telles que densité, eau libre, sédimentation, contrôle de filtrat, perméabilité, résistance à la compression sont directement liées à la proportion d'eau, de ciment et d'additifs. 1.2.1 Masse, poids, densité, masse volumique Définitions Masse: quantité de matière. Pour un corps donné la masse est invariable en fonction du lieu où se trouve ce corps. L'unité de masse est le gramme ou kilogramme (kg). Poids: c'est la force exercée par un corps de masse donnée. Le poids varie en fonction de la pesanteur (attraction). L'unité de poids qui est une force est le newton (n) ou le kilogrammeforce (kgf). Exemple: l'attraction lunaire étant environ 6 fois plus faible que l'attraction terrestre, un corps quelconque aura un poids environ 6 fois plus petit sur la lune que sur la terre, mais sa masse (quantité de matière) sera identique. Densité: par définition la densité d'un corps X est le rapport du poids d'un certain volume de ce corps sur le poids du même volume d'eau à une température de 4°C. La densité est une grandeur sans dimension. Exemple: dans un lieu donné 1 litre d'eau a un poids de 1000 grf 1 litre de brut a un poids de 850 grf densité du brut = 850 / 1000 = 0,85 Note: la densité de l'eau est 1. Masse volumique: c'est le rapport de la masse d'un corps au volume absolu qu'il occupe dans l'air. Il est important de ne pas confondre ces grandeurs physiques spécialement en ce qui concerne les calculs de laitiers au laboratoire. En pratique on utilise le poids qui est une unité facilement mesurable au lieu de la masse. Ceci n'est possible que parce que toutes les mesures sont effectuées dans les mêmes conditions physiques. En ce qui concerne densité et masse volumique elles peuvent être confondues lorsqu'on parle de la plus petite particule de matière (grain de sable ou de ciment, petite goutte de laitier). En réalité la densité mesurée au chantier (parfois au laboratoire), n'est que la densité apparente du laitier (attention au bulles d'air) et non pas la masse volumique réelle. Exemple: un seau de 10 litres de ciment (poudre) pèse environ 15.kgf => densité apparente du ciment = 15 / 10 = 1,5 un volume absolu de 10 litres de ciment (seulement les grains) a une masse d'environ 32.kg => masse volumique du ciment

32 / 10 = 3.2 kg/l M.DADDOU

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il est donc extrêmement important d'utiliser la masse volumique, spécifique à chaque élément entrant dans la composition d'un laitier, pour faire les calculs de composition du laitier. 1.2.2 "densité" et rendement d'un laitier La "densité" d'un laitier est calculée en ajoutant la masse des différents composants du laitier et en divisant par le volume absolu qu'il occupe. Le rendement d'un laitier est le volume occupé par unité de ciment plus tous les additifs et l'eau. Exemple: 1000.gr de ciment de masse volumique 3.15 kg/l Eau 44 % BWOC soit 440 gr

Ciment

Poids (kg)

Masse volumique (kg/l)

Volume (l)

1

3,15

0,317

0,44

1

0,44

Eau

Total

1,44

0,757

Densité = 1,44 / 0,757 = 1,90 Rendement = 0,757 l/kg = 757 l/tonne

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1.3 CIMENTATION PRIMAIRE Pour une cimentation primaire on doit calculer les points suivants: (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g)

volume de laitier, volume d'eau de gâchage, densité et rendement, déplacement pour l'à-coup de pression, pression pour lia-coup de pression, pression hydrostatique sur la formation, flottabilité du tubage.

1.3.1 Volume annulaire Le volume annulaire est calculé pour déterminer la quantité de ciment nécessaire à l'obtention du remplissage désiré. Souvent on fait un premier calcul rapide d'après le diamètre de l'outil plus un excès en fonction de l'expérience du champ. Ceci permet d'estimer la quantité de ciment à envoyer sur le chantier ainsi que le temps nécessaire au déroulement de l'opération. Lorsque la côte prévue pour la descente du casing est atteinte, on effectue une mesure plus précise du volume à l'aide d'un "caliper". Il existe plusieurs types d'outils pour effectuer cette mesure. Les plus courant sont les "caliper" 2 bras et à 4 bras, ce dernier étant bien évidemment beaucoup plus précis. Le log permet de déterminer manuellement le volume intérieur du trou foré, ou donne directement le volume du trou (Vhole) et le volume de l'annulaire à cimenter (Vcem). Le volume de laitier peut alors être ajusté en fonction de cette mesure. Il est toutefois courant d'ajouter un excès pour s'assurer du bon remplissage en face des zones critiques. Cependant il faut être très prudent, si le puits présente des formations faibles, afin d'écarter tout risque de perte durant la cimentation. Le dernier volume à prendre en considération est le volume de laitier qui est laissé à l'intérieur du casing entre le sabot et l'anneau (2 à 3 joints de tubage). 1.3.2 Déplacement pour l'à-coup de pression Il s'agit simplement de calculer le volume intérieur du casing entre la surface et l'anneau. Des tables standard permettent de trouver la capacité des différents tubages. Il faut également tenir compte de la compressibilité du fluide utilisé ainsi que de l'efficacité des pompes. 1.3.3 Pression pour l'à-coup de pression C'est la différence d'hydrostatique entre le fluide dans l'annulaire (le ou les laitiers de ciment en général) et le fluide dans le tubage à laquelle il faut ajouter la pression due aux frictions qui dépend du débit. Ce calcul est généralement effectué à l'aide d'un programme d'ordinateur qui tient compte de l'effet "U-tube" et prévoit la séquence complète de simulation de l'opération. Il faut s'assurer de prévoir une unité de pompage assez puissante, et être sûr, de ne pas dépasser les pressions limites du casing. 1.3.4 Pression hydrostatique sur la formation Il faut être certain de maintenir le puits en sécurité durant toute l'opération, c'est à dire ne pas faire débiter le puits s'il y a une zone potentielle (pression de gisement) et/ou ne pas induire de pertes s'il y a une zone fragile (pression de fracturation). Ces deux valeurs doivent être connues pour permettre de simuler l'opération et déterminer les risques potentiels. M.DADDOU

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1.3.5 Flottabilité du tubage Le danger de voir le casing remonter par flottaison durant la cimentation est favorisé par les conditions suivantes : (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h)

casing de grade léger, faible profondeur, casing de grand diamètre, laitier de densité élevée, fluide de déplacement de faible densité, pression de friction élevée dans l'annulaire, bouchage de l'annulaire durant l'opération et application d'une contre pression.

Les points (b) à (e) sont tous rencontrés dans le cas des casings de surface.

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1.4 BOUCHON Les bouchons de ciment et spécialement pour une déviation doivent être "balancés". Cela veut dire que la pression hydrostatique dans l'annulaire et dans les tiges est identique à la fin du placement du bouchon afin d'éliminer l'effet "U-tube" et prévenir la contamination du laitier pour avoir un bouchon solide. En pratique le laitier est légèrement sous-déplacé pour lui permettre de continuer de descendre durant la remontée des tiges afin de: 1. Compenser le volume des tiges, 2. Eviter le retour par les tiges lors du dévissage. Une pression hydrostatique identique dans les tiges et dans l'annulaire implique l'utilisation du même fluide pour le déplacement que celui utilisée en tête du laitier. De même, les fluides tampon en tête et en queue doivent être identiques et assurer une hauteur de remplissage égale. Pour assurer un positionnement correct du haut du bouchon, il est courant de majorer le volume de laitier pour: 1. Soit reforer une partie du bouchon une fois durci; 2. Soit effectuer une circulation inverse à la cote désirée.

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1.5 SQUEEZE Les calculs pour un squeeze de ciment sont de deux types: 1.

Calculs de volumes: (a) (b) (c) (d) (e)

volume de laitier pour boucher les canaux ou la matrice (en fonction de l'expérience du champ), volume de la garniture, volume du casing en dessous du paker, volume de déplacement pour avoir le laitier à l'outil, volume de déplacement pour avoir le laitier aux perforations.

Ce sont de simples calculs de volumes qui tiennent compte des différents fluides se trouvant dans le puits. 2.

Calculs de pressions nécessaires pour assurer la sécurité du puits: (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g)

pression pour tuer le puits, pression pour injecter dans les fissures (en dessous de la pression de fracturation), ou pression de frac si désirée, pression de squeeze prévue en fonction de la pression d'injection, forces sur le casing et le packer, pression à appliquer dans l'annulaire si nécessaire, pression de squeeze maxi autorisée, pression maxi autorisée lors de la circulation inverse.

En principe on ne souhaite pas fracturer la formation et seule la pression finale de squeeze est nécessaire. Elle doit être obligatoirement au moins égale à la pression exercée sur la zone lors de la circulation inverse.

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PROCEDURE DE CALCUL DE CIMENTATION PRIMAIRE Note : Cette procédure s'applique à toutes les cimentations primaires de tubages, c'est-àdire du tube guide à la colonne de production. Les calculs concernant les cimentations à 2 étages et les cimentations des colonnes perdues sont expliqués dans les chapitres correspondants. A)

1. Faire un schéma du puits en inscrivant toute les données utiles 2. Calculer le volume total de laitier nécessaire à la cimentation.

B)

Calculer la quantité de tous les produits nécessaires à la préparation du laitier : 1. Nombre de sacs de riment 2. Volume d'eau de mixage 3. Nombre de sacs ou poids des additifs au ciment.

C)

Calculer le déplacement du laitier.

D)

Estimer la durée de l'opération en fonction du temps de pompabilité du laitier de ciment. LE TEMPS DE POMPABILITE DOIT ETRE SUPERIEUR OU AU MOINS EGALE A LA DUREE DE L'OPERATION ESTIMEE

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A)

1) Schéma du puits. 2) Calcul des volumes de laitier.

Exemple (1) – Données du puits • • • • • •

Tube guide 20" 94 lb/ft à 200 pieds Trou ouvert (OH) 17-1/2" à 1500 pieds Tubage de surface 13-3/8" 72 lb/ft Sabot de flottation (float shoe) à 1500 pieds Anneau de flottation (float collar) à 30 pieds au-dessus du sabot La cimentation est requise jusqu'en surface

1. Schéma.

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2. Calcul des volumes •

volume (1) capacité annulaire entre tubage 13-3/8" et O.H 17-1/2"

0.6946 ft3/ft

volume (1) = 0.6946 ft3/ft x 1300 ft - 902.98 ft3 •

Volume (2) Capacité annulaire entre tubage 13-3/8" et tubage 20" 94 Lbs/ft

1.0190 ft3/ft

volume (2) = 1.0190 ft3/ft x 200 ft = 203.80 ft3 •

Volume (3) Capacité du tubage 13-3/8" 72 lbs/ft

0.8315 ft3/ft

Volume (3) = 0.8315 ft3/ft x 30 ft = 24.95 ft3 •

Volume total

= Vol.(1) + Vol. (2) + Vol.(3) = 902.98 ft3 + 203.80 ft3 + 24.95 ft3 = 1131.7 ft3

Excédent de ciment. Dans l'exemple précédent, la dimension du trou ouvert (17-1/2") était donnée par rapport à la taille de l'outil de forage. En pratique le diamètre du trou est rendu supérieur par l'action d'érosion de la boue circulant au niveau des duses de l'outil. C'est pour cette raison qu'un excédent de ciment est généralement ajouté afin d'être sûr que le laitier remplira tout l'espace annulaire. Le taux d'excédent varie en fonction de l'expérience acquise sur un gisement particulier. Dans le cas d'un tubage de surface, le ciment doit revenir au jour ; des formations non-consolidées se cavent très facilement et l'excédent de ciment peu alors atteindre 100% et plus. Ce taux est inférieur dans le cas des colonnes intermédiaires et de production dans la mesure on la dimension du trou ouvert est plus proche de celle de l'outil. Le ciment est relativement bon marché. S'il en est utilisé plus que nécessaire, il préviendra les risques d'une nouvelle opération pour remplir l'espace annulaire et l'arrêt prolongé du forage. L'EXCEDENT DE CIMENT EST UNIQUEMENT CALCULE DANS LE VOLUME DU TROU OUVERT En reprenant l'exemple précédent on suppose par expérience qu'un excèdent de 80 % est requis : •

Volume du trou ouvert (Vol. (1)) = 902.98 ft3

•

Excédent requis = 902.98 ft3 x 80 /100 = 722.38 ft3

•

Donc le volume du trou ouvert = 902,98 ft3 + 722.38 ft3 = 1625.36 ft3

Ce calcul peut être simplifié par une mise en facteur

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Volume = 0.6946 ft3/ft x 1300 ft x 1.80 = 1625.36 ft3 Exemple (2) : Données du puits •

Tubage 9-5/8" 47 lb/ft à 3200 ft

•

OH 8-1/2" à 7600 ft

•

Colonne de production 7" - 23 lb/ft à cimenter

•

Sabot de flottation à 7500 ft ;

•

Anneau de flottation 55 ft au-dessus du sabot

•

Le volume de laitier doit remonter sur 500 ft dans le tubage 9-5/8" et un excédent de 15 % est nécessaire.

1. Schéma.

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2. Calcul des volumes •

volume (1) Capacité du tubage 7" - 23 lbs/ft

0.2210 ft3/ft

Volume (1) = 0.2210 ft3/ft x 55 ft = 12.16 ft3 •

Volume (2) Capacité annulaire entre tubage 7" et OH 8-1/2"

0.1268 ft3/ft

Volume (2) = 0.1268 ft3/ft x 4300 ft x 1. 15 = 627.03 ft3 •

volume (3) Capacité annulaire entre tubage 7" et 9-5/8" - 47 lbs/ft

0.1438 ft3/ft

Volume (3) = 0.1438 ft3/ft x 500 ft = 71.90 ft3 •

volume total =

12.16 ft3 + 627.03 ft3 + 71.90 ft3 = 711.09 ft3

LE VOLUME DU TROU OUVERT SITUE SOUS LE SABOT N'EST PAS CALCULE. LE CIMENT SORTANT DU SABOT REMONTE DANS L'ANNULAIRE ET LE DEPLACEMENT DE LA BOUE PAR GRAVITE AU DESSOUS DU SABOT EST CONSIDERE COMME NEGLIGEABLE

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ESTIMATION DU VOLUME DU TROU A PARTIR D'UN DIAGRAMME DIAMETREUR (CALIPER LOG) Comme le diamètre d'un trou foré n'est jamais parfaitement régulier sur la hauteur du puits, on ne peut qu'estimer son volume réel. Une estimation raisonnablement précise est donnée par le diagramme diamétreur ou Caliper Log. Le Caliper est descendu au fond du trou par un câble ou Wireline, et il est remonté à une vitesse constante permettent de mesurer le diamètre. Pendant la remontée, les résultats sont inscrits sur un diagramme inséré dans l'enregistreur. Un Caliper Log est généralement nécessaire avant la descente et la cimentation d'une colonne de production et quelquefois pour une colonne intermédiaire.

Diagramme diamétreur du trou entre 6900 ft et 7000 ft

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Les nombres se trouvant à la partie supérieure du diagrame indiquent le diamètre du trou en pouces sur me hauteur exprimée en pieds. En règle générale, cette échelle varie de 6 à 16 pouces. Dans l'exemple ci-dessus, le caliper a relevé des diamètres variant entre 8-1/2" (taille de l'outil) et 16". Étant donné que ces variations de mesure sont importantes et qu'il suffit d'estimer le volume du trou uniquement sur Une hauteur de 100 pieds (6900-7000 ft) , on peut raisonnablement procéder par intervalles successifs de 10 pieds. Si la section mesurée du trou était plus grande, un intervalle plus grand serait utilisé. Pour chaque intervalle de 10 pieds, on estime le diamètre moyen à 112 pouce. Le tableau que nous allons établir aura l'allure suivante TABLE 1 DIAMETRE MOYEN DU TROU 9" 9.1/2" 10" 10.1/2" 11" 11.1/2" 12" 12.1/2" 13" 13.1/2" 14" 14.1/2" 15" 15.1/2" 16" 10

Pour l'intervalle de 6900 à 6910 pieds, le diagramme nous donne une estimation du diamètre du trou d'environ 9.1/2", cependant, pour plus de sécurité, nous allons l'estimer à 10" Nous allons donc entrer ce premier intervalle de 10 pieds dans la colonne de notre tableau correspondant au diamètre 10 pouces. Le diamètre moyen des 10 prochains pieds est de 10-1/2". Nous entrons donc 10 pieds dans la colonne 10.1/2 pouces. Le prochain intervalle (6920-6930 pieds) a un diamètre approximatif de 10.1/2". Nous entrons donc 10 pieds dans la colonne 10-1/2 pouces. C'est ainsi que nous estimons le diamètre du trou pour des intervalles successifs de 10 pieds et que nous entrons les résultats dans le tableau 6930-6940 6940-6950 6950-6960 6960-6970 6970--6980 6980-6990 6990-7000

: : : : : : :

10-1/2" 10-1/2" 10" 10" 11" 13-1/2" 15-1/2"

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Notre tableau aura donc l'allure suivante TABLE II DIAMETRE MOYEN DU TROU 9" 9.1/2" 10" 10 10 10

30

10.1/2" 11" 11.1/2" 12" 12.1/2" 13" 13.1/2" 14" 14.1/2" 15" 15.1/2" 16" 10 10 10 10 10 10 10 40

10

10

10

Nous avons ainsi : -

30 40 10 10 10

pieds pieds pieds pieds pieds

en en en en en

10 pouces ; 10.1/2 pouces ; 11 pouces ; 13.1/2 pouces ; 15.1/2 pouces.

Dans cet exemple, on désire cimenter un tubage 7" dans la portion du puits mesurée. Les différents Field Data Handbook nous donne les volumes unitaires de l'espace annulaire entre un tubage 7" OD et les différents diamètres du trou. Il ne nous reste plus qu'à calculer les volumes annulaires : Entre tubage 7" et trou ouvert 10"

= 0.2782 ft3/ft x 30 ft = 8.35 ft3

Entre tubage 7" et trou ouvert 10.1/2"

= 0.3341 ft3 /ft x 40 ft = 13.36 ft3

Entre tubage 7" et trou ouvert 11"

= 0.3927 ft3 /ft x 10 ft = 3.93 ft3

Entre tubage 7" et trou ouvert 13.1/2"

= 0.7267 ft3/ft x 10 ft = 7.27

Entre tubage 7" et trou ouvert 15.1/2"

= 1.0431 ft3 /ft x 10 ft = 10.43 ft3

TOTAL

ft3

= 43.34 ft3

Le calcul donne donc dans ce cas un volume total de 43 ft. En règle générale, on prévoit une marge de sécurité. Si la valeur de ce coefficient de sécurité n'est pas connue, on majorera de 10 à 30%, ce qui sera en général satisfaisant. La valeur à donner à ce coefficient de se sécurité dans une région géographique donnée est généralement bien connue.

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B. 1) Calcul du nombre de sacs de ciment. En système standard U.S, un sac de ciment pèse 94 lb. Le nombre de sacs de ciment, nécessaire à l'opération est égal au volume de laitier (en ft3) divisé par le rendement exprimé en ft3/sac de ce même laitier. Le nombre de sacs de ciment dépendra donc de la classe de ciment utilisée. Exemple (1) : Soit 1000 ft3 de laitier de ciment classe A pur, Nombre de sacs = 1000 ft3 / 1.18 ft3/sac

=

847.46 sacs

Exemple (2) ; Soit 1000 ft3 de laitier de cirent classe A + 16 % de Bentonite, Nombre de sacs 1000 ft3 / 2.55 ft3/sac = 392 sacs Exemple (3) : Soit 1000 ft3 de laitier de ciment classe G + 0.5 % TIC à 17.2 ppg, Nombre de sacs = 1000 ft3 / 0.96 ft3/sac = 1042 sacs VOLUME DE LAITIER EN ft3 SACS DE CIMENT = -------------------------------------------------RENDEMENT DU LAITIER EN ft3 PAR SAC VOLUME DE LAITIER EN ft3 =

SACS DE CIMENT x RENDEMENT EN ft3/SAC

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Notes : a) Le contrôle de la densité du laitier pendant l'opération permet de maintenir le rendement b) Si le rendement d'un laitier particulier n'est pas donné dans le Formulaire il peut être obtenu du client, d'un rapport de laboratoire, ou du manuel de cimentation. En dernier recours, le rendement peut être calculé (voir le chapitre correspondant). c) Le poids d'un sac n'est pas égal à 94 lb, mais à 50 kg par ex. Calculez le nombre de sacs requis par rapport à celui de 94 lb, puis convertissez le résultat pour obtenir le nombre de sacs de 50 kgs. Exemple : Soit 1000 ft3 de laitier de ciment classe G pur, Nombre de sacs à 94 lb/sac = 1000 ft3 / 1.15 ft3/sac = 870 sacs. Nombre de sacs à 50 kg/sac (870 sacs x 94 lb) / 2.2046 lb/kq / 50 kg = 742 sacs. En utilisant le facteur de conversion encadré ci-dessous : 870 sacs / 1. 173 sac/sac = 742 sacs. d) Le nombre de sacs peut être arrondi à l'unité la plus proche. FACTEUR DE CONVERSION UTILE 1 SAC DE CIMENT DE 50 KG = 1.173 SAC DE CIMENT DE 94 LB

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B. 2) Volume d'eau de mixage Les tables du formulaire indiquent le volume d'eau de mixage en gallons par sac. Il est nécessaire de convertir ce volume en barils afin de pouvoir mesurer les quantités d'eau utilisées dans les bacs de l'unité. Exemple (1) : volume d'eau de mixage pour 1000 sacs de ciment classe A. (1000 sacs x 5.2 gal/sac) / 42 gal/bbl = 123.8 bbl. Exemple (2) : Volume d'eau de mixage pour 1000 sacs de ciment classe A + 16 % de Bentonite. (1000 sacs x 14.78 gal/sac) / 42 gal/bbl = = 351.9 bbl Exemple (3) : Volume d'eau de mixage pour 1000 sacs de ciment classe G + 0.5 % TIC à 17.2 ppg. (1000 sacs, x 3.61 gal/sac) / 42 gal/bbl = 86 bbl.

EAU DE MIXAGE (BBL) =

GAL/SAC x Nb de SACS 42 GAL/BBL

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Volume total d'eau nécessaire pour l'opération. a)

Volume calculé d'eau de mixage + une marge de sécuritë de 20 %

b)

Tampon d'eau en bête du laitier, ou volume d'eau requis pont préparer un spacer ou un bouchon de lavage.

c)

Un minimum de 20 bbl d'eau pour l'amorçage et le nettoyage de l'unitié

L'approvisionnement en eau peut être un gros problème en fonction des régions où vous travaillez. -

Les régions humides sont naturellement nanties de quantités suffisantes d'eau douce.

-

Offshore, les mélanges sont généralement à base d'eau de mer, cependant un programme de cimentation peut nécessiter de l'eau douce

-

Dans les régions arides ou désertiques, l'eau doit souvent être transportée par camion au chantier. Dans ce cas, le problème de l'approvisionnement en eau doit être au premier rang de vos préoccupations. Des voyages supplémentaires doivent être organisés si cela est nécessaire. Vous devez vérifier les quantités d'eau disponibles sur le chantier.

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3) Additifs. Les quantités d'additifs solides sont calculées en pourcentage par rapport au poids du ciment sec utilisé dans un laitier donné. Exemple (1) Soit 1000 sacs de ciment classe A + 2% de chlorure de calcium Poids du ciment : 1000 sacs x 94 lb/sac = 94000 lb Poids du chlorure de calcium 94000 Lb x 2/100 = 1880 lb Exemple (2) Soit 1000 sacs de cirent classe G + 0.2% D13R (retardateur) + 1% D60 (FLAC) Poids du ciment : 1000 sacs x 94 lb/sac = 94000 lb Poids de D13R : 94000 lb x 0.2/100 = 188 lb Poids de D60 : 94000 lb x 1/100 = 940 lb Note : La plupart des additifs, autres que les allégeants et les allourdissants (c'est-à-dire accélérateurs, retardateurs, initiateurs de turbulence, réducteurs de filtrat), sont rajoutés en petites quantités qui n'affectent pas le rendement du laitier, sa densité, ou le volume d'eau de mixage On peut alors considérer la composition du laitier comme étant celle d'un ciment pur ; les données correspondant à ce ciment pur peuvent donc être utilisées,

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Exceptions : a) Bentonite (Gel) D20E. Si la bentonite est mélangée à sec au ciment, son poids est calculé de la même manière que celui des autres additifs. Cependant, la bentonite peut être préhydratée dans l'eau de mixage. Dans ce cas, une quantité 4 FOIS MOINDRE donnera les mêmes propriétés au laitier qu'en mélange à sec. Le poids de bentonite est toujours calculé en pourcentage du poids du ciment. Seule, change la méthode d'utilisation. Exemple : Soit 1000 sacs de ciment + 12% de bentonite en mélange à sec. Poids de bentonite = 1000 sacs x 94 lb/sac x (12/100) = 11280 lb Pour la même opération, le pourcentage de bentonite en mélange à l'eau est de 3%. Poids de bentonite = 1000 sacs x 94 lb/sac x (3/100) ou = 11280 lb / 4 = 2820 lb Note : Les données issues du Formulaire ne concernent que le mélange à sec de la bentonite au ciment. Pour 3% de bentonite préhydratée, le rendement du laitier, sa masse volumique et le volume d'eau de mixage, correspondront aux données utilisées pour 12% en mélange à sec.

1% DE BENTONITE PREHYDRATEE EQUIVAUT A 4 % DE BENTONITE EN MELANGE A SEC

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b) Chlorure de sodium (Sel) D44. La proportion de sel est calculée en pourcentage par rapport au poids de l'eau de mixage. Exernple : Soit 1000 sacs de ciment classe A + 5% D44 Volume d'eau de mixage = 1000 sacs x 5.20 gal/sac = 5200 gal (123-2 de!) Poids de chlorure de sodium = 5200 gal x 8.32 lb/gal x (5/100) = 2163 lb D71 (agent gélifiant en technique SLOFLO) est aussi calculé en pourcentage par rapport au poids de l'eau. Les quantités utilisées sont petites et, par conséquent, n'affectent pas le rendement ou la densité du laitier. C) Pouzzolanes. La pouzzolane est de la cendre naturelle (volcanique) ou artificielle mélangée au ciment pur. Ce produit allégeant est appelé LITEPOZ chez D.S. ; il est généralement mélangé au ciment pur chez le fabricant. Les calculs de laitier sont basés sur le poids d'un sac du mélange ciment/Litepoz. ce poids varie en fonction du type de Litepoz utilisé. Les additifs au mélange sont calculés en pourcentage par rapport au poids du mélange ciment/Lïtepoz. Deux exceptions : -

Tout additif ajouté au mélange ciment/Litepoz 7.

-

Bentonite ajoutée au mélange ciment/Litepoz 2.

Le poids de ses additifs est calculé en pourcentage par rapport au poids du ciment, uniquement

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d) Additifs liquides. Dans un programme de cimentation la quantité d'additifs liquides est généralement exprimée en gallons par sac de ciment utilisé. Exemple : La cimentation d'une colonne de production nécessite 1500 sacs de ciment classe G + 0.04 gal/sac D81 + 0.2 gal/sac D73 + 0.03 gal/sac D80. Volume de D81 = 1500 sacs x 0.04 gal/sac = 60 gal Volume de D73 = 1500 sacs x 0.2 gal/sac = 300 gal Volume de D80 = 1500 sacs x 0.03 gal/sac = 45 gal Ces additifs liquides sont les plus communément rencontrés. Ci-dessous, trois points importants dont-il est utile de se souvenir. Inscrivez-les dans votre formulaire. 0.2 gal/sac de D81 correspond à 1% D13 0.3 gal/sac de D80 correspond à 0.1 % D65 La proportion de D73 varie entre 0.15 et 0.4 gal/sac

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e) Antimoussant D47. Certains additifs, tels les retardateurs et les dispersants, rendent l'eau de mixage ou le laitier excessivement mousseux, ce qui entraîne des difficultés d'aspiration à la pompe de refoulement de l'unité. Quand un additif liquide a été mélangé à l'eau de mixage, il est nécessaire de rajouter de l'antimoussant liquide D47 jusqu'à ce que la mousse disparaisse. Le manuel de cimentation D.S. recommande l'addition d'une pinte pour quatre barils d'eau de mixage, cependant une quantité plus importante de D47 peut être utilisée sans affecter les propriétés du laitier. Vous pouvez donc, avant de démarrer l'opération, rajouter du D47 à l'eau de mixage jusqu'à élimination complète de la mousse. Il est bon d'avoir du D47 à portée, au cas ou de la mousse se crée à la surface du laitier : une mesure du produit rajoutée dans le bac de mixage suffit souvent à réduire le problème. Si vous n'avez plus de D47, et seulement en cas d'urgence, vous rajouter un peu de diesel dans l'eau de mixage pour obtenir le même effet. L'antimoussant solide D46 est recommandé en mélange à sec dans une proportion de 20 lb pour 100 sacs de ciment. Cependant, le problème des mousses par les additifs solides est généralement moins important.

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C. Calcul des volumes de déplacement. Le déplacement doit être calculé en barils afin de mesurer le volume depuis les bacs de l'unité. Volume de déplacement = capacité du tubage en bbl/ft x profondeur en ft. Exemple :

tubage 9-5/8" – 47 lb/ft Anneau de flottation à 3050 ft

Déplacement = 0.0732 bbl/ft x 3050 ft = 223.3 bbl Vous devez cependant tenir compte du matériel tubulaire employé : différents poids de tubage peuvent être utilisés dans une même colonne. Exemple : Sabot du tubage 9-5/8" à 3000 ft 47 lb/ft jusqu'à 2070 ft 53.5 lb/ft de 2070 ft à 3000 ft Volumes de déplacement : (1) (2)

0.0732 bbl/ft x 2070 ft = 151.52 bbl 0.0708 bbl/ft x 930 ft

= 65.84 bbl

Volume total de déplacement = (1) + (2) = 217.4 bbl Schéma

Note : le volume annulaire ne change pas car le diamètre extérieur du tubage reste constant.

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D. Estimation de la durée de l'opération. La durée de l'opération est comprise entre le moment où vous démarrez le mixage et celui où la montée de pression indique que le bouchon supérieur est posé sur l'anneau de cimentation. Par conséquent, vous devez estimer la durée du mixage, du déplacement, et prendre une marge d'environ 10 minutes pour larguer le bouchon supérieur. Il faut aussi tenir compte du temps passé à changer de silo à gravité si cela est nécessaire. Durée du mixage (minutes) = eau de mixage en barils / débit en barils par minute a la pompe de mixage. En règle générale utilisez : 2 à 3 BPM en mixage haute pression 4 à 5 BPM en mixage basse pression. Durée de déplacement (minutes) Volume de déplacement en barils / débit de déplacement en barils par minute Exemple : Soit 1000 sacs de ciment classe A pour un tubage de surface à 200O ft. Eau de mixage = 123.8 bbl Déplacement = 200 bbl à 8 BPM Durée du mixage (haute pression) = 123.8 bbl / 2 BPM = 62 minutes. Largage du bouchon supérieur = 10 minutes. Durée de déplacement =

200 bbls / 8 BPM = 25 minutes.

Durée de l'opération 62 mn + 10 mn + 25 mn = 97 minutes. Soit 1 heure 37 minutes. Le temps de pompabilité, pour un laitier de ciment classe A à 2000 ft, est supérieur à 4 heures. Vous avez plus d'une heure au-dessus de la durée estimée de l'opération, par conséquent vous ne devriez rencontrer aucun problème.

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EXEMPLES DE CALCULS DE CIMENTATION PRIMAIRE Données du puits : -

Tubage de surface 13-3/8" 54.50 lb/ft à 1700 ft

-

Trou ouvert (0H) 12-1/4 " à 1950 ft

-

Boue de forage à 13.5 ppq

-

Tubage intermédiaire 9-5/8" 36 lb/ft

-

Sabot de flottation à 4950 ft

-

Anneau de flottation à 42 ft au-dessus du sabot

Programme de cimentation : -

Top du ciment à 300 ft à l'intérieur du tubage de surface Ciment classe "G"' + 1.3% D60 (FLAC) + 25% d'excès 20 bbl spacer 1000 en tête du laitier Débit de déplacement : 8 BPM

Schéma :

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Volume (1)

=

Volume annulaire entre tubage 9.5/8" et 13.3/8" - 54.50 lb/ft x 300 ft.

= 0.3627 ft3/ft x 300 f t = 108.81 ft3 Volume (2)

=

Volume annulaire entre tubage 9.5/8" et OH 12.1/4" + 25% excès x 3250 ft

= 0.3132 ft3 /ft x 3250 ft x 1.25 = 1272.38 ft3 Volume (3)

= Capacité du tubage 9.5/8" - 36 lb/ft x 42 ft = 0.4341 ft3 /ft x 42 ft

= 18.23 ft3

VOLUME TOTAL DE LAITIER = 108.81 ft3 + 1272.38 ft3 + 18.23 ft3 = 1399.4 ft3 NOMBRE DE SACS DE CIMENT (D60 n'influence pas le rendement) = 1399.4 ft3 / 1.15 ft3/sac = 1217 sacs 1217 sacs x 4.97 gal/sac V0LUME D'EAU DE MIXAGE = ----------------------------------42 gal/bbl = 144 bbl VOLUME TOTAL D'EAU NÉCESSAIRE A L'OPERATION -

eau de mixage

-

marge de sécurité 20%

-

spacer 1000

20 bbl

-

amorcage et nettoyage

20 bbl

TOTAL

144 bbl 29 bbl

213 bbl

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Additif au ciment. Poids de D60 = 1217 sacs x 94 lb/sac x 1.3/100 = 1487 lb Déplacement

= 0.0773 bbl/ft x 4908 ft = 379.4 bbol

Durée de l'opération : Mixage haute pression à 2.5 BPM = 144 bbl : 2.5 BPM

= 58 mn

Largage du bouchon supérieur

= 10 mn

Déplacement à 8 BPM = 379 bbl / 8 BPM

= 47 mn Soit environ 2 heures.

Avec 1,3% FLAC à 8000 ft Le temps de pompabilité est supérieur à 5 heures (Formulaire) . Par conséquent, à 5000 ft , la marge de sécurité est plus que suffisante pour ne pas avoir à utiliser un retardateur.

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Calculs de cimentation primaire utilisant deux laitiers différents. Un laitier allégé est souvent utilisé pour couvrir la plus grande partie du découvert. Par contre, autour du sabot d'un tubage de surface, d'une colonne intermédiaire, ou au droit d'une formation productrice, on place généralement un deuxième laitier ("Tail in" slurry) à haute résistance. Parfois un laitier "sacrifié" (Scavenger Slurry), aux propriétés particulières permettant une bonne élimination des dépôt de boue, est pompé en tête du premier laitier. 1) Si la hauteur à remplir dans l'annulaire est donnée pour chaque laitier, calculez chaque volume de laitier séparément 2) Si un laitier est exprimé par le nombre de sacs de ciment calculez : 1. Le volume total de laitier. 2. Le volume de laitier exprime par le nombre de sacs de ciment 3. LA différence des deux volumes (ce qui vous donnera le volume de l'autre laitier). Exemple (1) : Données du puits :

Tube guide 20" - 90 lb/ft à 250 ft. OH 17.1/2" à 2500 ft + 60% d'excès. Tubage de surface 13.3/8" - 77 lb/ ft Sabot de flottation (float shoe) à 2500 ft ft. Anneau de flottation (float collar) à 42 ft au-dessus du sabot.

Programme de cimentation : Deuxième laitier ("Tai] in") à 200 ft au-dessus du sabot avec un ciment classe A pur ; Premier laitier jusqu'en surface avec un ciment classe A + 8% de bentonite.

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Schéma :

Ciment allégé : Volume (1) entre tubage 13.3/8" et tube guide 20" – 90 lb/ft = 1.0278 ft3/ft x 250 ft = 256.95 ft3 Volume (2) entre tubage 13.3/8" et trou 17.1/2 + 60% excès = 0.6946 ft3/ft x 2050 ft x 1.60 = 2278.40 ft3 Volume total = 256.95 ft3 + 2278.40 ft3 = 2535.33 ft3 Ciment pur : Volume (3) entre tubage 13.-3/8" et trou 17.1/2" + 60% excès = 0.6946 ft3/ft x 200 ft x 1.60 = 222.27 ft3 Volume (4) c'est-à-dire capacité du tubage 13.-3/8" - 77 lb/ft = 0.8218 ft3/ft x 42 ft = 34.52 ft3 Volume total = 256.79 ft3 LE NOMBRE DE SACS DE CIMENT, L'EAU DE MIXAGE, ET LES ADDITIFS NÉCESSAIRES A LA CIMENTATION DOIVENT ETRE CALCULES SEPAREMENT POUR CHAQUE LAITIER,

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Exemple (2) : Note : Ce programme diffère du premier exemple en ce sens que le laitier de ciment pur est spécifié par le nombre de sacs et non par le volume de remplissage dans l'annulaire. Données du puits :

Tube guide 20 " 90 lb/ft t à 2 50' Trou 17.1/2" à 2500 ft + 60% d'excès Tubage de surface 13.3/8" - 77 lb/ft Sabot de flottation à 2500 ft Anneau de flottation à 42 ft au-dessus du sabot.

Programme de cimentation : Premier laitier avec du ciment classe A + 8% de bentonite jusqu'en surface ; Deuxième laitier avec 200 sacs de ciment classe A pur Schéma :

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Volume (1) entre tubage 13.3/8" et 20" - 90 lb/fT = 1.0278 ft3 /ft x 250 ft = 256.95 ft3 Volume (2) entre tubage 13.3/8" et trou 17.1/2" + 60% d'excès = 0.6946 ft3 /ft x 2250 ft x 1.60 = 2500.6 ft3 Volume (3), c'est-à-dire capacité du tubage 13.3/8" - 77 lb/ft = 0.8218 ft3 /ft x 42 ft = 34.52 ft3 VOLUME TOTAL DE LAITIER = 256.95 ft3 + 2500.6 ft3 + 34.52 ft3 = 2792.1 ft3 VOLUME DU 2ème LAITIER : = 200 sacs x 1.18 ft3 sac

= 236 ft3

VOLUME DU 1er LAITIER ALLEGE : = 2792.1 ft3 - 236 ft3 = 2556 ft3 LE NOMBRE DE SACS DE CIMENT, L'EAU DE MIXAGE ET LES ADDITIFS PEUVENT MAINTENANCE ETRE CALCULES POUR CHAQUE LAITIER.

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III

EXERCICES

Effectuez tous les calculs nécessaires à la préparation des opérations suivantes : 1) Cimentation de tubage de surface. Données du puits :

Tube guide 20" - 94 lb/ft à 300 ft OH 17-1/2" à 2500 ft Tubage de surface 13-3/8" - 61 lb/ft Sabot de flottation à 2500 ft Anneau de flottation à 45 ft au-dessus du sabot.

Programme de cimentation : 1er laitier : ciment classe A + 2% D79 à 12.5 ppg 2ème laitier: 250 sacs de ciment classe A , pur 75% d'excès en trou ouvert 10 bbl d'eau en tête de laitier Si un équipement Stab-in était utilisé, avec des tiges de forage 4-1/2" - 16.60 lb/ft, quel serait le déplacement ? Quelle procédure d'opération utiliserez-vous ? 2) Cimentation de tubage intermédiaire. Données du puits :

Tubage de surface 13-3/8" 61 lb/ft à 2150 ft OH 12-1/4- à 5550 ft Tubage intermédiaire 9-5/8" - 47 lb/ft Sabot de flottation à 5550 ft Anneau de flottation à 5510 ft Boue de forage à 13.5 ppg

Programme de cimentation : 500 ft dans le tubage de surface. Ciment classe G + 10% D53 (ciment de remplissage régularisé au RFC pour prévenir les pertes de circulation). 10 bbl d'eau en tête de laitier. Données de test en Laboratoire : masse volumique du laitier : 14.2 ppg Rendement : 1.60 ft3/sac Eau de mixage : 7.90 gal/sac Temps de pompabilité à 1400 BHCT = 3h45mn Débit de déplacement : 8 bpm a) Quelles précautions devez-vous prendre pour le mixage de ce laitier (voir "Cement Manual"). b) Quelle sera la pression de circulation à la fin du déplacement, juste avant de poser le bouchon supérieur et de monter en pression (Considérez 700 psi de pertes de charge et calculez la différence de pression hydrostatique entre l'intérieur du tubage et l'annulaire).

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3) Cimentation de la colonne de production. Données du puits :

Tubage intermédiaire 9-5/8" 47 lb/ft à 5550 ft OH 8-1/2" à 9750' + 15% d'excès Colonne de production 7" - 23 lb/ft à 6500 ft 7" - 29 lb/ft à 9500 ft Float collar à 44 ft au-dessus du sabot

Programme de cimentation : Ciment classe G + 1% D65 + 0.2%, D13R Top du ciment à 1000 ft dans le tubage 9-5/8" 20 bbl de bouchon laveur CW100 en tête de laitier Débit de déplacement : 9 BPM minimum Quels additifs sont utilisés pour la préparation du CW100 et à quelle proportion ? (voir chapitre correspondant). 4) Cimentation de la colonne de production. Données du puits :

Tubage intermédiaire 9.5/8" - 43.5 lb/ft à 4600' Trou 8.1/2" à 8500 ft + 20% d'excès Colonne de production 7" - 26 lb/ft à 8460 ft Float collar à 8418 ft Boue de forage à 13.5 ppg

Programme de cimentation : 1er laitier : 102 sacs de ciment classe G + 1.75% D71 par rapport au poids d'eau de mixage + 0.08 gal/sac D81. Temps de pompabilité (laboratoire) : 4 H 15 mn 2ème laitier : Ciment classe G + 0. 08 gal/sac D81 + 0. 2 gal/sac DS73 + 0.15 gal/sac D80. temps de pompabilité (laboratoire) : 4 H 30 mn. Tampon : 10 BBL SPACER 1000 alourdi à la barite à 14.5 ppg Cimenter jusqu'à 300 ft à l'intérieur du tubage intermédiaire. Débit de déplacement : 90 ft/mn maximum dans l'annulaire (à calculer). a) Effectuez tous les calculs, y compris ceux du mélange du Spacer 1000 et de la quantité d'agent alourdissant nécessaire (voir chapitre correspondant ). b) Comment mélangerez-vous le laitier au D71 (voir chapitre correspondant) c) Si le bac à boue utilisé pour l'eau de mixage a une capacité de 30 bbl non pompable, quel sera le volume total d'eau dCe mixage et la quantité d'additifs que vous préparerez ?

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