Essais Des Puits - Objectifs, Matériel, Déroulem

PRO88002

LES ESSAIS DE PUITS : Objectifs, matériel de base et déroulement général

DenIs PERRIN

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SOMMAIRE CHAPITRE 1 OBJECTIFS DES ESSAIS DE PUITS 1.1

PRINCIPE DES ESSAIS DE PUITS................................................................................................

5

1.2

PRINCIPAUX OBJECTIFS DES ESSAIS DE PUITS ET MOYENS DE LES ATTEINDRE.

6

1.2.1 Cas des essais sur puits d'exploration (au sens strict)..........................................................................

7

1.2.1.1 Échantillonneurs de formation (RFT, MDT, FIT)................................................................

7

1.2.1.2 Garnitures provisoires............................................................................................................

7

1.2.2 Cas des essais sur puits de confirmation..............................................................................................

10

1.2.3 Cas des essais initiaux sur puits de développement.............................................................................

11

1.2.4 Cas des essais périodiques sur puits de développement......................................................................

12

CHAPITRE 2 MATÉRIEL DE BASE POUR LES ESSAIS DE PUITS 2.1

DIFFÉRENTS TYPES DE TESTS...................................................................................................

15

2.1.1 Test en trou ouvert................................................................................................................................

15

2.1.2 Test de type "barefoot".........................................................................................................................

16

2.1.3 Test en trou cuvelé...............................................................................................................................

16

2.1.4 Test de couche sélectif : straddle test...................................................................................................

16

2.2

GARNITURE DE TEST (CAS DES TESTS À TERRE, OU EN MER À PARTIR D'UN SUPPORT FIXE).....................................................................................................................

17

2.2.1 Fonctions de base à assurer..................................................................................................................

17

2.2.2 Composants de base.............................................................................................................................

17

2.2.3 Autres composants...............................................................................................................................

19

2.2.4 Équipement complémentaires..............................................................................................................

20

2.2.5 Exemple de garniture de test en trou ouvert.........................................................................................

20

2.2.6 Exemple de garniture de test  en trou cuvelé.......................................................................................

21

2.3

ÉQUIPEMENTS COMPLÉMENTAIRES POUR LA GARNITURE DE TEST DANS LE CAS D'UN TEST À PARTIR D'UN SUPPORT FLOTTANT...............................................

22

ÉQUIPEMENTS DE SURFACE......................................................................................................

23

2..4.1 Fonctions de base à assurer :................................................................................................................

23

2.4.2 Équipements de base............................................................................................................................

23

2.4.3 Autres équipements..............................................................................................................................

24

2.4.4 Équipements complémentaires.............................................................................................................

25

2.4

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Sommaire

2.4.5 Synthèse................................................................................................................................................

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Sommaire

CHAPITRE 3 PRINCIPE DE DÉROULEMENT  3.1

REMARQUES PRÉLIMINAIRES..................................................................................................

27

3.1.1 Analogie entre puits producteurs et puits injecteurs............................................................................

27

3.1.2 Remarque liée à la détermination de la productivité............................................................................

27

3.2

PRESSIONS DANS LE PUITS À CONSIDÉRER.........................................................................

28

3.3

DÉROULEMENT D'UN TEST DE COURTE DURÉE (CAS D'UN COUSSIN PARTIEL)....

29

3.3.1 Descente de la garniture de test et ancrage du packer..........................................................................

29

3.3.2 Pré­débit (ou débit initial)....................................................................................................................

30

3.3.3 Fermeture initiale.................................................................................................................................

30

3.3.4 Débit principal (ou second débit).........................................................................................................

30

3.3.5 Fermeture finale....................................................................................................................................

31

3.3.6 Désancrage du packer et remontée de la garniture de test...................................................................

31

3.4

DÉROULEMENT D'UN TEST À HUILE DE LONGUE DURÉE (CAS D'UN COUSSIN JUSQU'EN SURFACE).............................................................................

32

DÉROULEMENT D'UN TEST À GAZ..........................................................................................

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3.5.1 Le back pressure test............................................................................................................................

34

3.5.2 Le test isochrone...................................................................................................................................

34

3.5.3 Le test isochrone modifié.....................................................................................................................

34

3.5

CHAPITRE 4 SYNTHÈSE DES INFORMATIONS ATTENDUES D'UN ESSAI DE PUITS ET CONCLUSION 4.1

SYNTHÈSE DES RÉSULTATS ATTENDUS D'UN ESSAI DE PUITS.....................................

35

4.1.1 Informations recueillies sur site...........................................................................................................

35

4.1.1.1 Informations obtenues en fond de puits................................................................................

35

4.1.1.2 Informations obtenues en surface (dans le cas de débit en surface).....................................

35

4.1.2 Résultats en laboratoire........................................................................................................................

36

4.1.2.1 Dans les conditions de réservoir............................................................................................

36

4.1.2.2 Aux conditions de surface.....................................................................................................

37

4.1.3 Résultats gisement calculés ou estimés à partir des informations recueillies sur site.........................

37

4.2

37

EN CONCLUSION............................................................................................................................

FIGURES.................................................................... 39

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Sommaire

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CHAPITRE 1

OBJECTIFS DES ESSAIS DE PUITS

1.1 Principe des essais de puits Le   but   poursuivi   lors   d'un   essai   de   puits   est,   d'une   manière   générale,   d'obtenir   des renseignements sur un puits et sur un réservoir. Pour cela, on impose une variation instantanée de débit en tête du puits et on mesure, en fonction du temps, l'évolution correspondante de la pression au fond du puits. L'interprétation d'un essai de puits porte toujours sur une période où, juste après avoir varié, le débit est maintenu constant et où la pression est mesurée :  Si ce débit constant n'est pas nul, il s'agit d'un essai en débit qui provoque une baisse de pression en fond de puits (draw down).  Si ce débit constant est nul, il s'agit d'un essai puits fermé qui provoque une remontée de la pression en fond de puits (build­up) S'il y a eu plusieurs variations de débit, cela influe sur le comportement de la pression de fond et il faut alors connaître l'historique des débits pour pouvoir interpréter. Aussi, les essais puits fermé sont préférables aux essais en débit pour lesquels la pression de fond risque d'être perturbée par des fluctuations intempestives du débit. Cependant,   les   puits   à   gaz   posent   un   problème   spécifique   qui   justifie,   quand   cela   est possible (temps suffisant, ...) le recours à plusieurs débits. Pour déterminer les caractéristiques du réservoir et la productivité du puits, la qualité des mesures de débit est aussi importante que celle des mesures de pression. Un soin particulier doit donc être apporté aux mesures des débits en surface. En outre, au cours de l'essai de puits des échantillons des fluides produits sont prélevés et la température est enregistrée.

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1.2 Principaux   objectifs   des   essais   de   puits   et   moyens   de   les atteindre Selon que l'essai de puits est effectué sur un puits d'exploration, un puits de confirmation ou un puits de développement (et dans ce dernier cas que l'essai soit un essai initial ou un essai périodique), les objectifs de base ou l'importance respective de ces objectifs ne sont pas les mêmes. Cependant, les principaux objectifs d'un essai de puits sont parmi les suivants :  Déterminer la nature et/ou les caractéristiques des fluides produits,  Déterminer l'état du puits et son potentiel de production,  Evaluer les caractéristiques du réservoir,  Contrôler   l'efficacité   d'une   complétion   ou   d'un   traitement   sur   le   réservoir (stimulation, ....),  Suivre l'évolution des paramètres relatifs au puits ou au réservoir. Pour cela, il est nécessaire :  de prélever un échantillon des fluides produits,  de connaître le débit des fluides produits,  de connaître l'évolution de la pression de fond et de la température de fond suite à une variation de débit. Associés   aux   informations   fournies   par   d'autres   moyens   d'investigation,   en   particulier   les diagraphies   différées   et   le   carottage   mécanique  (et   dans   une   moindre   mesure   les   diagraphies instantanées et l'analyse des déblais), la géophysique et la géologie, ces informations sont fonda­ mentales pour :

 décider de réaliser un avant­projet,  bâtir un avant­projet de développement,  prendre la décision de développer un champs,  élaborer   plusieurs   projets   de   développement   et   établir   les   prévisions   de   production correspondantes,  choisir un projet de développement,  réactualiser les prévisions et optimiser le développement au vu du comportement effectif du gisement lors de son exploitation.

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Objectifs des essais de puits

1.2.1 Cas des essais sur puits d'exploration (au sens strict) On appelle puits d'exploration, au sens strict, le premier puits qui est foré sur une structure que l'on ne connaît jusqu'à présent qu'à travers des études géologiques et géophysiques. Pour ce type de puits, les essais s'effectuent en cours de forage. Une zone vierge vient d'être forée où l'on a peu d'information sur les pressions, les fluides en place et les qualités de réservoir. L'objectif du test est donc par priorité de prouver la présence d'hydrocarbure et de définir :  la nature et les caractéristiques des fluides en place (y compris l'eau),  les   caractéristiques   de   la   couche   et   plus   particulièrement   la   pression   initiale,   la température ainsi qu'une perméabilité et une productivité approximative. Le   prélèvement   d'échantillons   "représentatifs"   permet   de   connaître   les   fluides   et   des mesures de pression permettent de déterminer la pression initiale de la couche et d'en évaluer la perméabilité. Les principaux moyens utilisables pour cela sont :  les   échantillonneurs   de   formation   descendus   au   câble   électrique   (RFT   :   Repeat Formation Tester, MDT : Modular formation Dynamic Tester, FIT : Formation Interval Tester, par exemple) utilisables soit en trou ouvert, soit en trou cuvelé selon le type d'échantillonneur.  les   garnitures   provisoires   de   test   (type   DST)   en   trou   ouvert   (essai   de   courte   durée, généralement de durée inférieure à 12 heures) ou en trou cuvelé, voire un équipement provisoire de type complétion. 1.2.1.1 Échantillonneurs de formation (RFT, MDT, FIT) Ce sont des outils d'investigation rapide, opérés avec un câble électrique, en découvert pour les deux premiers et en cuvelage pour le troisième. Ils permettent une prise de pression de couche et une prise d'échantillon parfaitement localisé et en sécurité puisque le puits reste sous boue. Ces outils permettent d'estimer la perméabilité du réservoir grâce à l'interprétation d'une remontée de pression 1.2.1.2 Garnitures provisoires Le choix entre essai en trou ouvert ou essai en trou cuvelé et le choix du type de garniture sont   imposés   principalement   par   le   contexte   opératoire   (à   terre,   en   mer,   ...),   la   durée nécessaire pour l'essai et la nature de l'effluent.

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Objectifs des essais de puits

La garniture permet d'isoler la zone testée du reste du puits, de soumettre cette zone à une pression réduite, la mettant donc en condition de produire. Selon la durée de la phase "débit", un volume de l'effluent peut être recueilli en surface, avant remontée de la garniture de test. L'utilisation   de   vannes   de   fond,   en   réduisant   les   volumes,   minimise   l'influence   de   la compressibilité des fluides sur la courbe de remontée de pression (build­up). a) Détermination de la nature des fluides produits Elle se fait par échantillonnage. Il y a deux modes d'échantillonnage :  l'échantillonnage de fond,  l'échantillonnage de surface. L'échantillonnage de fond Afin   d'être   représentatif,   l'échantillon   de   fond   doit   être   prélevé   au­dessus   de   la   zone perforée   et   en   régime   monophasique.   Pour   les   puits   de   découverte,   on   ne   doit   donc   pas compter à priori sur la validité des échantillons de fond, à cause de l'incertitude sur la nature du régime d'écoulement en fond de puits (monophasique ou diphasique). L'échantillonnage de surface En conséquence,  l'échantillonnage  de surface  (au séparateur)  sera  à  considérer  à priori comme le plus fiable et le plus représentatif à condition de l'effectuer avec grand soin. En particulier, il faut optimiser le débit :  il faut un débit suffisant pour éviter les phénomènes de ségrégation dans le tubing,  il faut un débit non exagéré pour, si possible, ne pas provoquer d'écoulement diphasique (ou l'apparition de coning) dans le gisement et en fond de puits. Toutefois pour être en mesure d'effectuer un échantillonnage de surface, il faut disposer de suffisamment  de pression et de temps de débit afin de pouvoir établir un débit d'effluent en surface et le stabiliser. b) Détermination des caractéristiques de la couche On s'intéresse particulièrement aux points ci­après. La mesure de la pression vierge La   pression   vierge   est   un   renseignement   fondamental   en   soi   :   les   études   réservoirs effectuées durant les premiers temps de production sont toutes calées sur ce paramètre initial.

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Objectifs des essais de puits

Il   y   a   des   conditions   opératoires   à   respecter   afin   qu'aucun   doute   ne   subsiste   quant   à   la détermination de la pression vierge.

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Objectifs des essais de puits

L'estimation de la perméabilité et de la qualité de la liaison couche­trou (le skin) Les mesures de pression et de débit et plus particulièrement l'interprétation de la remontée de pression après fermeture du train de test permettent essentiellement :  de déterminer la perméabilité effective de la couche et d'évaluer également la présence de fissures ou de fractures,  d'observer   la   présence   d'hétérogénéités   à   une   certaine   distance   du   puits   (faille, changement de faciès, changement de fluide, etc .... ),  d'estimer la qualité de la liaison couche­trou (skin factor). Bien   qu'il   soit   toujours   préférable   d'avoir   des   débits   stabilisés   avant   la   fermeture, l'interprétation  peut  éventuellement  tenir  compte  des  variations  de débit  pendant  la  phase débit. La mesure de la température du réservoir L'enregistrement dans le temps de la température de fond (débit et build­up) donne des indications fondamentales sur la nature de l'écoulement. Par ailleurs, la connaissance précise de la température de fond statique est indispensable aux études PVT faites en laboratoire sur les échantillons prélevés (attention, les températures données par les thermomètres à maxi des enregistreurs de pression, souvent très secoués à la remontée du train de test, ne sont qu'un palliatif). c) Conclusions et recommandations Dans les puits de découverte, on doit s'attacher à enregistrer et échantillonner un maximum de choses même si l'intérêt n'en est pas évident à priori. Les   "cuttings",   les   carottes   et   les   "logs"   effectués   peuvent   indiquer   la   présence d'hydrocarbures, mais ces derniers ne sont véritablement prouvés que lorsqu'ils auront été "testés". Sur un premier puits, il faut surtout prouver la présence d'hydrocarbures récupérables et réaliser un échantillonnage correct. Les moyens de calculs sont beaucoup plus élaborés pour l'interprétation des pressions que pour les corrélations de PVT. On ne craint donc pas trop les effets pouvant compliquer la remontée de pression (skin et effet de capacité, débit non parfaitement stabilisé, etc ... ). Si le test est techniquement réussi, on pourra toujours estimer le "hk". Par contre, si tout ce qui concerne   l'échantillonnage   n'a   pas   été   correctement   réalisé   et   scrupuleusement   enregistré, l'utilisation des échantillons peut même devenir impossible.

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Objectifs des essais de puits

1.2.2 Cas des essais sur puits de confirmation Ces   puits,   réalisés   aussi   pendant   la   phase   exploration,   sont   aussi   appelés   puits d'appréciation ou, selon l'objectif premier visé, puits de délinéation. L'approche n'est plus la même. Les premiers renseignements ont été obtenus sur le puits d'exploration ou les précédents puits de confirmation. On ne cherche donc plus à prouver une découverte   mais   à   recueillir   suffisamment   de   données   pour   pouvoir   bâtir   ou   finaliser   un avant­projet. Le   programme   de   l'essai   de   puits,   généralement   plus   complet   est   bâti   à   l'aide   des connaissances acquises lors des essais effectués sur le ou les puits précédents. On cherche tout d'abord à confirmer les premiers résultats :  obtenir un échantillon parfaitement représentatif (par exemple par échantillonnage de fond en respectant un débit limite estimé dans le cas où il y a possibilité d'être au fond dans des conditions monophasiques),  confirmer   et/ou   préciser   les   caractéristiques   réservoirs   déjà   obtenues   (pression, perméabilité, effet pariétal [skin] et productivité du puits, ... ). On cherche également, si le temps le permet, à déterminer les caractéristiques lointaines de la couche :  perméabilité lointaine,  présence d'hétérogénéités latérales et/ou verticales, de discontinuité, de faille,  limites du réservoir, mécanismes naturels de drainage. L'utilisation   combinée   de   ces   renseignements   avec   les   résultats   obtenus   par   d'autres moyens tels que lithologie, diagraphies différées, permet d'effectuer les premières corrélations entre puits et donc d'avoir une image à l'échelle du gisement et non plus seulement à celle du puits. On s'efforce de respecter scrupuleusement le programme qui aura été défini au préalable à partir   des   connaissances   acquises   antérieurement.   Ce   programme   doit   comporter   des indications sur le timing de l'essai (de façon à pouvoir se situer dans de bonnes conditions d'interprétation),   le   choix   des   duses   (principalement   pour   les   tests   à   gaz)   ainsi   que   la fréquence et la précision des mesures de débit, de pression de tête, de densité, de GOR, de WOR et de température à effectuer. Ces essais, étant souvent de plus longue durée, ont généralement lieu en trou cuvelé soit avec une garniture de type DST, soit de préférence avec un équipement provisoire de type complétion.

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Objectifs des essais de puits

1.2.3 Cas des essais initiaux sur puits de développement Dans ce contexte, les fluides sont généralement bien connus. L'échantillonnage constitue donc un objectif important pour un tel essai seulement dans le cas d'un puits structurellement éloigné ou isolé de la zone déjà développée. L'effort porte donc principalement sur la détermination des caractéristiques du réservoir au moyen de l'analyse des mesures de pression et de débit. Le premier objectif de l'essai sur un puits de développement est d'évaluer l'état du puits et ses abords. Les paramètres suivants sont recherchés :  la qualité de la liaison couche­trou (skin factor),  la perméabilité proche (et lointaine),  la productivité actuelle et la productivité potentielle du puits,  la pression statique du réservoir au moment de l'essai. En conséquence, il est de bonne pratique d'effectuer un essai de puits immédiatement après la mise en exploitation du puits (en production ou en injection). Cette pratique permet :  de prendre diverses  décisions  pour ce puits  ou pour les puits  suivants   à développer (modification en ce qui concerne la liaison couche­trou, traitement éventuel, ... )  de vérifier l'efficacité de la complétion ou d'une stimulation initiale,  d'obtenir des données de référence pour la comparaison avec les performances futures. Le deuxième objectif est de porter l'investigation à une échelle plus grande du réservoir pour estimer :  les hétérogénéités (perméabilités verticales et horizontales, failles, fractures, ... ) et les limites,  les interférences entre puits de développement,  le degré de communication entre plusieurs zones,  les mécanismes naturels de drainage (activité d'un aquifère, …),  … Ceci   conduit   à   une   meilleure   connaissance   des   données   du   réservoir   et   donc   à   une meilleure vision du développement du gisement.

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Objectifs des essais de puits

Pour ce faire, on est généralement conduit à adopter une durée de débit puis une durée de fermeture suffisamment longue pour s'affranchir des effets transitoires néfastes au niveau du puits et aussi pour "voir" ce qui se passe le plus loin possible. Des essais d'interférence ou des pulses­tests permettent aussi de faire porter l'investigation sur la partie de réservoir comprise entre deux puits (continuité de la couche, ...). Ces essais sont en principes réalisés avec l'équipement définitif en place. Cependant, dans certains cas (choix du niveau à mettre en exploitation, stimulation, ...) ils peuvent être réalisés avec une garniture provisoire avant l'équipement définitif du puits.

1.2.4 Cas des essais périodiques sur puits de développement Ces essais sont bien entendu réalisés avec l'équipement de complétion alors en place dans le puits. La fermeture du puits peut avoir lieu en tête (mais dans ce cas se pose le problème de l'évaluation et de la prise en compte de l'after­flow pour l'interprétation). Cependant, il existe de nos jours des outils que l'on vient placer dans un siège classique et qui permettent de fermer en fond de puits. Les   objectifs   sont   nombreux   et   variés   et   s'inscrivent   dans   le   cadre   d'une   politique   de surveillance des puits élaborée sur l'ensemble du gisement. Un premier souci est de surveiller l'état de santé du puits et en particulier :  de suivre l'évolution de la productivité du puits et donc de l'endommagement aux abords du trou,  de détecter, de situer ou de comprendre des "anomalies" au niveau de la liaison couche­ trou (coning, problèmes liés à l'exploitation simultanée de zones multiples, fuites, ...). Un   deuxième   aspect   est   de   surveiller   le   comportement   plus   global   du   gisement   et   en particulier de suivre l'évolution :  de la pression statique du réservoir (ce qui permet, entre autres, d'évaluer la nécessité ou l'efficacité d'un procédé de maintien de pression),  des interfaces, .... Pour ce faire, il peut être nécessaire de ne pas se cantonner aux essais "débit­pression" mais de recourir aussi aux diagraphies de production (PLT, TDT, ...). Ces diagraphies de production permettent aussi d'obtenir des informations sur l'équipement du puits lui­même, sur le tubing en particulier (dépôt, corrosion, fuite, ...).

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Objectifs des essais de puits

Toutefois, l'interprétation des diagraphies de production est assez souvent difficile à faire si l'on   n'a   pas   pris   le   soin   de   réaliser   un   jeu   de   référence   avant   que   les   problèmes   ne   se présentent. Selon le diagnostic qui est alors posé, des "remèdes" divers peuvent alors être envisagés (traitement   de   la   couche,   réduction   de   débit,   abandon   d'une   zone,   changement   de   zone, fermeture du puits, activation, maintien de pression, ....).

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CHAPITRE 2

MATÉRIEL DE BASE POUR LES ESSAIS DE PUITS

2.1 Différents types de tests On peut établir une classification en fonction de la manière dont la zone à tester est isolée du reste du puits. Cela impose le type général de la garniture de test requise et, en conjonction avec les objectifs du test, influence la sélection des outils individuels ainsi que la conception finale de la garniture de test.

2.1.1 Test en trou ouvert (figure 1a) Dans ce cas le packer de la garniture de test est ancrée dans le découvert. Le packer peut être du type activité par compression ou de type gonflable. Les tests en trou ouvert tendent à être moins chers dans la mesure où ils économisent le coût d'un casing ou d'un liner et d'une cimentation. Cependant   on   est   confronté   à   un   certain   nombre   de   problèmes   ou   de   difficultés,   en particulier :  Le   trou   doit   être   bien   calibré   et   ne   pas   présenter   d'irrégularité   de   diamètre   afin d'augmenter le potentiel d'étanchéité du packer.  La   section   en   trou   ouvert   limite   la   pression   qui   peut   être   appliquée   dans   l'espace annulaire ; en conséquence seules des garnitures de test de type mécanique (où les outils sont opérés en particulier par des translations ou des rotations) peuvent être utilisées, à l'exclusion des garnitures opérées par pression annulaire.  Les   tests   en   trou   ouvert   sont   généralement   limités   à   quelques   heures   en   raison   de craintes   de   problèmes   d'instabilité   des   parois   du   trou   qui   peuvent   provoquer   le coincement de la garniture de test. La hauteur de la zone testée doit être limitée (hauteur normale : environ 20 m). Le forage (ou le carottage) doit être arrêté en conséquence.

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Matériel de base pour les essais de puits

Dans les cas difficiles à terre, ou de manière générale en mer, on ne doit pas pratiquer de test en trou ouvert mais mettre en place un cuvelage ou un liner supplémentaire et réaliser un test en trou cuvelé (cf. paragraphe 2.1.3).

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2.1.2 Test de type "barefoot" (figure 1b) Dans ce cas la zone testée est en trou ouvert, mais le packer de la garniture de test est ancré dans la  section cuvelée  qui se trouve au dessus du découvert. Cela  permet de limiter  ou d'éviter certains problèmes relatifs au test en trou ouvert.

2.1.3 Test en trou cuvelé (figure 1c) Dans ce cas l'ensemble de la garniture de test se trouve dans le cuvelage. Les tests en trou cuvelé présentent en particulier les avantages suivants :  Le   potentiel   d'étanchéité   du   packer   est   très   élevé   du   fait   d'un   profil   intérieur   bien régulier et de diamètre connu.  On dispose de plus de flexibilité  quand  à la conception  du train de test (possibilité d'utiliser des outils commandés par la pression annulaire, …).  La durée du test peut être considérablement plus longue (moins de risque de coincement de la garniture). Par   contre   les   opérations   de   cimentation   et   de   perforation   peuvent   provoquer   un endommagement des abords du puits.

2.1.4 Test de couche sélectif : straddle test (figure 1d) Si la zone à tester est loin du fond du puits ou au dessus d'un autre niveau réservoir, la partie inférieure du puits peut être isolée de cette zone à tester par un packer supplémentaire. Pour ce faire on utilise généralement une garniture de test :  avec deux packers gonflables, en trou ouvert ;  avec un packer récupérable et un bridge plug, en trou cuvelé.

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2.2 Garniture de test  (cas  des tests   à  terre,  ou en mer  à  partir  d'un support fixe) 2.2.1 Fonctions de base à assurer La   réalisation   d'un   test,   et   tout   particulièrement   d'un   test   en   trou   ouvert,   impose   de pouvoir :  s'affranchir de la pression exercée par la colonne de boue sur la zone à tester et diminuer la   pression   en   face   de   cette   zone   jusqu'à   une   valeur   inférieure   à   celle   des   fluides contenus dans la couche,  canaliser ces fluides jusqu'en surface sans risque de pollution de la boue ou d'éruption,  maintenir, sur les formations non testées, la pression exercée en forage par la colonne de boue pour éviter leur éboulement ou la venue des fluides qu'elles contiennent,  d'arrêter momentanément le débit des fluides sans utiliser la pression hydrostatique de la boue,  d'enregistrer en fond de puits la température, la pression et leurs variations tout au long du test,  procéder, en fin de test, à la remontée de la garniture de test après avoir remis l'ensemble du puits sous fluide de contrôle.

2.2.2 Composants de base Les   éléments   de   base   d'une   garniture   de   test,   permettant   en   particulier   d'assurer   les fonctions vues au paragraphe précédent, sont les suivants :  Le tubulaire proprement dit, constitué selon le cas de tiges de forage ou de tubing. Ce tubulaire sert : ­ de conduit pour l'effluent qui sera produit, ­ de support pour les autres éléments. Les tiges de forage sont plus particulièrement utilisées dans le cas de tests en cours de forage (DST : Drill Stem Test) de courte durée d'une zone à faible ou moyenne pression. Dans les autres cas, et tout particulièrement s'il y a risque de présence d'acide sulfurique (H2S), on préfère utiliser des tubings qui présentent une meilleure étanchéité au niveau des raccords.

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 Un packer Ce manchon en caoutchouc situé au dessus de la zone à tester s'applique sur les parois du   trou   par   compression,   réalise   l'étanchéité   et   sépare   le   puits   en   deux   zones   sans communication entre elles.  Un tester C'est principalement une vanne (ou plusieurs) qui peut être ouverte ou fermée à volonté. Descendu fermée, elle est surmontée à l'intérieur des tiges d'un coussin de liquide de densité et de hauteur adaptées (tampon d'eau ou de gas oil par exemple) de manière à ce que la pression hydrostatique correspondante soit inférieure à celle des fluides présents dans la zone à tester (figure 2a). L'ouverture  du tester,  après que le packer  ait  été  ancré, permet  de décomprimer  les fluides sous packer et ceux contenus dans la zone testée à la pression créée par le fluide tampon présent au dessus du tester (figure 2b) ; cette décompression permet le débit des fluides. La fermeture du tester, le packer  étant toujours ancré permet d'arrêter le débit (sans utiliser la pression hydrostatique de la boue) et de provoquer la remontée de pression (figure   2c).   Sa   position   proche   du   fond   du   puits   minimise   la   perturbation   liée   à   la recompression   du   volume   dans   le   puits   (effet   de   capacité)   lors   de   la   remontée   de pression. Ces opérations d'ouverture et de fermeture du tester, packer ancré, peuvent être répétées autant de fois que nécessaire.  Des porte­enregistreurs Ils reçoivent les enregistreurs de pression et de température. Suivant leur place et leur agencement dans la garniture, les enregistreurs de pressions permettent   d'enregistrer   soit   la   pression   régnant   à   l'intérieur   de   la   garniture   soit   la pression régnant à l'extérieur de la garniture, et donc en particulier l'évolution de la pression de fond lors de la phase de débit (draw down) et lors de la phase de fermeture (build­up).  Une vanne d'égalisation La  réalisation  du  test  entraîne   un régime   de  pression  sous  le  packer   différent  de  la pression hydrostatique de la boue qui s'exerce au­dessus du packer. Afin de pouvoir décomprimer et désancrer le packer à la fin du test, il est indispensable d'égaliser les pressions de part et d'autre du packer. Pour cela on utilise une vanne d'égalisation située entre le packer et le tester. En fin de test,   elle   permet   d'ouvrir   une   communication   entre   l'annulaire   et   l'intérieur   de   la garniture de test (partie en dessous du tester) et donc : ­ d'égaliser les pressions de part et d'autre du packer, ­ de repousser, sous réserve que l'injectivité soit suffisante, les effluents produits (situés dans la garniture en dessous de ce point) dans la formation testée en pompant de la

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boue de forage en tête d'espace annulaire, les mâchoires  annulaires des BOP étant fermées (figure 2d).

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Lors de la descente du train de test, cette vanne est en position ouverte et sert de by­pass pour le passage du fluide du dessous au dessus du packer au fur et  à mesure que la garniture est descendue. Elle sera fermée avant l'ouverture initiale du tester.  Un dispositif de circulation inverse A la fin du test, si le puits a été productif, le train de test se trouve partiellement ou complètement rempli par l'effluent. Il est alors dangereux de réaliser la manœuvre de remontée avec ce fluide inflammable à l'intérieur de la garniture de test. Un dispositif de circulation inverse, situé au­dessus du tester, permet d'ouvrir un orifice sur l'espace annulaire et de récupérer l'effluent situé dans la garniture par circulation inverse (figure 2e). Pour raison de sécurité cette vanne est généralement doublée.

2.2.3 Autres composants Selon   que   le   test   est   effectué   en   trou   ouvert   ou   en   trou   cuvelé,   de   nombreux   autres éléments sont ou peuvent être aussi intégrés dans un train de test, tout particulièrement :  Un sabot Cet élément est situé tout en bas de la garniture de test. Dans le cas d'un test en trou ouvert, c'est un raccord à fond plat permettant de prendre appui sur le fond du puits et donc de comprimer le packer.  Des crépines Ce sont des tubes perforés par lesquels l'effluent produit par la zone testée pénètre dans la garniture de test et qui agissent aussi comme un filtre vis à vis des débris produits.  Un verrouillage hydraulique du packer Il permet de garder le packer ancré même si l'on reprend le poids de la garniture pour manœuvrer les outils au dessus du packer et en particulier le tester. Cet outil de verrouillage est activé par surpression entre la pression hydrostatique due à la boue dans l'annulaire et la pression qui règne dans le train de test (sous le tester) pendant le test proprement dit. Il est désactivé lors de l'ouverture, en fin de test, de la vanne d'égalisation situé entre le packer et le tester.  Un joint de sécurité Tout particulièrement lors d'un test en trou ouvert, les risques de coincement du packer sont importants. Dans ce cas, le dévissage du joint de sécurité permet la récupération de la partie libre de la garniture.  Une coulisse de battage Avant d'en venir à l'extrémité de dévisser le joint de sécurité en cas de coincement, on essaye   de   décoincer   le   packer   en   exerçant   des   efforts   de   traction   sur   le   packer   par battage grâce à la coulisse hydraulique intercalée au­dessus du joint de sécurité.

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Matériel de base pour les essais de puits

 Des masse­tiges ou des tiges lourdes Placées au dessus du dispositif de circulation inverse, elles permettent en particulier de disposer de suffisamment de poids pour : ­ comprimer les garnitures d'étanchéité du packer, ­ et, dans le cas d'un tester de type mécanique, ouvrir la vanne du tester.  Une vanne de sécurité de fond Elle permet de fermer la garniture de test en fond de puits au cas où la vanne du tester serait défaillante.  Un échantillonneur de fond Intégré dans la garniture, il permet de piéger l'effluent présent à cette cote. Il est activé en fin de la dernière phase de débit.  …

2.2.4 Équipement complémentaires En fonction du contexte et des objectifs de l'essai de puits d'autres équipements peuvent être requis tels que :  Un "TCP" (Tubing Conveyed Perforator) Dans le cas d'un test en trou cuvelé, ce TCP placé à l'extrémité inférieure de la garniture de   test,   permet   avec   la   même   garniture,   et   donc   une   seule   descente,   de   perforer   le cuvelage et de réaliser l'essai de puits proprement dit.  Un système de lecture en surface (surface read­out) Ce système permet, après descente du train de test et dégorgement du puits, de venir se connecter via un câble électrique sur les capteurs de fond et de retransmettre les mesures de   fond   en   direct   (sans   avoir   à   attendre   la   remontée   du   train   de   test   pour   pouvoir récupérer les enregistreurs).

2.2.5 Exemple de garniture de test en trou ouvert Les figures 3 à 5 présentent :  Un exemple de garniture de test en trou ouvert avec tester mécanique (figure 3).  Un packer de test de type open­hole : le bobtail packer† (figure 4). Le packer obture l'espace annulaire compris entre les parois du sondage et les tiges de forage, par compression de la garniture entre la béquille qui s'appuie sur le fond du trou et le train de tige qui appuie. †

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La garniture dit être suffisamment souple pour se mouler contre les parois du trou (un système évitant le fluage de la garniture), mais elle doit retrouver son état initial pour être remontée sans coincement à la fin du test. Les diamètres des garnitures du packer seront tels que le jeu avec le diamètre du trou soit de l'ordre de 1". Les   poids   sur   packer   pour   obtenir   l'étanchéité   sont   de   l'ordre   de   1   t   par   pouce   de diamètre de trou soit une dizaine de tonnes dans un trou 8 1/2". La   position   du   packer   sera   choisie   pour   que   celui­ci   se   trouve   dans   une   zone   bien calibrée et consolidée.  Un tester mécanique : Multi­Flow Evaluator† [MFE] (figure 5). Cet outil est basé sur le fait que le verrouillage hydraulique du packer permet : ­ d'ouvrir le tester en mettant du poids, ­ de fermer le tester en enlevant le poids. L'outil est constitué de 3 parties : ­ la partie vanne et chambre d'échantillonnage, ­ la partie temporisation hydraulique de l'ouverture, ­ la partie sélection de la position. L'ensemble de chicanes, suivant la position du mandrin intérieur, permet ou non le débit de fluide à travers les différents orifices de passage. Quand le tester est fermé à la fin du test, le fluide emprisonné entre les 2 "valves" peut être conservé à la pression où il a été récupéré et transvasé dans une bouteille pour échantillonnage, une fois la garniture de test remontée hors du puits. Si   le   temps   dont   on   dispose   pour   réaliser   le   test   le   permet,   il   est   possible   de   faire plusieurs cycles d'ouverture et de fermeture. Les parties "temporisation de l'ouverture" (temporisation obtenue grâce à un piston qui se déplace dans une chambre d'huile) et "sélection de la position" permettent que le fonctionnement du tester soit compatible avec celui des autres outils intégrés dans la garniture de test et en particulier que : ­ lors de l'ouverture initiale du tester, celle­ci ne se produit qu'après fermeture de la vanne d'égalisation et ancrage du packer, ­ lors des fermetures du tester, celles­ci se produisent sans que la vanne d'égalisation ne s'ouvre et que le packer ne se désancre.

2.2.6 Exemple de garniture de test  en trou cuvelé Les figures 6 à 8 présentent :  Un exemple de garniture de test en trou cuvelé avec tester opéré par la pression annulaire (figure 6). †

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 Un packer de test à ancrage dans le cuvelage : le positest packer† (figure 7). Le   packer   réalise   l'étanchéité   sur   la   paroi   intérieure   du   cuvelage.   Il   est   équipé   de plusieurs manchons courts en caoutchouc dur. Le point d'appui est réalisé par le système classique : coins­cônes avec un système de verrouillage par rainure en J.  un tester opéré par la pression annulaire  : le Full Bore Pressure Controlled Tester [FB PCT] (figure 8). Cet outil est constitué de 2 parties : ­ la partie vanne (vanne de type ball valve), ­ la partie opérateur hydromécanique. Le   PCT   est   préchargé   avec   de   l'azote   en   surface   (en   fonction   de   la   pression hydrostatique dans le puits) de manière à régler la pression à exercer en tête d'annulaire pour provoquer son ouverture. Le PCT reste  ouvert tant  que  cette  pression est maintenue  en  tête  d'annulaire.  Pour fermer le PCT, il suffit de purger la pression annulaire. En réappliquant de la pression dans l'annulaire on peut rouvrir le PCT et ainsi de suite autant de fois que nécessaire en fonction du programme de test. Un accessoire  (Hold open) peut   être  ajouté  qui  permet  de descendre  et  remonter  la garniture avec le PCT en position ouverte bien que l'annulaire ne soit pas en pression

2.3 Équipements complémentaires pour la garniture de test dans le cas d'un test à partir d'un support flottant Dans le cas d'un test à partir d'un support flottant des équipements complémentaires sont nécessaires (figure 9) et en particulier :  Une SSTT (Subsea Test Tree) (figure 10) Placée   dans   le   BOP   sous­marin,   cette   SSTT   permet,   au   cas   où   les   conditions météorologiques ou techniques  ne permettraient plus de garder le support de surface connecté à la garniture de test, de : ­ suspendre la garniture de fond dans les BOP sous­marin, ­ fermer à ce niveau la garniture de test, ­ déconnecter à ce niveau la garniture de test. Elle peut être complétée (figure 10) : ­ d'une retainer valve : Avant déconnection de la partie haute de la garniture de test, cette vanne est fermée, évitant ainsi que l'effluent contenu dans cette partie de la garniture se répande dans la mer ; †

 équipement Schlumberger

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­ d'une lubricator valve : Placée suffisamment en­dessous de la tête de contrôle située en surface (flowhead), elle   permet   de   descendre   dans   la   garniture   de   test   un   train   de   travail   au   câble relativement long sans avoir besoin d'une longueur de sas importante au­dessus de la flowhead.  Plusieurs joints coulissants Ils permettent les variations de longueur de garniture de test, sous l'effet des variations de température et de pressions lors des différentes phases de débit et de fermeture, tout en respectant les deux points fixes que sont le packer et la SSTT. Ces joints coulissants sont aussi souvent utilisés dans les garnitures de test pour supports fixes.

2.4 Équipements de surface 2..4.1 Fonctions de base à assurer : L'équipement de surface doit permettre en particulier :  de supporter les pressions en tête et d'assurer la sécurité en surface ;  de maintenir un (ou des) débit(s) compatible(s) avec la capacité des installations et le programme de test ;  de récupérer des échantillons ;  le cas échéant, de mesurer le débit de l'air contenu dans la garniture au début du test et pousssé par le débit de l'effluent venant du fond du trou ;  de séparer l'effluent s'il arrive en surface pour compter séparément  l'huile, le gaz et l'eau ;  de connaître les conditions de débit, de séparation, de comptage et d'échantillonnage ;  de stocker ou brûler l'effluent.

2.4.2 Équipements de base Les équipements de base en surface sont les suivants :  Une tête de contrôle appelée aussi tête d'éruption Elle est équipée entre autres d'une vanne de sécurité.

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Elle   permet   en   particulier   d'orienter   l'effluent   vers   les   installations   de   surface   et   de fermer le puits en tête en cas de nécessité.

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 Un manifold de duses Il permet de régler le débit du puits et d'abaisser la pression de l'effluent de manière à être en­dessous de la pression de service des équipements en aval.  Un réchauffeur ou un échangeur à vapeur Dans   le   cas   d'une   huile,   et   tout   particulièrement   d'une   huile   visqueuse,   il   favorise l'écoulement de l'huile et la séparation huile­eau en diminuant la viscosité de l'huile. Dans le cas d'un gaz, il permet de réchauffer le gaz afin d'éviter la formation d'hydrates. Dans ce cas, la détente du gaz n'est pas faite en une seule fois au niveau du manifold de duse, mais en plusieurs fois. En particulier, on dispose d'une duse à mi­serpentin dans le réchauffeur ou l'échangeur.  Un séparateur Il permet de séparer les différents fluides (gaz, huile et eau éventuellement) et par là­ même il permet le comptage et l'échantillonnage de chacun de ces fluides séparément.  Un bac de stockage A   certains   moments   du   test,   on   y   envoie   l'huile   sortant   du   séparateur.   Cela   permet d'étalonner le ou les compteurs huile, de prendre en compte certains phénomènes tels que le dégazage de l'huile en aval du séparateur ou la décantation supplémentaire d'eau qui est encore dispersée (en émulsion) dans l'huile à la sortie huile du séparateur.  Un bassin et une torche à gaz ou des brûleurs Ils permettent d'évacuer les fluides produits.  Un système d'arrêt d'urgence (ESD : Emergency Shut Down) Il permet de fermer le puits et de mettre les équipements de surface en sécurité en cas de besoin.

2.4.3 Autres équipements De nombreux autres équipements sont ou peuvent être nécessaires en ce qui concerne les installations de surface, tout particulièrement :  Des chiksans ou des conduites flexibles Ils   permettent   de   relier   entre   eux   les   différents   équipements.   Ils   doivent   être soigneusement fixés par les câbles de retenue pour éviter tout battage pendant le test ou en cas de rupture.  Un skrinkage tester Cet appareil permet de mesurer la perte de volume de l'huile par dégazage entre les conditions de fonctionnement du séparateur et les conditions ambiantes.  Un surge tank

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Dans le cas où l'huile contient en particulier de l'hydrogène sulfuré, le bac de stockage doit être remplacé par un bac fermé maintenu à très faible pression, le surge tank.

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 Des échantillonneurs Ils   permettent   de   prélever   des   échantillons   des   différents   fluides   produits.   Ils   sont spécifiques à chacun des fluides.  Une pompe de transfert Elle permet de reprendre l'huile contenue dans le bac de stockage (ou le surge tank) pour l'envoyer dans le bassin de décantation ou dans les brûleurs.  Un manifold huile Il permet d'orienter l'huile sortie séparateur soit vers le bac de stockage (ou le surge tank) soit vers le bassin de décantation ou l'une des poutres de brûlage.  Un manifold gaz Il permet d'orienter le gaz sortie séparateur vers la torche gaz appropriée.  Des compresseurs d'air Ils permettent d'apporter l'air nécessaire à une bonne combustion de l'huile.  Des pompes à eau Elles permettent : ­ de faire un rideau d'eau autour des brûleurs pour limiter les effets de rayonnement, ­ d'injecter de l'eau dans l'huile à brûler pour améliorer la combustion.  Des poutres de brûlage Elles supportent les brûleurs et les torches à gaz. Elles   sont   placées   en   fonction   des   vents   dominants   et   il   doit   y  en   avoir   dans   deux directions opposées pour n'utiliser que celui qui est dans une direction acceptable par rapport au sens du vent.  Un circuit incendie  …

2.4.4 Équipements complémentaires En fonction des opérations à réaliser, d'autres équipements peuvent être requis tels que :  Un équipement de travail au câble Dans le cas où des opérations de travail au câble sont prévues ou envisagées permettant le test, le matériel correspondant doit être en place. Le sas de travail au câble est monté sur la tête de puits au niveau d'un raccord adéquat situé au­dessus de la croix de la tête de contrôle et d'une vanne d'isolation.  Une cabine laboratoire On y regroupe en particulier toutes les mesures et enregistrements fait en surface. Elle peut être équipée d'un mini­laboratoire PVT.

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2.4.5 Synthèse La figure 11 montre un exemple de disposition du matériel de surface dans le cadre d'un test en mer à partir d'un support flottant.

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CHAPITRE 3

PRINCIPE DE DÉROULEMENT D'UN ESSAI DE PUITS

3.1 Remarques préliminaires 3.1.1 Analogie entre puits producteurs et puits injecteurs Tout ce qui suit concerne plus spécifiquement les puits producteurs mais peut être étendu aux déroulements des essais dans les puits injecteurs en "inversant" le débit. Il existe en effet une analogie évidente en ce qui concerne les phases d'essais (puits en débit ou puits fermé) des puits producteurs et des puits injecteurs telle que illustré au tableau suivant : Puits producteurs

Puits injecteurs

Puits en débit

test en production (draw down)

test d'injectivité

Puits fermé

remontée de pression (build­up)

déclin de pression (fall­off)

TABLEAU 1  Analogie entre essais de puits producteurs et essais des puits injecteurs Notons tout de même que des précautions particulières sont nécessaires pour les essais des puits d'injection (propreté de l'eau injectée et risque de colmatage…).

3.1.2 Remarque liée à la détermination de la productivité Pendant un test en cours de forage, la productivité d'un puits varie en général avec le temps au fur et à mesure que la zone réservoir participant au débit s'élargit. Très rares sont alors les circonstances   où   l'on   peut   obtenir   des   conditions   de   débit   et   de   pression   parfaitement stabilisées, correspondant à ce que l'on appelle un écoulement permanent. On se contente en général, après dégorgement, d'un débit (ou de paliers de débits décroissants ou croissants)

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aussi stabilisé(s) que possible, correspondant à un (ou des) écoulement(s) de type transitoire ou parfois de type pseudo­permanent que l'on sait en théorie interpréter.

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Dans le cas d'une huile à pression de bulle inférieure à la pression de fond en débit, un seul de ces débits est nécessaire. Il permet de calculer l'indice de productivité réel, caractéristique de la couche et de la qualité de la liaison couche­trou, et l'indice de productivité théorique (hors effet de colmatage, …). Dans le cas d'une huile à pression de bulle supérieure à la pression de fond en débit ou dans le cas d'un gaz, plusieurs de ces débits sont nécessaires pour déterminer la "courbe de délivrabilité"   de   la   couche.   Néanmoins,   pour   un   puits   d'exploration   et   compte   tenu   des conditions souvent difficiles (météo, offshore, forte pression) et de la sécurité (présence d'une duse de fond limitant le débit), on préfère généralement se limiter à un seul débit suivi d'une remontée de pression suffisamment longue. La   mesure   des   débits   est   indispensable   et   nécessite   un   séparateur   dont   le   bon fonctionnement   doit   être   contrôlé   (pression   et   température   du   séparateur   constantes).   Les débits d'huile sont estimés par des mesures de niveaux dans un bac étalonné (ou à l'aide d'un compteur)   tandis   que   les   mesures   des   débits   de   gaz   s'effectuent   à   l'aide   d'un   orifice déprimogène. Les pressions sont mesurées en tête de puits et au fond du puits. Il faut que les pressions, à la fin de la dernière période de débit et pendant toute la période de fermeture qui suit, soient enregistrées en continu et avec le même appareil. Les températures sont mesurées à la fois en tête et au fond du puits. On mesure également la densité de l'huile, la densité de gaz, les gradients de pression et de température  dans les  puits,  éventuellement  la teneur en sédiments, la teneur  en eau et sa salinité, …

3.2 Pressions dans le puits à considérer Dans le puits, les pressions à considérer sont les suivantes (figure 12) :  La pression de gisement Pg qui est la pression des fluides dans la zone du réservoir qui est à tester. Tant   que   le   puits   n'est   pas   en   débit,   cette   pression   est   présente   dans   l'ensemble   du réservoir, depuis ses limites extérieures jusqu'au puits.  La pression hydrostatique Ph  exercée par le fluide de forage ou de complétion en place dans le puits avant le début du test. Durant la phase de forage, la densité de la boue est ajustée de façon à ce que Ph  soit supérieur à Pg et assurer ainsi la stabilité du puits.  La pression du coussin Pc exercée par la colonne de liquide présente dans la garniture de test (au dessus du tester descendu fermé).

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Cette pression est ajustée de manière à avoir Pc inférieur à Pg lors de l'ouverture de la vanne de test soit en ne remplissant que partiellement la garniture de test soit en utilisant un fluide léger (tel que de l'eau ou du gas oil).

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 La pression en fond de puits Pf au cours du test. Cette pression varie pendant le test. Avant le début du test elle est égale à P h ; lors des phases de débit, du fait des pertes de charge dans le gisement et aux abords du puits liées   à   l'écoulement   des   fluides,   elle   chute   en   dessous   de   Pg.   Dans   les   phases   de fermeture elle retend, plus ou moins rapidement, vers P g. Se reporter aux paragraphes 3.3 à 3.5 ci­après pour plus de détails.

3.3 Déroulement d'un test de courte durée (cas d'un coussin partiel) Dans le cas des tests en trou ouvert la durée du test doit être courte afin de limiter le risque de coincement de la garniture. Fondamentalement le temps pendant lequel le packer reste ancré ne doit pas dépasser quelques heures (2 à 3 heures dans le cas d'une formation pas parfaitement consolidée). On  ne   dispose  généralement   pas   d'un   temps   suffisant   pour  déterminer   correctement   la productivité et, en particulier en offshore, le matériel de surface peut être simplifié par rapport à ce qui a été dit précédemment au paragraphe 3.1.2 (brûlage direct sans passer par un bac de jaugeage en particulier). La figure 13 illustre l'évolution de la pression vue par l'enregistreur de pression situé sous le tester tout au long des phases opératoires décrites ci­après.

3.3.1 Descente de la garniture de test et ancrage du packer La garniture de test est descendue vanne du tester fermée et avec un coussin de fluide au dessus de cette vanne afin que, lors de l'ouverture de la vanne, la pression en fond de puits soit :  suffisamment   faible   pour   permettre   un   bon   débit   initial   et   la   remontée   de   l'effluent jusqu'en surface (si possible) ;  pas trop faible de manière à ne pas endommager les parois du trou ou la formation par un  différentiel   de  pression   trop   grand,  en   particulier   dans   le   cas   de   formations   mal consolidées. En pratique, il est courant d'admettre un différentiel de pression de plusieurs dizaines de bar voire une centaine de bar. L'enregistreur, tout au long de la descente de la garniture dans le puits, voit la pression hydrostatique due à la colonne de boue dans l'espace annulaire qui le sépare de la surface augmenter au fur et à mesure de la descente.

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Principe de déroulement d'un essai de puits

Une fois en fond de puits, on procède à l'installation des équipements de surface (tête de contrôle, …) et lorsque tout est prêt, on peut procéder à l'ancrage du packer, en appliquant dessus une partie du poids de la garniture.

3.3.2 Pré­débit (ou débit initial) Cette première ouverture du tester a pour but :  de décomprimer les abords du puits, la pression hydrostatique due à la boue de forage ayant   eu   tendance   à  surcomprimer   cette   zone   à   une   valeur   supérieure   à  celle   de   la pression de gisement ;  d'établir une bonne communication entre le réservoir et le puits, un effet de décolmatage étant espéré du différentiel de pression important. Cette ouverture doit normalement être effectuée de jour. La durée de cette période de pré­débit est généralement de l'ordre de quelques minutes.

3.3.3 Fermeture initiale Le tester est refermé afin de mesurer la pression initiale (pression vierge). Le temps de fermeture retenu est important par rapport au temps de débit précédent (si possible trois quart d'heure ou mieux une heure) afin d'obtenir par recompression du fond de puits une pression la plus proche possible de la pression de gisement.

3.3.4 Débit principal (ou second débit) Dans le cadre de ces essais de puits de courte durée, l'objectif de cette période de débit est de permettre :  qu'un volume d'effluent suffisant pénètre dans la garniture de test pour pouvoir prélever un échantillon représentatif,  et, si possible d'avoir l'arrivée de l'effuent en surface. Là encore cette ouverture doit normalement être effectuée de jour. La   durée   de   ce   débit   dépend   du   temps   disponible   restant   (par   rapport   au   temps   total pendant lequel le packer peut rester ancré) et du comportement du puits. On peut par exemple appliquer la règle du pouce suivante :

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 si le débit est correct, répartir de manière égale le temps restant entre cette période de débit et la fermeture finale,

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 si le débit est très élevé, augmenter éventuellement le temps réservé au débit tout en gardant un temps de fermeture au moins égal à la moitié du temps de débit et qui ne devrait pas être inférieur à trente minutes,  si au contraire le débit est faible, faire en sorte d'avoir un temps de fermeture double de celui de la période de débit,  si le puits se tue, procéder à la fermeture du tester si possible avant que le puits ne soit tué ou, au plus tard, dès que celui­ci se tue. Remarquons que le diagramme de pression représenté sur la figure 13 correspond à un cas où le test a été refermé avant que l'effluent n'arrive en surface.

3.3.5 Fermeture finale Cette phase est très importante en ce qui concerne la collecte des données relatives au gisement et au puits. De l'interprétation de la remontée de pression (build­up) on cherche à déduire :  la pression de gisement (on note généralement cette pression de gisement tirée de la remontée de pression P*) hk

 le rapport  

 l'effet partial (S = skin effect)

3.3.6 Désancrage du packer et remontée de la garniture de test Pour désancrer le packer il faut préalablement ouvrir le dispositif d'égalisation de pression et reprendre le poids de la garniture de test. La remontée de la garniture de test n'est réalisée qu'après avoir :  repoussé au mieux dans la formation les effluents situés sous le tester en pompant via l'annulaire et la vanne d'égalisation de pression désormais ouverte,  ouvert la vanne de circulation inverse et circulé au mieux les effluents situés dans la garniture de test au dessus du tester; ceci doit normalement être effectué de jour.

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Principe de déroulement d'un essai de puits

3.4 Déroulement d'un test à huile de longue durée (cas d'un coussin jusqu'en surface) Ces tests sont obligatoirement réalisés  en trou cuvelé. Ils durent généralement de un à quelques jours, parfois une à deux semaines en fonction des objectifs du test et du nombre de niveau à tester. Selon le cas ils peuvent être réalisés avec une garniture provisoire ou à travers l'équipement définitif dans le cas des essais initiaux. On ne traite pas ici des essais de production de très longue durée (quelques semaines à plusieurs   mois)   ayant   pour   but   d'évaluer   les   mécanismes   de   drainage   et   nécessitant   de produire une quantité suffisante pour que la pression statique du gisement soit affectée. Le déroulement du test est conçu en fonction des règles internes du maître d'œuvre et des objectifs du test. Aussi il ne faut considéré la suite que comme un exemple. La figure 14 illustre l'évolution de la pression vue par l'enregistreur situé sous le tester tout au long des opérations décrites ci­après :  Dégorgement du puits Dans la mesure du possible, cette phase de débit sera poursuivie jusqu'à obtenir en tête de puits un effluent propre (teneur en solide proche de zéro si possible) et un débit à peu prêt stable. Durant cette phase les quantités produites sont à estimer.  Fermeture initiale Elle doit être suffisamment longue pour permettre à toute la zone décomprimée dans le gisement de se restabiliser  à la pression de gisement initiale (au moins deux fois le temps de la période de dégorgement). Dans le cas où il est prévu d'utiliser un "surface read out" pendant le test, l'outil de lecture des enregistreurs est descendu durant cette phase. Il restera en place ainsi que le câble de mise en place (qui sert aussi de câble de retransmission des mesures) jusqu'à la fin du test.  Débit principal On cherche généralement à avoir le débit maximal compatible avec : ­ la capacité de débit de l'ensemble des installations de surface (en fait c'est souvent la capacité de brûlage qui est la plus faible), ­ l'obtention des paramètres stables en surface (pression et température en tête de puits, GOR, …).

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Principe de déroulement d'un essai de puits

Il faut prolonger cette période au moins plusieurs heures après que le débit, le GOR et la pression en tête aient atteint des valeurs stabilisées. En   général   un   temps   de   débit   de   quelques   heures   (par   exemple   8   à   12   heures)   est suffisant. Il est d'autant plus long que la perméabilité est faible.  Fermeture pour enregistrement du build­up Cette période de remontée de pression est essentielle pour l'interprétation ultérieure de l'essai. Le temps de fermeture doit être suffisant. On retrouve le même esprit que la règle du pouce vue précédemment si ce n'est que le temps de fermeture est souvent au moins égal au temps de débit  Débit pour échantillonnage De   manière   à   être   dans   des   conditions   favorables   d'échantillonnage,   on   utilise généralement un débit réduit. Les paramètres de surface et en particulier les paramètres au niveau du séparateur (P, T, Qh, Qg, GOR) doivent être parfaitement stabilisés.

3.5 Déroulement d'un test à gaz Dans   certains   cas,   en   fonction   des   objectifs   du   test   et   du   temps   dont   on   dispose,   le déroulement du test peut être identique à celui vu pour un puits à huile si ce n'est que :  le temps de débit nécessaire peut être plus élevé (18 à 24 heures par exemple),  le temps de fermeture est souvent au moins égal à une fois et demi le temps de débit. Dans le cas où il s'agit de caractériser la délivrabilité en gaz de puits (relation entre le débit produit et la pression en fond de puits pour une pression de gisement donnée) et l'AOFP † (Absolute Open Flow Potential), il est nécessaire de disposer, d'un point de vue théorique, d'au moins deux débits différents  et, d'un point de vue pratique, d'au moins quatre débits différents. En effet l'effet partial dépend du débit (il est de la forme S' = S + Dq) et il faut donc disposer de plusieurs débits pour évaluer cette dépendance (figure 15). Pour ce faire on utilise généralement l'une des procédures de test pour puits à gaz ci­après :  le back pressure test  le test isochrone  le test isochrone modifié †

L'absolute open flow potential, appelé aussi en français "débit potentiel absolu du puits" est le débit que l'on aurait si l'on ne laissait en fond de puits que la pression atmosphérique (c'est donc un débit fictif supérieur à ce que peut réellement produire le puits puisque, en fond de puits, la pression sera toujours supérieure à la pression atmosphérique du fait en particulier du poids de la colonne de gaz et des pertes de charge dans le tubing).

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Principe de déroulement d'un essai de puits

3.5.1 Le back pressure test (figure 16) Il est caractérisé par plusieurs paliers de débit (en général 4) :  chacun à un débit constant,  chacun suffisamment long pour atteindre théoriquement le régime pseudo­permanent,  à 4 débits nettement différents si possible (pour lever toute ambiguïté sur le tracé de la droite, cf. figure 15),  les paliers étant choisis dans le sens croissant ou décroissant selon le contexte et les autres objectifs du test. En   cas   de  débit   croissant,   le   back   pressure  test   doit   impérativement   être   précédé   d'un dégorgement à un débit supérieur au débit maximum qui sera utilisé pendant le test afin d'être dans des conditions de nettoyage identiques pour chaque débit.

3.5.2 Le test isochrone (figure 17) Il est caractérisé par une succession de phases "débit­fermeture" (en général 4) :  chacun à un débit constant,  les temps de débit étant identiques pour chaque palier, le dernier étant prolongé jusqu'à atteindre le régime pseudo­permanent,  chaque temps de fermeture entre deux débits consécutifs étant suffisamment long pour que la pression en fond de puits remonte à chaque fois jusqu'à la pression initiale c'est­à­ dire la pression de gisement).

3.5.3 Le test isochrone modifié (figure 18) Il est caractérisé par une succession de phases "débit­fermeture" (en général 4) :  chacun à un débit constant,  les temps de débit étant identiques pour chaque palier, le dernier étant prolongé jusqu'à atteindre le régime pseudo­permanent,  chaque temps de fermeture entre deux débits consécutifs étant égal au temps d'un palier de débit.

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Principe de déroulement d'un essai de puits

Le déroulement est donc identique au test isochrone, si ce n'est que les temps de fermeture intermédiaires sont égaux aux temps de débit ; la pression en fond de puits lors des phases de fermeture ne remonte donc pas jusqu'à la pression initiale.

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CHAPITRE 4 SYNTHÈSE DES RÉSULTATS ATTENDUS D'UN ESSAI DE PUITS ET CONCLUSION

4.1 Synthèse des résultats attendus d'un essai de puits Les résultats attendus d'un essai de puits sont de deux sortes :  les données relatives aux fluides du réservoir,  les caractéristiques du réservoir et des abords du puits. Toutes les deux sont évaluées ou calculées à partir des informations obtenues directement sur site.

4.1.1 Informations recueillies sur site 4.1.1.1 Informations obtenues en fond de puits  Échantillon(s)   de   fluide   du   réservoir   piégé   aux   conditions   de   fond   à   l'intérieur   des échantillonneurs de fond.  En cas de non débit en surface, une certaine quantité d'huile brute récupérée et analysée pendant   la   circulation   inverse   (échantillonnage   à   la   pression   atmosphérique   et/ou chromatographie).  Enregistrement de la pression et de la température en fond de puits. 4.1.1.2 Informations obtenues en surface (dans le cas de débit en surface) a) Durant la période de débit  Pression et température en tête de puits.  Pression et température de séparation.  Débits d'huile, de gaz, d'eau

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Synthèse des résultats attendus d'un essai de puits et conclusion

 GOR, WOR.

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Synthèse des résultats attendus d'un essai de puits et conclusion

 Facteur de skrinkage de l'huile et densité de l'huile de stockage.  BSW (Basic Sediment and Water) : teneur en sédiment et en eau de la phase liquide.  Densité du gaz sortie séparateur.  Analyse chromatographique du gaz.  Masse volumique et salinité de l'eau.  Échantillons en pression de l'huile et du gaz. Ces  échantillons  sont  prélevés   à  la sortie  du séparateur  pendant  la  période de  débit stabilisé. Ils sont recombinés en laboratoire en vue de faire une étude PVT complète. b) Pendant la période de fermeture  Pression en tête de puits.

4.1.2 Résultats en laboratoire En laboratoire, les caractéristiques complétées du fluide de gisement sont déterminées dans les   conditions   de   fond   et   de   surface.   Les   études   sont   menées   soit   directement   sur   des échantillons de fond soit après recomposition à partir des échantillons d'huile et de gaz pris à la sortie du séparateur. La connaissance de ces caractéristiques est fondamentale :  pour définir et optimiser au mieux les installations de traitement nécessaire lors de la phase de développement du champs,  pour connaître la valeur marchande des produits ainsi élaborés. 4.1.2.1 Dans les conditions de réservoir Les principales caractéristiques sont :  la composition précise du fluide ;  les propriétés thermodynamiques, et en particulier : ­ la pression de bulle (ou de rosée) à la température de fond, ­ la température et la pression critique (Tc et Pc), ­ le facteur de surcompressibilité Z du gaz dans le réservoir, ­ la compressibilité des différentes phases, ­ la viscosité des différentes phases,

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Synthèse des résultats attendus d'un essai de puits et conclusion

­ le pourcentage de gaz libre en fonction de la pression à la température de gisement

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Synthèse des résultats attendus d'un essai de puits et conclusion

4.1.2.2 Aux conditions de surface Aux conditions de surface, les caractéristiques souvent données sont les suivantes :  caractéristiques   précises   de   l'huile   de   stockage   (°API,   viscosité   en   fonction   de   la température, tension de vapeur REID, pourcentage total de paraffine, …) ;  FVF (Formation Volume Factor) c'est­à­dire le volume occupé dans les conditions de gisement par un mètre d'huile de stockage et le gaz dissous correspondant.

4.1.3 Résultats   gisement   calculés   ou   estimés   à   partir   des   informations recueillies sur site  Pression initiale du réservoir. Elle est obtenue de deux manières : ­ par lecture directe des enregistreurs lors de la fermeture initiale, ­ par lecture ou extrapolation de la courbe de remontée de pression lors de la fermeture finale.  Perméabilité de la formation et effet partial (skin factor). Ces résultats sont obtenus par interprétation de la remontée de pression (ou de la période de débit).  Indice de productivité (pour un puits à huile) ou courbe de délivrabilité et AOFP (pour un puits à gaz). Dans la mesure où l'écoulement n'est pas de type permanent l'indice de productivité (IP) ne peut pas être calculé directement à partir du débit et des pression mais doit être déduit hk

des grandeurs tirées de l'interprétation du build­up (   et S en particulier).  Rayon d'investigation.  Hétérogénétités du réservoir, limites, … La connaissance de ces éléments est fondamentale pour déterminer ou optimiser le profil de production du champs en corrélation avec :  le nombre et la position du puits,  les moyens de production assistée et/ou activée à mettre en œuvre.

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Synthèse des résultats attendus d'un essai de puits et conclusion

4.2 En conclusion Un essai de puits est une opération délicate qui doit être préparée avec soin afin :  d'obtenir le maximum d'informations sûres,  de travailler avec le maximum de sécurité. Le programme doit clairement définir les objectifs de l'essai et établir un ordre de priorité afin d'avoir recueilli les informations principales même si il se révélait impossible de mener le programme d'essai jusqu'à sa fin. Il   faut   noter   toutes   les   informations   relatives   au   déroulement   effectif   de   l'essai   (en particulier   l'habillage   des   diagrammes   doit   être   fait   sur   le   chantier   dans   la   foulée   de l'opération). De   nombreuses   personnes   (représentants   de   différentes   entités   du   maître   d'œuvre, personnel   du   contracteur   de   forage,   personnel   d'une   ou   de   plusieurs   sociétés   de   services spécialisées) sont impliquées dans le déroulement d'un essai de puits. Il est donc fondamental de bien définir :  les objectifs principaux,  la tâche et la responsabilité de chacun.

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FIGURES

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Les essais de puits

FIG. 1 : Types de test

a : EN TROU OUVERT

b : "BARE FOOT"

c : EN TROU CUVELÉ

d : SÉLECTIF : straddle test (trou ouvert ou cuvelé)

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FIG. 2 : Composants de base d'une garniture de test (1/2)

(a)

(b)

(c)

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Les essais de puits

FIG. 2 : Composants de base d'une garniture de test (2/2)

(d)

(e)

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FIG. 3 : Garniture typique de test en trou ouvert avec tester mécanique MFE† (MFE : Multi-Flow Evaluator) †

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équipement Schlumberger

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FIG. 4 : BOBTAIL† PACKER †

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équipement Schlumberger

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FIG. 5 : MFE† (Multi-Flow Evaluator) †

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équipement Schlumberger

Les essais de puits

FIG. 6 : Garniture typique de test en trou cuvelé avec tester opéré par la pression annulaire PCT† (PCT : Pressure Controlled Tester) †

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équipement Schlumberger

Les essais de puits

FIG. 7 : POSITEST† PACKER †

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équipement Schlumberger

Les essais de puits

FIG. 8 : FB PCT† (Full Bore Pressure Controlled Tester) †

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équipement Schlumberger

Les essais de puits

FIG. 9 : Test à partir d'un support flottant

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FIG. 10 : EZ TREE† (subsea test tree) & Lubricator Valve† / Retainer Valve† †

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équipement Schlumberger

Les essais de puits

FIG. 11 : Disposition du matériel de surface (test en mer à partir d'un support flottant)

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Les essais de puits

FIG. 12 : Pressions dans le puits à considérer

Pg = pression de gisement Ph = pression hydrostatique exercée par le fluide de forage ou de complétion Pc = pression due au coussin de liquide placé (lors de la descente de la garniture) au-dessus du tester en position fermée Pf = pression en fond de puits au cours du test

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Les essais de puits

FIG. 13 : Déroulement d'un test de courte durée (cas d'un coussin partiel)

 descente de la garniture de test et ancrage du packer  pré­débit (tester ouvert)  fermeture initiale (tester fermé)  pression initiale (pression vierge)

 débit principal (tester ouvert)  fermeture finale (tester fermé) 

build­up



hk

P*,   , S

 desancrage du packer et remontée de la garniture de test ; pour cela : ­ ouverture de la vanne d'égalisation et squeeze par l'annulaire ­ ouverture du dispositif de circulation inverse et circulation

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Les essais de puits

FIG. 14 : Déroulement d'un test à huile de longue durée (cas d'un coussin jusqu'en surface)

 dégorgement de puits  fermeture initiale, descente des outils pour la lecture en surface  débit principal (draw down)  fermeture pour enregistrement du build­up  débit réduit pour échantillonnage

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Les essais de puits

FIG. 15 : Déroulement d'un test à gaz influence du débit sur l'effet partial

S' = S + Dq

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Les essais de puits

FIG. 16 : Déroulement d'un test à gaz Back pressure test

 dégorgement  fermeture initiale  période de débit : ­ quatre débits différents et stabilisés ­ chacun suffisamment long pour atteindre le régime pseudo­permanent

 fermeture finale

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Les essais de puits

FIG. 17 : Déroulement d'un test à gaz Test isochrone

 dégorgement  fermeture initiale  période isochrone : ­ quatre débits de durée égale ­ débit final prolongé jusqu'à atteindre le régime pseudo­permanent ­ fermetures   entre   deux   débits   consécutifs   suffisamment   longues   pour   avoir recompression jusqu'à la pression initiale

 fermeture finale

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FIG. 18 : Déroulement d'un test à gaz Test isochrone modifié

 dégorgement  fermeture initiale  période isochrone modifiée : ­ quatre débits de durée égale ­ débit final prolongé jusqu'à atteindre le régime pseudo­permanent ­ fermetures entre deux débits consécutifs égales à chaque temps de débit

 fermeture finale

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Les essais de puits

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