Garniture de Forage

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La garniture de forage

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SOMMAIRE 1. LES TIGES 1.1.

Rôles

1.2.

Caractéristiques

   

Le diamètre nominal Le grade La gamme Le poids nominal

1.3.

Fabrication

1.4.

Classification

1.5.

Les tool-joints

1.6.

Identification des tiges et tool-joints

1.7.

Usure des tool-joints

1.8.

Recommandations pour l’utilisation des tiges

2. LES TIGES LOURDES 2.1.

Formes

2.2.

Fabrication

3. LES MASSE – TIGES Rôles 3.1.

Filetages

3.2.

Différents types de masse-tiges

3.3.

Importance du couple de blocage

3.4.

Entretien des masse – tiges

3.5.

La poussée d’Archimède

4. LES STABILISATEURS 4.1.

Technologie

4.2.

Stabilisation en trou vertical

4.3.

Stabilisation en forage dirigé

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Le forage rotary exige l'utilisation d'un arbre de forage creux appelé garniture, qui a pour principales fonctions : - D'entraîner l’outil en rotation, - D'y appliquer un certain effort, - D'y apporter l’énergie hydraulique nécessaire à l'évacuation des déblais. Une garniture de forage est constituée des principaux éléments suivants : - Les tiges de forage, - Les tiges lourdes, - Les masse-tiges. 1. Les tiges 1.1. Rôles Les tiges de forage (figure 1) permettent la transmission de la rotation de la table à l’outil et le passage du fluide de forage jusqu’à ce dernier.

Joint femelle

Corps

Figure 1 : Tiges de forage

Joint mâle

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Elles doivent travailler en tension pour éviter leur frottement contre les parois du puits, qui peuvent causer leur usure et les éboulements des parois, et la déviation.

1.2. Caractéristiques Le diamètre nominal : Représente le diamètre extérieur du corps de la tige, exprimé en pouces. Le grade : Détermine la qualité de l'acier et donne la résistance de la tige à la traction et la torsion. Lorsqu'une tige subit un effort de traction, elle s'allonge (figures 2 et 3) ; si on ne dépasse pas une certaine valeur et si on relâche la force, la tige revient à sa position initiale : on dit que l'acier a travaillé dans le domaine élastique. La limite élastique (contrainte maximale admissible) est le rapport de la traction maximale (au delà de laquelle on sort du domaine élastique) sur la section du corps de la tige. Les grades d'acier normalisés sont : D55 - E75 - X95 - G105 - S135.

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Figure 3 :

Figure 2 :

Limite élastique

Limite élastique

La gamme : Caractérise la longueur des tiges. Il existe 3 gammes de longueur de tige : - gamme 1 : 5,50 m à 6,70 m (18' à 22'), - gamme 2 : 8,25 m à 9,15 m (27' à 30'), - gamme 3 : 11,60 m à 13,70 m (38' à 45'). Le poids nominal : Exprimé en livres par pied, il indique le poids du corps de la tige sans les tool-joints. 1.3. Fabrication Les tiges de forage sont des tubes d'acier au carbone étirés sans soudure. Leurs extrémités sont refoulées (figure 4) : - soit intérieurement (internal upset ou IU) - soit extérieurement (external upset ou EU) - soit de manière mixte (internal - external upset ou IEU).

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IU

EU

IEU

Figure 4 : Limite élastique

Des joints sont raccordés à ces extrémités soit par vissage, soit par soudage.

1.4. Classification La classe d'une tige définit son degré d'usure après utilisation, donc la diminution de sa section qui entraîne celle de ses caractéristiques mécaniques. L'API a défini les classes de tiges comme suit : Classe 1 : marquée d’une bande blanche. Les tiges de cette classe sont neuves (aucune trace d’usure). Classe supérieure (premium) : marquée de deux bandes blanches. L'usure est caractérisée par : - réduction uniforme de l'épaisseur de 20%, - réduction excentrique de l'épaisseur de 20%, - la section est calculée en fonction de la réduction uniforme de l'épaisseur de 20%.

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Institut Algérien du Pétrole Classe 2 : marquée d’une bande jaune. L'usure est caractérisée par : - réduction uniforme de l'épaisseur de 20%, - réduction excentrique de l'épaisseur de 35%, - la section est calculée en fonction de la réduction uniforme de l'épaisseur de 20%. Classe 3 : marquée d’une bande orange. L'usure est caractérisée par : - réduction uniforme de l'épaisseur de 37.5%, - réduction excentrique de l'épaisseur de 45%, - la section est calculée en fonction de la réduction uniforme de l'épaisseur de 37.5%. Classe 4 : marquée d’une bande verte. Plus usée que la classe 3. Une tige rebutée est marquée d'une bande rouge. Remarque :  Une tige fissurée doit être marquée d'une bande rouge et ne peut plus être utilisée.  Une usure excentrique est une usure donnant une surface externe cylindrique dont l'axe est excentré par rapport à l'axe du cylindre intérieur.

1.5. Les tool-joints Ce sont des joints (figure 5) qui assurent la liaison entre les tiges. Ils sont soudés et/ou vissés au corps de tiges. Ils sont caractérisés par leur diamètre extérieur, leur filetage et le diamètre nominal de leur filetage. Ali TAREB

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Ils peuvent être rechargés extérieurement pour être protégés contre l'usure excessive.

Tool-joint mâle

Tool-joint femelle

Figure 5 : Tool-joints

Remarque : c'est sur les tool-joints que sont placées les clés de forage pour les opérations de vissage et de dévissage. Il existe plusieurs types de tool-joints : Regular (Reg) : Se monte généralement sur des tiges IU (ou IEU pour les dimensions les plus élevées). Le passage intérieur est inférieur à celui du refoulement intérieur. Les tool-joints regular qui ne permettaient pas le passage de certains instruments, ont pratiquement été abandonnés pour les tiges. Seul le filetage regular a été conservé pour les masse tiges ou les outils de forage.

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Institut Algérien du Pétrole Full Hole (FH) : Se monte sur des tiges IU (ou IEU pour les dimensions les plus élevées). Le passage intérieur est sensiblement égal à celui du refoulement intérieur. Les tool-joints FH ont été pratiquement abandonnés pour les tiges depuis l'apparition des tooljoints internal flush (IF), sauf en dimension nominale 4" qui est apparu en dernier et où le filetage a le même profil, même conicité et même pas que le filetage IF. Par contre, le filetage FH a été conservé pour les masse tiges et les outils de forage. Internal Flush (IF) : Le plus utilisé actuellement, il se monte sur des tiges EU (ou IEU pour les dimensions les plus élevées). Le passage intérieur des tool-joints est sensiblement égal à celui des tiges. Tool-joint API à connexion numérotée (API numbered rotary shouldered connections) : Ce filetage est utilisé pour les tool-joints et les masse tiges. Il a été adopté par l’API pour remplacer graduellement les autres types de filetages. La désignation de la dimension est un nombre de deux chiffres indiquant le diamètre exprimé en dixièmes de pouce (arrondi au dixième inférieur) de la connexion mâle au point de calibrage (gage point). Les connexions numérotées utilisent un filet en V ayant un sommet plat de 1,65 mm (0,065") et un fond arrondi de 0,96 mm (0,038"). Cette forme est désignée comme forme V-0,038 R. Elle s'accouple avec la forme V-0,065 qui est employée sur toutes les connexions IF et sur la connexion FH 4".

Connexions numérotées

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Correspondance

26

2"3/8 IF

31

2"7/8 IF

38

3"1/2 IF 9

Institut Algérien du Pétrole 40

43 FH

46

4"

50

4"1/2 IF

IF

La seule différence entre le filetage des connexions numérotées et celui de l’IF réside dans le fait que les fonds des filets du premier ne sont pas tronqués mais arrondis d’un rayon de 0,038 pouce. Tool-joints spéciaux non API : tels que les tool-joints frettés seal grip (de Hughes), super shrink grip (de Reed), et straight grip (de American Iron). 1.6. Identification des tiges et tool-joints Les tiges et tool-joints sont identifiés par les bandes de classification et celles de marquage de l'état du tool-joint 



Bandes de classification des tiges : Classe 1

: 1 bande blanche

Classe premium

: 2 bandes blanches

Classe 2

: 1 bande jaune

Classe 3

: 1 bande orange

Classe 4

: 1 bande verte

Rebut

: 1 bande rouge

Bande de marquage de l'état du tool-joint : Rebut ou réparation en atelier

: 1 bande rouge

Réparation sur chantier

: 1 bande verte

1.7. Usure des tool-joints Les tool-joints s'usent par frottement à l'intérieur des colonnes de tubage et dans le terrain. Quand leur diamètre extérieur atteint une cote d'alerte, ils doivent être changés.

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Pour retarder le rebut des tool-joints dû à l'usure extérieure, différents procédés sont utilisés. Tool-joints surdimensionnés Leur épaisseur étant supérieure à celle des tool-joints classiques, ils permettent de retarder l'apparition de la cote d'alerte. Les tool-joints extra-hole (XH) et les nouveaux tool-joints API, appartiennent à cette catégorie. A filetage correspondant, leur diamètre extérieur est légèrement supérieur à celui d'un tool-joint IF classique. Nota : Un tool-joint 4"1/2 XH possède le même filetage qu'un tool-joint 4" IF. Un tool-joint 5" XH possède le même filetage qu'un tool-joint 4"1/2 IF.

Durcissement de la surface externe des tool-joints Tool-joints stellités : Le procédé consiste à déposer un ou plusieurs anneaux de carbure de tungstène à la base du tooljoint femelle, hors de la prise des clés de serrage (figure 6). Si des tiges à tool-joints stellités sont utilisées dans une colonne de tubage, elles doivent être munies de protecteurs de tubage en caoutchouc (figure 8).

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Anneaux de stellite

Figure 6 : Tool-joint stellité

Tool-joints traités à haute fréquence La surface externe des tool-joints est durcie par le passage d'un courant à haute fréquence. Ce procédé est moins onéreux que le stellitage et présente moins de risque d'abîmer le tubage. 1.8. Recommandations pour l’utilisation des tiges Un certain nombre de ruptures des tiges pourrait être évité par l'application de certains contrôles et précautions : -

utiliser un poids de masse-tiges suffisant pour éviter que les tiges ne travaillent en compression ;

-

utiliser des tiges droites, surtout au-dessus des masse-tiges ;

-

établir une rotation périodique des tiges situées au-dessus des masse-tiges ;

-

éviter de débloquer les tiges à la table de rotation (surtout si le poids de la garniture de forage est faible) ;

-

éviter de créer des amorces de rupture en faisant des entailles avec les cales et les clés ;

-

placer les tool-joints à débloquer à une hauteur correcte au-dessus de la table de rotation pour éviter de tordre la tige au-dessus des cales ;

-

examiner les tiges périodiquement ou après une instrumentation au sonoscope ;

-

utiliser un raccord d'usure de tige d'entraînement en bon état ;

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nettoyer et graisser soigneusement les filetages et les portées planes d'étanchéité avec une graisse contenant en suspension un métal malléable (plomb, zinc, cuivre) qui s'interpose entre les filets et les portées en contact pour éviter le grippage ;

-

éliminer les bavures sur les portées des tool-joints avec un outil adapté ;

-

bloquer les filetages au couple recommandé ;

-

au cours des manœuvres, éviter le choc du bas du filetage mâle contre la portée du tooljoint femelle ;

-

rompre régulièrement les longueurs formées (sinon, risque d'ennuis pour débloquer les joints qui n'ont pas été débloqués depuis longtemps) ;

-

ne pas déplacer une tige stockée dans le mât en tapant sur la portée du tool-joint mâle ;

-

éviter, lors du rangement d’une longueur dans le gerbier, de cogner le filetage du tooljoint de la longueur à stocker contre la portée d’une autre déjà stockée ;

-

mettre systématiquement des protecteurs de filetage (figure 7) pour le transport et le stockage ;

-

éliminer les tiges dont les tool-joints ont atteint la cote d'alerte ;

-

les tiges à joints stellitées au droit du tubage doivent être munies de protecteurs de tubage en caoutchouc (figure 8) ;

-

ne pas tirer sur les tiges au-delà de la limite élastique en utilisant un coefficient de sécurité qui tient compte de l'état des tiges ;

-

les filetages des tool-joints doivent être nettoyés intérieurement et extérieurement au moyen du jet d'eau ;

-

le filetage femelle doit être nettoyé et graissé au moment de la remontée pendant la descente de l'élévateur à vide, le filetage mâle est nettoyé avec le jet d'eau une fois la tige gerbée. Au cours de la descente, on a ainsi un filetage femelle déjà nettoyé et graissé et un filetage mâle nettoyé qu'il faut graisser à nouveau à la descente.

Tous les membres de l’équipe doivent inspecter les tiges durant la remontée, pour détecter une éventuelle anomalie. Cette opération exige que les tiges soient propres, ce qui nécessite leur nettoyage durant la remontée. Ce nettoyage se fait soit à l’eau, soit en utilisant un essuie tiges. Parfois, l'eau est interdite parce qu’elle agit sur les caractéristiques de la boue.

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Institut Algérien du Pétrole La graisse pour filetages de tool-joints est un matériau d'entretien et de protection essentiel. Elle doit être conservée à l'abri de la boue, des poussières, etc..., dans des récipients munis de couvercles. Elle doit être bien répartie sur le filetage et en quantité suffisante, mais sans exagération.

Figure 7 :

Figure 8 :

Protecteurs de filetage

Protecteurs de tubages

2. Les tiges lourdes Les tiges lourdes ont une flexibilité plus grande que celle des masse tiges et plus petite que celle des tiges normales.

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Institut Algérien du Pétrole Dans les forages verticaux, les tiges lourdes sont fréquemment utilisées comme intermédiaires entre les masse-tiges et les tiges. Il y a à ce niveau une variation de section occasionnant des contraintes plus élevées (flexion plus grande, vibrations). On utilise donc avantageusement une, deux ou trois longueurs de tiges lourdes, entre les masse-tiges et les tiges, chaque fois que les conditions de forage sont difficiles. Dans les forages dirigés, les tiges lourdes sont utilisées soit au sommet des masse-tiges, soit parfois en les remplaçant totalement. Dans ce dernier cas la flexibilité sera suffisante pour que l'outil continue dans la direction donnée par l'amorce de déviation. Avant les tiges lourdes, on utilisait des tiges de forage normales. Malheureusement, ces dernières ont une résistance au flambage insuffisante. Comme elles travaillaient en compression, les ruptures étaient fréquentes et nombreuses. L'utilisation des tiges lourdes a grandement amélioré les opérations, surtout en forage dirigé. 2.1. Formes Les diamètres extérieurs des tool-joints sont surdimensionnés par rapport à ceux des tool-joints des tiges (figure 9). Elles comportent en plus un renflement central dont le diamètre est généralement égal à celui des tool-joints diminué de 3/4 à 1". Comme pour les tiges, l'épaulement du tool-joint femelle est carré ou conique à 18°. Le diamètre intérieur est généralement intermédiaire entre le diamètre des tool-joints et celui des masse-tiges.

Figure 9 : Tige lourde

2.2. Fabrication

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Institut Algérien du Pétrole Les tiges lourdes peuvent être obtenues par usinage d'une masse-tige, ou à partir d'un ou deux éléments tubulaires laminés à chaud qui constitueront la partie centrale. Les tool-joints sont soudés aux extrémités. L'acier utilisé est le même que celui des masse-tiges et des tool-joints. La partie centrale peut être un acier à plus bas carbone traité pour obtenir une résistance comparable à celle des masse-tiges. Les tool-joints et le renflement central sont généralement protégés contre l'usure par le dépôt de plusieurs bandes de rechargement dur (hard facing). 3. Les masse – tiges 3.1. Rôles Les masse-tiges (figure 10) permettent de :  mettre du poids sur l'outil pour éviter de faire travailler les tiges de forage en compression. Le poids utilisable des masse-tiges ne devra pas excéder 80% de leur poids total dans la boue ;  jouer le rôle du plomb du fil à plomb pour forer un trou aussi droit et vertical que possible. Elles ne rempliront pleinement ces conditions que si elles sont aussi rigides que possible donc aussi largement dimensionnées que possible.

Figure 10 : Masse tiges

3.2. Caractéristiques Une masse-tige est caractérisée par :

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ses diamètres extérieur et intérieur. Le diamètre intérieur est normalisé par l'API en fonction du diamètre extérieur. Lorsqu'il y a un choix possible, il est avantageux de choisir le plus petit diamètre intérieur de façon à augmenter la résistance de la connexion filetée ;

-

son type et son diamètre de connexion filetée (Reg - FH - IF - NC) ;

-

son profil : lisse, spiralé ou carré.

3.3. Filetages Les filetages des masse-tiges sont coniques pour deux raisons : -

un filetage conique a une plus grande résistance,

-

un filetage conique offre de grandes facilités et une plus grande rapidité de vissage ou de dévissage (bon alignement non nécessaire, obtention du blocage sans avoir à effectuer autant de tours que le filetage comporte de filets).

Par ailleurs ces filetages comportent un épaulement permettant d'assurer l'étanchéité entre les masse-tiges. Les filetages les plus couramment utilisés sont : -

Internal Flush (IF),

-

Regular (Reg),

-

Full Hole (FH).

Ils diffèrent essentiellement par le profil du filet, la conicité et la longueur de la partie filetée. Les filetages des masse-tiges sont épaulés et les contraintes qui passent d'une masse-tige à une autre sont transmises pour 60 % environ par les épaulements et 40 % par les filetages. Profil des filetages Le profil des filets est du type V0.040 jusqu'à 4"1/2 Reg inclus et V0.050 à partir du 5"1/2 Reg. Il est du type V0.040 pour le 3"1/2 et le 4"1/2 FH, V0.050 pour le 5"1/2 et le 5"6/8 FH, et V0.065 pour le 4" FH. Tous les filetages IF sont de type V0.065.

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Institut Algérien du Pétrole Le profil V0.038 R est le profil V0.065 dans lequel le plat dans le creux des filets a été remplacé par une courbure de rayon 0.038". A dimension et conicité égales, un profil V0.065 est interchangeable avec un profil V0.038 R. Avantages et inconvénients des différents profils Le faible rayon à fond des filets de profils V0.040 et V0.050 crée un effet d'entaille qui diminue la résistance à la fatigue. Le profil V0.065 est meilleur et le profil V0.038 R, est encore meilleur. Le filetage Hughes H90 comporte un filet à 90° au lieu de 60 avec un rayon important dans le creux des filets. L'effet d'entaille est diminué par l'importance du rayon à fond des filets et par l'ouverture de ces filets (angle à 90°). Ces filetages sont surtout utilisés dans les terrains durs (vibrations) et les trous déviés qui étaient à l'origine de nombreuses ruptures de filetages. Actuellement, les filetages NC ont remplacé les H90 dans les forages difficiles. Ils sont utilisés sur des masse-tiges définies par les 2 lettres NC, suivies de 2 groupes de 2 chiffres. Exemple : NC 46-65 : - NC signifie : Numbered Connexion, - 46 est le numéro de la connexion, - 65 signifie 6"1/2 de diamètre extérieur. Il s'agit donc d'une masse-tige de 6"1/2 de diamètre extérieur, filetée NC 46. Equilibrage des filetages -

Une masse-tige doit avoir des filetages mâle et femelle équilibrés, c'est-à-dire que la résistance du filetage mâle doit être sensiblement égale à celle du filetage femelle.

3.4. Différents types de masse-tiges Masse tiges classiques

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Masse tiges lisses : elles sont lisses sur toute leur longueur (figure 11). L’utilisation du collier de sécurité pour leur manœuvre dans le puits est obligatoire.



Masse tiges à rétreints : deux retreints sont usinés dans la partie supérieure (figure 12) pour permettre l’utilisation de la cale et l’élévateur sans collier de sécurité.

Rétreint pour l’élévateur Figure 11 :

Figure 12 :

Masse tige lisse

Masse tige à rétreints

Rétreint pour la cale

Masse tiges à extrémités soudées Masse tiges à partie centrale surdimensionnée Utilisées dans les grosses dimensions, elles assurent un meilleur guidage et une meilleure rigidité d'où moins de tendance à dévier. La partie supérieure est réduite pour permettre le repêchage par l'extérieur avec un overshot standard et l'utilisation de filetages courants, donc de couples de serrage acceptables. On peut utiliser trois masses tiges de ce type si la différence entre partie centrale et extrémité réduite est grande et entre six et neuf si la différence est moins importante. Ali TAREB

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Masse tiges carrées Ayant une rigidité importante et un très bon guidage dans le trou (jeu 1/32" seulement), elles sont utilisées pour supprimer les dog legs et diminuer la déviation. Les angles sont rechargés par un composite carbure-diamant pour éviter leur usure dans les terrains abrasifs. On n'utilise jamais plus d'une masse-tige carrée dans un trou. Cette masse-tige doit être placée au-dessus d'un aléseur, placé lui même directement sur l'outil. La présence de cet aléseur est indispensable car, étant donné le faible jeu de la masse-tige carrée dans le trou, il y aurait coincement en cas de perte de diamètre de l'outil. Cet aléseur devra être du type à rouleaux droits (non inclinés), possédant des picots en carbure de tungstène pour obtenir un parfait calibrage du trou. Masse tiges spiralées Elles réduisent le risque de coincement par pression différentielle en diminuant la surface de contact masse-tige/trou (figure 13). Leur masse est d'environ 4% inférieure à celle des massetiges classiques. Elles existent en deux profils : 

Profil SHELL (Sine drill collars) : la section est un triangle curviligne dont les sommets sont tronqués par le cercle du diamètre extérieur.



Profil FOX (No Wall Stick drill collars) : comporte 3 plats pour les diamètres jusqu'à 6" 7/8 et 9 plats groupés 3 par 3 pour les diamètres supérieurs.

Ce profil est généralisé dans le monde entier.

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Profil Shell

Profil Fox pour diamètres jusqu’à 6" 7/8

Profil Fox pour diamètres supérieurs à 6" 7/8

Figure 13 :

Masse tiges amagnétiques

Masse tige spiralées

Elles sont utilisées lorsqu'on veut faire des mesures de déviation avec une référence par rapport au nord magnétique. Ces masse-tiges sont de forme cylindrique. On n’en utilise qu’une seule, placée directement au-dessus de l'outil et centrée par un stabilisateur à sa partie supérieure. Les aciers utilisés pour la fabrication de ces masse-tiges sont : -

le Monel ou K-Monel, alliage à faible teneur en fer et à très haute teneur en nickel,

-

acier chrome-manganèse, composé de carbone, chrome et manganèse.

Les masse-tiges amagnétiques et leurs filetages ne pourront pas être inspectés par les méthodes classiques utilisant le magnétisme. L'inspection est du type ultrasonique si elle se fait à l’usine, et par ressuage si elle se fait sur le chantier. Le ressuage est la pulvérisation d’un pénétrant sur la pièce après un dégraissage parfait avec un solvant du type trichloréthylène ou acétone. Ce pénétrant s'introduit dans les fissures les plus fines. Un second nettoyage avec le même solvant enlève l'excès de pénétrant. Un révélateur est pulvérisé à son tour sur la pièce. Une faible quantité de pénétrant est exsudée par les fissures les plus fines et marque sur le révélateur l'emplacement des fissures. 3.5. Importance du couple de blocage Les filetages travaillent en flexion alternée. Si le blocage est insuffisant, il y a décollage des portées (perte d'étanchéité, grippage, rupture du filetage mâle).

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Institut Algérien du Pétrole Le couple de blocage doit être suffisant pour permettre une pression de contact assez grande pour éviter le décollage des portées dans le puits. Il dépend du coefficient de frottement des filets les uns sur les autres. Un filetage ou un épaulement rouillé ou légèrement grippé augmente considérablement le coefficient de frottement (de 0,08 à 0,20) et en conséquence, si on passe de 0,08 à 0,16 par exemple, le couple de serrage doit être à peu près doublé pour obtenir la même pression sur les épaulements. Dans le cas contraire, le filetage sera détruit rapidement par insuffisance de couple de serrage. Si le coefficient de frottement passe de 0,08 à 0,20, le couple de serrage doit être multiplié par 2,4 environ. Le même raisonnement s'applique également si la graisse est polluée (boue, gravier, limaille, etc...) ou de mauvaise qualité. La meilleure graisse pour masse-tiges est la graisse à base de plomb métallique. La pression des épaulements l'un sur l'autre est de plusieurs milliers de kgf/cm², c’est pourquoi il y a grippage lorsque le lubrifiant n'est pas de bonne qualité. Ainsi apparaît toute l'importance du repolissage des épaulements qui enlève la rouille et les irrégularités. On sera ainsi certain que le couple de serrage appliqué se traduira bien par une pression suffisante des épaulements l'un sur l'autre et ne se perdra pas en frottements parasites. 3.6. Entretien des masse – tiges Les précautions suivantes permettent de limiter les risques de rupture : -

les filetages et les épaulements doivent être nettoyés, graissés puis équipés de protecteurs avant manutention, stockage ou transport,

-

repolir si nécessaire les épaulements,

-

meuler les bavures sur les épaulements,

-

appliquer les couples de serrage corrects,

-

utiliser une graisse adaptée à base de plomb,

-

mesurer régulièrement le diamètre des masse-tiges pour choisir, en cas de rupture, les coins de repêchage,

-

réaliser périodiquement un magnafluxage : première inspection après 2000 heures de service ensuite à 3000 heures et après toutes les 500 heures pour déceler les éventuelles fêlures de fatigue au droit des filetages mâles et femelles où se produisent les ruptures,

-

il est conseillé de rebloquer tous les joints aux deux premières remontées.

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Institut Algérien du Pétrole Si au blocage : . la rotation est importante avec expulsion de boue ou d'eau : dévisser, nettoyer, graisser et rebloquer au couple, . la rotation est faible avec ou sans expulsion de graisse : rebloquer au couple sans dévisser. 3.7. La poussée d’Archimède Tout corps plongé dans un liquide subit une poussée de bas vers le haut, égale au poids du liquide déplacé. Dans le cas d'un tube creux comme la garniture de forage dans le puits, la poussée d'Archimède est : Pa =  x (D² - d²) x h x  / 4 Dans le cas d'un tube bouché comme la colonne de tubage descendue dans le puits sans remplissage, la poussée d'Archimède est : Pa =  x Dc² x h x  / 4 L'indicateur de poids indique le poids de la garniture de forage ou la colonne de tubage réel augmenté du poids du moufle et ses accessoires et diminué de la poussée d'Archimède. Afin d'éviter de calculer le poids de la boue déplacée pendant la descente de la garniture de forage ou la colonne de tubage, il a été introduit la notion de facteur de flottabilité qui est : F f = (7.85 - d)/7.85 Avec : Pa = poussée d'Archimède

D = diamètre extérieur de la tige

d = diamètre intérieur de la tige

Dc = diamètre extérieur du tubage

r = masse volumique de la boue

Ff = facteur de flottabilité

7.85 = densité de l'acier

d = densité de la boue

4. Les stabilisateurs On appelle forage vertical, par opposition au forage dirigé, tout forage implanté à la verticale de son objectif, la déviation maximale admissible étant limitée pour atteindre la cible. C'est le cas de la plupart des forages d'exploration.

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Institut Algérien du Pétrole Un outil n'a pas normalement tendance à forer verticalement. Afin de limiter et de contrôler la déviation d'un puits, on intègre dans la garniture de forage des stabilisateurs dont on choisit le nombre, le dimensionnement et la position pour répondre au mieux aux problèmes posés. 4.1. Technologie Un stabilisateur (figure 14) est une pièce comportant un corps cylindrique équipé de trois lames à sa périphérie. Dans le puits, les lames prennent appui sur les parois et permettent ainsi d'assurer un meilleur guidage et un meilleur centrage de la garniture. Il existe de nombreux types de stabilisateurs dont l'efficacité dépend de la nature des terrains plus ou moins tendres sur lesquels les lames doivent prendre appui et de la surface de contact de ces lames avec les parois. Les constructeurs proposent toute une gamme de stabilisateurs qui diffèrent essentiellement par la forme des lames et leur mode d'assemblage sur le corps : -

ces lames peuvent être droites et verticales, droites et obliques ou hélicoïdes,

-

elles peuvent être soit directement fraisées (intégral blades), soit soudées (welded), soit solidaires d'une chemise amovible (interchangeable sleeve).

-

les surfaces extérieures peuvent être soit rechargées avec un alliage au carbure de tungstène, soit munies de pastilles (inserts) de carbures de tungstène, soit dans certains cas comporter des patins d'usure vissés.

Il existe également : - des stabilisateurs à chemise en caoutchouc non rotative utilisés dans les terrains durs, - des stabilisateurs à surfaces de contact importantes utilisés en stabilisateur d'outil (near bit), - des stabilisateurs sous dimensionnés utilisés en forage dirigé, présentant un recouvrement maximal des lames.

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Stabilisateur à chemise en caoutchouc non rotative

Stabilisateur à lames droites et obliques

Stabilisateur à lames hélicoïdales

Figure 14 : Stabilisateurs

4.2. Stabilisation en trou vertical Le but d'une bonne stabilisation en trou vertical est de : -

maintenir un angle de déviation le plus faible possible,

-

permettre un certain poids sur l'outil,

-

garantir un diamètre correct du trou,

-

éviter le collage par pression différentielle des masse-tiges.

Trois types de garnitures sont utilisés : -

la garniture packed hole (figure 15) : comporte un stabilisateur sur l'outil, un deuxième à environ 3 m au-dessus (masse-tige courte) et deux ou trois autres intégrés dans le train de masse-tiges. C’est une garniture très rigide permettant de forer avec des poids élevés et des inclinaisons ou des risques d'augmentation de la déviation réduits.

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la garniture pendulaire (figure 16) : comporte un seul stabilisateur situé à deux ou trois masse-tiges au-dessus de l'outil. Cette garniture est plus souple et permet, en choisissant judicieusement la position du stabilisateur au-dessus de l'outil, de combattre la tendance à la déviation ou même de diminuer l'inclinaison. Des modèles de simulation de comportement de la garniture permettent d'optimiser le positionnement des stabilisateurs et d'améliorer l'efficacité du contrôle de la déviation.

-

la garniture lisse (sans stabilisateur) (figure 17) : elle n'est utilisée que dans le cas de reforage à l'intérieur des tubages, car son emploi dans des puits avec tendance de déviation nécessite un poids sur l'outil limité, au détriment de l'avancement, et crée un trou en hélice mal calibré, donc des risques de reforage et de coincement.

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Figure 15 :

Figure 16 :

Figure 17 :

Garniture packed hole

Garniture pendulaire

Garniture lisse

4.3. Stabilisation en forage dirigé Dans le cas du forage dirigé, les stabilisateurs en plus de leur rôle de centrage et de guidage supportent le poids de la garniture. Puisqu'on ne dispose pas de stabilisateurs non rotatifs mécaniquement satisfaisants, on choisira en forage dirigé des stabilisateurs qui soient aussi peu agressifs que possible, afin d'éviter l'érosion des parois. Les stabilisateurs utilisés présentent donc en général de grandes surfaces de contact (recouvrement ou élargissement des lames). La position des stabilisateurs dans le train de masse-tiges ainsi que leurs diamètres est prépondérant. Il existe toute une série d'assemblages de fond choisis en fonction du résultat que l'on veut obtenir, c'est à dire : -

soit augmenter l'angle de déviation (build up),

-

soit le maintenir (lock up),

-

soit le diminuer (drop off).

Les modèles de simulations permettent d'aider à définir les assemblages de fond les mieux adaptés.

PROBLEMES PUITS Ali TAREB

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Institut Algérien du Pétrole Géologie : le terrain qu’on fore n’est pas homogène. Il est formé de plusieurs couches de roches différentes. Chaque roche a ses caractéristiques particulières et exige des méthodes et moyens particuliers pour être forée.

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Quelques exemples de roches : Les argiles fluentes : ce sont des argiles qui contiennent de l’eau. Elles ont la caractéristique de fluer et se manifester dans le puits lorsqu’on les fore, coinçant ainsi les tiges et l’outil. Afin d’éviter leur fluage, il faut augmenter la pression hydrostatique de la boue en augmentant sa masse volumique. Les argiles gonflantes : ce sont des argiles assoiffées qui gonflent au contact de l’eau et viennent coincer les tiges et l’outil. Pour éviter le gonflement de ces argiles, il faut, entre autres, utiliser une boue à base d’huile. Les sels : ils se dissolvent dans l’eau de la boue, ce qui crée des cavages, entraînant des éboulements des terrains qui vont coincer les tiges et l’outil. Afin d’éviter la dissolution des sels, on utilise une boue à base d’huile ou une boue à base d’eau préalablement saturée en sel (boue salée saturée). Les pertes de boue : il est indispensable que le puits reste en permanence rempli de boue. Ceci permet de maintenir une pression suffisante pour retenir les effluents dans leur réservoir et les argiles fluentes pour les empêcher de s’introduire dans le puits. La boue permet également de maintenir les parois du puits et éviter leur effondrement. Mais si l’on fore une roche qui ne supporte pas la pression hydrostatique de la boue, cette dernière entre dans la roche et son niveau dans le puits chute, ce qui entraîne la chute de la pression qu’elle exerce sur les parois du puits et les effluents ou les argiles fluentes s’introduisent ainsi dans le puits, créant des venues ou des coincements. Pour éviter ce problème, il faut utiliser une boue qui exerce une pression sur la zone à pertes inférieure à la pression qui provoque cette perte. Les venues : lorsqu’on fore une roche contenant un effluent (eau, pétrole ou gaz), appelée « roche réservoir », il faut appliquer dessus une pression hydrostatique de la boue supérieure à la pression de l’effluent qu’elle contient. Pour augmenter la pression hydrostatique de la boue, on augmente sa masse volumique (appelée, sur chantier, « densité ») par l’ajout de la baryte.

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Institut Algérien du Pétrole Problèmes complexes : il est facile de forer une zone à perte seule, il suffit de diminuer la pression hydrostatique de la boue. Il est également facile de forer une zone à venue seule, il suffit d’augmenter la pression hydrostatique de la boue. Mais si on fore ces deux zones ensemble, en augmentant la pression hydrostatique de la boue, on tombe en perte et en la diminuant, on déclenche une venue. Dans de telles situations, on est obligé de forer les deux zones séparément : c’est à dire qu’il faut forer la première zone, puis on descend le tubage et on le cimente. On continue le forage avec un outil de diamètre inférieur au diamètre intérieur du tubage puis on descend un autre tubage et on le cimente. On dit alors qu’on fore le puits en plusieurs phases, chacune comprenant le forage et le tubage.

1ère phase

2ème phase

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A Hassi-Messaoud, on fore les phases suivantes : 

1ère phase : forage en 26’’ de 0 à 500 mètres, puis descente et cimentation du tubage 18’’5/8,



2ème phase : forage en 16’’ de 500 à 2300 mètres, puis descente et cimentation du tubage 13’’3/8,



3ème phase : forage en 12’’1/4 de 2300 à 3200 mètres, puis descente et cimentation du tubage 9’’5/8,



4ème phase : forage en 8’’1/2 de 3200 à 3320 mètres, puis descente et cimentation du tubage 7’’,



5ème phase : forage en 6’’ de 3320 mètres à la fin du forage, puis descente et cimentation du liner 4’’1/2.

Le programme de forage/tubage/boue : rédigé par l’ingénierie en fonction des difficultés prévues, il donne toutes les informations nécessaires pour la construction du puits : Emplacement du puits, Données géologiques, Côtes et diamètres des différentes phases (forage et tubage), Types et caractéristiques de la boue, Hauteurs à cimenter, Carottage, diagraphies, essais du puits.

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