La garniture de forage

Institut Algrien du Ptrole

La garniture de forage

SOMMAIRE

1. LES TIGES1.1. Rles1.2. Caractristiques Le diamtre nominal Le grade La gamme Le poids nominal 1.3. Fabrication1.4. Classification1.5. Les tool-joints1.6. Identification des tiges et tool-joints1.7. Usure des tool-joints1.8. Recommandations pour lutilisation des tiges

2. LES TIGES LOURDES2.1. Formes 2.2. Fabrication

3. LES MASSE TIGESRles3.1. Filetages 3.2. Diffrents types de masse-tiges3.3. Importance du couple de blocage3.4. Entretien des masse tiges 3.5. La pousse dArchimde

4. LES STABILISATEURS4.1. Technologie4.2. Stabilisation en trou vertical4.3. Stabilisation en forage dirig

Le forage rotary exige l'utilisation d'un arbre de forage creux appel garniture, qui a pour principales fonctions :- D'entraner loutil en rotation,- D'y appliquer un certain effort,- D'y apporter lnergie hydraulique ncessaire l'vacuation des dblais.

Une garniture de forage est constitue des principaux lments suivants :- Les tiges de forage,- Les tiges lourdes,- Les masse-tiges.

1. Les tiges

1.1. Rles

Les tiges de forage (figure 1) permettent la transmission de la rotation de la table loutil et le passage du fluide de forage jusqu ce dernier.

Joint femelle

Corps

Figure 1:Tiges de forage

Joint mle

Elles doivent travailler en tension pour viter leur frottement contre les parois du puits, qui peuvent causer leur usure et les boulements des parois, et la dviation.

1.2. Caractristiques

Le diamtre nominal : Reprsente le diamtre extrieur du corps de la tige, exprim en pouces.

Le grade :Dtermine la qualit de l'acier et donne la rsistance de la tige la traction et la torsion.Lorsqu'une tige subit un effort de traction, elle s'allonge (figures 2 et 3) ; si on ne dpasse pas une certaine valeur et si on relche la force, la tige revient sa position initiale: on dit que l'acier a travaill dans le domaine lastique.

La limite lastique (contrainte maximale admissible) est le rapport de la traction maximale (au del de laquelle on sort du domaine lastique) sur la section du corps de la tige.Les grades d'acier normaliss sont : D55 - E75 - X95 - G105 - S135.

Figure 2:Limite lastiqueFigure 3:Limite lastique

La gamme :

Caractrise la longueur des tiges. Il existe 3 gammes de longueur de tige :- gamme 1 : 5,50 m 6,70 m (18' 22'),- gamme 2 : 8,25 m 9,15 m (27' 30'),- gamme 3 : 11,60 m 13,70 m (38' 45').

Le poids nominal: Exprim en livres par pied, il indique le poids du corps de la tige sans les tool-joints.

1.3. FabricationLes tiges de forage sont des tubes d'acier au carbone tirs sans soudure. Leurs extrmits sont refoules (figure 4) : - soit intrieurement (internal upset ou IU)- soit extrieurement (external upset ou EU)- soit de manire mixte (internal - external upset ou IEU).

IEUEUIU

Figure 4:Limite lastique

Des joints sont raccords ces extrmits soit par vissage, soit par soudage.

1.4. Classification

La classe d'une tige dfinit son degr d'usure aprs utilisation, donc la diminution de sa section qui entrane celle de ses caractristiques mcaniques.L'API a dfini les classes de tiges comme suit :

Classe 1 : marque dune bande blanche.

Les tiges de cette classe sont neuves (aucune trace dusure).

Classe suprieure (premium) : marque de deux bandes blanches.

L'usure est caractrise par :- rduction uniforme de l'paisseur de 20%,- rduction excentrique de l'paisseur de 20%,- la section est calcule en fonction de la rduction uniforme de l'paisseur de 20%.

Classe 2 : marque dune bande jaune.

L'usure est caractrise par :- rduction uniforme de l'paisseur de 20%,- rduction excentrique de l'paisseur de 35%,- la section est calcule en fonction de la rduction uniforme de l'paisseur de 20%.

Classe 3 : marque dune bande orange.

L'usure est caractrise par :- rduction uniforme de l'paisseur de 37.5%,- rduction excentrique de l'paisseur de 45%,- la section est calcule en fonction de la rduction uniforme de l'paisseur de 37.5%.

Classe 4 : marque dune bande verte.

Plus use que la classe 3.

Une tige rebute est marque d'une bande rouge.

Remarque : Une tige fissure doit tre marque d'une bande rouge et ne peut plus tre utilise. Une usure excentrique est une usure donnant une surface externe cylindrique dont l'axe est excentr par rapport l'axe du cylindre intrieur.

1.5. Les tool-joints

Ce sont des joints (figure 5) qui assurent la liaison entre les tiges. Ils sont souds et/ou visss au corps de tiges.

Ils sont caractriss par leur diamtre extrieur, leur filetage et le diamtre nominal de leur filetage.

Ils peuvent tre rechargs extrieurement pour tre protgs contre l'usure excessive.

Tool-joint mleTool-joint femelle

Figure 5:Tool-joints

Remarque: c'est sur les tool-joints que sont places les cls de forage pour les oprations de vissage et de dvissage.

Il existe plusieurs types de tool-joints :

Regular (Reg) :

Se monte gnralement sur des tiges IU (ou IEU pour les dimensions les plus leves). Le passage intrieur est infrieur celui du refoulement intrieur.Les tool-joints regular qui ne permettaient pas le passage de certains instruments, ont pratiquement t abandonns pour les tiges. Seul le filetage regular a t conserv pour les masse tiges ou les outils de forage.

Full Hole (FH) :

Se monte sur des tiges IU (ou IEU pour les dimensions les plus leves). Le passage intrieur est sensiblement gal celui du refoulement intrieur.Les tool-joints FH ont t pratiquement abandonns pour les tiges depuis l'apparition des tool-joints internal flush (IF), sauf en dimension nominale 4" qui est apparu en dernier et o le filetage a le mme profil, mme conicit et mme pas que le filetage IF.Par contre, le filetage FH a t conserv pour les masse tiges et les outils de forage.

Internal Flush (IF):

Le plus utilis actuellement, il se monte sur des tiges EU (ou IEU pour les dimensions les plus leves). Le passage intrieur des tool-joints est sensiblement gal celui des tiges.

Tool-joint API connexion numrote (API numbered rotary shouldered connections):

Ce filetage est utilis pour les tool-joints et les masse tiges. Il a t adopt par lAPI pour remplacer graduellement les autres types de filetages.

La dsignation de la dimension est un nombre de deux chiffres indiquant le diamtre exprim en diximes de pouce (arrondi au dixime infrieur) de la connexion mle au point de calibrage (gage point).

Les connexions numrotes 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 dsigne comme forme V-0,038 R. Elle s'accouple avec la forme V-0,065 qui est employe sur toutes les connexions IF et sur la connexion FH 4".

Connexions numrotes Correspondance 262"3/8 IF 312"7/8 IF 383"1/2 IF 4043 FH 464" IF 504"1/2 IF

La seule diffrence entre le filetage des connexions numrotes et celui de lIF rside dans le fait que les fonds des filets du premier ne sont pas tronqus mais arrondis dun rayon de 0,038 pouce.

Tool-joints spciaux non API: tels que les tool-joints fretts 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 identifis par les bandes de classification et celles de marquage de l'tat du tool-joint

Bandes de classification des tiges :

Classe 1: 1 bande blancheClasse premium: 2 bandes blanchesClasse 2: 1 bande jauneClasse 3: 1 bande orangeClasse 4 : 1 bande verteRebut: 1 bande rouge

Bande de marquage de l'tat du tool-joint :

Rebut ou rparation en atelier: 1 bande rougeRparation sur chantier: 1 bande verte

1.7. Usure des tool-joints

Les tool-joints s'usent par frottement l'intrieur des colonnes de tubage et dans le terrain. Quand leur diamtre extrieur atteint une cote d'alerte, ils doivent tre changs.

Pour retarder le rebut des tool-joints d l'usure extrieure, diffrents procds sont utiliss.

Tool-joints surdimensionns

Leur paisseur tant suprieure 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 cette catgorie.A filetage correspondant, leur diamtre extrieur est lgrement suprieur celui d'un tool-joint IF classique.

Nota : Un tool-joint 4"1/2 XH possde le mme filetage qu'un tool-joint 4" IF. Un tool-joint 5" XH possde le mme filetage qu'un tool-joint 4"1/2 IF.

Durcissement de la surface externe des tool-joints

Tool-joints stellits:

Le procd consiste dposer un ou plusieurs anneaux de carbure de tungstne la base du tool-joint femelle, hors de la prise des cls de serrage (figure 6).

Si des tiges tool-joints stellits sont utilises dans une colonne de tubage, elles doivent tre munies de protecteurs de tubage en caoutchouc (figure 8).

Anneaux de stellite

Figure 6:Tool-joint stellit

Tool-joints traits haute frquence

La surface externe des tool-joints est durcie par le passage d'un courant haute frquence.Ce procd est moins onreux que le stellitage et prsente moins de risque d'abmer le tubage.

1.8. Recommandations pour lutilisation des tiges

Un certain nombre de ruptures des tiges pourrait tre vit par l'application de certains contrles et prcautions: utiliser un poids de masse-tiges suffisant pour viter que les tiges ne travaillent en compression ; utiliser des tiges droites, surtout au-dessus des masse-tiges ; tablir une rotation priodique des tiges situes au-dessus des masse-tiges ; viter de dbloquer les tiges la table de rotation (surtout si le poids de la garniture de forage est faible) ; viter de crer des amorces de rupture en faisant des entailles avec les cales et les cls ; placer les tool-joints dbloquer une hauteur correcte au-dessus de la table de rotation pour viter de tordre la tige au-dessus des cales ; examiner les tiges priodiquement ou aprs une instrumentation au sonoscope ; utiliser un raccord d'usure de tige d'entranement en bon tat ; nettoyer et graisser soigneusement les filetages et les portes planes d'tanchit avec une graisse contenant en suspension un mtal mallable (plomb, zinc, cuivre) qui s'interpose entre les filets et les portes en contact pour viter le grippage ; liminer les bavures sur les portes des tool-joints avec un outil adapt ; bloquer les filetages au couple recommand ; au cours des manuvres, viter le choc du bas du filetage mle contre la porte du tool-joint femelle ; rompre rgulirement les longueurs formes (sinon, risque d'ennuis pour dbloquer les joints qui n'ont pas t dbloqus depuis longtemps) ; ne pas dplacer une tige stocke dans le mt en tapant sur la porte du tool-joint mle ; viter, lors du rangement dune longueur dans le gerbier, de cogner le filetage du tool-joint de la longueur stocker contre la porte dune autre dj stocke; mettre systmatiquement des protecteurs de filetage (figure 7) pour le transport et le stockage ; liminer les tiges dont les tool-joints ont atteint la cote d'alerte; les tiges joints stellites au droit du tubage doivent tre munies de protecteurs de tubage en caoutchouc (figure 8) ; ne pas tirer sur les tiges au-del de la limite lastique en utilisant un coefficient de scurit qui tient compte de l'tat des tiges; les filetages des tool-joints doivent tre nettoys intrieurement et extrieurement au moyen du jet d'eau ; le filetage femelle doit tre nettoy et graiss au moment de la remonte pendant la descente de l'lvateur vide, le filetage mle est nettoy avec le jet d'eau une fois la tige gerbe. Au cours de la descente, on a ainsi un filetage femelle dj nettoy et graiss et un filetage mle nettoy qu'il faut graisser nouveau la descente.

Tous les membres de lquipe doivent inspecter les tiges durant la remonte, pour dtecter une ventuelle anomalie. Cette opration exige que les tiges soient propres, ce qui ncessite leur nettoyage durant la remonte.

Ce nettoyage se fait soit leau, soit en utilisant un essuie tiges.

Parfois, l'eau est interdite parce quelle agit sur les caractristiques de la boue.

La graisse pour filetages de tool-joints est un matriau d'entretien et de protection essentiel. Elle doit tre conserve l'abri de la boue, des poussires, etc..., dans des rcipients munis de couvercles. Elle doit tre bien rpartie sur le filetage et en quantit suffisante, mais sans exagration.

Figure 8:Protecteurs de tubagesFigure 7:Protecteurs de filetage

2. Les tiges lourdes

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

Dans les forages verticaux, les tiges lourdes sont frquemment utilises comme intermdiaires entre les masse-tiges et les tiges. Il y a ce niveau une variation de section occasionnant des contraintes plus leves (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 dirigs, les tiges lourdes sont utilises soit au sommet des masse-tiges, soit parfois en les remplaant totalement. Dans ce dernier cas la flexibilit sera suffisante pour que l'outil continue dans la direction donne par l'amorce de dviation.

Avant les tiges lourdes, on utilisait des tiges de forage normales. Malheureusement, ces dernires ont une rsistance au flambage insuffisante. Comme elles travaillaient en compression, les ruptures taient frquentes et nombreuses. L'utilisation des tiges lourdes a grandement amlior les oprations, surtout en forage dirig.

2.1. Formes

Les diamtres extrieurs des tool-joints sont surdimensionns par rapport ceux des tool-joints des tiges (figure 9). Elles comportent en plus un renflement central dont le diamtre est gnralement gal celui des tool-joints diminu de 3/4 1". Comme pour les tiges, l'paulement du tool-joint femelle est carr ou conique 18. Le diamtre intrieur est gnralement intermdiaire entre le diamtre des tool-joints et celui des masse-tiges.

Figure 9:Tige lourde

2.2. Fabrication

Les tiges lourdes peuvent tre obtenues par usinage d'une masse-tige, ou partir d'un ou deux lments tubulaires lamins chaud qui constitueront la partie centrale. Les tool-joints sont souds aux extrmits.

L'acier utilis est le mme que celui des masse-tiges et des tool-joints. La partie centrale peut tre un acier plus bas carbone trait pour obtenir une rsistance comparable celle des masse-tiges.

Les tool-joints et le renflement central sont gnralement protgs contre l'usure par le dpt de plusieurs bandes de rechargement dur (hard facing).

3. Les masse tiges 3.1. Rles

Les masse-tiges (figure 10) permettent de :

mettre du poids sur l'outil pour viter de faire travailler les tiges de forage en compression. Le poids utilisable des masse-tiges ne devra pas excder 80% de leur poids total dans la boue;

jouer le rle du plomb du fil 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 dimensionnes que possible.

Figure 10:Masse tiges

3.2. Caractristiques

Une masse-tige est caractrise par :

ses diamtres extrieur et intrieur. Le diamtre intrieur est normalis par l'API en fonction du diamtre extrieur. Lorsqu'il y a un choix possible, il est avantageux de choisir le plus petit diamtre intrieur de faon augmenter la rsistance de la connexion filete; son type et son diamtre de connexion filete (Reg - FH - IF - NC); son profil : lisse, spiral ou carr.

3.3. Filetages

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

un filetage conique a une plus grande rsistance, un filetage conique offre de grandes facilits et une plus grande rapidit de vissage ou de dvissage (bon alignement non ncessaire, obtention du blocage sans avoir effectuer autant de tours que le filetage comporte de filets).

Par ailleurs ces filetages comportent un paulement permettant d'assurer l'tanchit entre les masse-tiges.Les filetages les plus couramment utiliss sont : Internal Flush (IF), Regular (Reg), Full Hole (FH).

Ils diffrent essentiellement par le profil du filet, la conicit et la longueur de la partie filete.Les filetages des masse-tiges sont pauls et les contraintes qui passent d'une masse-tige une autre sont transmises pour 60 % environ par les paulements et 40 % par les filetages.

Profil des filetages

Le profil des filets est du type V0.040 jusqu' 4"1/2 Reg inclus et V0.050 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.

Le profil V0.038 R est le profil V0.065 dans lequel le plat dans le creux des filets a t remplac par une courbure de rayon 0.038". A dimension et conicit gales, un profil V0.065 est interchangeable avec un profil V0.038 R.

Avantages et inconvnients des diffrents profils

Le faible rayon fond des filets de profils V0.040 et V0.050 cre un effet d'entaille qui diminue la rsistance la fatigue. Le profil V0.065 est meilleur et le profil V0.038 R, est encore meilleur.

Le filetage Hughes H90 comporte un filet 90 au lieu de 60 avec un rayon important dans le creux des filets. L'effet d'entaille est diminu par l'importance du rayon fond des filets et par l'ouverture de ces filets (angle 90).

Ces filetages sont surtout utiliss dans les terrains durs (vibrations) et les trous dvis qui taient l'origine de nombreuses ruptures de filetages.

Actuellement, les filetages NC ont remplac les H90 dans les forages difficiles. Ils sont utiliss sur des masse-tiges dfinies par les 2 lettres NC, suivies de 2 groupes de 2 chiffres.

Exemple : NC 46-65 :

- NC signifie : Numbered Connexion,- 46 est le numro de la connexion,- 65 signifie 6"1/2 de diamtre extrieur.Il s'agit donc d'une masse-tige de 6"1/2 de diamtre extrieur, filete NC 46.

Equilibrage des filetages Une masse-tige doit avoir des filetages mle et femelle quilibrs, c'est--dire que la rsistance du filetage mle doit tre sensiblement gale celle du filetage femelle.

3.4. Diffrents types de masse-tigesMasse tiges classiques

Masse tiges lisses : elles sont lisses sur toute leur longueur (figure 11). Lutilisation du collier de scurit pour leur manuvre dans le puits est obligatoire.

Masse tiges rtreints : deux retreints sont usins dans la partie suprieure (figure 12) pour permettre lutilisation de la cale et llvateur sans collier de scurit.

Rtreint pour llvateur

Figure 12:Masse tige rtreintsFigure 11:Masse tige lisse

Rtreint pour la cale

Masse tiges extrmits soudes

Masse tiges partie centrale surdimensionne

Utilises dans les grosses dimensions, elles assurent un meilleur guidage et une meilleure rigidit d'o moins de tendance dvier.

La partie suprieure est rduite pour permettre le repchage par l'extrieur 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 diffrence entre partie centrale et extrmit rduite est grande et entre six et neuf si la diffrence est moins importante.

Masse tiges carres

Ayant une rigidit importante et un trs bon guidage dans le trou (jeu 1/32" seulement), elles sont utilises pour supprimer les dog legs et diminuer la dviation.Les angles sont rechargs par un composite carbure-diamant pour viter leur usure dans les terrains abrasifs.

On n'utilise jamais plus d'une masse-tige carre dans un trou. Cette masse-tige doit tre place au-dessus d'un alseur, plac lui mme directement sur l'outil. La prsence de cet alseur est indispensable car, tant donn le faible jeu de la masse-tige carre dans le trou, il y aurait coincement en cas de perte de diamtre de l'outil.

Cet alseur devra tre du type rouleaux droits (non inclins), possdant des picots en carbure de tungstne pour obtenir un parfait calibrage du trou.

Masse tiges spirales

Elles rduisent le risque de coincement par pression diffrentielle en diminuant la surface de contact masse-tige/trou (figure 13). Leur masse est d'environ 4% infrieure celle des masse-tiges classiques.

Elles existent en deux profils :

Profil SHELL (Sine drill collars) : la section est un triangle curviligne dont les sommets sont tronqus par le cercle du diamtre extrieur.

Profil FOX (No Wall Stick drill collars): comporte 3 plats pour les diamtres jusqu' 6" 7/8 et 9 plats groups 3 par 3 pour les diamtres suprieurs.

Ce profil est gnralis dans le monde entier.

Profil Shell

Profil Fox pour diamtres jusqu 6" 7/8Profil Fox pour diamtres suprieurs 6" 7/8

Figure 13:Masse tige spirales

Masse tiges amagntiques

Elles sont utilises lorsqu'on veut faire des mesures de dviation avec une rfrence par rapport au nord magntique.Ces masse-tiges sont de forme cylindrique. On nen utilise quune seule, place directement au-dessus de l'outil et centre par un stabilisateur sa partie suprieure. Les aciers utiliss pour la fabrication de ces masse-tiges sont: le Monel ou K-Monel, alliage faible teneur en fer et trs haute teneur en nickel, acier chrome-manganse, compos de carbone, chrome et manganse.Les masse-tiges amagntiques et leurs filetages ne pourront pas tre inspects par les mthodes classiques utilisant le magntisme.L'inspection est du type ultrasonique si elle se fait lusine, et par ressuage si elle se fait sur le chantier.Le ressuage est la pulvrisation dun pntrant sur la pice aprs un dgraissage parfait avec un solvant du type trichlorthylne ou actone. Ce pntrant s'introduit dans les fissures les plus fines. Un second nettoyage avec le mme solvant enlve l'excs de pntrant. Un rvlateur est pulvris son tour sur la pice. Une faible quantit de pntrant est exsude par les fissures les plus fines et marque sur le rvlateur l'emplacement des fissures.

3.5. Importance du couple de blocageLes filetages travaillent en flexion alterne. Si le blocage est insuffisant, il y a dcollage des portes (perte d'tanchit, grippage, rupture du filetage mle).Le couple de blocage doit tre suffisant pour permettre une pression de contact assez grande pour viter le dcollage des portes dans le puits. Il dpend du coefficient de frottement des filets les uns sur les autres.

Un filetage ou un paulement rouill ou lgrement gripp augmente considrablement le coefficient de frottement (de 0,08 0,20) et en consquence, si on passe de 0,08 0,16 par exemple, le couple de serrage doit tre peu prs doubl pour obtenir la mme pression sur les paulements. Dans le cas contraire, le filetage sera dtruit rapidement par insuffisance de couple de serrage. Si le coefficient de frottement passe de 0,08 0,20, le couple de serrage doit tre multipli par 2,4 environ.Le mme raisonnement s'applique galement si la graisse est pollue (boue, gravier, limaille, etc...) ou de mauvaise qualit. La meilleure graisse pour masse-tiges est la graisse base de plomb mtallique.La pression des paulements l'un sur l'autre est de plusieurs milliers de kgf/cm, cest pourquoi il y a grippage lorsque le lubrifiant n'est pas de bonne qualit. Ainsi apparat toute l'importance du repolissage des paulements qui enlve la rouille et les irrgularits. On sera ainsi certain que le couple de serrage appliqu se traduira bien par une pression suffisante des paulements l'un sur l'autre et ne se perdra pas en frottements parasites.

3.6. Entretien des masse tiges Les prcautions suivantes permettent de limiter les risques de rupture : les filetages et les paulements doivent tre nettoys, graisss puis quips de protecteurs avant manutention, stockage ou transport, repolir si ncessaire les paulements, meuler les bavures sur les paulements, appliquer les couples de serrage corrects, utiliser une graisse adapte base de plomb, mesurer rgulirement le diamtre des masse-tiges pour choisir, en cas de rupture, les coins de repchage, raliser priodiquement un magnafluxage : premire inspection aprs 2000 heures de service ensuite 3000 heures et aprs toutes les 500 heures pour dceler les ventuelles flures de fatigue au droit des filetages mles et femelles o se produisent les ruptures, il est conseill de rebloquer tous les joints aux deux premires remontes.Si au blocage :. la rotation est importante avec expulsion de boue ou d'eau : dvisser, nettoyer, graisser et rebloquer au couple,. la rotation est faible avec ou sans expulsion de graisse : rebloquer au couple sans dvisser.

3.7. La pousse dArchimdeTout corps plong dans un liquide subit une pousse de bas vers le haut, gale au poids du liquide dplac.Dans le cas d'un tube creux comme la garniture de forage dans le puits, la pousse d'Archimde est : Pa = x (D - d) x h x / 4Dans le cas d'un tube bouch comme la colonne de tubage descendue dans le puits sans remplissage, la pousse d'Archimde est : Pa = x Dc x h x / 4

L'indicateur de poids indique le poids de la garniture de forage ou la colonne de tubage rel augment du poids du moufle et ses accessoires et diminu de la pousse d'Archimde.Afin d'viter de calculer le poids de la boue dplace pendant la descente de la garniture de forage ou la colonne de tubage, il a t introduit la notion de facteur de flottabilit qui est : Ff = (7.85 - d)/7.85

Avec:Pa = pousse d'ArchimdeD = diamtre extrieur de la tiged = diamtre intrieur de la tigeDc = diamtre extrieur du tubager = masse volumique de la boueFf = facteur de flottabilit7.85 = densit de l'acier d = densit de la boue

4. Les stabilisateurs

On appelle forage vertical, par opposition au forage dirig, tout forage implant la verticale de son objectif, la dviation maximale admissible tant limite pour atteindre la cible. C'est le cas de la plupart des forages d'exploration.

Un outil n'a pas normalement tendance forer verticalement. Afin de limiter et de contrler la dviation d'un puits, on intgre dans la garniture de forage des stabilisateurs dont on choisit le nombre, le dimensionnement et la position pour rpondre au mieux aux problmes poss.

4.1. Technologie

Un stabilisateur (figure 14) est une pice comportant un corps cylindrique quip de trois lames sa priphrie. 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'efficacit dpend 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 diffrent essentiellement par la forme des lames et leur mode d'assemblage sur le corps : ces lames peuvent tre droites et verticales, droites et obliques ou hlicodes, elles peuvent tre soit directement fraises (intgral blades), soit soudes (welded), soit solidaires d'une chemise amovible (interchangeable sleeve). les surfaces extrieures peuvent tre soit recharges avec un alliage au carbure de tungstne, soit munies de pastilles (inserts) de carbures de tungstne, soit dans certains cas comporter des patins d'usure visss.

Il existe galement :

- des stabilisateurs chemise en caoutchouc non rotative utiliss dans les terrains durs,- des stabilisateurs surfaces de contact importantes utiliss en stabilisateur d'outil (near bit),- des stabilisateurs sous dimensionns utiliss en forage dirig, prsentant un recouvrement maximal des lames.

Stabilisateur chemise en caoutchouc non rotativeStabilisateur lames droites et obliques

Stabilisateur lames hlicodales

Figure 14:Stabilisateurs

4.2. Stabilisation en trou vertical

Le but d'une bonne stabilisation en trou vertical est de : maintenir un angle de dviation le plus faible possible, permettre un certain poids sur l'outil, garantir un diamtre correct du trou, viter le collage par pression diffrentielle des masse-tiges.

Trois types de garnitures sont utiliss :

la garniture packed hole(figure 15) : comporte un stabilisateur sur l'outil, un deuxime environ 3 m au-dessus (masse-tige courte) et deux ou trois autres intgrs dans le train de masse-tiges. Cest une garniture trs rigide permettant de forer avec des poids levs et des inclinaisons ou des risques d'augmentation de la dviation rduits.

la garniture pendulaire (figure 16) : comporte un seul stabilisateur situ 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 la dviation ou mme de diminuer l'inclinaison. Des modles de simulation de comportement de la garniture permettent d'optimiser le positionnement des stabilisateurs et d'amliorer l'efficacit du contrle de la dviation. la garniture lisse (sans stabilisateur) (figure 17): elle n'est utilise que dans le cas de reforage l'intrieur des tubages, car son emploi dans des puits avec tendance de dviation ncessite un poids sur l'outil limit, au dtriment de l'avancement, et cre un trou en hlice mal calibr, donc des risques de reforage et de coincement.

Figure 17:Garniture lisseFigure 16:Garniture pendulaireFigure 15:Garniture packed hole

4.3. Stabilisation en forage dirig

Dans le cas du forage dirig, les stabilisateurs en plus de leur rle de centrage et de guidage supportent le poids de la garniture.

Puisqu'on ne dispose pas de stabilisateurs non rotatifs mcaniquement satisfaisants, on choisira en forage dirig des stabilisateurs qui soient aussi peu agressifs que possible, afin d'viter l'rosion des parois. Les stabilisateurs utiliss prsentent donc en gnral de grandes surfaces de contact (recouvrement ou largissement des lames).

La position des stabilisateurs dans le train de masse-tiges ainsi que leurs diamtres est prpondrant. Il existe toute une srie d'assemblages de fond choisis en fonction du rsultat que l'on veut obtenir, c'est dire : soit augmenter l'angle de dviation (build up), soit le maintenir (lock up), soit le diminuer (drop off).

Les modles de simulations permettent d'aider dfinir les assemblages de fond les mieux adapts.

PROBLEMES PUITSGologie: le terrain quon fore nest pas homogne. Il est form de plusieurs couches de roches diffrentes. Chaque roche a ses caractristiques particulires et exige des mthodes et moyens particuliers pour tre fore.

Quelques exemples de roches:Les argiles fluentes: ce sont des argiles qui contiennent de leau. Elles ont la caractristique de fluer et se manifester dans le puits lorsquon les fore, coinant ainsi les tiges et loutil.Afin dviter leur fluage, il faut augmenter la pression hydrostatique de la boue en augmentant sa masse volumique.

Les argiles gonflantes: ce sont des argiles assoiffes qui gonflent au contact de leau et viennent coincer les tiges et loutil.Pour viter le gonflement de ces argiles, il faut, entre autres, utiliser une boue base dhuile.

Les sels: ils se dissolvent dans leau de la boue, ce qui cre des cavages, entranant des boulements des terrains qui vont coincer les tiges et loutil.Afin dviter la dissolution des sels, on utilise une boue base dhuile ou une boue base deau pralablement sature en sel (boue sale sature).

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 rservoir et les argiles fluentes pour les empcher de sintroduire dans le puits. La boue permet galement de maintenir les parois du puits et viter leur effondrement.Mais si lon fore une roche qui ne supporte pas la pression hydrostatique de la boue, cette dernire entre dans la roche et son niveau dans le puits chute, ce qui entrane la chute de la pression quelle exerce sur les parois du puits et les effluents ou les argiles fluentes sintroduisent ainsi dans le puits, crant des venues ou des coincements.Pour viter ce problme, il faut utiliser une boue qui exerce une pression sur la zone pertes infrieure la pression qui provoque cette perte.

Les venues: lorsquon fore une roche contenant un effluent (eau, ptrole ou gaz), appele roche rservoir, il faut appliquer dessus une pression hydrostatique de la boue suprieure la pression de leffluent quelle contient. Pour augmenter la pression hydrostatique de la boue, on augmente sa masse volumique (appele, sur chantier, densit) par lajout de la baryte.

Problmes complexes: il est facile de forer une zone perte seule, il suffit de diminuer la pression hydrostatique de la boue. Il est galement facile de forer une zone venue seule, il suffit daugmenter 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 dclenche une venue.Dans de telles situations, on est oblig de forer les deux zones sparment: cest dire quil faut forer la premire zone, puis on descend le tubage et on le cimente. On continue le forage avec un outil de diamtre infrieur au diamtre intrieur du tubage puis on descend un autre tubage et on le cimente. On dit alors quon fore le puits en plusieurs phases, chacune comprenant le forage et le tubage.

1re phase

2me phase

A Hassi-Messaoud, on fore les phases suivantes: 1re phase: forage en 26 de 0 500 mtres, puis descente et cimentation du tubage 185/8, 2me phase: forage en 16 de 500 2300 mtres, puis descente et cimentation du tubage 133/8, 3me phase: forage en 121/4 de 2300 3200 mtres, puis descente et cimentation du tubage 95/8, 4me phase: forage en 81/2 de 3200 3320 mtres, puis descente et cimentation du tubage 7, 5me phase: forage en 6 de 3320 mtres la fin du forage, puis descente et cimentation du liner 41/2.

Le programme de forage/tubage/boue: rdig par lingnierie en fonction des difficults prvues, il donne toutes les informations ncessaires pour la construction du puits: Emplacement du puits,Donnes gologiques,Ctes et diamtres des diffrentes phases (forage et tubage),Types et caractristiques de la boue,Hauteurs cimenter,Carottage, diagraphies, essais du puits.

- - 1 - -

Ali TAREB- 3 -