Drilling problems

1. Filière : Hydrocarbures
Spécialité : Forage Pétroliers
Niveau : 2eme Année Master Forage
Chapitre 01: Introduction-Perte de circulation
Module : Problèmes de forage
Cours et exercices résolus
DOBBI Abdelmadjid
Année Universitaire : 2020/ 2021

2. Programme
Chapitre I:
Planning d’un puits
RPM/WOB optimum
Equipement de control des solides
Pratique des manœuvres
Etapes d’analyse d’un problème
Chapitre II : problèmes liés à l’installation du puits
Prédiction de la pression des fissures
Contraintes qui causent l’instabilité dans un puits
Formations anormales ( fissurées (failles), non consolidées , argiles instables)
Le cavage
Chapitre III : problèmes liés au nettoyage du puits
Dans les puits verticaux
Dans les puits déviés
Chapitre V : les pertes de circulation
Introduction
Causes et remèdes
Conséquences d’une perte de circulation non maitrisée

3. Programme
Chapitre VI : Problèmes des venues
Introduction
Causes et remèdes
Conséquences d’une venue non maitrisée
Chapitre VII : Autres problèmes
Pistonnage
Vibration, rupture et contrôle de la BHA.
Torque et Drag et usures du casing
Inspections effectuées sur la garniture de forage
Problèmes de corrosion lors d’un forage
Problème lors de complétion des puits
Chapitre V III Forage dirigé (horizontal et dévié)
Généralités
Planing de puits
Equipements du forage dirigé
Méthodes de forage dévié
Equipements de mesures
Le forage multilatéral

4. Chapitre I Problèmes majeurs rencontrés durant le forage
Introduction
Les terrains qu’on fore ne sont pas homogènes. Ils sont formés de plusieurs couches
de roches différentes. Chaque roche a ses caractéristiques particulières et exige des
méthodes et moyens particuliers pour être forée.
Les opérations de forage des puits pétroliers sont souvent confrontées à diverses
contraintes (coincements, pistonnage, pertes de la boue et venues) liées à la nature
des formations traversées, à l’état des équipements utilisés et au mauvais des
paramètres de forage. Ces contraintes génèrent des arrêts forcés augmentant ainsi le
temps non productif de forage.
Ces sérieuses contraintes conduisent très souvent à des pertes des millions de Dollars
chaque année malgré que ces problèmes puissent être réduits si les conditions des
terrains et les origines des problèmes sont bien maitrisées.
Les problèmes majeurs rencontrés durant le forage peuvent être regroupés comme
suit:
1 .Coincements
2 .Venues
3 .Pertes de la boue
4 .Pistonnage

5. Chapitre I Problèmes majeurs rencontrés durant le forage
Les problèmes majeurs rencontrés durant le forage peuvent être regroupés
comme suit:
1 .Coincements
2 .Venues
3 .Pertes de la boue
4 .Pistonnage
Lorsqu’on fore une roche réservoir contenant des fluides (eau, pétrole ou
gaz), il faut appliquer dessus une pression hydrostatique de la boue
supérieure à la pression de l’effluent qu’elle contient pour éviter une venue.
Si on fore une formation 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.
En pratique on fore généralement deux zones ensemble, pour éviter une
venue on augmente la pression hydrostatique de la boue, on tombe en perte.
Pour ne pas avoir une perte en diminuant la pression hydrostatique, dans ce
cas, on déclenche une venue.

6. Chapitre I1: -Perte de circulation
1 –Généralité :
La perte de la boue dans les formations peut se produire en deux formes qui sont :
1.1 -Perte totale ou partielle :
si le diamètre des pores est supérieur aux diamètres des argiles en suspension dans ce
cas la perte est dite totale ou partielle.
a -Indices de perte de circulation partielle
Les indices d’une perte de circulation partielle sont:
➢ Diminution du niveau de la boue sur les bacs (on doit s’assurer que cette
diminution ne revienne pas au fonctionnement des pompes de forage)
➢ Le niveau de la colonne de boue diminué partiellement si les pompes de forage en
arrêt (cas de manœuvre)
B -Indices de perte de circulation totale :
Dans une perte de circulation totale, on peut observer les indices suivants :
En cours de forage il n’y a pas de retour de la boue.
Diminution brusque du niveau hydrostatique de la boue durant le manœuvre

7. Chapitre I1: -Perte de circulation
1.2- La filtration : si le diamètre des pores est inférieur à une partie des
éléments argileux en suspension dans la boue, ces éléments se déposent sur la
paroi formant un film appelé cake et une partie de fluide de base (filtrat)
envahissant les formations perméables, la perméabilité de ce cake conditionne
la filtration.
Zone envahie
par le filtrat
Paroi du puits
Cake externe
Cake interne
Figure VI.01 : Le filtrat et le cake de la boue de forage

8. Chapitre I1: -Perte de circulation
Cake externe :
Le cake externe se forme à partir des particules solides minérales ou
organiques déposées sur la paroi du trou lors du forage, ce cake consolide les
parois du puits et par conséquent réduit l`infiltration de la boue dans la
formation.
L’élimination de ce cake se fait mécaniquement par grattage ou par produits
chimiques (des solutions acides ou lavage aux solvants).
Cake interne sur les abords des puits : Le cake interne est formé par des
particules solides fines provenant de fluide de forage ou du laitier du ciment,
ces particules ont des diamètres inferieurs aux diamètres des pores, ce cake
forme un film très mince déposé aux abords immédiats du puits et bloque les
pores et par conséquent renduit la perméabilité des formations.

9. Chapitre I1: -Perte de circulation
Zone envahie:
La zone envahie par les filtrats de la boue et du laitier du ciment vient juste à
l’arrière du cake interne, cette filtration peut modifier les caractéristiques du
milieu poreux.
Pertes de circulation :
Si la circulation se maintient même à une très faible valeur la perte est dite
partielle et il y aura un retour de boue vers les équipements de traitement
mécanique.
Si la circulation ne se maintient plus, dans ce cas, la perte est dite totale, dans
ce cas le puits se vide jusqu'à une côte qui peut équilibrer la pression propre
de la formation.
2 -Type de perte :
La perte de circulation peut se manifester sous deux formes :
Perte de circulation naturelle.
Perte de circulation par craquage

10. Chapitre I1: -Perte de circulation
2.1 -Perte naturelle :
Les pertes de circulation naturelles se produisent dans les vides de la roche
(pores, fissures, fractures), lorsque Pboue>Pcoucheelles peuvent se produire
aussi dans les formations suivantes:
Les formations à grande perméabilité:
Les formations très mal consolidées (sable, gravier, etc.).
Les formations caverneuses, fissurées à forte perméabilité (sable, grès).
2.2-Pertes par craquage:
Elles se produisent dans les vides crées (fissures ou fractures) lorsque la
pression exercée par la boue est supérieure à la pression de fracturation de la
roche Pboue>Pfrac-roche:
3 -Les causes des pertes de circulation
3.1 Perte de circulation liée aux caractéristiques de la boue
3.1.1. Pression de la boue trop élevée:
Les pertes de circulation peuvent être causées par un déséquilibre entre la
pression de la boue et celle de la formation traversée par le fluide de forage.

11. Chapitre I1: -Perte de circulation
3.1.2 Perte de circulation liée à la rhéologie de la boue :
Une viscosité plastique et un yield-value trop élevés peuvent entraîner dans les
profondeurs profondes des pertes de charge élevées dans l'annulaire,
paramètres susceptible de déclencher une perte de circulation
3.1.3 Perte de circulation liée à la thixotropie:
Thixotropie et gels :
La thixotropie de certain type de fluides lorsque sont au repos forment une
structure de gel. la structure formée peut être détruite par agitation, si le
phénomène est réversible et non instantané on dit que le fluide est
thixotrope.
Il y a lieu à noter, que la plus part des fluides à base d’eau possèdent la
propriété thixotropie qui est due à la présence des particules électriquement
chargées ou des polymères spéciaux qui ont tendance à lier l’ensemble
formant une matrice rigide
La lecture du gel s’effectue sur un intervalle de 10 secondes à 10 minutes et
même à 30 minutes du temps.

12. -Perte de circulation
La différence entre le gel 10 minutes (gel 10) et le gel 10 secondes (gel 0),
représente le degré de thixotropie des fluides, la structure du gel formée est
en fonction de la quantité et du type des solides en suspension, du temps, de
température et de traitement chimique.
Une reprise de circulation ou une manœuvre brusque avec une boue à gel élevé
provoque une surpression importante au fond du puits et par conséquent une
perte de circulation.
Cependant, il y a lieu de signaler dans le cas, des faibles profondeurs et dans le
cas des pertes par filtration dans les formations à moyenne perméabilité, le
maintien d'une thixotrope élevée permet souvent l'arrêt des pertes et par
conséquent on aura un colmatage des formations par la gelée d’une part et les
pertes de charge dans l'annulaire sont négligeables dans les premiers centaines
de mètres forés en gros diamètre d'autre part.
3.2 -Perte de circulation liée à la formation:
Les pertes de circulation peuvent se produire dans les formations non
consolidées, les formations à fortes perméabilités, les formations fracturées ou
dans les formations caverneuses

13. Chapitre I1: -Perte de circulation
3.2.1- Formations non consolidées ou à fortes perméabilités :
Les pertes de circulation sont initialement partielles dans les formations à forte
perméabilité
(fissures de petites dimensions). Ces fissures peuvent s’élargir sous l’effet des
à coup de pression et par conséquent la perte devient totale.
3.2.2 -Formation fracturée ou fissurée naturellement:
La perte de circulation dans les formations fracturées (calcaire……) peuvent
se produire si la pression de la colonne de la boue est supérieure à la pression
de couche, la perte est proportionnelle au temps de séjour de la boue dans le
découvert de ces zones.
3.2.3-Formation fracturée par la boue
Les fractures de ce type de formations sont criées par des surpressions induites
par la densité de la boue ou/et par l’augmentation des pertes des charges dans
l'espace annulaire (augmentation de la pression du fond).

14. Chapitre I1: -Perte de circulation
3.2.4 .Formation caverneuse :
Les formations caverneuses se produisent souvent dans les calcaires, de
dolomie soit suite à la dissolution et érosion de dôme de sel.
Les pertes dans les formations caverneuses au niveau des dômes de sel sont
extrêmement difficiles à les colmatées.
3.3 -Autres causes possibles d’une perte de circulation
3.3.1 -Manœuvres trop rapides (Surpression et dépression):
Des manœuvres trop rapides peuvent être l’origine à des variations brusques
de la pression du fond.
Pistonnage vers le haut (swabbing)
Pistonnage vers le haut est un phénomène qui se manifeste lors de la remontée
de la garniture entraînant une dépression au fond du puits.
Pfond = (Z . di /10.2) –Dépression
Cette dépression est d’autant plus importante que :
1 .La vitesse de remontée est trop rapide.
2 .les caractéristiques rhéologies de la boue (viscosité, gel…) sont élevées.
3 .Le jeu entre le trou et la BHA est réduit.
4 .L’outil est bourré.

15. Chapitre I1: -Perte de circulation
3.3.2 -Changements brutaux des types d'écoulement:
En écoulement laminaire au niveau de ce type de formations les déblais
déposés dans les caves entrainent une diminution brusque de la viscosité de
la boue conduisant ainsi à l'éboulement des cuttings provoquant une
restriction de l'annulaire qui peut entrainer des à coup de pression
susceptible de provoquer le craquage de la formation.
3.3.3 -Reprises brutales de pompage:
Une reprise brusque de circulation avec une boue à gel élevé peut provoquer
une surpression importante au fond du puits et par conséquent une perte de
circulation
4. Conséquences de la perte de circulation :
Les conséquences des pertes de circulation sont très lourdes, graves et
coûteuses et peuvent être résumées comme suit :
Coût supplémentaire important générés par l’ajout des volumes de fluides de
forage.
Pertes de temps lors colmatage de la formation.
Une baisse du niveau dans le puits qui peut entrainer une venue.
Mauvaise évacuation des déblais peut provoquer coincement de la garniture.
L’endommagement des formations productrices par les fluides de forage.

16. I.2. Caractéristiques Rhéologues de la boue de forage:
3. Viscosité apparente : la viscosité effective est souvent référée à
la viscosité apparente (VA) , apparente s’effectue en appliquant la
formule :
VA =L600 /2
Avec, VA : la viscosité apparente
Avec, L600 : lecture Fann 600
4. Viscosité plastique (VP) :
La viscosité plastique en centi-poise (cP) et en (pascale par
seconde) est calculée par le viscosimètre Fann par la formule
suivante :
VP = L600 – L300
Avec, L300 : lecture Fann 300

17. I.2. Caractéristiques Rhéologues de la boue de forage:
La viscosité plastique est la résistance à l’écoulement causée par
frictions (frottements mécaniques), elle est affectée principalement par:
1. Concentration en solides.
2. La taille et la forme des particules solides.
4. Le rapport huile eau (O/W).
2.2. La contrainte seuil :
La contrainte seuil « Yield value » (exprimée en Pa ou en lb/100ft2) est
donnée par la relation suivante :
YP= L300 -VP = (VA – VP).2
La contrainte seuil représente la résistance initiale à vaincre, pour que
le fluide s’écoule. C’est une mesure de la force d’attraction ; ces
forces sont le résultat des charges négatives et positives placées à la
surface. Le yield point mesure donc ces forces sous les conditions
d’écoulement.