Généralités sur le forage horizontal

Généralités sur le forage horizontal

Depuis le début de l’ère industrielle, le premier souci des pays développés est d’assurer l’approvisionnement de leurs industries en énergies. Actuellement les hydrocarbures (notamment le pétrole) tiennent une place prépondérante dans la consommation énergétique mondiale, cette forte demande des hydrocarbures à l’échelle mondiale pousse les entreprises pétrolières à des concurrences dans la découverte, le développement de nouvelles réserves de pétrole pour satisfaire la demande croissante d’énergies. Cependant les recherches, et l’exploitation des gisements ont toujours besoin des techniques beaucoup plus performantes comme la réalisation des puits multilatéraux.

Les puits multilatéraux, ceux avec de multiples « drains » à partir d’un puits principal, peuvent produire de pétrole efficacement car les « drains » peuvent produire plusieurs zones productives. Malheureusement, les ingénieurs de forage doivent stabiliser souvent mécaniquement les puits multilatéraux avec une doublure ou caissons, qui peuvent coûter des millions de dollars. En laissant le puits objet non enveloppé, cela réduit les coûts de construction, mais il court un risque relativement élevé de défaillance catastrophique (lors de l’installation et après le commencement de pompage). Des études multidisciplinaires sont donc nécessaires pendant la construction, y compris l’étude numérique. D’où le présent mémoire intitulé « Modélisation multiphysique et simulation numérique de la jonction de ramification d’un puits multilatéral ».

Généralités sur le forage horizontal

Le forage horizontal est un ensemble des ingénieries et opérations qui consiste à percer une section d’un puits inclinée ou sub-inclinée par rapport à la verticale jusqu’atteindre une cible souhaitée. Ce type de forage est employé pour améliorer la productivité du réservoir c’est-à-dire d’augmenter considérablement la surface de contact entre le réservoir et la colonne de production. Il est aussi une bonne solution pour les réservoirs à fracture verticale ou les réservoirs multicouches puisqu’un seul puits horizontal peut remplacer plusieurs puits verticaux. Autre que ces avantages sur la productivité du réservoir il permet la résolution d’un certain problème comme l’inaccessibilité de cite (montagne), forage au sein de dômes salés, présence de failles etc.…

Avantages et inconvénients du forage horizontal 

Avantages du forage horizontal
Les avantages du forage horizontal sont nombreux. Citons notamment :
– le forage horizontal permet la possibilité de développement de champs qui, autrement, n’auraient pas pu être exploités commercialement ;
– dans beaucoup de réservoirs, le forage horizontal permet d’augmenter la production mais aussi d’améliorer le taux de récupération, ceci par un meilleur drainage et en retardant l’arrivée d’eau.

Les types des puits horizontaux

Cette terminologie couvre les puits où le réservoir est percé par une section horizontale ou sub-horizontale (80 à 100 degrés). Trois variantes peuvent être considérées selon le gradient de montée et donc le rayon de courbure :
– Long rayon (gradients de 1 à 2 deg/10m) ;
– Moyen rayon (gradients de 3 à 10 deg/10m) ;
– Court rayon (gradients < 10 deg/m).
Ils peuvent être :
– à montée unique ;
– à montées multiples, séparées par des sections rectilignes (dites tangentielles)

Les puits multilatéraux

Les puits multilatéraux, dans leur forme la plus simple, ont été utilisés dans les industries pétrolières et gazières depuis les années 1950. Ces anciens systèmes multilatéraux, cependant, ne convenaient seulement dans leur application qu’à un petit segment de puits. Le premier puits multilatéral a été foré en 1953 dans l’Union soviétique (URSS), et il a été foré avec 9-latéraux en carbonate de corail pour une augmentation de la surface de contact avec le réservoir [5]. Dans le développement des années 1990, les technologies de forage ont aidé les ingénieurs à augmenter le nombre de racines latérales et les puits multilatéraux [6].

Le forage multilatéral est une nouvelle technologie développée après le forage directionnel et le forage horizontal. La technologie peut augmenter la zone de pétrole-drainage, améliorer la production de puits de pétrole et réduire considérablement le coût de développement du réservoir par le biais de plusieurs puits latéraux dans un trou de forage. Jusqu’en décembre 2006, il y avait plus de 8000 puits multilatéraux partout dans le monde, et un bénéfice économique remarquable a été obtenu.

Applications des puits multilatéraux

La mise en œuvre réussie du forage horizontal au cours des deux dernières décennies a conduit au développement de la technologie de puits multilatérale. Il y a diverses raisons pour forer des puits horizontaux, qui pourraient être étendues aux puits multilatéraux. Citons entre autres avantages :
– une exposition accrue du réservoir,
– la possibilité de relier les zones de haute perméabilité (fractures naturelles),
– l’éliminer ou du moins la réduction au minimum l’eau et gaz de conicité,
– l’accélération de la production des couches minces,
– la stabilité du taux de production à environ de 2 à 5 fois plus que celui des puits verticaux,
– selon l’emplacement et le type de forage technique utilisé, le coût d’une horizontale est bien 1,6 à 2 fois le coût des puits conventionnels,
– le pétrole cumulatif et/ou de gaz produit par un puits horizontal est environ de 2 à 6 fois plus que celui d’un puits vertical conventionnel .
Le nombre de puits multilatéraux a augmenté considérablement dans les dernières années en raison des progrès dans les systèmes de forage et de complétion directionnels. Dans la conicité des situations, telles que la production des gisements de pétrole avec un aquifère de bas ou un bouchon de gaz, l’utilisation de puits multilatéraux réduira les effets néfastes d’usinage, puis conduit à la réduction des investissements et des coûts d’exploitation. Lors de la combinaison des méthodes de récupération assistée du pétrole ou avec drainage gravité assistée, ces puits peuvent fournir des moyens de produire plus de pétrole à un coût économique [3]. Pour réduire la conicité, il est essentiel d’avoir une certaine confrontation (distance verticale) entre le contact huile / eau et le puits horizontal pour empêcher une percée rapide d’eau ou de gaz dans un puits horizontal [6]. Dans les dernières décennies, à la suite de développement dans les outils de forage les ingénieurs avaient dessiné des puits multilatéraux dans diverses méthodes.

Applications dans les réservoirs

Les puits multilatéraux remplacent un ou plusieurs puits individuels. Par exemple, une double opposition de puits multilatérale remplace deux puits classiques horizontaux, chacun foré à partir de la surface avec des têtes de puits et de chaînes de boîtier séparées. Pour les zones avec des forages peu profonds des dangers, un puits de forage principal unique minimise le risque et le coût élevé des forages à une profondeur totale (TD) de deux fois. En onshore, ils réduisent le nombre de têtes de puits et la taille des emplacements de surface. En offshore, les puits multilatéraux conservent les fentes de modèle plateforme et sous-marines, et réduisent l’installation de surface et espace requis du pont.

Un avantage principal des puits multilatéraux est le contact maximal du réservoir pour augmenter la productivité ou injectivité et améliorer les facteurs de récupération. Plusieurs trous de drainage latéral se croisent et se connectent ; les caractéristiques de réservoir hétérogènes, telles que les fractures naturelles, les stries de perméabilité plus élevée, des formations feuilletées ou réservoirs multicouches et des poches isolées de pétrole et de gaz. Le contact maximal du réservoir augmente les nombres des puits du bassin versant et réduit l’abaissement de pression, qui atténue les afflux de sable et d’eau ou de gaz conicité plus efficacement que les puits verticaux et horizontaux conventionnels.

Réservoirs de pétrole lourd

En plus l’amélioration de l’injection de vapeur, la propagation des fentes latérales horizontales maximisent la production et améliorent la récupération provenant de gisements de pétrole lourd et de réservoirs minces, peu profonds ou appauvris.

Les complétions multilatérales

Les systèmes de complétions multilatéraux permettent le forage et la complétion de puits multiples au sein d’un seul puits de forage. Au puits principal s’ajoutent un ou plusieurs puits latéraux convergeant vers le puits principal. Cela permet des stratégies alternatives de construction des puits verticaux, inclinés et horizontaux. Les systèmes multilatéraux sont construits pour l’extraction à la fois de pétrole et le gaz. Une installation typique comprend deux éléments latéraux ; le nombre de racines latérales devrait être déterminé à partir :
– du nombre de cibles,
– de la profondeur/pression,
– de l’analyse des risques,
– des paramètres de construction du puits .

Catégories de systèmes multilatéraux
Les divers types de systèmes multilatéraux ont été classés par « Technology Advancement of MultiLaterals » (TAML), un groupe d’opérateurs et fournisseurs ayant une expérience dans le développement de technologies multilatérales. Pour le système TAML, la classification des puits multilatéraux repose sur la quantité et le type (ou absence) de soutien apporté à la jonction latérale. Il y a six niveaux de l’industrie définis par TAML. Ce système de catégorisation rend plus facile aux ingénieurs la reconnaissance, la fonctionnalité et l’évaluation des risques pour la conception d’une structure multilatérale. Comme le niveau de TAML augmente, ceci implique la complexité et le coût du système.

CONCLUSION GENERALE 

L’objectif principal des puits multilatéraux est d’atteindre deux ou plusieurs réservoirs pétroliers à partir d’un puits principal, à moindre coût et dans les meilleures conditions de sécurité. La présente étude nous a montré comment modéliser une jonction de ramification pour analyser la stabilité d’un trou ouvert dans un puits multilatéral à partir d’un logiciel COMSOL multiphysic, et avec prise en compte du couplage élasto-hydrodynamique. Le logiciel est basé sur les méthodes de discrétisation par éléments finis, qui apparaît adéquat pour l’analyse du système. Comme la stabilité des puits ouverts est un critère essentiel de la structure, le développement d’un modèle prédictif suivi des réalisations des simulations numériques semble une bonne alternative. Ils servent également à la minimisation de coût de conception.

Table des matières

INTRODUCTION
Partie I : ANALYSES BIBLIOGRAPHIQUES SUR LE FORAGE HORIZONTAL ET LES PUITS MULTILATERAUX
Chapitre I : Généralités sur le forage horizontal
Chapitre II : Les puits multilatéraux
Partie II : METHODOLOGIE
Chapitre III : Mécanique d’élasticité
Chapitre IV : Loi de Darcy
Chapitre V : Méthode des éléments finis
Partie III : SIMULATION MULTIPHYSIQUE 3D DE LA JONCTION DE RAMIFICATION D’UN PUITS MULTILATERAL
Chapitre VI : Construction géométrique du modèle par le COMSOL multiphysics 5.0
Chapitre VII : Définition et validation du modèle
Chapitre VIII : Résultats
CONCLUSION

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