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Formation Industrie -IFP

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FPP - FOR 00768 Page 1

Rôle de la cimentation primaire

• Rétablir des étanchéités entre couches,• Isoler formations productrices, • Protéger les niveaux aquifères (eaux potables),• Éviter l’éboulement du trou, supporter la paroi du trou,• Ancrer et suspendre les tubages, • Prévenir de la corrosion,• Permettre la mise en tension des tubes, • Faire une isolation thermique.

La cimentation est une opération très importante, elle va conditionner la vie du puits.

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Rôle de la cimentation primaire

Exemple d’un problème de cimentation sur un puits en Algérie. Le cratère fait actuellement plus d’une centaine de mètres de diamètre. Les eaux salées polluent la nappes phréatique de la région.

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Hauteur de la gaine de ciment

• Conducteur pipe et colonne de surface– Jusqu’en surface

• Casings intermédiaires et de production.– 150 m au dessus de toute formation hydrocarbonée ou – 150 m au dessus d’une zone à haute pression– 300 m au dessus du sabot

• Liner – Cimentation sur toute la longueur

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Cimentation jusqu’au sabot du tubage précédent

• Avantages :– Isolation de tout le découvert

– Pas de corrosion des casing

– Simplifie l’abandon définitif.

• Inconvénient :– Difficile dans certains cas

– Pas de contrôle des espaces annulaires

– Annulaire fermé

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Équipements de cimentation

• Équipements de la colonne de casing :– Sabot, anneau, – Centreurs, gratteurs,

• Équipements de la colonne en surface :– Tête de cimentation,– Bouchons,

• Équipements pour fabriquer et pomper le ciment.

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Sabots de cimentation (casing shoe)

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Sabots de cimentation (casing shoe)

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Anneaux de cimentation (casing collars)

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Centrage de la colonne

• Le centrage de la colonne est essentiel pour assurer une bonne cimentation.

• On doit placer des centreurs :– au droit des zones à cimenter,– au droit des dog-legs,– de part et d'autres des caves,– dans les zones à risques de collage ou à pertes.

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Taux de centrage ou Stand Off : e x 100 / (R2 - R1)Il est recommandé d’avoir un taux de centrage supérieur à 80%

++

R1

R2

e

Mauvais déplacement de la boue par le ciment à cause d’un mauvais centrage ⇒ pas d’étanchéité.

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Centreurs (centralizers)

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Le rôle des centreurs est de centrer le casing dans le puits, pour obtenir un stand off correct et un bon déplacement de la boue par le ciment.

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Gratteurs (scratchers)

Les gratteurs permettent de retirer le cake, la boue déposée sur la paroi du trou.

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Ombrelle (Cement basket)

L’ombrelle est utilisée pour les cimentations à double étage. Elle est placée sous le DV pour éviter que le ciment descende dans l’espace annulaire

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• Le centrage minimal pour un puits sub-vertical :– deux centreurs / tube entre l'anneau et le sabot,– un centreur / tube de part et d'autre du réservoir,– deux centreurs / tube au droit du réservoir,– deux centreurs sur l'avant dernier tube dans l'entrefer,– un centreur / tube sur toute la partie à cimenter avec un

laitier de remplissage,– un centreur rigide sous la casing head housing pour

faciliter la pose sur slip.


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Exemple d’habillage d’une colonne de tubage

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FPP - FOR 00768 Page 20DB - 11/01/2005

Tête de cimentation

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Tête de cimentation et bouchons

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Bouchon de queueBouchon de tête

Bouchons de cimentation

Le rôle des bouchons est de prévenir la contamination du spacer et du laitier, de racler l’intérieur du casing et d’indiquer la fin de la chasse.

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Unité de cimentation - Schéma de fonctionnement

Additifs

Cimentvrac

Eau

LaitierDosage etMélange

Homogénéisation / ContrôlePompagePuits

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Fill

Mixer

Tête de cimentation

Cimentation d’un tubage

Silos

Unité de pompage

Logiciel de contrôle

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Unités de cimentation

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Unités de cimentation

La motorisation des unités de cimentation peut être mécanique ou électrique.

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Équipements de cimentation

Le ciment est stocké dans des silos.

Surge tank pour fabriquer le ciment.

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Descente casing Circulation boue Test en pression de l’unité de surface

Cimentation simple étage

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Pompage washer Pompage spacer Pompage laitier de tête


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Pompage laitier de queue Largage bouchon Déplacement laitiers


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Augmentation de pression, indiquant la fin du déplacement

Purge, contrôle retour.

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Points importants:• Séparation et isolation de

zones• Réduction de la pression

hydrostatique• Possibilité de laisser une

zone non cimentée

1er étage

StageCollarZone fragile

Zone à isoler

Cimentation double étage

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Descente casing Circulation boue Test en pression de l’unité de surface

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Pompage spacerPompage washer Pompage laitier de tête


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Largage bouchon Déplacement laitier Déplacement laitier


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Augmentation de pression, indiquant la fin du déplacement Purge


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Largage bombe Descente bombeAugmentation de pression, indiquant l’arrivée de la bombe sur son siège


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Ouverture DV Circulation avec la boue Pompage washer


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Pompage laitier Largage bouchon Déplacement laitier


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Augmentation de pression, indiquant la fin du déplacement Purge


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Descente liner Circulation boue Test en pression de l’unité de surface

Cimentation d’un liner

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Pompage spacer Pompage laitier de tête Largage dart


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Descente dart Descente dart Dart dans son logement , pression


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Purge, contrôle pression Désancrage tige Circulation inverse


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Circulation inverse Purge, contrôle pression


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• La mise en place d’un bouchons de ciment est une opération fréquente.

• Les bouchons de ciments nécessitent de faibles volumes de laitier.

• Ils sont mis en place pour différentes raisons:– Effectuer un "side track" à cause d’un poisson ou pour

changer la trajectoire du puits,– Boucher une zone (aquifère, zone déplétée),– Résoudre un problème de perte de circulation pendant une

phase de forage,– Bouchage d’un puits,– Servir de base pour poser un packer de test.

Bouchons de ciment

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Kick Off Point

Bouchonde ciment

Bouchons de ciment

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Bouchons de ciment

Zone déplétée

Bouchon de Ciment

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Tige de forage

Découvert

Outil

ZoneZone à à pertespertesCEMENT

PLUGBouchon de ciment

Bouchons de ciment

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Bouchon de ciment

Bouchon de ciment

Bouchon de ciment

Bouchons de ciment

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Injection de ciment (squeeze)

• Restauration de cimentation• Réparation d’un tubage détérioré• Bouchage de perforations• Fermetures aquifères

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Laitiers de ciment et additifs

• Laitiers composés de :

– Ciment Portland

• Différentes classes de ciment disponibles en fonction de la température au fond du puits. Mais généralement Classe G utilisé (ciment de base auquel on peut ajouter des accélérateurs ou retardateurs pour couvrir les température rencontrées),

– Eau

• 44 % d’eau en poids ⇒ densité = 1.90

– Additifs pour modifier les caractéristiques du laitier (temps de prise, densité, ..).

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Additifs de cimentation

• Accélérateurs et retardateurs– Contrôlent du temps de pompabilité– Mais altérent de la résistance à la compression

• Produits allégeant– Réduisent la densité du laitier,

• Alourdissants– Augmentent la densité du laitier

• Dispersants– Améliorent le déplacement de la boue– Améliorent le mixage du ciment,– Permettent de réduire le rapport Eau /Ciment– Diminuent les pertes de charge

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• Additifs pour le contrôle du filtrat,

• Additifs pour pertes (LCM),

• Additifs spéciaux :– Agents anti-mousse, – Agents d’adhérence,– Agent d’expansion,– Agents de contrôle de migration de gaz,– Agent de thixotropie.

Additifs de cimentation

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Temps de pompabilité en fonction de la densité

Temps de pompabilité

Seuil d’ écoulement

160

40

1.971.87

Tem

ps d

e po

mpa

bilit

é(m

in)

Seui

l d’é

coul

emen

t

Densité du laitier

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Évaluation de la cimentation

Nécessité d’évaluer la qualité de la cimentation pour :

Vérifier l’intégrité de la gaine de ciment,

Vérifier l’isolation des couches,

Déterminer la résistance du ciment,

Vérifier s’il n’y a pas de channeling

Vérifier s’il est nécessaire de restaurer la cimentation et si c’est possible,

Déterminer le top du ciment.

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Principaux problèmes de cimentation

Micro-annulus cement/formation

Full excentration Weak cement Gas channels

Micro-annulus casing/cement

Water Channel Mud Channel Gas invasion

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• Basés sur la résonance– Lorsque le casing est lié à une gaine de ciment dure, la

vibration dans le casing est atténuée proportionnellement à la surface de liaison.

Outils pour évaluer la qualité de la cimentation

Tx

CasingWater or mud

Rx

CasingCement

Tx

Rx

NoCement

NoNoCementCement

GoodBond

GoodGoodBondBond

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• Le CBL (Cement Bond Log) et le VDL (Variable Density Log)– Enregistrent et mesurent la transmissions des vibrations,

– Permettent de déterminer la qualité de la liaison casing –ciment – formation,

– Ce sont des mesures soniques (20 kHz).

• L’USIT (Ultra Sonic Imager Tool) permet de déterminer la qualité du ciment derrière le casing

– Il enregistre le contraste d’impédance acoustique,

– C’est un outil ultrasonique (200 à 700 kHz).

• L’interprétation de ces mesures est délicate.

Outils pour évaluer la qualité de la cimentation

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CBL (Cement Bond Log)

Casing

MinimumDetection

LevelE1

T0

TT

E3

E2 TimeTime

Am

plitu

deA

mpl

itude

CBL TimeWindow

CBLGNMSG

Seules l’amplitude et l’arrivée de la première onde sont enregistrées

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VDL (Variable Density Log)

Transmitterfiring

Am

plitu

de (m

v)

time usec

Casing Formation Mud

Tout le train d’onde est enregistré.

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Mesures soniques (CBL et VDL)

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Exemple de CBL et VDL

Exemple d’une mauvaise cimentationExemple d’une bonne cimentation

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Principe de l’USIT (Ultra Sonic Imager Tool)

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Principe de l’USIT (Ultra Sonic Imager Tool)

Free Pipe Good cement

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Exemple d’une bonne cimentation

Exemple de logs de cimentation

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Exemple de logs de cimentation

Exemple d’une contamination du ciment par la boue

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