Forage et fracturation hydraulique

Jean-Jacques Biteau

d’après la documentation utilisée en conférences par Total

Plan

La conception des puits pétroliers

La construction des puits

La fracturation hydraulique

2

La conception des puits

3 3

Principaux paramètres

• Definition de la cible

géologique (X,Y,Z)

• Sélection de

l’emplacement de surface

• Horizons géologiques

• Profil de pression

• Profil de température

• Description des fluides de

formation

• Identification des risques

Trajectoire du puits

Architecture du puits 4

La pression des formations : un élément clef !

Pression exercée par

fluide de forage

Pression de formation

SUPERIEURE à ou à l’équilibre avec

Prédiction de pression de formation

Colonne

d’eau

1000 m

100

bars

Definitions:

LOT=Leak off test, pression

pour laquelle la formation se fracture

TVD: true vertical depth, profondeur verticale=corrigée de la déviation

Les courbes verte, bleue et violette représentent respectivement

la pression de formation et celles de fracturation 5

L’architecture du puits est conditionnée par la géologie de la subsurface

• Protection des aquifères

superficiels

• Isolation des zones

contenant des fluides

• Zones instables ou

réactives (argile, sel …)

• Zones fissurées : pertes

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Le puits : de la conception à la réalisation

Objectifs Techniques Produire en toute sécurité

Contenir et isoler les formations traversées

L’Architecture d’un puits dépend de : La profondeur (de quelques centaines de mètres à + 11000 m (Golfe du Mexique)

Des horizons géologiques rencontrés et traversés

Des pressions et des températures de ces couches géologiques

Deux "OUTILS" essentiels

Barrière hydrostatique : fluide de forage (ou boue) Contrôler le fluage de zones argileuses

Bloquer les pertes de boue de forage dans les formations

Barrière mécanique : tubages (casing) et cimentation Spécifications permettant de résister aux contraintes de tension, éclatement (burst pressure) , et

écrasement (collapse pressure)

L’architecture du puits et les fluides de forage

Deux outils qui permettent d’atteindre l’objectif et de

produire ensuite en toute sécurité 7

L’Architecture d’un puits : 1/2

8

L’Architecture d’un puits : 2/2

9

Protéger les nappes phréatiques :

• Les aquifères potables localisés

dans les 1000 premiers mètres sont : o Traversés avec des fluides à base d’eau

o Isolés par un ou deux tubages cimentés

assurant une étanchéité du fond jusqu’à

la surface

• Un contrôle de la qualité de la

cimentation, donc de l’isolation /

étanchéité, est systématiquement

réalisé

Architecture du puits : protection des nappes phréatiques

Coupe d’un puits et isolation par

gaine de ciment.

Forage 36”

Tubage 30”

Forage 26”

Tubage 20”

Forage 17”1/2

Tubage 13”3/8

Forage 12”1/4

Tubage 9”5/8

Forage 8”1/2

Ciment

Ciment

Ciment

Ciment

RESERVOIR

Tête de puits

FORAGE 8 “1/2

Architecture puits et principes

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Tubing de production

L’intégrité des puits

Production à travers un tube spécifique : tubing de production

Tubing de production : une enveloppe destinée à contenir les

fluides de production

Métallurgie sélectionnée pour résister aux effluents

Etanchéité : Epreuve hydraulique à l’installation

Vérification périodique des organes de sécurité

Contrôle des annulaires

Le suivi des pressions permet de vérifier l’intégrité

Le maintien de l’intégrité est un objectif

permanent tout au long de la vie du puits

Tubages

P P

11

La construction des puits

12 12

Appareil Terrestre

Le forage : une activité de courte durée De quelques semaines à quelques mois par puits

Faible emprise des équipements permanents de production

14

Fracturation Hydraulique

15 - 15

Roches très peu perméables : Créer une perméabilité artificielle

Xf

wf

Augmenter la surface d’échange pour assurer un débit commercial

σOB

σHmax

σHmin

Injection de fluide pour

fissurer la roche

Et de sable pour assurer

une conductivité résiduelle

par soutien des fractures

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Exemple de fracturation en puits vertical GR/Caliper Lithology Porosity Stress

3250

m

MD

3300

3350

3400

3450

GR_1 GAPI

0

200

100

CALI_1 REAL

4.00

12.00

8.00

VOL_UWATER_1 V/V

1.00

0

0.50

VCL_1 V/V

0

1.00

0.50

PHIE_1 V/V

1.00

0

0.50

NP_1 V/V

0.45

-0.15

0.15

RHOB_1 G/C3

1.95

2.95

2.45

Log_Stress psi

7500

10500

9000

Reservoir 1

Reservoir 2

Reservoir 3

Dimensions typiques

Longueur des fractures

induites: centaine de

mètres

Hauteur : quelques

dizaines de mètres

Stress

Barrier

Stress

Barrier

Stress

Barrier

17

GR: Gamma ray

Mesure de la radioactivité

naturelle des roches

Caliper: mesure du

Diametre du trou ouvert

Combinaison de puits horizontaux et de fracturations multiples

Gaz de schistes ou de roches mères

Perméabilité extrêmement

faible

Très grande surface

d’échange requise

Seul le gaz situé à

proximité des fissures

peut être mobilisé

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Limitation de l’emprise au sol : plusieurs puits sont forés à partir

d’un seul emplacement (cluster)

Gaz de schistes

Une ressource qui

requiert un grand

nombre de puits

Les techniques de

forage directionnel

permettent

d’optimiser la

densité des

emplacements de

surface

19

Un développement réfléchi de type cluster comprenant

10 à 20 puits (voire plus)

Optimiser l’emprise au sol en surface

Empreinte au sol d’un développement éventuel

Phase d’opérations

Phase de production

300 m x 250 m : 7.5 hectares

Drainage de 25 km2 en profondeur!

Optimiser le placement des drains horizontaux dans la cible

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Composition typique

• Eau (90%)

• Sable (9,5%)

• Additifs (0,5%)

Fonctions principales des additifs

- Inhiber l’activité bactérienne (bactéricides)

- Assurer le transport du sable dans les fissures

(gélifiant)

- Faciliter la production (tensio-actifs)

La composition exacte des fluides de

fracturation dépend des caractéristiques

du réservoir et des conditions du puits

Fluides de fracturation

90 % 9,5 % 0,5 %

Composition

Eau

Sable

Additifs

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