puits de production de la courneuve sud

INSTITUT MIXTE DE RECHERCHES GÉOTHERMIQUES

réhabilitation des puits géothermaux de la région parisienne

opérations effectuées en 1990

programme prioritaire de l'AFME

G. Longin

septembre 1991 R 32 489

BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL

Institut Mixte de Recherches Géothermiques B.P. 6009 - 45060 ORLÉANS CEDEX 2 - France - Tél. : (33) 38.64.34.34

FICHE SIGNALETIQUE

DATE : Mai 1991

CLIENT : Agence Française pour la Maîtrise de l'Energie

CONTRAT : Convention 9070012

STADE : Phase intermédiaire

PAGES : 58

PLANCHES : 43

AUTEURS : Y. ALLAIS, consultant auprès de l'AFME

G. LONGIN, IRG

Réhabilitation des puits géothermaux de la Région parisienne

TABLE DES MATIERES SYNTHESE

1 - INTRODUCTION 9

2 - DESCRIPTION DU FONCTIONNEMENT THEORIQUE DES EQUIPEMENTS EXPERIMENTES 11

2.1 - EQUIPEMENTS DE DECAPAGE DES PUITS GEOTHERMAUX 11

2.2 - DISPOSITIFS D'INJECTION D'ADDITIFS EN FOND DE PUITS 11

3 - COMPTE RENDU DES OPERATIONS D'EXPERIMENTATION EFFECTUEES EN 1990 12

3.1 - EQUIPEMENT DE DECAPAGE DES PUITS GEOTHERMAUX 12

3.2 - TUBES D'INJECTION D'ADDITIFS EN FONDS DE PUITS 14

4 - EVALUATION DES PERFORMANCES DES EQUIPEMENTS 14

4.1 - EVALUATION ET COMPARAISON DES TECHNIQUES DE CURAGE EMPLOYEES EN 1990 14

4.2 - TUBES D'INJECTION D'ADDITIFS EN FONDS DE PUITS 16

5 - PRECONISATIONS 16

5.1 - RESULTATS DE LA CAMPAGNE D'EXPERIMENTATION ET VALIDATION D'OUTILS DE CURAGE ET DE TUBES D'INJECTION D'ADDITIFS EN FOND DE PUITS DE 1990 16

5.2- RECHERCHES FUTURES 17

Réhabilitation des puits géothermaux de la Région parisienne 3

LISTE DES ILLUSTRATIONS

FIGURES

1 - Schéma équipements de curage

2 - Procédés de curage - Outil à circulation inverse RJCT1 de COFOR (circulation directe)

3 - Procédure de curage -Porte-outil dusé de giclement GPC

4 - Procédure de curage - Outil de giclement CFG-OTIS

5 - Tubes d'injection d'additifs en fond de puits -Tube résine-fibre de verre CFG-FORPLEX

6 - Tubes d'injection d'additifs en fond de puits -Tube résine-fibre de verre CFG-FORPLEX (premier tronçon en cours de descente)

7 - Tubes d'injection d'additifs en fond de puits -Tube thermoplastique-acier GPC-SCOFLEX (fixation en tête de puits - coupe)

8 - Tubes d'injection d'additifs en fond de puits -Tube thermoplastique-acier GPC-SCOFLEX (extrémité inférieure)

9 - Tubes d'injection d'additifs en fond de puits - Tube thermoplastique-acier GPC-SCOFLEX (Protecteur du câble électropompe et centreur de la colonne de production)

10 - Puits d'injection d'Achères - Contrôle par outil CIT, du diamètre intérieur du tronçon supérieur du tubage 9 5/8 après nettoyage mécanique

11 - Puits d'injection d'Achères - Contrôle par outil CIT, du diamètre intérieur du tronçon supérieur du tubage 9 5/8 après nettoyage hydraulique

12 - Puits d'injection d'Achères - Contrôle par outil CIT, du diamètre intérieur du tronçon supérieur du tubage 9 5/8 après nettoyage hydraulico-mécanique

4 Réhabilitation des puits géothermaux de la Région parisienne

13 - Puits de production de La Courneuve Sud - Contrôle diamètre tubage 13 3/8 avant curage mécanique le 5 octobre 1990 par appareil MFCT

14 - Puits de production de La Courneuve Sud - Contrôle diamètre tubage 13 3/8 après curage mécanique avant nettoyage hydraulique le 21 octobre 1990 par appareil MFCT

15 - Puits de production de La Courneuve Sud - Contrôle diamètre tubage 13 3/8 après curage mécanique avant nettoyage hydraulique le 21 octobre 1990 par appareil MFCT

16 - Puits de production de La Courneuve Sud - Contrôle diamètre tubage 13 3/8 après curage mécanique avant nettoyage hydraulique par appareil BHTV le 22 octobre 1990

17 - Puits de production de La Courneuve Sud - Contrôle diamètre tubage 13 3/8 après curage mécanique avant nettoyage hydraulique par appareil USIT le 22 octobre 1990

18 - Puits de production de La Courneuve Sud - Contrôle état tubage 7" après curage mécanique avant nettoyage hydraulique avec outil TGS le 21 octobre 1990

19 - Puits de production de La Courneuve Sud - Contrôle état tubage 7" après curage mécanique avant nettoyage hydraulique par appareil BHTV le 22 octobre 1990

20 - Puits de production de La Courneuve Sud - Contrôle état tubage 7" après curage mécanique avant nettoyage hydraulique par appareil USIT le 22 octobre 1990

21 - Puits de production de La Courneuve Sud - Contrôle diamètre tubage 13 3/8 après nettoyage hydraulique le 27 octobre 1990 par appareil MFCT

22 - Puits de production de La Courneuve Sud - Contrôle diamètre tubage 13 3/8 après nettoyage hydraulique le 27 octobre 1990 par appareil MFCT

23 - Puits de production de La Courneuve Sud - Contrôle état tubage 13 3/8 après nettoyage hydraulique le 27 octobre 1990 par appareil BHTV

24 - Puits de production de La Courneuve Sud - Contrôle état tubage 13 3/8 après nettoyage hydraulique le 26 octobre 1990 par appareil USIT


25 - Puits de production de La Courneuve Sud - Contrôle état tubage 7" après nettoyage hydraulique le 26 octobre 1990 avec appareil TGS

26 - Puits de production de La Courneuve Sud - Contrôle état tubage 7" après nettoyage hydraulique le 27 octobre 1990 par appareil BHTV

27 - Puits de production de La Courneuve Sud - Contrôle état tubage 7" après nettoyage hydraulique le 27 octobre 1990 par appareil USIT

28 - Puits de réinjection de La Courneuve Sud - Contrôle diamètre tubage 7" avant curage mécanique le 5 octobre 1990 par appareil TGS

29 - Puits de réinjection de La Courneuve Sud - Contrôle diamètre tubage 7" après curage mécanique le 8 octobre 1990 par appareil TGS

30 - Puits de réinjection de La Courneuve Sud - Contrôle diamètre tubage 7" après nettoyage hydraulique le 14 octobre 1990 par appareil TGS

31 - Puits de réinjection de La Courneuve Sud - Contrôle diamètre tubage 7" après nettoyage hydraulico-mécanique le 14 octobre 1990 par appareil TGS

32 - Puits de production de Meaux-Beauval I - Contrôle diamètre tubage 13 3/8 avant curage hydraulique le 15 septembre 1990 par appareil CIT

33 - Puits de production de Meaux-Beauval I - Contrôle diamètre tubage 13 3/8 après curage hydraulique le 25 septembre 1990 par appareil CIT

34 - Puits de production de Meaux-Beauval I - Contrôle diamètre tubage 7" avant curage hydraulique le 15 septembre 1990 par appareil CIT

35 - Puits de production de Meaux-Beauval I - Contrôle diamètre tubage 7" après curage hydraulique le 25 septembre 1990 par appareil CIT

36 - Puits de production de Meaux-Hôpital - Contrôle diamètre tubage 13 3/8 avant curage hydraulique le 31 août 1990 par appareil CIT

37 - Puits de production de Meaux-Hôpital - Contrôle diamètre tubage 13 3/8 avant curage hydraulique le 8 septembre 1990 par appareil CIT

38 - Puits de production de Meaux-Hôpital - Contrôle diamètre tubage 7" avant curage hydraulique le 31 août 1990 par appareil CIT


39 - Puits de production de Meaux-Hôpital - Contrôle diamètre tubage 7" après curage hydraulique le 8 septembre 1990 par appareil CIT

40 - Puits de production de Meaux-Collinet - Contrôle diamètre tubage 7" avant nettoyage hydraulique le 8 septembre 1990 par appareil CIT

41 - Puits de production de Meaux-Collinet - Contrôle diamètre tubage 7" après nettoyage hydraulique le 14 septembre 1990 par appareil CIT

42 - Puits de production de Chevilly Larue - Contrôle diamètre tubage 9 5/8 avant nettoyage hydraulique le 27 juillet 1990 par appareil CIT

43 - Puits de production de Chevilly-Larue - Contrôle diamètre tubage 9 5/8 après nettoyage hydraulique le 18 octobre 1990 par appareil CIT

TABLEAUX

1 - Equipements de manoeuvre des outils

2 - Equipements de pompage du circuit boue

3 - Caractéristiques des outils de décapage -Outil à circulation inverse RCJT1 de COFOR

4 - Caractéristiques des outils de décapage -Outil de giclement CFG-OTIS

5 - Caractéristiques des outils de décapage -Porte-outil dusé de giclement GPC

6 - Diamètre minimum d'un outil à jets hydrauliques en fonction du diamètre du cuvelage

7 - Temps nécessité par le curage - Outil à circulation inverse RCJT1 de COFOR

8 - Temps nécessité par le curage - Porte-outil dusé de giclement GPC

9 - Temps nécessité par le curage - Outil de giclement CFG-OTIS


10 - Diamètre maximum des particules emportées par un fluide s'écoulant verticalement

11 - Analyse des incidents survenus en cours de forage -Défauts des outils expérimentés

12 - Analyse des incidents survenus en cours de forage -Déficiences des appareils de mise en oeuvre

13 - Analyse des incidents survenus en cours de forage -Application imparfaite des procédures d'utilisation des équipements


SYNTHESE

1 - INTRODUCTION

Il a été constaté, dans certains puits géothermaux de la région parisienne, une dégradation des caractéristiques hydrauliques du fait de phénomènes de corrosion-dépôt. Pour combattre ces endommagements il a été procédé depuis 1986 à des opérations de décapage des parois et de mise en place de dispositifs d'injection d'additifs inhibant les réactions de corrosion-dépôt.

La fiabilité des techniques utilisées de 1986 à 1989 a été bien moins élevée que ne l'avaient affirmé leurs concepteurs :

. des accidents sont survenus lors du décapage des parois (coincement d'outils de nettoyage hydraulique pur) ;

. les puits décapés, mais non protégés par des additifs, ont été le siège de dégradations beaucoup plus rapides que celles survenues avant le décapage ;

. les tubes d'injection d'additifs en fond de puits de production ont montré des faiblesses certaines (bouchages, rupture, corrosion) ;

. les additifs employés n'ont pas toujours été efficaces.

A l'issue de cette période de tâtonnements, il est apparu qu'une opération de réhabilitation d'un doublet devait comprendre :

. un décapage efficace des parois des puits ;

. la sélection d'un additif freinant, voire annihilant, le développement des réactions de corrosion-dépôt ;

. la mise en place d'un dispositif d'injection d'additifs en fond de puits de production.

En conséquence, l'Agence française pour la maitrise de l'énergie et le Comité technique de géothermie ont décidé de mettre en place un programme prioritaire comportant :


la définition et l'expérimentation de procédés de curage plus fiables et plus efficaces permettant d'obtenir un état de surface des parois satisfaisant ;

la définition et l'expérimentation de tubes d'injection d'additifs en fond de puits inaltérables et robustes ;

la recherche de méthodes optimales, des points de vue de la concentration et de la formulation chimique, de mise en oeuvre des additifs.

Le programme a été mis en oeuvre suivant les lignes directrices ci-dessous :

. appels d'offres relatifs à la conception d'outils de curage et de tubes d'injection d'additifs d'une part, et à leur procédure d'utilisation d'autre part, auprès de sociétés spécialisées ;

. attribution d'aides financières aux Maîtres d'ouvrages d'installations de géothermie employant en 1990, pour des opérations de réhabilitation de puits, les matériels sélectionnés à l'issue des appels d'offres ;

. réalisation de mesures de contrôle dans les puits ;

. attribution à l'Institut mixte de recherches géothermiques et à M. Y. ALLAIS, Expert-consultant, de missions de suivi général des diverses opérations aux fins d'évaluation des équipements et des procédures d'installation.

Le présent rapport établi par M. G. LONGIN de l'IMRG, et M. Y. ALLAIS, Expert-consultant auprès de l'AFME, est le compte rendu des diverses opérations de réhabilitation effectuées en 1990. Il comprend :

. une description du fonctionnement théorique des équipements expérimentés (2) ;

. un exposé des conditions et résultats de leur mise en oeuvre (3) ;

. une évaluation des performances des équipements (4) ;

. des préconisations d'utilisation et d'amélioration des équipements (5).


2 - DESCRIPTION DU FONCTIONNEMENT THEORIQUE DES EQUIPEMENTS EXPERIMENTES

Les équipements expérimentés en 1990 comprennent des matériels de décapage (2.1) et des tubes d'injection d'additifs en fond de puits (2.2).

2.1 - EQUIPEMENTS DE DECAPAGE DES PUITS GEOTHERMAUX

Les équipements sont de type hydraulico-mécanique (2.1.1) ou hydraulique pur (2.1.2).

2.1.1 - EQUIPEMENTS HYDRAULICO-MECANIQUES

Les équipements (outils à circulation inverse RCJTl de COFOR et porte-outil dusé de giclement GPC) consistent en la réunion d'un outil de grattage mécanique à molettes (type tricône de forage) et d'un outil de nettoyage par giclement.

Ils sont placés à l'extrémité de tiges de forage et mis en oeuvre au moyen d'appareils d'intervention sur puits pétroliers semblables, à la taille près, à des machines de forage.

2.1.2 - EQUIPEMENT HYDRAULIQUE

Cet équipement (outil de giclement CFG-Otis) effectue un nettoyage seulement hydraulique des parois. Il est placé à l'extrémité inférieure d'un tube flexible d'acier déroulé depuis une unité spéciale (appareil de coil tubing).

2.2 - TUBES D'INJECTION D'ADDITIFS EN FOND DE PUITS

Ces équipements assurent la liaison hydraulique entre une pompe doseuse d'injection située à la surface du sol et le sabot du cuvelage du puits de production. Ce sont des organes passifs de deux types. L'un (tube résine-fibre de verre CFG-Forplex) est suspendu sous le groupe moto-pompe immergé d'exhaure ; l'autre (tube thermoplastique-acier GPC-Scoflex) est disposé à son côté.


3 - COMPTE RENDU DES OPERATIONS D'EXPERIMENTATION EFFECTUEES EN 1990

Le compte rendu comprend deux parties. La première (3.1) relate les expérimentations des outils de décapage, la deuxième (3.2) traite de celle des tubes d'injection d'additifs en fond de puits.


Les résultats des opérations de curage sont contrôlés au moyen d'appareils de mesure descendus dans les puits. Ces appareils font l'objet d'une présentation générale (3.1.1) avant que ne soient exposés les conditions et résultats des expérimentations (3.1.2).

3.1.1 - APPAREILS DE MESURE

Les appareils de mesure sont descendus dans les puits à l'extrémité inférieure d'un câble électrique multiconducteur qui transmet l'information en temps réel à la surface du sol. Ils sont soit mécaniques à palpeurs (3.1.1.1), soit à émetteur-récepteur ultra-sonique (3.1.1.2).

3.1.1.1 - Appareils mécaniques à palpeurs

Les appareils comportent un nombre variable de palpeurs frottant contre la paroi et mesurant la distance de celle-ci à l'axe longitudinal de l'appareil. Suivant la complexité du mécanisme situé dans le corps de l'appareil et le nombre de palpeurs une proportion plus ou moins importante des informations recueillies est transmise en surface.

Ces appareils peuvent donc, soit posséder une grande sensibilité circonférencielle (grand nombre de palpeurs) et transmettre peu d'informations (minimum-maximum), soit n'avoir qu'une faible sensibilité circonférencielle (petit nombre de palpeurs) et transmettre toutes les informations (établissement de la carte de la section du tubage à une profondeur donnée).

3.1.1.2 - Appareils à émetteurs ultrasoniques

Ces appareils comportent un émetteur-récepteur envoyant des impulsions ultra-soniques sur la paroi du puits. L'écho émis par celle-ci est analysé par calcul pour obtenir des informations relatives du rayon de puits, l'épaisseur des parois et/ou des dépôts. Ces équipements sont d'un coût d'utilisation très élevé. Leur emploi est donc limité à des zones peu étendues du tubage mises en évidence, pour des raisons particulières, lors de contrôles antérieurs au moyen d'outils mécaniques à palpeurs.


3.1.2 - COMPTE RENDU DES EXPERIMENTATIONS DES EQUIPEMENTS DE DECAPAGE DES PUITS GEOTHERMAUX

Les conditions et résultats des opérations d'expérimentation et validation des équipements hydraulico-mécaniques (respectivement : hydraulique pur) sont exposés dans le paragraphe 3.1.2.1 (resp. : 3.1.2.2).

3.1.2.1 - Equipements hydraulico-mécaniques

Les expérimentations avaient pour but la comparaison des effets des nettoyages mécanique, hydraulique et mécano-hydraulique d'un cuvelage de puits géothermal corrodé. Four cela, les cuvelages des puits sur lesquels ont eu lieu les expérimentations ont été divisés en deux tranches. La première a été décapée d'abord au moyen d'un outil mécanique classique (tricône) puis d'un outil hydraulico-mécanique. La deuxième tranche a été nettoyée directement avec un outil hydraulico-mécanique .

La comparaison des contrôles de l'état du cuvelage avant et après chaque phase du curage a montré l'utilité de l'outil hydraulique employé en complément de l'outil mécanique.

Les validations avaient pour but de préciser les conditions d'emploi des outils. Les cuvelages ont été alors nettoyés seulement au moyen des outils hydraulico-mécaniques. Ceux-ci ont été employés suivant les spécifications édictées par leurs concepteurs.

La comparaison des contrôles de l'état de zones de tubage nettoyées seulement, suite à des problèmes de chantier, au moyen d'un tricône, avec celui de zones nettoyées hydraulico-mécaniquement confirme la meilleure efficacité de ce type de nettoyage.

3.1.2.2 - Equipement hydraulique

Cet équipement, lors de son expérimentation, a été employé directement. En effet, pour des raisons financières (amenée-repli et utilisation d'un appareil de work-over), il n'était pas possible de diviser le tubage en deux tranches et de faire effectuer un premier nettoyage mécanique de la tranche supérieure.

Le puits d'expérimentation était, malencontreusement, peu encrassé. La comparaison des contrôles de l'état du tubage effectués avant et après nettoyage n'a pas permis de conclure quant à l'efficacité de celui-ci. Les puits utilisés pour la validation étaient plus encrassés que celui d'expérimentation. La comparaison des contrôles de l'état du tubage effectués avant et après nettoyage a permis de montrer l'efficacité du décapage hydraulique pur.

Lors d'une tentative de nettoyage de la zone productrice non tubée, située à l'extrémité inférieure du puits (poubelle), l'outil a subi un coincement. Cet accident témoigne du risque élevé existant lors de l'utilisation de l'outil dans de telles conditions.



Les doublets réhabilités en 1990 ont tous été équipés de dispositifs d'injection d'additifs de fond de puits de production. Les tubes ont été mis en place conformément aux procédures décrites par leurs concepteurs.

4 - EVALUATION DES PERFORMANCES DES EQUIPEMENTS

Les techniques de curage sont d'abord évaluées et comparées (4.1) avant que ne soient examinées les conditions de mise en oeuvre des tubes d'injection d'additifs (4.2).

4.1 - EVALUATION ET COMPARAISON DES TECHNIQUES DE CURAGE EMPLOYEES EN 1990

La comparaison des techniques de décapage expérimentées au cours de la campagne de réhabilitation de 1990 est effectuée des points de vue des caractéristiques des équipements (4.1.1), durée (4.1.2), remontée des déblais (4.1.3) et origines des incidents (4.1.4).

4.1.1 - CARACTERISTIQUES DES EQUIPEMENTS UTILISES POUR EFFECTUER LES CURAGES

Les caractéristiques des équipements de surface nécessaires à la mise en oeuvre des outils de curage sont présentées en 4.1.1.1 ; celles des configurations d'outils utilisées pour effectuer les décapages le sont en 4.1.1.2.

4.1.1.1 - Caractéristiques principales des équipements de surface

Les caractéristiques des machines d'intervention sur puits pétroliers utilisées pour mettre en oeuvre les outils hydraulico-mécaniques sont très semblables entre elles. Leur puissance de pompage, capacité de traction et couple de rotation, s'élèvent respectivement à, environ, 750 CV, 70 tonnes et 380 m x daN. La conception de l'unité d'enroulement-déroulement de flexible utilisée pour mettre en oeuvre l'équipement exclusivement hydraulique (outil de giclement CFG-Otis) est très différente de celle des machines d'intervention sur puits pétroliers avec tiges de forage. Les caractéristiques en sont donc totalement différentes. En particulier, la puissance de pompage et la capacité de traction ne s'élèvent qu'à 235 CV et 11 tonnes et il n'existe aucune possibilité de rotation.


4.1.1.2 - Caractéristiques des configurations d'outils utilisées pour effectuer les décapages

Les composants hydrauliques des outils peuvent être munis de duses de divers diamètres afin de les adapter aux conditions rencontrées (machine de forage employée, caractéristiques des cuvelages). Il apparaît que cette possibilité n'a pratiquement pas été explorée.

4.1.2 - TEMPS NECESSITE PAR LE CURAGE

Le temps nécessité par les opérations de curage proprement dites varie entre 40 heures pour un outil hydraulique pur, mis en oeuvre au moyen d'une unité d'enroulement-déroulement de flexible acier, à 100 heures pour un outil hydraulico-mécanique, mis en oeuvre par une machine d'intervention sur puits pétroliers à tiges de forage. Ceci est la conséquence de la différence de conception (enroulement-déroulement continu dans la première, ajout-enlèvement de tiges dans la seconde) de ces deux types de machines. Néanmoins, le coefficient d'utilisation de l'unité d'enroulement-déroulement n'atteint pas 100 X.

4.1.3 - REMONTEE DES DEBLAIS

Les particules arrachées à la paroi pendant le curage sont remontées à la surface du sol par le fluide circulant dans l'annulaire tiges (ou flexible) cuvelage. Les débits possibles ne permettent de transporter que des particules d'un diamètre inférieur à environ 2 mm. Les particules de gros diamètre tombent et s'accumulent dans le découvert situé à l'extrémité inférieure du puits. Il est donc indispensable que le curage comporte une phase de nettoyage de ce tronçon du puits au moyen d'outil attaquant frontalement les sédiments s'y trouvant.

La procédure, consistant à boucher le puits pendant le décapage proprement dit, parait devoir être réservée à des cas exceptionnels ou spécifiques.

4.1.4 - ANALYSE DES INCIDENTS SURVENUS EN COURS DE CURAGE

Quarante pour cent, en nombre, des incidents sont dus, plus ou moins directement, à la nature expérimentale des outils de curage employés. Soixante pour cent des incidents pourraient être évités par une application plus stricte des procédures d'utilisation des machines de mise en oeuvre des outils.


Les opérations de mise en place des tubes d'injection n'ont pas présenté de difficultés liées à la nature des tubes ou des opérations elles-mêmes.


La différence de durée entre les opérations de mise en place des tubes résine-fibre de verre CFG-Forplex et thermoplastique-acier GPC-Scoflex n'est pas significative économiquement parlant. Il faut empêcher, pendant les opérations, une mise en production accidentelle du puits.

La mise en place des tubes, à l'occasion de la campagne de réhabilitation de 1990, est encore trop récente pour pouvoir estimer leur résistance au vieillissement.

5 - PRECONISATIONS

Les résultats de la campagne d'expérimentation et de validation de procédés et d'outils de réhabilitation des puits géothermaux effectuée en 1990 sont exposés (5.1), avant que ne soient tracées les lignes directrices de la recherche future (5.2).

5.1 - RESULTATS DE LA CAMPAGNE D'EXPERIMENTATION ET VALIDATION D'OUTILS DE CURAGE ET DE TUBES D'INJECTION D'ADDITIFS EN FOND DE PUITS DE 1990

Le contrôle du diamètre intérieur des cuvelages a permis de comparer les décapages des parois effectués avec des outils combinant les nettoyages mécanique par grattage et hydraulique par jet d'une part, et avec des outils exclusivement mécaniques d'autre part. La qualité meilleure, des points de vue de la capacité de mise à nu du métal resté sain et de la régularité, du décapage effectué avec un outil hydraulico-mécanique, a été mise en évidence.

L'analyse des possibilités de remontée à la surface du sol des particules arrachées à la paroi a montré qu'il était indispensable de compléter le curage du cuvelage par un nettoyage du découvert situé à l'extrémité inférieure du puits. Ceci ne peut être réalisé, avec une sûreté satisfaisante, que par un outil mécanique mis en oeuvre au moyen de tiges de forage. L'outil purement hydraulique mis en oeuvre au moyen d'un flexible de petit diamètre ne peut être employé dans cette zone.

Il est apparu, lors de l'étude des opérations, que pour obtenir les meilleures performances des outils il était absolument nécessaire de respecter leurs procédures d'utilisation (vitesses d'avancement et de rotation, réalisation de plusieurs passages) et les règles de l'art (inspection préalable des équipements, nettoyage des tiges, surveillance des volumes de fluide) relatives à l'emploi des machines les mettant en oeuvre.

Les opérations de mise en place des tubes d'injection d'additifs en fond de puits de production n'ont pas révélé de défaut rédhibitoire de ces équipements. En effet, à l'état neuf, ils réalisent une liaison hydraulique entre la surface du sol et l'extrémité inférieure du cuvelage du puits de production. Néanmoins, les tubes sont des équipements mécaniquement fragiles. Il convient donc de les manipuler


avec soin lors de la mise en place proprement dite et des opérations connexes (par ex.: déchargement sur site) afin d'éviter tout risque d'endommagement. Il est également impératif d'effectuer dès la fin de la mise en place les opérations de vérification de l'intégrité du tube.

5.2 - RECHERCHES FUTURES

Les curages ont montré que les mécanismes de remontée des déblais, depuis l'outil décapant la paroi jusqu'à la surface du sol, étaient mal connus. En conséquence, les vitesses et donc les débits de fluide permettant une bonne évacuation des déblais sont déterminés avec peu de précision. Cette dernière ne pourra être améliorée que lorsque la concentration et la répartition granulométrique des particules dans le fluide annulaire seront mieux connues. Il faut donc que des équipes spéciales mesurent ces deux paramètres lors de futures opérations de curage.

L'interprétation des indications fournies par les appareils de contrôle des caractéristiques des cuvelages s'est révélée délicate. Le contrôle le plus fréquent d'un tubage est effectué au moyen d'un outil mécanique à palpeurs. Il apparaît nécessaire d'augmenter le nombre de contrôles utilisant des appareils ultrasoniques. En effet ceci permettrait, par comparaison des résultats obtenus sur des puits divers, de mieux cerner les capacités et règles d'utilisation ("tours de main") de ces appareils.

L'amélioration des traitements des fluides géothermaux par inhibiteur des phénomènes de corrosion-dépôt doit être poursuivie. En effet, il est nécessaire :

. d'établir plus précisément, plus sévèrement, les procédures de définition et de sélection des additifs ;

. de connaître plus précisément le comportement du dispositif d'injection en régime transitoire (variation de la concentration d'additifs en divers points de la boucle de pompage géothermale lors d'un changement du débit géothermal) ;

. de tester d'autres produits que ceux utilisés actuellement de façon à pouvoir contrer un éventuel processus d'accoutumance des bactéries à ceux-ci.

Il est également très intéressant de mettre à profit des manoeuvres d'équipements de pompage d'exhaure pour vérifier le comportement dans le temps et dans les conditions géothermales des tubes d'injection d'additifs en fond de puits.


TABLE DES MATIERES

ARGUMENTAIRE

1 - DESCRIPTION DU FONCTIONNEMENT THEORIQUE DES EQUIPEMENTS EXPERIMENTES 21

1.1 - EQUIPEMENTS DE DECAPAGE DES PUITS GEOTHERMAUX 21 1.1.1 - Equipements hydraulico-mécaniques 21 1.1.1.1 - Outil à circulation inverse RCJT1 de COFOR 22 1.1.1.2 - Porte-outil dusé de giclement GPC 22 1.1.2 - Equipement exclusivement hydraulique 23

1.2 - DISPOSITIFS D'INJECTION D'ADDITIFS EN FOND DE PUITS DE PRODUCTION 24

1.2.1 - Tube résine-fibre de verre CFG-FORPLEX 25 1.2.2 - Tube thermoplastique-acier GPC-SCOFLEX 27

2 - APPAREILS DE CONTROLE DE L'ETAT DU PUITS 29

2.1- APPAREILS DE MESURE MECANIQUES A PALPEURS 29 2.1.1 - Appareils mécaniques à palpeurs à minimum-maximum 29 2.1.1.1 - Appareil mécanique à palpeurs à minimum-maximum

de la société Copgo-Hunting 30 2.1.1.2 - Appareil mécanique à palpeurs à 3 secteurs

de la société Schlumberger 30 2.1.2 - Appareil de cartographie intérieure 30 2.2- APPAREILS DE MESURE ULTRASONIQUES 31 2.2.1 - Appareil à analyse de l'enveloppe de l'écho 31 2.2.2 - Appareil à analyse de l'écho entier 31

3 - COMPTE RENDU DES OPERATIONS D'EXPERIMENTATION EFFECTUEES EN 1990 33

3.1 - EQUIPEMENTS DE DECAPAGE DES PUITS GEOTHERMAUX 33 3.1.1 - Equipements hydraulico-mécaniques 33 3.1.1.1 - Outil à circulation inverse RCJT1 de COFOR 34 3.1.1.2 - Porte-outil dusé de giclement GPC 36 3.1.2 - Equipement hydraulique 39 3.2 - DISPOSITIFS D'INJECTION D'ADDITIFS EN FOND DE PUITS 42 3.2.1 - Tube résine-fibre de verre CFG-FORPLEX 42 3.2.2 - Tube thermoplastique-acier GPC-SCOFLEX 43


4 - EVALUATION DES PERFORMANCES DES EQUIPEMENTS 45

4.1 - EVALUATION ET COMPARAISON DES TECHNIQUES DE CURAGE EXPERIMENTEES EN 1990 45

4.1.1 - Caractéristiques principales des équipements 45 4.1.1.1 - Caractéristiques principales des équipements

de mise en oeuvre des outils de curage 45 4.1.1.2 - Configuration d'outils utilisés pour effectuer

les décapages 48 4.1.2 - Temps nécessité par le curage 51 4.1.3 - Remontée des déblais 52 4.1.4 - Analyse des incidents survenus en cours de curage 54 4.1.4.1 - Défauts des outils expérimentés 55 4.1.4.2 - Déficiences des appareils de mise en oeuvre 55 4.1.4.3 - Application imparfaite des procédures

d'utilisation des équipements 57 4.2 - EVALUATION ET COMPARAISON DES TUBES D'INJECTION

D'ADDITIFS UTILISES EN 1990 57


1 - DESCRIPTION DU FONCTIONNEMENT THEORIQUE

DES EQUIPEMENTS EXPERIMENTES

Les équipements expérimentés en 1990 comprennent des matériels de décapage (1.1) et des tubes d'injection d'additifs en fond de puits (1.2).


L'AFME a lancé en février 1990 un appel d'offres relatif à la définition et à l'expérimentation d'outils de décapage. Les cinq propositions reçues ont été examinées le 19 mars par une Commission d'experts composée de représentants des Maîtres d'ouvrage, AFME, IFP, TOTAL et IMRG. Il a été décidé d'expérimenter sur site deux outils de type hydraulico-mécanique (1.1.1) et exclusivement hydraulique (1.1.2).


Ces équipements consistent en l'assemblage d'un outil de grattage mécanique à molettes (par exemple : tricône de forage) et d'un outil de nettoyage par jets hydrauliques dirigés vers la paroi du puits. Ils sont mis en oeuvre au moyen d'appareils d'intervention sur puits pétroliers. Ceux-ci (fig. 1) sont de petites machines de forage et comprennent comme elles des tiges, des équipements de manutention (mât, treuil, tête de levage) et des matériels de pompage (bassins, pompe volumétrique).

L'outil est descendu dans le puits à l'extrémité inférieure de tiges de forage de petit diamètre (2 7/8 ; 3 1/2) manoeuvrées au moyen du mât (rangement par simples ou doubles longueurs) et du treuil. L'équipement de pompage, complété d'un bourbier de décantation assure l'alimentation hydraulique de l'outil par les tiges. La remontée des déblais dans l'annulaire tiges-cuvelage depuis l'outil jusqu'à la surface du sol est effectuée conjointement par le fluide produit par le puits et par celui Injecté par la pompe.

Les sociétés COFOR et GPC ont proposé respectivement l'outil à circulation inverse RCJT1 (1.1.1.1) et le porte-outil dusé de giclement (1.1.1.2).


1.1.1.1 - Outil à circulation inverse RCJT1 de COFOR

L'outil RCJT1 inspiré d'un outil de repêchage de marque "Bowen" comprend deux chambres cylindriques concentriques (fig. 2). Des duses inclinées de 30° vers le bas mettent en communication la chambre extérieure et le tronçon inférieur de l'annulaire tiges-cuvelage ; des évents inclinés de 30° vers le haut mettent en communication la chambre intérieure et le tronçon supérieur de l'annulaire tiges-cuvelage. L'outil est utilisé conjointement avec un élargisseur à quatre petites molettes, fixé à son extrémité inférieure. L'élargisseur gratte les matières déposées contre la paroi du cuvelage ; le RCJTl projette le fluide de forage à grande vitesse contre les parois du puits.

Le circuit théorique de la boue de forage, en circulation directe (tiges puis annulaire au débit d'environ 70 m3/h) est le suivant :

* vers le bas sous pression pompe à pistons : . tiges, . chambre extérieure, . duse de faible diamètre (environ 8/32") où elle acquiert par décompression une vitesse élevée,

* vers le bas sous la pression annulaire : . impact sur le tubage et décapage, . descente le long du tubage, . léchage et nettoyage des molettes de 1'élargisseur,

* vers le haut sous la pression annulaire : . chambre intérieure, . tronçon supérieur de l'annulaire tiges-cuvelage.

Il existe donc, sur une faible longueur au niveau des duses de giclement et de 1'élargisseur, une circulation inverse annulaire puis tiges. Ceci est à l'origine du nom de l'outil.

La chambre intérieure pouvant être obstruée par une bille mobile, il est possible de forer en employant la technique de circulation inverse. Dans celle-ci le fluide de forage est injecté en tête de puits dans l'annulaire cuvelage-tiges et remonte à la surface par l'intérieur des tiges.

L'outil à circulation inverse RCJTl de COFOR existe en version 7 3/8 pour curer les tubages 9 5/8 et 13 3/8. Un outil 5 3/4 pour tubage 7" est en cours de fabrication.

1.1.1.2 - Porte-outil dusé de giclement GPC

Cet outil, comme le précédent, est mis en oeuvre au moyen de petits appareils de forage. Il est utilisé conjointement avec un tricône classique fixé à son extrémité inférieure et un clapet anti-retour fixé à son extrémité supérieure. Il comporte (fig. 3) quatre duses horizontales, une chemise cylindrique coulissante et une bombe de manoeuvre. La chemise permet de mettre en communication, par


l'intermédiaire des duses, l'intérieur des tiges et l'annulaire tiges-cuvelage ou de diriger toute la boue de forage dans le tricône. Le positionnement de la chemise est effectué au moyen de la bombe. Celle-ci est manoeuvrée par un équipement d'intervention au câble dans les puits pétroliers (à savoir : treuil, câble corde à piano, appareils de pose et repêchage).

Pour utiliser le porte-outil en giclement la chemise portant la bombe est en position basse tandis que la boue de forage est utilisée suivant la technique de la "circulation directe". La plus grande partie de la boue injectée dans les tiges acquiert par décompression une vitesse élevée dans les duses du porte-outil. Elle frappe le tubage et le décape. Une fraction du débit de boue parvient, à travers une duse montée sur la bombe, au tricône pour le lubrifier et le nettoyer. La totalité du débit pompé remonte, avec les déblais, dans l'annulaire tiges-cuvelage jusqu'à la surface du sol. Dans cette configuration le tricône gratte les matières déposées contre la paroi du cuvelage et le porte-outil projette la boue de forage à grande vitesse contre les parois du puits.

Il est possible de configurer le porte-outil pour diriger la totalité de la boue de forage vers le tricône. Dans ce cas, la chemise, ne portant pas de bombe, est en position haute. Elle aveugle les duses du porte-outil. La boue de forage est utilisée suivant la technique de la "circulation directe". Seul le tricône attaque les matières ; le porte-outil n'est plus, hydrauliquement parlant, qu'un tube de longueur faible (1 m environ).

1.1.2 - EQUIPEMENT EXCLUSIVEMENT HYDRAULIQUE

L'outil de giclement CFG-Otis (fig. 4), contrairement aux deux précédents, est mis en oeuvre au moyen d'un appareil d'enroulement-déroulement d'un tube flexible (unité coil tubing). Un touret (diamètre : 3 m, largeur : 2,5 m) monté sur camion porte un tube souple en acier au carbone (diamètre 1 1/2) à l'extrémité duquel est fixé l'outil. Celui-ci n'est pas utilisé conjointement avec un appareil de décapage mécanique (ex. : tricône). Il comporte des duses projetant l'eau à grande vitesse sur les parois du cuvelage ; il effectue un nettoyage purement hydraulique par giclement.

Le tube est manoeuvré dans le puits par un injecteur à chenilles. L'étanchéité entre le tube et le cuvelage est assurée par un joint de coulissement monté sur la tête de puits. Un équipement de pompage (pompe à pistons) assure l'alimentation en eau de l'outil par le tube flexible. L'eau est prise au réseau de ville puis additionnée de polymère macromoléculaire (proportion : 3/1000) réducteur de friction et concentrateur de jet. La remontée des déblais à la surface du sol est assurée par l'eau produite par le puits et s'écoulant avec l'eau pompée dans l'annulaire tube-cuvelage. L'outil peut être coincé dans le puits par une accumulation de déblais sur sa face supérieure à sa jonction avec le tube. Pour ne pas devoir abandonner un tube dans un puits, l'outil est fixé sur le tube par l'intermédiaire des équipements de sécurité suivants :


. raccord de circulation : il permet d'établir une circulation directe depuis l'intérieur du tube vers l'annulaire tube-cuvelage sans passer par l'outil. Le débit obtenu devrait assurer l'élimination des déblais accumulés sur l'outil de giclement,

. dispositif de déconnexion : actionné par une bille lancée dans le tube, il permet de désolidariser le tube de l'outil de giclement et donc de remonter le tube à la surface du sol.

L'outil est disponible en diamètres 7" et 5" pour, respectivement, décaper les tubages 13 3/8 - 9 5/8 et 7". Une version spéciale, munie de duses vers le haut et vers le bas, peut être employée pour nettoyer les découverts sous les zones productrices. Lors du nettoyage, l'outil est configuré pour utiliser, avec des duses adéquates, tout ou partie des 26 orifices dont il dispose.

L'outil nettoie en un passage environ 1/6 de la surface du tubage. Il est donc nécessaire de faire tourner l'outil 6 fois autour de son axe longitudinal pour nettoyer la totalité d'un tubage. Ceci est accompli par un système d'indexation situé dans la partie supérieure de l'outil. Pour diminuer la probabilité de coincement par accumulation de déblais la longueur d'une tranche de tubage à nettoyer est limitée à environ 500 m. Pendant le nettoyage hydraulique lui-même le débit du puits est réduit afin de ne pas dévier les jets de l'outil. Lors de la rotation de l'outil à chaque extrémité de la tranche, il est procédé à un dégorgement du puits à grand débit dans le but d'éloigner les déblais de l'outil.

1.2 - DISPOSITIFS D'INJECTION D'ADDITIFS EN FOND DE PUITS DE PRODUCTION

Les dispositifs d'injection d'additifs comprennent des équipements (pompe doseuse, bâche d'aspiration, alimentation en eau de ville ou en fluide géothermal) de dosage et d'injection à la surface du sol et un tube reliant hydrauliquement la tête de puits au sabot du cuvelage de production. Le présent rapport ne traite que de ces derniers.

Les tubes représentent un compromis entre diverses propriétés contradictoires. En effet, ils doivent :

. posséder des propriétés mécaniques (résistance à la flexion, à la torsion, à l'abrasion) pour supporter les contraintes de la mise en place (courbure, frottement, rugosité des parois) dans des puits souvent déviés ;

. ne pas provoquer un accroissement de la perte de charge de l'eau remontant dans le cuvelage tel que le débit nominal de la boucle géothermale soit réduit ;

. ne pas subir d'attaque de la part de l'eau géothermale et/ou de l'inhibiteur lorsque la concentration de celui-ci dans l'eau


géothermale n'est pas dans les limites à l'intérieur desquelles il possède des propriétés de protection ;

. avoir un volume intérieur tel que le temps de séjour de l'additif dans le tube ne puisse entrainer une altération des caractéristiques de ce dernier.

L'AFME a lancé en janvier 1990 un appel d'offres relatif à la définition et à l'expérimentation de tubes d'injection d'additifs en fond de puits de production. Les quatre propositions reçues ont été examinées le 21 février par une Commission d'experts composée de représentants des Maîtres d'ouvrage, AFME, IFP, TOTAL et IMRG.

Les tubes résine-fibre de verre CFG-Forplex (1.2.1) et thermoplastique-acier GPC-Scoflex (1.2.2) ont été retenus comme pouvant donner lieu à une aide financière pour expérimentation et validation.

1.2.1 - TUBE RESINE-FIBRE DE VERRE CFG-FORPLEX

La liaison hydraulique entre la tête de puits et le sabot du cuvelage est réalisée en deux parties (fig. 5) :

. premier tronçon entre le sabot et le groupe moto-pompe immergé d'exhaure ;

. un deuxième tronçon entre celui-ci et la tête de puits.

Le premier tronçon est suspendu à l'extrémité inférieure du groupe moto-pompe immergé d'exhaure. Le tube (diamètres intérieur et extérieur de 25 et 32 mm, longueur 3 m) est fabriqué par enroulement filamentaire de fibre de verre et enduction de résine. Le procédé confère au tube des propriétés de résistance chimique à la corrosion par l'eau géothermale, de légèreté et de résistance mécanique. Par contre, la flexion du manchon sur lequel est effectué l'enroulement limite à trois mètres la longueur du tube.

Les tubes sont reliés entre eux, mécaniquement et hydrauliquement, par des connexions intégrales à filetages coniques spéciaux. Pour cela, les tubes comportent aux extrémités des surépaisseurs dans lesquelles des filetages sont aménagés. Le filetage inférieur, mâle, est usiné tandis que le filetage supérieur, femelle, est moulé.

Les tubes sont livrés sur site par longueurs de 2 simples, soit 6 m, vissés entre eux en usine.

Le premier tronçon est divisé en deux parties :

. la première accrochée à l'extrémité inférieure du groupe motopompe immergé d'exhaure, est réalisée, pour des raisons de tenue aux vibrations, avec un angle d'enroulement filamentaire de 30° par rapport à l'axe,


. la deuxième, suspendue sous la première, est réalisée avec un angle d'enroulement de 45' par rapport à l'axe.

Le tube comprend les équipements complémentaires suivants :

. tête d'injection à son extrémité inférieure, •

. centreur à ailettes pour passage au travers des réductions brutales de diamètre,

. éléments (rotule, tête de suspension) permettant l'accrochage à l'extrémité inférieure du groupe moto-pompe immergé.

Le deuxième tronçon de liaison entre l'extrémité inférieure du groupe moto-pompe et la surface du sol comporte :

. un tuyau flexible souple en caoutchouc, d'environ 10 m de longueur, fixé sur la tête de suspension,

. un tube en acier inoxydable revêtu d'élastomère plaqué contre la colonne d'exhaure comme le câble d'alimentation électrique du groupe,

. divers raccord de liaison et une traversée étanche de la tête de puits.

Lors de la mise en place du tube dans le puits (fig. 6), les longueurs composant le premier tronçon sont descendues comme des tiges de forages au moyen d'équipements appropriés (grue, clés dynamométriques à sangles, cales, etc.). De temps en temps, de l'eau filtrée est déversée dans le tube pour prévenir son bouchage par des particules provenant de l'annulaire tube-cuvelage.

Le premier tronçon est ensuite accroché sous le groupe moto-pompe. Le tuyau caoutchouc est fixé sur la tête de suspension et relié au tube d'acier inoxydable. Ce dernier est déroulé et plaqué contre la colonne d'exhaure pendant la descente de la pompe immergée dans le puits.

Une tuyauterie 1/2" (environ) relie la conduite d'arrivée de l'eau géothermale en centrale à l'extrémité supérieure du tube d'injection en tête de puits. La conduite d'arrivée étant au refoulement du groupe moto-pompe immergé d'exhaure la pression y est élevée (environ 8 bar). Au contraire, la pression dans le tube d'injection est faible ; c'est en effet la pression dans l'annulaire cuvelage-colonne de production en tête de puits de production à un débit géothermal donné. En conséquence, de l'eau géothermale circule dans la tuyauterie 1/2" à un débit variable en fonction du débit géothermal produit (en régime de production artésien, le débit y devient même nul).


L'additif est injecté par une pompe doseuse dans la tuyauterie de liaison. Là, l'eau y circulant entraine l'additif, à une vitesse fonction du débit géothermal produit, vers l'extrémité inférieure du tube d'injection en fond de puits.

Le contrôle de l'intégrité du tube, après sa mise en place et en période d'utilisation, est effectué par la mesure du temps nécessaire à un bouchon de fluorescéine pour parcourir le trajet tête de tube-sabot du tube tête de puits. Ce contrôle est fiable mais dure environ une demi-journée et impose la constance du débit géothermal pendant toute la durée de l'opération.

1.2.1 - TUBE THERMOPLASTIQUE-ACIER GPC-SCOFLEX

Un tube continu (fig. 7) assure la liaison hydraulique entre la pompe doseuse d'injection et le fond du puits. Le groupe moto-pompe immergé d'exhaure est descendu dans la chambre de pompage à côté du tube de traitement. Pour cela, la tête de puits de production comporte un adaptateur permettant l'accrochage du tube et le passage de la pompe d'exhaure et de son câble d'alimentation.

Le tube comprend une âme tubulaire en acier inoxydable (diamètre intérieur :6 mm) revêtu de polyamide 11 (nylon) et une armature de renfort de quatre câbles toronnés à 19 (12, 6, 1) brins en acier non galvanisé. Ces éléments sont immergés dans un revêtement de polypropylène copolymérisé de diamètre 24 à 32 mm. Par son inertie chimique le revêtement confère au tube une résistance interne à la corrosion par l'eau géothermale.

Le tube est muni à son extrémité inférieure des éléments complémentaires en acier inoxydable suivants (fig. 8) :

. embout de rotation à ressort,

. barre de charge,

. diffuseur d'injection à fentes,

. attache spéciale remplie de résine isolante dans laquelle les 4 câbles toronnés sont réunis et un passage aménagé pour l'âme tubulaire.

Le tube est mis en place dans le puits au moyen d'une unité d'enroulement-déroulement de tube flexible semblable à celle utilisée avec l'outil de giclement CFG-OTIS. A cet effet, le tube est, lors de sa fabrication, enroulé sur un touret de transport. Le tube livré sur site est d'abord enroulé sur le touret de l'unité coil-tubing. Un adaptateur comportant des passages pour le tube, la pompe immergée et son câble électrique est mis en place sur la bride de tête de puits. Le tube est ensuite descendu dans le puits par un injecteur à chenilles. Une petite unité de pompage injecte de façon continue de l'eau de ville dans le tube pour prévenir son bouchage. Lorsque le diffuseur d'injection a atteint la cote prévue, quelques mètres au-dessus du sabot du cuvelage, l'extrémité supérieure du tube est enroulée par un ou deux tours morts sur un réa fixé dans la cave contenant la tête de puits. Pendant la descente, la continuité


électrique entre les 4 câbles toronnés d'une part, et l'isolement entre l'âme tubulaire et les 4 câbles sont contrôlés régulièrement.

Le groupe moto-pompe immergé d'exhaure est descendu dans la chambre de pompage à côté du tube d'injection d'additifs. Four cela, la pompe et la colonne d'exhaure sont munies de centreurs caoutchouc. Ceux-ci (fig. 9) comportent deux demi-coquilles à ailettes et des passages pour le câble d'alimentation électrique du groupe moto-pompe.

Après la mise en place, une chasse des fluides contenus dans le tube est effectuée au moyen d'abord d'eau douce, puis d'azote gazeux (ceci permettant de déterminer la profondeur de la tête d'injection) et enfin d'additif. Pour éviter, lors des périodes d'arrêt de la boucle géothermale, la pénétration d'eau géothermale dans le tube, sa partie supérieure est maintenue sous pression au moyen d'azote gazeux. La pression de ce bouchon est ajustée à la mise en route et périodiquement de façon à ce qu'au débit géothermal maximum le niveau de liquide dans le tube soit à une profondeur un peu supérieure à deux fois celle du niveau de l'eau géothermale dans l'annulaire cuvelage-colonne d'exhaure (par exemple : si le niveau hydrodynamique du puits, au débit maximum, s'établit à 150 m sous le sol, la pression dans le bouchon d'azote se maintient à environ 17 bar). Une bouteille d'azote, mise en place dans la centrale de chauffage, permet d'effectuer les ajustements périodiques de la pression. En fonctionnement normal une pompe doseuse à pistons injecte, à travers un clapet anti-retour taré à environ 100 bar, l'additif prêt à l'emploi à l'extrémité supérieure de l'âme tubulaire. L'additif s'écoule ensuite par gravité dans l'azote.

Pendant la période d'utilisation du tube son intégrité est contrôlée périodiquement par mesure de la continuité électrique entre les 4 câbles toronnés d'une part, et de l'isolement entre l'âme tubulaire et les 4 câbles d'autre part. Ce contrôle est fiable et ne dure qu'environ 15 minutes. Il ne nécessite pas de modifier le fonctionnement de la boucle géothermale pendant sa réalisation.


2 - APPAREILS DE CONTROLE DE L'ETAT DES TUBAGES

L'état des cuvelages est contrôlé par des appareils de mesure descendus dans le puits à l'extrémité inférieure d'un câble électrique. Pour cela, un camion (unité de logging pétrolier) porte un treuil et un calculateur. Le câble multiconducteur est manoeuvré par le touret (diamètre 1 m, longueur 2 m) du treuil ; l'outil, à travers le câble, transmet ses informations au calculateur qui les traite en temps réel et les affiche sur un écran vidéo dans la cabine du camion. L'unité de logging comporte également indicateurs de poids et de profondeur permettant de surveiller la course de l'outil dans le puits ; elle transporte divers appareils (sas, etc.) nécessaires dans le cas d'intervention sur un puits éruptif.

Les instruments de mesure sont de type mécanique à palpeurs (2.1) ou ultra-sonique (2.2).

2.1 - APPAREILS DE MESURE MECANIQUES A PALPEURS

Les instruments comportent un corps central cylindrique muni de bras disposés radialement. Lors de la remontée de l'outil dans le puits les bras sont forcés, par un mécanisme adéquat, contre la paroi du puits. La mesure effectuée est donc celle de la distance de l'axe longitudinal du corps central à la paroi à l'endroit où frotte le bras. Plusieurs appareils de ce type, conçus et mis en oeuvre par différentes sociétés de service, ont été utilisés pour mesurer les diamètres intérieurs des cuvelages lors de la campagne d'expérimentations et validations. Ils diffèrent entre eux par le nombre de mesures effectuées, égal au nombre de bras, et par la proportion plus ou moins importante de celles qui sont transmises en surface.

Deux des appareils mécaniques à palpeurs utilisés lors de la campagne d'expérimentations et validations ne donnent que des valeurs minimum et maximum des rayons (2.1.1) ; un troisième permet d'établir une carte de la section intérieure du tubage (2.1.2).

2.1.1 - APPAREILS MECANIQUES A PALPEURS A MINIMUM-MAXIMUM

Les sociétés Copgo-Hunting et Schlumberger mettent respectivement en oeuvre en France les appareils décrits en 2.1.1.1 et 2.1.1.2.


2.1.1.1 - Appareil mécanique à palpeurs à minimum-maximum de la société Copgo-Hunting

Cet appareil est proposé sous le nom commercial de diamétreur multipalpeurs.

L'appareil employé dans les tubages 9 5/8 et 7" comporte 60 palpeurs (40 dans le tubage 13 3/8) appuyant dans l'appareil contre deux plateaux. Les déplacements maximums des plateaux, correspondant aux rayons minimum et maximum sont convertis en signaux électriques. Les enregistrements obtenus en surface n'indiquent donc que les rayons minimum et maximum observés. Ils ne comportent pas d'indication de la position angulaire des palpeurs pris en compte par rapport à un palpeur origine. L'appareil à minimum-maximum possède de par le grand nombre de ses palpeurs, une bonne sensibilité circonférencielle. En revanche, il ne permet pas de connaître la position de son axe par rapport au centre de gravité de la section de tubage observée. Il n'est donc pas possible de corriger la lecture obtenue de l'excentration de l'appareil.

2.1.1.2 - Appareil mécanique à palpeurs à 3 secteurs de la société Schlumberger

Cet appareil est proposé sous le nom commercial de MFCT.

L'appareil employé pour contrôler le diamètre intérieur du tubage 13 3/8 est divisé en trois secteurs angulaires de 120* comportant chacun 24 palpeurs. Les déplacements des bras correspondant aux rayons minimum et maximum, à partir de l'axe longitudinal de l'appareil, sont convertis en signaux électriques. Les enregistrements obtenus en surface n'indiquent donc que les rayons minimum et maximum observés dans chaque secteur. Ils ne comportent pas d'indication de la position angulaire des palpeurs pris en compte par rapport à un palpeur origine. L'appareil à trois minimum-maximum possède, de par le grand nombre de ses palpeurs, une bonne sensibilité circonférencielle. En revanche, il ne permet pas de connaître la position de son axe par rapport au centre de gravité de la section de tubage observée. Il n'est donc pas possible de corriger la lecture obtenue de l'excentration de l'appareil.

2.1.2 - APPAREIL DE CARTOGRAPHIE INTERIEURE

Cet appareil est mis en oeuvre en France par la société Schlumberger sous le nom commercial de TGS. Il existe en version 7".

L'appareil employé pour contrôler le diamètre intérieur du tubage 7" comporte 16 palpeurs. Les déplacements des bras porteurs sont convertis en signaux électriques transmis à la surface. Il est donc possible d'établir, par rapport à l'axe longitudinal de l'appareil, une carte de la section observée et d'en déduire la position de l'axe par rapport au centre de gravité de la section. L'appareil à 16 bras possède, de par le petit nombre de ses palpeurs, une mauvaise


sensibilité circonférencielle. En revanche, il permet de corriger, par calcul, les lectures obtenues de l'excentration de l'appareil à l'intérieur du tubage. Il faut néanmoins prendre garde, lors de l'examen des images, des sections radiales. En effet, elles présentent les parois théoriques interne et externe du tubage comme des cercles concentriques ayant pour centre le centre de gravité de la section observée par l'appareil. Ceci est tout à fait arbitraire.

2.2 - APPAREILS DE MESURE ULTRASONIQUES

La société Schlumberger a mis en oeuvre, lors de la campagne d'expérimentations et validation, deux appareils de mesure ultrasoniques. Ceux-ci comportent un émetteur-récepteur rotatif. L'émetteur envoie une impulsion ultra-sonique de fréquence fixe, cesse d'émettre pour recevoir l'écho renvoyé par la paroi du puits. L'appareil analyse alors soit l'enveloppe de l'écho (2.2.1), soit l'écho entier (2.2.2).

2.2.1 - APPAREIL A ANALYSE DE L'ENVELOPPE DE L'ECHO

Cet appareil commercialisé sous le nom de BHTV (Bore Hole Tele Viewer) comporte un émetteur-récepteur tournant dans un bain d'huile à la vitesse de 12 t/s. L'onde émise a une fréquence comprise entre 300 et 400 kHz suivant les conditions (densité du fluide, état de la paroi) du puits. L'appareil mesure le temps de parcours total aller-retour de l'impulsion et l'amplitude de l'écho. Il y a 250 points de mesure par tranche axiale de longueur 1/2". Le traitement par calcul des informations permet d'obtenir sur les enregistrements des images de la paroi du puits et des courbes montrant la variation des rayons minimum, moyen et maximum en fonction de la profondeur.

2.2.2 - APPAREIL A ANALYSE DE L'ECHO ENTIER

Cet appareil commercialisé sous le nom de USIT (Ultra-Sonic Imaging Tool) comporte un émetteur-récepteur immergé dans le fluide remplissant le cuvelage et fixé a l'extrémité d'un bras rotatif (vitesse de 7,5 t/s). Le type de capteur, la longueur du bras et la fréquence employée sont déterminés, d'après l'état du puits, avant la mise en oeuvre de l'USIT. L'écho entier est analysé. Trente-six points de mesure par tour sont obtenus. Toutes les informations sont enregistrées en surface pour être exploitées, suivant les besoins de l'utilisateur, dans un centre de calcul. Le traitement des données permet d'obtenir des images de la répartition des amplitudes, rayons intérieurs et épaisseurs à une profondeur donnée par rapport à leur valeur moyenne à cette profondeur. Lorsqu'il n'existe pas de dépôts sur la paroi interne du cuvelage l'USIT permet d'obtenir des informations sur la paroi externe.


3 - COMPTE RENDU DES OPERATIONS

D'EXPERIMENTATION EFFECTUEES EN 1990

Le compte rendu comprend deux parties. La première (3.1) relate de façon détaillée les manoeuvres et contrôles effectués lors des expérimentations et validations des outils de décapage. La deuxième (3.2) traite des opérations de mise en place des tubes d'injection d'additifs en fond de puits.


Les conditions et résultats des expérimentations et validations des équipements hydraulico-mécaniques et hydraulique pur sont examinées respectivement dans les chapitres 3.1.1 et 3.1.2.


Les expérimentations avaient pour but la comparaison des effets des nettoyages mécanique et hydraulico-mécanique d'un cuvelage de puits géothermal endommagé. Pour cela les tubages des puits, sur lesquels ont eu lieu les expérimentations, ont été divisés en deux tranches.

Quand il a été possible, un contrôle du diamètre intérieur du puits au moyen d'un appareil de mesure mécanique à palpeurs a été effectué avant le début du curage. La tranche supérieure du cuvelage a d'abord été décapée au moyen d'un tricône classique ; son état a été contrôlé au moyen d'un ou de plusieurs appareils de mesure. La tranche supérieure et la tranche inférieure du tubage ont alors été nettoyées au moyen d'un outil combiné hydraulico-mécanique. L'état du tubage entier a alors été contrôlé au moyen d'un ou de plusieurs appareils de mesure.

La comparaison des contrôles de l'état de la tranche supérieure du cuvelage :

. avant et après son nettoyage mécanique, a permis de déterminer l'effet de celui-ci ;

. après son nettoyage mécanique et après son nettoyage hydraulico-mécanique, a permis de déterminer l'effet complémentaire de celui-ci par rapport au premier.


La comparaison des contrôles de l'état des tranches supérieure et inférieure après leur nettoyage hydraulico-mécanique a permis de déterminer l'effet de celui-ci. En particulier, pour des raisons d'ordre économique, cette comparaison devait servir à montrer si l'effet du nettoyage hydraulico-mécanique seul était égal à la somme des effets du nettoyage mécanique pur, suivi du nettoyage hydraulico-mécanique.

Les validations avaient pour but de préciser les conditions d'emploi des outils hydraulico-mécaniques et/ou de tester les améliorations qui auraient pu leur être apportées après les expérimentations. Les cuvelages ont été nettoyés uniquement avec les outils hydraulico-mécaniques employés suivant les spécifications de leurs concepteurs.

Les opérations d'expérimentation et validation des deux outils hydraulico-mécaniques proposés, outil à circulation inverse RCJT1 de COFOR et porte-outil dusé de giclement GPC, sont décrites en 3.1.1.1 et 3.1.1.2.

3.1.1.1 - Outil à circulation inverse RCJT1 de COFOR

L'outil a été expérimenté sur le puits d'injection d'Achères (Maître d'ouvrage : Le Foyer pour Tous) et a été employé pour effectuer les décapages des puits de production de Villiers-le-Bel (Syndicat intercommunal de Villiers-le-Bel - Gonesse pour l'utilisation de la géothermie) et d'injection d'Alfortville (Syndicat Mixte pour la Géothermie à Alfortville).

a - Expérimentation

Le décapage du puits d'injection d'Achères en vue de son bouchage a été le premier de la campagne de 1990. Il a été effectué par les sociétés COFOR et Géophase. Le tubage 9 5/8 a été divisé en 2 tranches 0-800 et 800-1200 m. La première a été d'abord décapée au moyen d'un tricône 8 1/2 puis de l'outil RCJT1 muni d'un élargisseur. La deuxième tranche a été nettoyée directement avec le RCJT1.

Des contrôles du diamètre interne du tubage au moyen de l'appareil mécanique à minimum-maximum de la société Copgo-Hunting ont été effectués avant et après chaque phase du nettoyage.

La comparaison des contrôles effectués avant et après le nettoyage de la tranche 0-800 m au tricône conventionnel, montre que celui-ci a permis d'éliminer une épaisseur de 14 à 18 mm (fig. 10). L'existence d'irrégularités (pics, parallélisme moins important) des courbes enregistrées lors du contrôle du diamètre dans la zone 650-800 m montre que le nettoyage y a été moins efficace. De telles irrégularités n'apparaissent pas sur l'enregistrement (fig. 11) effectué après le complément de nettoyage réalisé par giclement avec l'outil RCJT1. Ce décapage supplémentaire a permis d'éliminer une épaisseur de 1 à 2 mm.


Après le décapage hydraulico-mécanique de la tranche 800-1200 m au moyen du RCJT1 équipé d'un élargisseur un contrôle du diamètre interne de tout le puits a été réalisé. Celui-ci (fig. 12) montre des diamètres minimum et maximum pratiquement constants sur toute la profondeur du puits. Ceci prouve que :

. la perte d'épaisseur par corrosion est uniforme dans tout le puits quelle qu'ait été l'épaisseur des dépôts ;

. les effets des nettoyages hydraulico-mécaniques directs ou en deux phases, outil conventionnel puis giclement, sont semblables. L'outil RCJT1 peut donc être utilisé directement.

b - Validations

L'outil a été utilisé par les sociétés COFOR et CFG pour décaper le puits de production de Villiers-le-Bel (chambre de pompage 13 3/8 jusqu'à 350 m ; cuvelage 9 5/8 de 350 à 1960 m ; déviation 45°). Aux environs de 1850 m quatre duses, sur 8, de l'outil et cinq des 10 courroies d'entraînement de la pompe ont été détruites. Il a donc été nécessaire de nettoyer les cent mètres inférieurs du tubage 9 5/8 uniquement mécaniquement, à l'outil tricône et en disposant d'une puissance de pompage réduite. La destruction des courroies peut avoir été la conséquence d'une utilisation de poulies de transmission présentant un profil non adéquat et/ou d'un manque de tension des courroies. La destruction des duses peut avoir été causée par le coup de bélier survenant dans le circuit de pompage consécutivement à la brusque rupture des courroies ou par l'usure progressive des filetages des orifices porte-duses non protégés par des dispositifs d'étanchéité.

Afin de diminuer les quantités d'eaux produites et à évacuer, il a été tenté d'obstruer le cuvelage 9 5/8 en mettant en place à son extrémité inférieure un bouchon provisoire d'oxyde de magnésium (marque commerciale Magne-Set). Lors de l'opération, effectuée dans le puits désactivé au moyen de tiges de forage, le bouchon est descendu jusqu'à venir partiellement colmater des niveaux producteurs. La pression statique dans le puits en face de la formation restant constante, ceci peut avoir été provoqué par la baisse de niveau dans le puits consécutive à l'arrivée dans les tiges de forage du bouchon de laitier de ciment de densité beaucoup plus grande que celle de la saumure en place (2,5 contre 1,1). Avant d'effectuer les essais hydrogéologiques du puits, l'oxyde de magnésium contenu dans la formation a été éliminé par acidification au moyen d'acide chlorhydrique.

L'outil a été utilisé par les sociétés COFOR et CFG pour décaper le puits d'injection d'Alfortville (tubage 13 3/8 de 0 à 977 m, 9 5/8 de 977 à 2020 m, déviation 45°). La mise en place d'un bouchon d'oxyde de magnésium au sabot du cuvelage 9 5/8 a été effectuée en presque 3 jours. Le puits étant éruptif pendant cette opération, il a été possible d'observer la pression en tête et de comparer les volumes des fluides injectés dans les tiges et évacués de l'annulaire tiges-cuvelage. Ceci a permis de mener l'opération à bien.


Le bouchon a limité les rejets d'eau géothermale et les risques d'émanation d'H^S à leur strict minimum. Il a également empêché la remontée naturelle des déblais à la surface du sol par l'eau géothermale produite par la formation. Les déblais se sont donc accumulés sur environ 75 m au-dessus du bouchon. Celui-ci et les déblais ont été éliminés par curage mécanique au moyen d'un tricône. Lors du nettoyage du découvert, il a été constaté que celui-ci était vide de déblais. Il avait donc été protégé de leur chute pendant le curage du puits.

Des contrôles du diamètre intérieur des cuvelages ont été effectués après curage au moyen d'appareils mécaniques à minimum-maximum à palpeurs. Dans le tubage 13 3/8, dévié, les enregistrements sont ininterprétables. Il est intéressant d'examiner l'enregistrement effectué dans le tubage 9 5/8 en dessous de la cote (environ 1825 m) à partir de laquelle des déblais se sont accumulés sur le bouchon d'oxyde de magnésium placé à environ 1900 m. En effet, cette zone n'a été nettoyé que mécaniquement. Les enregistrements y montrent des diamètres intérieurs minimum et maximum très irréguliers et inférieurs d'environ 6 mm à ceux de la zone nettoyée hydraulico-mécaniquement avec l'outil RCJT1. La qualité du nettoyage de la zone inférieure, de 1825 m à 2015 m, est donc inférieure à celle du tronçon supérieur.

3.1.1.2 - Porte-outil dusé de giclement GPC

L'outil a été expérimenté sur le doublet de La Courneuve-Sud du Syndicat Mixte pour la Géothermie à La Courneuve et a été employé pour effectuer le décapage du doublet de Châtenay-Malabry du Syndicat Mixte pour la Géothermie.


Les opérations de curage du doublet de La Courneuve-Sud ont été effectuées par les sociétés Services Pétroliers Schlumberger et GPC ; les contrôles de l'état du tubage l'ont été par la société Services Pétroliers Schlumberger.

Le puits de production (cuvelage 13 3/8 de 0 à 510 m, 7" de 510 à 1648 m, vertical) a été divisé en deux tranches 0-1000 et 1000-1648 m.

La première a été d'abord décapée au moyen de tricônes 12 1/4 puis 6". Elle a été ensuite l'objet d'un nettoyage par giclement au moyen des porte-outils 11" puis 5" munis respectivement de tricônes 12 1/4 et 6". La deuxième tranche a été nettoyée directement avec le porte-outil 5" muni d'un tricône 6". Après chaque phase des contrôles du diamètre intérieur du tubage au moyen d'outils mécaniques à palpeurs et de son état avec des appareils ultrasoniques ont été effectués.

Le contrôle du diamètre intérieur du tubage 13 3/8 effectué, avant curage (fig. 13), avec un outil à palpeurs, révèle qu'il est peu encrassé au-dessus de la profondeur d'installation de la pompe immergée et très encrassé en-dessous. Le contrôle (fig. 14 et 15) effectué après décapage au tricône 12 1/4 montre une perte d'épaisseur


d'environ 1 mm dans la zone supérieure et un diamètre moyen supérieur de 4 mm au diamètre nominal dans la zone inférieure. Entre 290 et 350 m les enregistrements des diamètres minimum et maximum sont très irréguliers ; quelques pics à 12 mm au-delà du diamètre nominal apparaissent. Ceci est confirmé par l'examen des enregistrements des mesures effectuées au moyen des outils ultrasoniques (BHTV et USIT, fig. 16 et 17) après le curage mécanique. Le diamètre moyen enregistré au moyen du BHTV est supérieur d'environ 2 mm au diamètre nominal théorique au-dessus de 300 m ; il présente des pics supérieurs de 8 mm au diamètre nominal à 330 et 340 m. En particulier, les images des répartitions des amplitudes et rayons obtenus avec l'USIT sont très contrastées dans la zone 290-350 m avec un rayon moyen supérieur d'environ 3 mm au rayon intérieur nominal et un rayon maximum supérieur de 7 mm au rayon externe nominal du cuvelage. Ceci qui correspondrait à un percement du tubage n'est pas confirmé par l'enregistrement de son épaisseur. En effet, les traces des épaisseurs minimum moyenne (autour de 7,5 mm) et maximum sont remarquablement rectilignes.

Il a été tenté, sans succès, de contrôler l'état du tubage 7" avant son curage mécanique. L'examen (fig. 18) effectué après curage mécanique au moyen d'un outil mécanique à 16 palpeurs révèle une perte d'épaisseur d'environ 30 % par rapport à la valeur nominale. Les rayons moyens indiqués par les appareils BHTV et mécanique sont remarquablement proches l'un de l'autre. Par contre, le rayon minimum (respectivement : maximum) indiqué par le BHTV (fig. 19) est inférieur (resp. : supérieur) de 3 mm (resp. : 4 mm) à celui donné par l'outil mécanique. Le rayon et l'épaisseur moyens indiqués par l'outil USIT (fig. 20) sont remarquablement constants sauf dans la zone 910-930 m où ils semblent indiquer la persistance de dépôts.

Il a été effectué dans la deuxième phase un nettoyage complet du puits au moyen de porte-outils dusés de giclement accouplés à des tricônes.

La comparaison des diamètres intérieurs du tubage 13 3/8 mesurés au moyen d'un outil mécanique à palpeurs après curage mécanique et après nettoyage par giclement (fig. 21 et 22), montre l'efficacité de ce dernier. En effet, l'écart moyen entre les diamètres minimum et maximum passe de 4 mm sur le premier enregistrement à 2 mm sur le deuxième. En outre, de nombreux pics de dépôts (diamètre intérieur faible sur une longueur de 1 m environ) apparaissant sur le premier enregistrement n'existent pas sur le deuxième. Ceci est confirmé par les mesures effectuées au moyen des outils ultrasoniques BHTV et USIT. En effet, le diamètre moyen indiqué sur le deuxième enregistrement du BHTV (fig. 23) est beaucoup plus constant (rectitude plus importante, écrêtage des pics) que sur le premier. Les zones à fort contraste apparaissant sur le premier enregistrement de l'USIT (fig. 24) n'existent pas sur le deuxième. Il semble donc que les zones de fort contraste des rayons correspondent à des endroits subissant des phénomènes de dépôts.

La comparaison des mesures de diamètre intérieur du tubage 7" effectuées au moyen d'un appareil de cartographie intérieure de la société Schlumberger ne permet pas de mettre en évidence un effet important du nettoyage hydraulique utilisé en complément du décapage


au tricône. En effet, on note seulement un rayon intérieur moyen plus constant et la disparition de quelques pics de dépôts sur le deuxième enregistrement (fig. 25). Par contre,l'aspect de l'enregistrement effectué sur le tronçon inférieur du tubage 7" nettoyé directement avec un porte-outil accouplé à un tricône est tout à fait semblable (écart entre rayons minimum et maximum, rectitude générale) à celui effectué dans le tronçon supérieur nettoyé en deux phases. Le diamètre intérieur moyen indiqué sur le deuxième enregistrement des mesures effectuées au moyen du BHTV (fig. 26) est plus constant que sur le premier. Quelques zones montrent, en rayon et en amplitude un fort contraste. Les zones de contraste accentué en amplitude et en rayon existant sur le premier enregistrement de l'USIT n'apparaissent pas sur le deuxième dans le tronçon nettoyé en deux phases (fig. 27). Le nettoyage par giclement a donc un effet plus régulier que le décapage seulement mécanique. L'aspect de l'enregistrement effectué sur le tronçon inférieur du tubage 7" nettoyé directement avec un porte-outil accouplé à un tricône est tout à fait semblable (rectitude des diamètres minimum et maximum et des épaisseurs, absence de contraste dans les images des amplitudes et des rayons) à celui effectué dans le tronçon supérieur nettoyé en deux phases. Le nettoyage hydraulico-mécanique a donc les mêmes effets que l'ensemble de nettoyage effectués d'abord au tricône puis par giclement.

Le puits de réinjection (cuvelage 7" de 0 à 2047 m, déviation de 60°) a été divisé en 2 tranches 0-1000 et 1000-2047 m. La première a été d'abord décapée au moyen d'un outil tricône 6". Elle a été ensuite l'objet d'un nettoyage par giclement au moyen du porte-outil 5" muni d'un tricône 6". Après chaque phase, un contrôle du diamètre intérieur du tubage au moyen d'un appareil de cartographie intérieure mécanique à palpeurs de la société Schlumberger a été effectué.

Le contrôle avant curage n'a pu être effectué que de 0 à 33 m, parce qu'il n'a pas été possible de descendre l'outil plus profondément. Il montre (fig. 28) un puits fortement encrassé (diamètre intérieur de 8 à 16 mm au diamètre nominal). L'enregistrement du contrôle effectué après curage mécanique de 0 à 1000 m montre (fig. 29) un cuvelage uniformément corrodé (diamètre intérieur supérieur de 4 mm au nominal). Les huit diamètres intérieurs mesurés sont très proches les uns des autres. La comparaison des contrôles effectués avant et après nettoyage hydraulique ne permet pas de mettre en évidence un effet important de celui-ci utilisé en complément du décapage au tricône. Néanmoins, l'écart entre les rayons intérieurs minimum et maximum est moins important dans le deuxième (fig. 30) enregistrement que dans le premier. Par contre, l'aspect de l'enregistrement (fig. 31) effectué sur le tronçon inférieur du tubage 7" nettoyé directement avec un porte-outil accouplé à un tricône est tout à fait semblable (écart entre rayons minimum et maximum, rectitude générale) à celui effectué dans le tronçon supérieur nettoyé en deux phases. Les effets des outils de curage employés sont donc répétitifs.

b - Validations

Les opérations de curage du doublet de Châtenay-Malabry ont été effectuées par les sociétés Services Pétroliers Schlumberger et GPC ;


les contrôles de l'état du tubage l'ont été par la société Services Pétroliers Schlumberger. Il faut souligner que les puits du doublet n'étant pas éruptifs, ils ne peuvent participer à la remontée à la surface des déblais produits. Les puits ont été décapés au moyen de la version 5" du porte-outil.

Le décapage du puits de production (13 3/8 de 0 à 373 m, 7" de 373 à 1960 m, déviation 49°) au moyen du porte-outil en position de giclement et d'un tricône 6" s'est déroulé sans problèmes majeurs. Néanmoins, la tige carrée a dû être utilisée à la place de la tête de rotation hydraulique pour passer le point d'inflexion de la courbure du cuvelage vers 940 m. Une opération de déviation de la totalité du débit pompé vers l'outil tricône, par déplacement de la chemise coulissante du porte-outil, a été effectuée avec succès avant le reforage du découvert 6" de 1960 m à 2150 m.

Par contre, le décapage du puits de réinjection (9 5/8 de 0 à 1773 m, déviation 34e) n'a pu être effectué totalement en mode giclement. En effet, la densité du fluide contenu dans l'annulaire tiges-cuvelage augmente en cours de curage du fait même de l'introduction des particules arrachées à la paroi. Ceci a provoqué un coincement de la garniture de forage et un bouchage des duses du porte-outil dans la partie inférieure (30 mètres environ) du tubage.

Le puits de production a été curé au moyen de tricônes en septembre 1989. Il est donc possible de comparer, grâce aux enregistrements des contrôles de diamètre effectués avec des outils à palpeurs après curage, les effets d'un nettoyage mécanique pur et d'un nettoyage hydraulico-mécanique. La différence entre les diamètres minimum et maximum sur les enregistrements de 1990 est égale à la moitié environ de celle existant sur les enregistrements de 1989. Les accidents apparaissant sur les enregistrements de 1989 figurent également, mais avec une amplitude moindre sur ceux de 1990. L'utilité du nettoyage hydraulique utilisé en complément du nettoyage mécanique est donc confirmée.

3.1.2 - EQUIPEMENT EXCLUSIVEMENT HYDRAULIQUE

Il aurait fallu, pour pouvoir comparer l'effet du nettoyage au moyen de cet outil à celui d'un nettoyage avec un tricône, employer une machine d'entretien de puits avec tiges de forage. Les frais d'amenée, repli et utilisation de cette machine auraient doublé le prix du curage. Ceci ne pouvait être consenti.

En conséquence, l'outil de giclement CFG-Otis a été employé directement pour nettoyer le puits entier lors de son expérimentation sur le puits de production de Meaux-Beauval I du Syndicat Mixte pour la géothermie à Meaux.

L'outil a été validé sur les puits de production de Meaux-Beauval et Meaux-Collinet du Syndicat Mixte pour la géothermie à Meaux et de Chevilly-Larue de la Société anonyme d'économie mixte pour la gestion de la géothermie à Chevilly-Larue et l'Hay-les-Roses.



Pendant cette opération effectuée sur le puits de production de Meaux-Beauval I (tubage 13 3/8 de 0 à 97 m ; 7" de 297 à 2030 m ; déviation 35°), l'IMRG a procédé à la détermination de la granulométrie des particules apportées par les fluides remontant dans l'annulaire. Avant et après curage, des contrôles du diamètre intérieur des tubages ont été effectués au moyen d'appareils mécaniques à palpeurs à minimum-maximum de la société Copgo-Hunting.

La comparaison des contrôles du tubage 13 3/8 (fig. 32 et 33) ne permet pas de conclure avec certitude quant à l'efficacité du nettoyage hydraulique . En effet, le rayon moyen indiqué a augmenté seulement de 0,4 mm environ après le curage. Les deux enregistrements sont très semblables. Seuls quelques pics de diamètre maximum sont plus aigus sur le deuxième que sur le premier. Il n'est pas possible de dire si cela provient d'une variation de la vitesse de déplacement de l'appareil de mesure ou d'un arrachage de dépôts cachés dans des cavités. De même, l'examen des contrôles du tubage 7" (fig. 34 et 35) ne permet pas de se prononcer quant à l'efficacité du nettoyage. Le rayon moyen indiqué a augmenté seulement de 0,3 mm dans la partie supérieure du tubage, jusqu'à 900 m ; il a même diminué (0,1 mm) dans la partie inférieure, de 1450 à 1650 m. L'appareil de mesure est utilisé à la limite de ses possibilités ; sa précision est en effet de 0,5 mm et l'inclinaison du tubage peut entraîner son excentration.

L'IMRG a mesuré dans les eaux déversées au bourbier la concentration et la répartition granulométrique des particules. Pour cela, il a procédé par prélèvement d'eau à la sortie de la conduite de rejet au bourbier, tamisage jusqu'à 200 fim sur site et analyse par granulométrie laser pour les particules de taille inférieure. Au total, 7 mesures ont été effectuées. La concentration des fluides en particules varie de 0,11 à 0,15 g/1 ; 95 X (respectivement 80 X) des particules sont de taille inférieure à 0,5 (resp. 0,2) mm. La masse totale arrachée aux parois serait de 600 kg correspondant à l'enlèvement d'une épaisseur de 0,1 mm dans le tubage 13 3/8 et 0,2 mm dans le 7".

b - Validations

Lors de ces opérations, les contrôles de l'état des tubages ont été effectués au moyen d'appareils mécaniques à palpeurs à minimum-maximum de la société Copgo-Hunting.

Les contrôles de diamètre effectués sur le puits de production de Meaux-Hôpital (tubage 13 3/8 de 0 à 397 m, 9 5/8 de 397 à 435 m, 7" de 435 à 1924 m ; déviation 30°) indiquent une efficacité plus importante du nettoyage hydraulique que sur le puits de production de Meaux-Beauval I. En effet, le rayon moyen indiqué a augmenté en moyenne de 1,6 mm dans le tubage 13 3/8 (fig. 36 et 37) et 0,5 mm dans le 7". Néanmoins, aux profondeurs inférieures à 900 m environ, les joints du cuvelage apparaissent toujours sur l'enregistrement effectué après curage. En effet, les courbes des rayons minimum et maximum présentent des pics de diamètre réduit aux mêmes profondeurs (fig. 38


et 39). Ceci évoque un phénomène de corrosion galvanique survenant entre des manchons et des corps de tubes provenant de coulées différentes.

Les contrôles de diamètres effectués sur le puits de production de Meaux-Collinet (tubage 13 3/8 de 0 à 336 m, 9 5/8 de 336 à 489 m et 7" de 489 à 1782 m ; déviation 0°) confirment ceux effectués sur Meaux-Hôpital. Le rayon moyen indiqué a augmenté en moyenne de 0,7 mm dans le tubage de 13 3/8, 1 mm dans le 9 S/8 et 0,5 mm dans le 7". Il semble que ce dernier (fig. 40 et 41) subisse un phénomène de corrosion non uniforme. En effet, il présente des tranches d'une trentaine de mètres de longueur dans lesquelles le diamètre intérieur augmente progressivement de l'extrémité supérieure à l'extrémité inférieure. On peut comparer les courbes des enregistrements à des "dents de scies" de base 30 m et de hauteur 0,5 mm environ. Ceci, apparaissant sur les courbes des diamètres minimum et maximum, ne semble pas être la conséquence d'un phénomène de rattrapage des jeux dans l'appareil de mesure.

Les puits du doublet de Chevilly-Larue ont été également décapés au moyen de l'outil de giclement CFG-Otis 7".

Le rayon moyen indiqué du puits de réinjection (tubage 9 5/8 de 0 à 1710 m, déviation 20°) a, suite au nettoyage, augmenté en moyenne de 1,9 mm. Les rayons minimum et maximum augmentent également après le curage. Le nettoyage a donc été efficace. Néanmoins aux profondeurs supérieures à 1200 m, le rayon moyen n'augmente que de 0,7 mm environ après le curage. Il apparaît que dans cette zone déviée, l'outil, de par son faible diamètre, n'a pu être parfaitement centré.

Un essai de nettoyage du découvert (1710 à 1843 m), au moyen d'un outil de giclement spécial muni de duses vers le haut et vers le bas, a été effectué sans succès. En effet, il y a eu coincement du tube flexible à 1813 m. Une manoeuvre de déconnection du tube et de l'outil a permis seulement d'établir une communication hydraulique entre le tube et l'annulaire. Une tentative de décoincement par injection de 2 bouchons d'acide chlorhydrique n'a pas eu plus de succès. Lors de cette tentative un bouchon de gaz l S est parvenu jusqu'en tête de puits. Un outil de rupture à l'explosif, pouvant glisser dans le tube flexible, a été fabriqué en deux jours. Il a permis de rompre le tube flexible à la profondeur de 1804 m. Celui-ci a été remonté puis remplacé sur l'unité snubbing avant de nettoyer le puits de production. Un poisson de longueur 2,5 m a donc été laissé en place dans le réservoir.

Le puits de production de Chevilly-Larue (tubage 13 3/8 de 0 à 393 m, 9 5/8 de 393 à 1942 m ; déviation 40°) était activé au moyen d'une turbo-pompe. Des percements sont survenus au niveau (264 m) des chiens d'ancrage du packer support de turbo-pompe. Il a été procédé en août 1990 à leur bouchage au moyen d'un casing-patch mis en place de 261 à 273 m. Les enregistrements (fig. 42 et 43) des contrôles de diamètre effectués avant et après curage montrent une augmentation moyenne du rayon moyen indiqué de 0,8 mm dans le tubage 13 3/8 et 0,6 mm dans le 9 5/8. Les courbes des diamètres minimum et maximum figurant sur le deuxième enregistrement possèdent un aspect plus


rugueux (nombreux petits pics) que celles du premier. Ceci atteste de la capacité des jets de l'outil à atteindre les dépôts cachés dans les anfractuosités de la paroi.

Toutefois, entre 0 et 260 m les courbes sont beaucoup plus rectilignes sans que ceci puisse être expliqué comme la conséquence de régimes d'écoulement différents dans l'annulaire 13 3/8-colonne de turbinage et le tubage 9 5/8. En effet, les nombres de Reynolds égaux à 660 000 dans l'annulaire (rugosité 1,6 mm) et 950 000 dans le 9 5/8 (rugosité 0,8 mm) correspondent à des écoulements turbulents totalement rugueux, régimes où les pertes de charge sont proportionnelles au carré de la vitesse.

3.2 - DISPOSITIFS D'INJECTION D'ADDITIFS EN FOND DE PUITS

Les puits de production des doublets réhabilités au cours de la campagne d'expérimentation et validation de 1990 sont tous activés au moyen de groupes moto-pompes immergés ; ils ont tous été équipés d'un tube d'injection d'additifs en fond de puits. Les tubes ont été mis en place, sous la surveillance et avec la collaboration de leurs concepteurs, par diverses sociétés de service qui ont assuré également la mise en place des groupes moto-pompes. Au cours de ces opérations, les procédures de manutention des tubes décrites par leurs concepteurs ont été respectées.

Les opérations de mise en place du tube résine-fibre de verre CFG-Forplex (resp. : thermoplastique-acier GPC-Scoflex) sont décrites en 3.2.1 (resp. : 3.2.2).

3.2.1 - TUBE RESINE-FIBRE DE VERRE CFG-FORPLEX

Les puits de production de Meaux-Beauval I, Meaux-Hôpital, Meaux-Collinet et Chevilly-Larue (resp. : Villiers-le-Bel et Alfortville) ont été équipés, par l'entreprise Starval (resp. : Spie-Trindel) sous la surveillance de la société CFG, de tubes résine-fibre de verre CFG-Forplex. Les opérations de mise en place se sont déroulées conformément à la procédure décrite en 1.2.1. Elles n'ont pas présenté de difficultés liées à la nature du tube ou à l'opération elle-même.

L'opération de mise en place du tronçon inférieur du tube, suspendu au groupe moto-pompe, dure environ 3 jours ; la mise en place du tronçon supérieur, en acier inoxydable, contre la colonne de production et suspension, n'augmente pas sensiblement la durée de la mise en place du groupe moto-pompe. Au cours de la mise en place du tube d'injection à Meaux-Hôpital, le niveau dans le puits de production a atteint l'extrémité supérieure du puits et le puits a débordé. La tête de tubage étant située sous le sol, dans une cave, l'éruption n'a pu être maitrisée que très difficilement, en 3 jours environ. Il a été, en particulier,


impossible de fermer provisoirement en un délai très court le puits avec une bride. En effet, la tête de tubage n'avait pas été équipée, préalablement à la mise en place du tube, du joint d'étanchéité adéquat. Il n'a pu être mis fin au débordement que par l'injection à travers une vanne latérale, conjointement avec de la saumure, de débris de caoutchouc et de liège colmatant provisoirement les interstices existants entre la tête de tubage et la bride support de la colonne d'exhaure. Cet accident montre qu'il apparaît nécessaire d'installer, préalablement à la descente d'un tube d'injection, un joint d'étanchéité adéquat sur la bride supérieure de la tête de tubage et un flexible d'injection de saumure sur une de ses vannes latérales. De même, il est indispensable de surveiller, au cours de la descente, le niveau d'eau statique dans le puits.

3.2.2 - TUBE THERMOPLASTIQUE-ACIER GPC-SCOFLEX

Les puits de production de Châtenay-Malabry et La Courneuve-Sud ont été équipés de tubes thermoplastique-acier GPC-Scoflex par l'entreprise Nowsco sous la surveillance de la société GPC.

Les opérations de mise en place se sont déroulées conformément à la procédure décrite en 1.2.2. En ce qui concerne les centreurs caoutchouc, le succès des opérations a permis de démontrer leur capacité d'assemblage d'une part et de guidage de la colonne d'exhaure d'autre part.

Une difficulté, conséquence de la nature du tube, a été rencontrée au passage du télescopage 13 3/8 - 7" de Châtenay-Malabry. Il a été nécessaire pour le réussir de rigidifier l'extrémité inférieure du tube en ajoutant, sous la tête d'injection, une barre de charge en acier inoxydable de longueur 3 m.

Le passage du télescopage 13 3/8 - 7" de La Courneuve-Sud, situé à 510 m, a montré que le tube se déroulait dans le puits de façon relativement rectiligne. En effet, plusieurs tentatives ont été nécessaires, le tube butant sur le cuvelage 7". La longueur indiquée par le compteur de l'unité d'enroulement-déroulement, lorsque l'extrémité inférieure du tube butait sur le télescopage, était constante. Ceci ne se serait sûrement pas produit si le tube prenait dans le puits, la forme d'une hélice de petit pas.

L'opération de mise en place du tube dans le puits dure environ une journée.


4 - EVALUATION DES PERFORMANCES DES EQUIPEMENTS

Les techniques de décapage des puits géothermaux expérimentées au cours de la campagne de réhabilitation de 1990 sont évaluées et comparées (4.1) avant que soient examinées les conditions de mise en oeuvre des tubes d'injection d'additifs (4.2).

4.1 - EVALUATION ET COMPARAISON DES TECHNIQUES DE CURAGE EXPERIMENTEES EN 1990

Les caractéristiques des équipements utilisés pour effectuer les nettoyages sont présentées (4.1.1) avant que ne soient étudiés le temps nécessité par le curage (4.1.2) et le problème de la remontée des déblais (4.1.3). Le chapitre 4.1.4 analyse les origines des incidents survenus en cours de curage.

4.1.1 - CARACTERISTIQUES PRINCIPALES DES EQUIPEMENTS

Les caractéristiques des machines et équipements de mise en oeuvre des outils de curage dans les puits sont examinées en 4.1.1.1. Les configurations des outils utilisés pour effectuer les décapages sont décrites en 4.1.1.2.

4.1.1.1 - Caractéristiques principales des équipements de mise en oeuvre des outils de curage

Les caractéristiques principales des machines et équipements nécessaires à la manoeuvre et à l'alimentation hydraulique des outils de décapage dans les puits sont exposées dans les deux tableaux ci-dessous :


Equipements de manoeuvre des outils

Site

Achères

Châtenay-Malabry

Villiers-le-Bel

Alfortville

La Courneuve Sud

M eaux

Chevilly-Larue

Entreprise-Conseiller

COFOR-Géophase

Schlumberger-GPC

COFOR Géophase

COFOR-CFG

Schlumberger-GPC

OTIS-CFG

OTIS-CFG

Mât

H35

Cooper 350

Masarenti 350

Masarenti 350

Cooper 350

Coil tubing OTIS

Coil tubing OTIS

Puissance treuil (CV)

325

240

240

240

240

175

175

Traction maximum (tonnes)

98

65

64

64

65

11

11

Table de

rotation

non

oui

oui

oui

oui

sans objet

sans objet

Couple tête de

rotation (mxdaN)

380

380

380

380

380

sans objet

sans objet


Equipements de pompage du circuit boue

Site

Achères

Châtenay-Malabry

Villiers-le-Bel

Alfortville

La Courneuve Sud

Me aux

Chevilly-Larue

Pompe

Gardner-Denver PZ9

Gardner-Denver PZ8

Gardner-Denver PZ8

Gardner-Denver PZ8

Gardner-Denver PZ8

Halliburton HT 400

Halliburton HT 400

Pistons

diamètre (pouce)

6

6

6

6

6 1/4

4 1/2

4 1/2

Course (pouce)

9

8

8

8

8

8

8

Puissance (CV)

1000

750

750

750

750

235

235

Pression maximum

(bar)

253

191

191

191

176

340

340

Débit maximum (1/min)

1600

1613

1613

1613

1750

310

310

Il apparaît nettement que les caractéristiques des équipements nécessaires à la mise en oeuvre des outils hydraulico-mécaniques GPC (Châtenay-Malabry, La Courneuve-Sud) et RCJT1 (Achères, Villiers-le-Bel, Alfortville) sont très semblables. Par contre, il est tout aussi clair, en ce qui concerne le débit pompe et la traction maximum admissible, que les caractéristiques des équipements mettant en oeuvre l'outil de giclement puis CFG-OTIS (Meaux, Chevilly-Larue) sont très particulières.

Avec les appareils utilisant des tiges de forage, il est nécessaire d'ajouter les tiges au fur et à mesure de la descente dans le puits. La durée de cette manoeuvre peut être de 10 à 15 minutes quand on emploie une tige carrée et une table de rotation ; elle n'est que de 70 s environ avec une tête de rotation. Dans ce cas, le coefficient d'utilisation effective de l'outil de curage est maximum. Avec une unité de coil-tubing, il n'est pas nécessaire d'ajouter des tiges, mais de procéder à l'évacuation des déblais par dégorgement à grand débit du puits à l'extrémité de chaque tranche de 500 m. La durée de cette opération, pendant laquelle l'outil de curage est inutilisé, à la profondeur de 1000 m. dans un puits tube en 9 ' et disposant d'un débit artésien de 200 m3/h est de 12 minutes.


4.1.1.2 - Configurations d'outils utilisés pour effectuer les décapages

Les tableaux ci-dessous montrent les configurations des éléments de giclement des outils de décapage employés pour effectuer les curages lors de la campagne de réhabilitation de 1990.

Outil à circulation inverse RCJT1 de COFOR

Site

Âchères

Villiers-le-Bel

Alfortville

Diamètre nominal cuvelage

(pouces)

9 5/8

13 3/8 9 5/8

13 3/8 9 5/8

Outil

Diamètre (pouce)

8 1/2

8 1/2

8 1/2

Nombre et diamètre duses

(- x pouces)

6 x 7/32

6 x 8/32 +1 x 7/32

6 x 8/32 +2 x 7/32

En tête de tiges de forage

Débit (1/min)

1200

1600

1446

Pression (bar)

140

120

130

Puissance disponible

(CV)

382

436

427

Outil de giclement CFG-0TIS

Site

Me aux

Chevilly-Larue


(pouces)

13 3/8 7

Production 13 3/8 -9 5/8 Injection 9 5/8

Outil

Diamètre (pouce)

7 5

7

7

Nombre et diamètre duses

(- x pouces)

12 x 1/16 12 x 1/16

12 x 1/16

12 x 1/16

En tête de tige.

Débit (1/min)

310 310

311

311

Pression (bar)

340 340

325

325

3 de forage


(CV)

240 240

229

229


Porte-outil dusé de giclement GPC

Site

Châtenay-Malabry

La Courneuve Sud


(pouces)

Production 13 3/8 - 7 Injection 9 5/8

Production 13 3/8 7 Injection 7

Outil

Diamètre (pouce)

5

5

11 5

5

Nombre et diamètre dus es

(- x pouces)

5 x 9/32

5 x 8/32

5 x 9/32 5 x 9/32

5 x 9/32

En tête de tiges de forage

Débit (1/min)

1520

1500

1500 1500

1600

Pression (bar)

150

135

150 150

160


(CV)

518

460

511 511

580

Il apparaît qu'en tête des tiges de forage, la puissance de pompage disponible est souvent très inférieure à la puissance maximum de la pompe. On ne saurait trop insister sur la nécessité de diminuer, par augmentation du diamètre des conduites, les pertes de charge entre la pompe et l'extrémité supérieure des tiges. De même, il faut impérativement assurer une alimentation hydraulique correcte de la pompe à pistons (par adjonction d'une pompe de gavage ou réhaussement du bac d'alimentation).

Le fluide de forage accomplit le travail utile, pour lequel les outils ont été conçus, seulement lorsqu'il percute la paroi après avoir acquis une grande vitesse dans les duses. Il est donc important de déterminer la pression disponible à la duse en tenant compte des pertes de charge intervenant dans les tiges de forage et la distance maximum entre duse et paroi.

Dans le cas de l'outil de giclement CFG-OTIS, la longueur des conduites reste constante, égale à 2500 m, pendant toute l'opération de curage. La perte de charge dans le tube pour de l'eau douce additionnée de réducteur de friction au débit de 310 1/min s'élève à (fiche technique Halliburton F-3191) 79 bar. La perte de charge disponible à travers la duse, en négligeant la perte de charge dans l'annulaire tube-cuvelage, est égale à 325 - 79 - 246 bar et permet de communiquer au fluide une vitesse de 220 m/s. Si le réducteur de friction n'était pas employé, la perte de charge dans le tube serait pratiquement triple (document Quality Tubing) et le fluide ne pourrait être accéléré dans la duse.


A la profondeur de 1000 m, la perte de charge, au débit de 1500 1/min, dans les tiges de forage 3 1/2 utilisées pour manoeuvrer l'appareil RCJT1 s'élève à (Drilling Data Handbook) à 35 bar. La perte de charge disponible à travers la duse, en négligeant la perte de charge dans l'annulaire tube-cuvelage, est égale à 130 - 35 - 95 bar et permet de communiquer au fluide une vitesse de 140 m/s. De même, la perte de charge disponible à travers les duses du porte-outil dusé de giclement GPC manoeuvre au moyen de tiges 2 7/8 IF ne s'élève qu'à 150 - 100 -50 bar ; elle ne permet de communiquer au fluide qu'une vitesse d'environ 100 m/s.

L'utilisation d'un réducteur de friction permettrait de diviser par 3 la valeur des pertes de charges et par conséquent d'augmenter, sans accroître la puissance de pompage utilisée, la vitesse aux duses des outils RCJT1 et GPC. Dans les conditions précédentes, la vitesse obtenue serait de 150 m/s.

Il est nécessaire, pour éviter la diminution de vitesse du fluide et la perte de puissance du jet, de limiter la distance entre la paroi et la duse à environ 6 fois le diamètre de celle-ci (cf. Directionally Controlled Hydraulic Energy Effectively Cleans Downhole Perforations. S.O. Hutchinson et G.W. Anderson - SPE 4887). Cette règle permet d'établir le tableau ci-dessous montrant les diamètres minimum d'outils parfaitement centrés dans des cuvelages 13 3/8 (diamètre intérieur 320,4 mm), 9 5/8 (226,6) et 7" (159,4).

Outil

COFOR

GPC

OTIS

Diamètre duses (pouce)

8/32 inclinées de 30°

8/32 horizontales

1/16 horizontales

Diamètre nominal cuvelage (pouce)

13 3/8 9 5/8 7

13 3/8 9 5/8 7

13 3/8 9 5/8 7

Diamètre outil (mm)

minimum

254 161 93

244 150 83

301 208 140

disponible

187 187 146

279 178 127

178 178 127

Il apparaît que seul le porte-outil dusé de giclement GPC possède, dans tous les cas, un diamètre supérieur au minimum. Le diamètre de l'outil de giclement CFG-OTIS est très Inférieur au minimum.


4.1.2 - TEMPS NECESSITE PAR LE CURAGE

Les tableaux ci-dessous montrent, pour chaque opération de nettoyage sa durée totale (temps écoulé entre la fin de l'aménagement et le début du repliement de la machine) et le temps effectif d'utilisation de l'outil.

Les opérations d'expérimentation (Achères, La Courneuve-Sud et Meaux-Beauval I) n'ont pas été prises en compte parce que non représentatives, du fait de la mise en oeuvre de procédure et d'appareils de contrôles spéciaux, d'opérations de nettoyage industrielles.

Outil à circulation inverse RCJT1 de COFOR

Site

Villiers-le-Bel

Alfortville

Cuvelage

diamètre nominal (pouce)

13 3/8 9 5/8

13 3/8 9 5/8

longueur (m)

2115

2170

Durée de nettoyage (h)

Totale

224

200

Effective

153

124

Effective

Totale (X)

70

60

Vitesse avancement effective (m/h)

9

11


Site

Châtenay-Malabry

Cuvelage


Production 13 3/8 - 7 Injection 9 5/8

longueur (m)

2150

1932


Totale

72

96

Effective

46

45

Effective

Totale (%)

51

45

Vitesse avancement effective (m/h)

30

20


Outil de giclement CFG-OTIS

Site

Meaux-Hôpital

Meaux-Collinet

Cuvelage


13 3/8 - 7

13 3/8 - 7

longueur (m)

2075

1936


Totale

40

32

Effective

35

28

Effective

Totale (X)

88

88

Vitesse avancement effective

(m/h)

50

60

L'opération de Chevilly-Larue n'a pas été prise en compte parce que les temps de dégorgement du puits n'ont pas été indiqués dans le dossier des ouvrages exécutés.

La vitesse d'avancement effective d'une opération de décapage avec un outil hydraulico-mécanique peut s'élever, sans mettre en cause la qualité du travail, à 25 m/h. La vitesse d'avancement du nettoyage au moyen de l'outil de giclement sur CFG-OTIS est deux fois plus élevée.

4.1.3 - REMONTEE DES DEBLAIS

Les puits géothermaux de la région parisienne comprennent, en général, deux tronçons. Le premier est vertical de 0 à 500 m, le deuxième est dévié (40 à 60°) de 500 à 2000 m. Toutefois certains puits sont totalement verticaux ; d'autres comportent un troisième tronçon, légèrement moins dévié que le deuxième, aux approches et dans le réservoir (profil en S). Une recherche bibliographique a montré qu'il existait, suivant la déviation du puits, 2 types de transport des déblais par les fluides de forage.

Dans les puits verticaux, les particules tombent à leur vitesse de sédimentation. Le fluide doit posséder une vitesse ascendante supérieure à celle-ci pour assurer la remontée des déblais. Dans ce cas, il est possible d'augmenter la viscosité du fluide, au moyen d'additifs, pour diminuer la vitesse de sédimentation des particules et accroître la capacité d'emport du fluide.

Lorsque la déviation augmente, la composante axiale de la vitesse de sédimentation diminue et le phénomène de remontée des déblais change de nature à environ 40°. Les particules s'amassent dans la section inférieure du cuvelage et sont roulées par le fluide vers le haut (processus semblable à celui du déplacement des dunes par le vent). L'augmentation de viscosité n'a plus d'effet. Il apparaît que le meilleur transport de grains de sable de diamètre 2 mm dans un puits


dévié à 60* (cf. How to efficiently wash sand from deviated well bores in World Oil December 1978) est réalisé au moyen d'un courant d'eau possédant une vitesse de 0,9 m/s (170 ft/min). La densité des déblais de sulfures est de 4,5 alors que celle des sables est de 2,5. Les effets de masse, à dimensions égales, sont donc 4,5/2,5 - 1,8 fois plus importants sur les déblais de sulfures que sur ceux de sables. Les forces hydrodynamiques variant comme le carré de la vitesse, il faut donc une vitesse 1,3 fois plus importante que celle déterminée dans l'expérience décrite pour emporter des déblais de sulfure. On peut donc estimer qu'une vitesse de 1,3 m/s est nécessaire pour assurer la remontée de déblais de 2 mm dans un puits géothermal dévié. Ceci correspond à des débits de 348 m /h dans un annulaire cuvelage 13 3/8 - tiges 3 1/2 (160 m3/h dans un 9 5/8-3 1/2 ; 64 m3/h dans un 7" - 3 1/2).

Dans la partie verticale du puits le mouvement ascensionnel des particules est la résultante de la composition de leur chute, à la vitesse de sédimentation, avec le déplacement vers le haut du fluide de l'annulaire. Les sédiments peuvent être, à titre d'approximation, assimilés à des sphères dont le coefficient de traînée est connu expérimentalement (cf. Elementary fluid mechanics - Vennard and Street). Il est alors possible d'établir le tableau indicatif ci-dessous montrant les diamètres des plus grosses particules emportées par une eau géothermale (température : 50*C) s'écoulant verticalement vers le haut.

Vitesse fluide (m/s)

Débit dans annulaire 13 3/8 - 3 1/2 (m3/h)

Débit dans annulaire 13 3/8 - 2 7/8 (m3/h)

Diamètre particules (mm)

0,2

54

55

0,5

0,4

107

110

1.2

0,6

161

165

2,4

0,8

214

220

4,3

1

268

275

6,7

Le débit maximum possible dans l'annulaire tiges-cuvelage est d'environ 150 m /h, ne serait-ce que pour diminuer les quantités d'effluents à rejeter à l'égout. Il apparaît que les particules de diamètre supérieur à 2 mm ne pourront être remontées à la surface du sol. Elles finiront par s'accumuler à la partie inférieure du puits, dans la poubelle située sous les niveaux producteurs. Le découvert devra être nettoyé pour s'assurer que les niveaux producteurs sont libres de toute obstruction. En effet, lors du fonctionnement normal à débit élevé, le puits de production pourrait libérer des particules venant colmater les échangeurs de chaleur de la centrale géothermale et le puits d'injection pourrait ne pas récupérer sa capacité d'absorption. Pour pouvoir nettoyer la poubelle, il faudra amener, à l'aide du seul débit de pompage, les déblais sédimentés à la hauteur des niveaux producteurs les plus profonds. La taille des particules devra donc être la plus réduite possible pour tenir compte de la


valeur faible (80 m /h) du débit de pompage. Les sédiments devront donc être moulus au moyen d'un outil tricône dont les molettes attaquent frontalement la surface sur laquelle ils glissent et roulent.

Ceci ne pourra pas être effectué avec l'outil de giclement CFG-OTIS qui ne peut être équipé d'un tricône à molettes et dont l'alimentation hydraulique n'est que de 11 m /h.

Les particules de diamètre faible remontant plus vite que les particules de diamètre important, il peut y avoir accumulation de déblais au niveau du télescopage 13 3/8 - 9 5/8. Ceci pourra provoquer la diminution du débit dans l'annulaire et donc de la capacité d'emport du fluide. Des particules de diamètres de plus en plus faible s'accumuleront au niveau du télescopage ; le débit dans l'annulaire pourra devenir totalement nul. Il est nécessaire d'éviter ce phénomène de bouchage en surveillant le débit dans l'annulaire et en diminuant la vitesse d'avancement lorsqu'il décroit. Cette manoeuvre doit pouvoir aller jusqu'à l'arrêt total de l'avancement et la continuation de la circulation par pompage. La procédure, consistant à boucher le puits pendant le décapage et à le mettre en production à débit très élevé après curage, ne parait devoir être employée que dans des cas où la nécessité de réduire au maximum le volume des rejets à l'égout est impérieuse. Ses conséquences techniques (mise en place d'un bouchon mécanique ou de ciment délicate, enlèvement bouchon peu sûr, action de l'oxygène sur un tubage fraichement décapé lors d'une mise en production par air-lift, par exemple) et économiques (temps de machine supplémentaire) devront être pleinement considérées.

4.1.4 - ANALYSE DES INCIDENTS SURVENUS EN COURS DE CURAGE

Divers incidents sont survenus au cours des curages. La détermination des causes les plus probables et la mise en oeuvre de procédures d'exécution des travaux les prenant en compte devraient accroître la sûreté des opérations.

Les incidents peuvent avoir trois origines, à savoir : défauts des outils expérimentés (4.1.4.1), déficiences des appareils les mettant en oeuvre (4.1.4.2) et application imparfaite des procédures d'utilisation des équipements (4.1.4.3).


4.1.4.1 - Défauts des outils expérimentés

Le tableau ci-dessous montre les principaux défauts des outils expérimentés et les possibilités d'y remédier.

Outil

RCJT1 de COFOR


Outil de giclement CFG-OTIS

Incident

Outil totalement bouché

Forage au tricône seul d'un bouchon de ciment et des sédiments qui s'y étaient déposés

Impossibilité de diriger la totalité du fluide vers le tricône

Pas de nettoyage du découvert

Cause la plus probable

Retour de circulation et mauvais fonctionnement du clapet antiretour placé dans les tiges

Impossibilité d'attaquer une surface fronta-lement avec un élargisseur

Repêchage bombe du porte-outil impossible à cause de la déviation très élevée

Débit pompé trop faible sous les niveaux producteurs

Procédure conseillée

Nouveau dessin du clapet et de sa fixation dans les tiges

Reprise de la zone considérée à l'outil hydrau-lico-mécanique après forage des sédiments et du ciment au tricône

Configuration porte-outil lors de la préparation de la garniture de forage du découvert

Nettoyage découvert à la turbine et au tricône

Seul l'outil de giclement CFG-OTIS présente un défaut qui ne pourrait être pallié qu'en repensant totalement la conception (par ex. : turbine et tricône mis en oeuvre au moyen d'une unité d'enroulement-déroulement de tube flexible acier de gros diamètre).

4.1.4.2 - Déficiences des appareils de mise en oeuvre

Le tableau ci-après montre les principales déficiences des appareils de mise en oeuvre des outils de curage, et les possibilités d'y remédier.


Incident

Non utilisation de la tête de rotation hydraulique au voisinage de 55"C de déviation

Bouchage des duses de l'outil

Forage au tricône seul de l'extrémité inférieure d'un puits


Couple résistant supérieur au couple de la tête de rotation

Chute de débris de rouille dans le train de tiges

Accumulation de dépôts sur l'outil


Utilisation d'une tête de rotation possédant un couple de 620 mxdaN

Prévoir, à la mise en place de la machine, la possibilité d'utiliser la table de rotation et la tige carrée

Nettoyage des tiges en atelier avant leur transport sur site. Passage d'un poids avec une brosse dans la tige qui va être ajoutée dans le train

Surveillance débit annulaire. Arrêt de l'avancement et continuation de la circulation. Reprise de la zone considérée à l'outil hydraulique.

Le couple exercé par les têtes de rotation actuellement utilisées n'est pas suffisant pour décaper entièrement un puits dévié à 45* environ sans avoir recours à la tige carrée et la table de rotation. La seule indication de sa valeur est donnée, de manière peu précise et peu sensible, par la lecture de la pression d'huile hydraulique du moteur. Il paraîtrait donc utile d'employer des têtes de rotation disposant d'un couple de 620 m x daN et d'un dispositif de mesure directe du couple (barre de torsion, par exemple). Ce dernier permettrait à l'opérateur de détecter plus facilement et précisément les zones délicates (dépôts indurés, augmentation du couple) du tubage et donc de modifier en conséquence les vitesses d'avancement et de rotation de la garniture de forage.

Parmi les procédures conseillées pour pallier les déficiences des appareils de mise en oeuvre des outils de curage, seule la mise en place d'une table de rotation plus puissante et d'un indicateur de couple pourrait augmenter sensiblement le coût d'utilisation des machines.


4.1.4.3 - Application imparfaite des procédures d'utilisation des équipements

Un seul incident grave (cf. : tableau ci-dessous), pouvant entraîner des dommages aux personnes, est survenu pendant la campagne de réhabilitation de 1990.

Incident

Dégagement d'I^S non contrôlé lors d'une acidification


Mauvaise estimation du temps d'ascension du bouchon gazeux


Mise en oeuvre d'une méthode de prévention des éruptions. Arrêt de la procédure seulement après évacuation du bouchon de gaz.

C'est ici l'occasion de rappeler :

. qu'à concentration supérieure à 100 ppm, l'HoS tue l'odorat en 3 à 15 min,

. qu'à partir de 500 ppm il provoque des pertes de raisonnement et de l'équilibre pouvant entraîner la mort par asphyxie,

. qu'il faut prévoir une surveillance ininterrompue d'un chantier où de l'H2S peut être produit.

4.2 - EVALUATION ET COMPARAISON DES TUBES D'INJECTION D'ADDITIFS UTILISES EN 1990

Les opérations de mise en place des tubes d'injection d'additifs en fond de puits n'ont pas révélé de défauts rédhibitoires de ces équipements. En effet, à l'état neuf, ils assurent la liaison hydraulique entre la surface du sol, en tête de puits, et le sabot du cuvelage du puits de production.

Néanmoins, les opérations de mise en place sont délicates. En effet, préalablement à la descente du tube le puits est désactivé par mise en place d'une colonne de saumure de hauteur telle que la pression hydrostatique, dans le puits en face de la formation productrice, soit égale à la pression régnant dans cette dernière. Néanmoins, pendant la descente du tube, le puits reste en communication à son extrémité supérieure avec l'atmosphère. Une mise accidentelle du puits en eau étant très difficile à maîtriser, il apparaît prudent de mettre en place sur une vanne latérale de la casîng-head un flexible d'injection


de saumure et de surveiller le niveau d'eau dans le puits pendant la descente du tube.

Les opérations de mise en place du tube résine-fibre de verre CFG-Forplex durent environ 3 jours ; celles du tube thermoplastique-acier GPC-Scoflex 1 jour. Cette différence ne peut être un critère de choix économique.


FIGURES

Figure 1

SCHEMA EQUIPEMENTS DE CURAGE

Alimentation eau de ville

Pompe k-de gavage

Couche dépôts -corrosion

Outil de giclement

Tricône

Figure 2

PROCEDES DE CURAGE

OUTIL A CIRCULATION INVERSE RCJT1 DE COFOR

( CIRCULATION DIRECTE )

Figure 3

PROCÉDÉS DE CURAGE

< Duse

Chemise

Bombe avec duse

Tricône

PORTE-OUTIL DUSÉ DE GICLEMENT GPC

Figure 4

PROCEDES DE CURAGE

Tube flexible

Cuvelage

Incrustations

OUTIL HYDRAULIQUE CFG-OTIS

Figure 5

TUBES D'INJECTION D'ADDITIFS

EN FOND DE PUITS

Tête de puits

Cuvelage

Groupe moto-pompe immergé

Elément d'accrochage

X

n rr

n

Tronçon de liaison

hydraulique

M

5

Tronçon de fibre de verre

TUBE RESINE-FIBRE DE VERRE

CFG-FORPLEX

Figure 6

TUBES D'INJECTION D'ADDITIFS EN FOND DE PUITS

Tête de levage

Centreur à ailettes

Tête d'injection

TUBE RESINE-FIBRE DE VERRE CFG-FORPLEX

( PREMIER TRONÇON EN COURS DE DESCENTE )

Figure 7

TUBES D'INJECTION D'ADDITIFS

EN FOND DE PUITS

Presse-étoupe

Tube injection

Pompe immergée

Fixation en tête

de puits

Polypropylène

Câble toronné

Coupe

A m e tubulaire revêtue nylon

TUBE THERMOPLASTIQUE-ACIER GPC-SCOFLEX

Figure 8


TUBE THERMOPLASTIQUE-ACIER GPC-SCOFLEX ( extrémité inférieure )

Figure 9


TUBE THERMOPLASTIQUE-ACIER GPC-SCOFLEX ( Protecteur du cable electropompe et centreur

de la colonne de production)

Figure 10

PUITS D'INJECTION D'ACHÈRES

Contrôle,par outil CIT.du diamètre intérieur du tronçon

supérieur du tubage 9 5/8 après nettoyage mécanique

Mini Maxi

-05.3

.05.9

-06.1

-05. S

-05.0 -05.3 .05.1

_CK.a -04.6

_ • > . *

-04.8

.04.3 -04.3

-04.3

-C5.0 -05.7

-C5.0 .04 7

.04.3

.04.3

.04.7

.04.9

.05.2

-05 . !

-05.7

-05.2 -05.0

.05.1

-05.0 -05.3

-05.2 -05.2

.03.2 -05.4

.05.5

-05.1 -05.0

.04.3

-05.2

.05.5

.05.4

-03.3 -04.7

-04. S -03.7

-03.5 -04.1 -04.2

.02.7

-01.3

-02.3

-02.6

-03.2 -04.0

-02.3

-02.7

-03.7

-02.3

.03.0

-03.3

-03.2

.03.3

-03.4

-03.5

-03.3

-04.2

-04.3

-03.3 -03.4

.03.6

-04.3

-04.0

-04.1

-03.3 -04.1 .04.3

-04.1

-03.9

-03.7 -03.4

-03.7 -03.3

I = :

— I

= 1

— =

=

' = « —

i _

h

Epaisseurs (mm) par rapport à l'épaisseur théorique

Rayon (mm)

106,4 122,3 J L^L

je Epaisseur théorique :

ra r

^ r

t

670

1/J6" M . 6 m m )

i i

i i i i i

Externe S

Interne Interne

Parois tubage théoriques

Externe

Figure 11

PUITS D'INJECTION D'ACHÊRES

Contrôle,par outil CIT.du diamètre intérieur du tronçon

supérieur du tubage 9 5 / 8 après nettoyage hydraulique

Mini

. 0 6 . *

. 0 6 . a

. 0 6 . 5

. 0 5 . a

.06.1

.os. :

. 0 6 . 0

. 0 5 . 3

. 0 5 . 3

. 0 5 . 6

. 0 5 . 3

. 0 5 . r

. 0 5 . 7

. 0 5 . 5

. 0 5 . 0

. 0 5 . 2

. 0 5 . 2

. 0 6 . :

. 0 6 . »

.os. : _ 0 5 . *

. 0 6 . *

. 0 6 . -

. 0 6 . :

. 0 6 . 5

. 0 6 . 0

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Figure 12

PUITS D'INJECTION D'ACHÈRES

Contrôle,par outil CIT,du diamètre intérieur du tronçon inférieur

du tubage 9 5/8 après nettoyage hydraulico-mécanique

Mini Maxi

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Figure 13

PUITS DE PRODUCTION DE LA COURNEUVE SUD

Contrôle diamètre tubage 13 3/8 avant curage mécanique

le 5 Octobre 1990 par appareil MFCT

Rayons internes (mm)

160,2 171,8 152.U

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Rayons extrêmes Moyenne des 3 maximum

et des 3 minimum

6 rayons mesurés

Figure 14


Contrôle diamètre tubage 13 3 / 8 après curage mécanique avant

nettoyage hydraulique le 21 Octobre 1990 par appareil MFCT


160.2 152.4

— 125

Rayons extrêmes

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Contrôle diamètre tubage 13 3 / 8 après curage mécanique avant nettoyage hydraulique le 21 Octobre 1990 par appareil MFCT


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Rayons extrêmes Moyenne àes 3 maximum

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Figure 16


304,96

Contrôle état tubage 13 3 / 8 après curage mécanique avant nettoyage hydraulique par appareil BHTV le 22 Octobre 1990

Diamètres (mm) Angles D

343,56

Diamètre interne Temps de transit sur

la circonférence

Amplitude sur

la circonférence

IMRGFigure 17


Contrôle état tubage 13 3 / 8 après curage mécanique avant nettoyage hydraulique parappareil U.S.I.T. le 22 Octobre 1990

jaune clair : OdB

noir : -999 dB

rouge foncé -. +0,152"

bleu foncé : -0,152"

valeurs

6" 6"

Répartition

amplitudes

Répartition rayons par

rapport au rayon moyen

Rayons internes

rouge foncé ;-0,152"

bleu foncé : +0,152"

Répartition épaisseurs

par rapport à

l'épaisseur moyenne

0,6"—=H

Epaisseur

340

IMRG Figure 18


Contrôle diamètre tubage 7" après curage mécanique avant nettoyage hydraulique avec outil T6S le 21 Octobre 1990

Rayons (mm)

72.35 90,74

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Contrôle état tubage 7" après curage mécanique avant nettoyage hydraulique par appareil BHTV le 22 Octobre 1990

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Diamètre interne

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Temps de transit sur

la circonférence

Amplitude sur

la circonférence

IMRGFigure 20


Contrôle état tubage 7" après curage mécanique avant nettoyage hydraulique par appareilU.S.I.T. le 22 Octobre 1990

jaune clair : OdB

noir : -999 dB

Répartition

amplitudes

rouge foncé : +0,152"



apport au rayon moyen

valeurs

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i Ilaximum

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théoriques

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Rayons internes

rouge fonte : -0,152



par rapport à

l'épaisseur moyenne

Figure 21


Contrôle diamètre tubage 13 3 / 8 après nettoyage hydraulique



160,2 171.8 152,4 171.8

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Figure 22


Contrôle diamètre tubage 13 3 / 8 après nettoyage hydraulique



152.4 171.8


et des 3 minimum

6 rayons mesures

IMRG Figure 23


Contrôle état tubage 13 3 / 8 après nettoyage hydraulique

le 27 Octobre 1990 par appareil BHTV

304.96

Diamètres (mm) Angles C)

325

- 350

Diamètre interne

360 0

! ci


la circonférence

Amplitude sur

la circonférence

IMRGFigure 24


Contrôle état de tubage 13 3 / 8 après nettoyage hydrauliquele 26 Octobre 1990 par appareil U.S.I.T.

jaune clair : OdB

noir : -999 dB



Répartition

amplitudes



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Rayons internes


bleu foncé : +0.152"0,1" 0,6"


par rapport à

'épaisseur moyenne

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Figure 25


Contrôle diamètre tubage 7" après nettoyage hydraulique le 26 Octobre 1990 avec appareil T6S

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Rayons (mra)

79,7 90,74

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Figure 26


Contrôle état tubage 7" après nettoyage hydraulique le 27 Octobre 1990 par appareil BHTV

Diamètres (mm)

144.7

925

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360 0

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Diamètre interne

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la circonférence

Amplitude sur

la circonférence

IMRGFigure 27


Contrôle état tubage 7" après neitoyage hydrauliquele 27 Octobre 1990 par appareil U.S.I.T.

jaune clair : OdB

noir : -999 dB

Répartition

amplitudes





37

valeurs

2,7" 2,7"

moyen

maximum

paroistubage

théoriques

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Rayons internes

rouge foncé : -0,152'



par rapport à

épaisseur moyenne

940

IMRG Figure 28

PUITS DE REINJECTION DE LA COURNEUVE SUD

Contrôle diamètre tubage 7" avant curage mécanique le 5 Octobre 1990 par appareil TGS

Rayons internes (mm).

93.5

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15

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Figure 29


Contrôle diamètre tubage 7" après curage mécanique

le 8 Octobre 1990 par appareil TGS

Rayons internes M

90,74

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:— 35

Figure 30


Contrôle diamètre tubage 7" après nettoyage hydraulique le 14 Octobre 1990 par appareil TGS.

72.35

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parois tubage

théoriques_

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Rayons internes

15

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Contrôle diamètre tubage 7" après nettoyage hydraulico-mécanique le 14 Octobre 1990 par appareil T6S


90.74 72 35

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1425

Figure 32

PUITS DE PRODUCTION DE MEAUX-BEAUVAL I

Contrôle diamètre tubage 13 3/8 avant curage hydraulique

le 15 septembre 1990 par appareil CIT

Rayon maximum (mm) Rayon minimum (mm)

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Figure 33


Contrôle diamètre tubage 13 3/8 après curage hydraulique le 25 septembre 1990 par appareil CIT


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Figure 34


Contrôle diamètre tubage 7" avant curage hydraulique le 15 septembre 1990 par appareil CIT


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Contrôle diamètre tubage 7" après curage hydraulique

Ie25 septembre 1990 par appareil CIT


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PUITS DE PRODUCTION DE MEAUX-HÔPITAL

Contrôle diamètre tubage 13 3/8 avant curage hydraulique le 31 août 1990 par appareil CIT


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Contrôle diamètre tubage 9 5/8 avant nettoyage hydraulique

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PUITS DE PRODUCTION DE CHEVILLY-LARUE

Contrôle diamètre tubage 9 5/8 après nettoyage hydraulique le 18 octobre 1990 par appareil CIT


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