Chapitre-1 Underbalanced Drilling : Theorie et
Principes
1.1 Généralités
Ce qui suit informe sur les bases du forage underbalance,
incluant les principes généraux en plus des différents
équipements utilisés, et pour terminer le rôle et la
contribution de l'UBD dans l'industrie du forage.
1.1.1 Introduction
Les réservoirs à faible
perméabilité ou deplétés sont un défi pour
l'ingénieur forage d'aujourd'hui, avec un certain nombre de
problèmes récurrents tels que les pertes de circulation, les
coincements et l'endommagement du réservoir par le fluide de forage.
Dans le but de limiter ces problèmes le forage en Underbalance est
devenu un principe essentiel depuis la fin du XXème siècle.
1.1.2 Définition
Le forage en underbalance est une technique dans laquelle la
pression de fond exercée par le système de fluide de forage est
maintenue à une certaine valeur inférieure à celle du
réservoir, la Figure 1.1 donne une illustration de la fenêtre
Underbalance.
Pformation > PBHP = PHydrostatique + Pfriction
+ PDuse (1.1)
Figure 1.1 : Illustration des profils de pression et
UB zone. (ECK-OLSEN, 2003)
4
Chapitre1-Underbalanced Drilling : Theorie et Principes
A la différence du forage conventionnel, le fluide de
forage n'agit plus comme la première barrière de
sécurité. Les équipements de surface pour les UBO comme le
RCD (Rotating Control Diverter) et le manifold de duses jouent ce rôle.
La deuxième barrière de sécurité reste toujours
l'ensemble BOP. Et à l'instar du forage en overbalance, le
contrôle du puits doit être maintenu à chaque instant,
à la seule différence que l'UBD est prévu pour laisser les
fluides de réservoir affluer dans le puits.
Cette condition pouvant être
générée naturellement, via des fluides de faible
densité (Brute, Gasoil, Eau) dans certains cas où il y a une
grande pression de formation. Cette pratique est dite Flow Drilling. Mais dans
beaucoup de situations, la condition d'underbalance est
générée artificiellement par l'injection simultanée
d'un gaz non condensable dans le système de circulation dans le but de
réduire la pression hydrostatique effective de la colonne de fluide. Le
gaz le plus utilisé est le Nitrogène pour sa disponibilité
et sa facilité de transport, mais l'utilisation de l'air appauvri en
oxygène (par l'utilisation de membrane semi-perméable), ou du gaz
naturel se fait également, dépendant des cas d'application.
1.1.3 Définition, classification IADC
La définition du forage Underbalanced selon l'IADC
: « Drilling with the hydrostatic head of the drilling fluid
intentionally designed to be lower than the pressure of the formations being
drilled. The hydrostatic head of the fluid may naturally be less than the
formation pressure, or it can be induced. The induced state may be created by
adding natural gas, nitrogen, or air to the liquid phase of the drilling fluid.
Whether the underbalanced status is induced or natural, the result may be an
influx of formation fluids which must be circulated from the well and
controlled at the surface » (Aadnoy,2009)
« C'est le forage avec une pression
hydrostatique de fluid intentionnellement choisie pour être plus faible
que la pression de formation forée. La pression hydrostatique du fluide
peut être naturellement en dessous de celle de la formation, ou peut
être induite. L'état induit peut être crée par ajour
de gaz naturel, azote, ou air à la phase liquide du fluide de forage.
Que l'état underbalanced soit induit ou naturel, le résultat peut
être un afflux de la formation qui devra être circulé et
controlé à la surface. »
Les mots « intentionnellement choisie » clarifient
le fait que l'état underbalance est une part primordiale du design du
puits.
Une deuxième définition « A
drilling activity employing appropriate equipment and controls where the
pressure exerted in the wellbore is intentionally less than the pore pressure
in any part of the exposed formations with the intention of bringing formation
fluids to the surface.» (Leirkjaer, 2014)
« C'est une activité de forage employant des
équipements et controles appropriés où la pression
exercée sur les parois du puits est intentionnellement inférieur
à la pression de pore en toutes parts de de la formation avec
l'intention de laisser les fluides de formation filtrer et monter en surface
»
Un système de classification a été
développé par l'IADC pour établir les risques
associés, la catégorie d'application et le système de
fluide utilisé en UBO et en MPD.
Les puits sont classifiés selon :
· Le niveau de risque (0 à 5)
5
Chapitre1-Underbalanced Drilling : Theorie et Principes
· Catégorie d'application (A, B ou C)
· Système de fluide (1 à 5)
Cette classification procure une base pour le design des
équipements de surface, et des procédures de
sécurité.
Tableau 1 : Classification IADC du niveau de
risque pour les UBO (Aadnoy, 2012)
|
Level 0
|
Amélioration des performances de forage. Pas de zone
contenant des hydrocarbures
|
Level 1
|
Puits intrinsèquement stable, risque faible du point de
vue Well Control
|
Level 2
|
Possiblité que le fluide de formation arrive en surface,
mais les methodes standards pour tuer le puits sont suffisantes,
conséquences faibles en cas de panne du materiel en surface
|
Level 3
|
Production en surface non hydrocarbures, la pression maximale de
fermeture est inferieure à la pression opérationnelle des
équipements en surface. Panne des équipements de surface entraine
des conséquences immédiates
|
Level 4
|
Production d'hydrocarbures, la pression maximale de fermeture
est inferieure à la pression opérationnelle des
équipements en surface. Panne des équipements de surface entraine
des conséquences immédiates
|
Level 5
|
Les pressions maximales prévues sont au-dessus de la
pression des équipements de surface, mais en dessous de la pression de
service du BOP. Panne des équipements de surface entraine des
conséquences immédiates et serieuses.
|
|
Tableau 2
|
: Classification IADC de la catégorie
d'application en Underbalance (Aadnoy, 2012)
|
Catégorie A
|
|
Managed Pressure Drilling - MPD Forage avec retours en surface
du fluide opérant avec une densité équivalente de boue
égale ou légerement superieure à la pression en
openhole.
|
Catégorie B
|
|
Underbalanced Operations - UBD Forage avec retour en surface du
fluide maintenant une densité équivalente de boue en-dessous de
la pression en openhole.
|
Catégorie C
|
|
Mud-Cap Drilling
Forage sans retour en surface, avec une colonne de fluide en
annulaire qui est maintenue au-dessus d'une formation qui prend le fluide
injecté et les cuttings.
|
|
Tableau 3 : Classification IADC des types de
fluide pour puits en
underbalance (Aadnoy, 2012)
|
Gas
|
1
|
Brouillard (mist)
|
2
|
Mousse (foam)
|
3
|
Liquide gazeifié
|
4
|
Liquide
|
5
|
|
6
Chapitre1-Underbalanced Drilling : Theorie et Principes
| 
