La leçon sur les fondamentaux du forage comprend les sujets suivants :

• Objectifs d’apprentissage
• Thèmes de la leçon
• Forage: Où, Quoi et Comment
• Géologie
• Roches
• Plaques tectoniques
• Réservoirs
• Formations
• Stress
• Environnements Hostiles
• Profondeur Verticale Totale (TVD)
• Puits Horizontaux
• Puits Déviés
• Forage directionnel
• Puits Multilatéraux
• Importance de la Services pétroliers
• Forage sous contrat
• Entrepreneurs en forage terrestre
• Entrepreneurs en forage offshore

Il est utile de diviser les sujets de forage et de production en quatre thèmes de base autour des facteurs clés qui animent les opérations la complexité, y compris :

• Type d’hydrocarbure, qu’il soit pétrolier ou gazier,
• Type de réservoir, qu’il soit conventionnel ou non conventionnel,
• Emplacement, qu’il soit terrestre ou offshore, dans des environnements climatiques éloignés ou sévères, et
• Enfin, l’équipement. Pour le forage, cela inclut le type de plate-forme de forage et d’équipement souterrain.

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Forage – Où, Quoi et Comment

Le processus réel de forage d’un puits EST tout comme l’utilisation d’une perceuse électrique pour effectuer une tâche d’atelier.

• Avant le forage, des mesures sont effectuées pour montrer où forer.
• Le matériau, la taille du trou et la profondeur à percer détermineront le type de foret approprié
• Il déterminera également la taille du moteur de forage pour entraîner le foret dans un mouvement rotatif.

Le concept du processus de forage global est relativement simple. Il existe un réservoir potentiel situé profondément sous la surface de la terre. Afin d’accéder et d’extraire du pétrole ou du gaz, un trou doit être percé à travers les différentes roches, matériaux et couches pour l’atteindre.

Dans le forage pétrolier et gazier, le  » comment ” forer le puits, fait l’objet de ce module et, souvent, est le dernier élément à considérer. Tout d’abord, l’équipe doit définir:

• Où forer – sur la base des travaux d’exploration et d’évaluation, de la géologie et de la structure souterraine potentielle
• Quoi – déterminé par le réservoir et les strates qui définissent le profil du puits, à la fois la profondeur et la taille du trou

Après avoir défini ce qui précède, l’ingénieur de forage peut:

• La plate-forme de forage optimale
• Une conception et une construction de puits détaillées
• La sécurité opérationnelle et la planification d’urgence nécessaires
• Les points de décision importants « go” et « no-go” dans l’opération

Géologie

La géologie est l’étude de la matière solide qui constitue la terre. Cela implique toutes les formations souterraines:

• le sol et les roches
• les différentes couches de la croûte terrestre
• le noyau

Les géologues jouent un rôle important dans les opérations de forage. Leurs études d’exploration déterminent où le pétrole et le gaz pourraient être trouvés et quel type de puits est le mieux utilisé pour l’atteindre.

Dans les premiers jours du forage, percer des trous dans la terre avec l’espoir de frapper gros était essentiellement une perspective hasardeuse.

Aujourd’hui, la technologie a parcouru un long chemin pour déterminer où forer, à quelle profondeur forer et quel type d’équipement sera nécessaire pour extraire le pétrole et le gaz, conduisant à des succès de puits d’exploration mondiaux de l’ordre de 60 à 70%.

Roches

Le processus de forage de puits doit traverser différents types de roches dans la terre. Les roches sont composées de matière minérale ou organique, et elles se trouvent dans des couches ou des strates souterraines à travers le monde.

Les roches peuvent contenir un seul minéral, tel que le sel gemme et certains calcaires, ou de nombreux minéraux, tels que le granit (quartz, feldspath, mica et autres minéraux).

Le forage rencontre trois types de roches de base, chacune ayant une caractéristique différente qui nécessite un foret, une vitesse de forage et une pression de foret différents pour être forée de la manière la plus efficace et la plus sûre. Elles le sont:

• Roche ignée – Ce type de roche est très dur (comme le granit), et était autrefois de la roche fondue qui s’est refroidie et solidifiée.
• Roche sédimentaire – Ce type de roche se trouve en fragments plus petits et est transporté par le vent ou l’eau jusqu’à ce qu’il se dépose. Ce type de roche est un peu plus facile à forer. Les exemples sont le grès et le calcaire.
• Roche métamorphique – Est le résultat d’une roche existante soumise à une pression et à une température extrêmes, la transformant ainsi en roche métamorphique. Des exemples de ce type de roche sont l’ardoise et le marbre.

Les roches les plus courantes (sédimentaires) se déposent d’abord dans des couches horizontales appelées strates.Ils sont alors souvent déformés par les mouvements de la croûte terrestre.

Plaques tectoniques

Les mouvements les plus importants affectant les strates rocheuses sont liés à la dérive des continents, appelée tectonique des plaques.

La couche externe de la croûte terrestre est composée de sept plaques tectoniques qui flottent au-dessus du noyau fondu de la terre. Ces plaques changent constamment de position, ce qu’on appelle la dérive des continents.

Les plaques tectoniques en mouvement ont trois types de limites: limites convergentes ou de collision, limites divergentes ou d’étalement et limites transformatrices. Les tremblements de terre, l’activité volcanique, la construction de montagnes et la formation de tranchées océaniques se produisent tous le long des limites des plaques.

Les plaques tectoniques et leur mouvement peuvent grandement affecter le processus de forage si un puits est situé près des limites de collision de la plaque, par exemple les milliers de puits en Californie, dont beaucoup près de la faille de San Andreas.

Les plaques de déplacement peuvent rapidement modifier la composition des strates sous-superficielles, causant des dommages au matériel de forage et des lectures de réservoir défectueuses.

Réservoirs

Les réservoirs sont de différentes formes et tailles. Les réservoirs conventionnels les plus courants dans les premiers jours de l’industrieétaient des grès.

Aujourd’hui, les réservoirs de carbonate contiennent plus de 60% du pétrole restant dans le monde. Les formations carbonatées sont complexes, hétérogènes, avec des chemins d’écoulement irréguliers et des pièges de circulation.

La plupart des sociétés de services pétroliers se concentrent sur le développement de technologies de pointe pour exploiter efficacement des environnements de réservoirs complexes.

Formations

”Formations » est un terme généralisé pour la roche entourant un réservoir qui doit être forée pour atteindre la zone payante ultime.

L’évaluation de la formation, se réfère au volume de roche analysé par des mesures effectuées dans le forage, généralement un log de puits ou un test de puits. L’évaluation de la formation aide à estimer le potentiel de production du puits et à choisir une méthode de complétion du puits.

L’évaluation de la formation est effectuée par le géologue. En recueillant des données de pression et des échantillons de fluides d’une formation, les géologues et les ingénieurs chimistes peuvent également déterminer la meilleure formule chimique pour les fluides de forage nécessaires pour contrôler la pression du puits et conduire les déblais à la surface.

Contraintes

Les roches enfouies profondément dans la terre ne sont pas statiques, mais sont soumises à des conditions en constante évolution. Les couches de roche exercent une pression verticale énorme sur le puits et le foret. Les roches sur le côté exercent des forces horizontales sur le forage.

La roche de cap sous-surface finale est souvent plus compacte et beaucoup plus difficile à percer. Il est important de comprendre ces contraintes lorsque vous essayez de déterminer la meilleure façon de forer dans une zone payante.

Environnements hostiles

Les puits dépassent aujourd’hui 6 000 m (20 000 pieds) de profondeur. À ces profondeurs de puits, les températures sur le foret peuvent dépasser 450 degrés F et les pressions peuvent dépasser 15 000 psi. La présence de gaz acides (H2S, CO2) et de chlorures fait du forage un défi technique.

Il est important de savoir si des conditions de puits hostiles existent pendant le forage afin que les composants de fond de puits appropriés puissent être sélectionnés.

Des mesures de sécurité doivent également être mises en place pour protéger le personnel de la plate-forme de forage.

Deux profondeurs verticales (TVD)

Deux dimensions clés sont importantes dans la conception du puits:

• L’extrémité prévue du puits, mesurée par la longueur de la tige de forage nécessaire pour atteindre la zone payante, est appelée profondeur mesurée (MD).
• La profondeur verticale totale (TVD) est indépendante des écarts et du chemin utilisés pour atteindre la zone payante.

Tous les systèmes et équipements de plate-forme doivent être conçus et configurés pour s’adapter à la profondeur mesurée (MD). Tout d’abord, la bonne plate-forme doit être sélectionnée. Le facteur clé de sélection de la plate–forme est sa capacité à tourner le train de tiges de forage – mesurée en puissance cheval.

La TVD est importante car elle donne à l’ingénieur de forage une idée des pressions et des températures qui affecteront le train de tiges et le foret.

Puits horizontaux

Malgré le fait que la plupart des gisements de pétrole et de gaz sont plus larges qu’épais, pendant plus d’un siècle, le forage vertical est resté la méthode privilégiée. Un puits horizontal est plus coûteux, mais peut atteindre des objectifs souterrains qui ne pourraient pas être facilement atteints avec un forage vertical.

Comme les puits horizontaux peuvent drainer une plus grande surface, il en faut moins, ce qui signifie moins d’infrastructures de surface. Cette empreinte réduite rend le forage horizontal idéal pour les réservoirs peu profonds, étalés, fracturés ou dans des environnements sensibles.

Ces facteurs et les progrès technologiques qui ont rendu les puits horizontaux commercialement viables ont entraîné une multiplication par 20 du nombre de puits horizontaux aux États-Unis au cours des deux dernières décennies.

Avec un puits vertical, le rôle d’un géologue est avant tout d’évaluer  » ce qui a été foré. »Avec les puits horizontaux, les géologues font maintenant partie de l’opération de forage, participent activement au pilotage du puits le long d’un profil souhaité et répondent aux données de rétroaction au fur et à mesure du forage.

Puits déviés

La déviation est l’angle sous lequel un puits de forage diverge de la position verticale de 90°.

La plupart des déviations se produisent naturellement en raison de la flexibilité du train de tiges de forage et de la réaction aux structures de fond de trou, telles que les creux dans les lits rocheux percés.

Un puits de forage peut être délibérément dévié pour manquer des obstacles à haut risque ou pour atteindre des réservoirs supplémentaires. Les puits sont également déviés pour éviter les zones sous-superficielles qui peuvent contenir des concentrations élevées de gaz toxiques.

Aujourd’hui, les puits sont généralement tournés dans une direction horizontale pour:

• augmenter l’exposition aux zones productrices
• croiser un plus grand nombre de fractures
• suivre une structure complexe

Les puits sont souvent déviés par l’utilisation d’un mécanisme de direction fixé au train de tiges de forage.

Forage dirigé

Le forage dirigé est la déviation intentionnelle d’un puits de forage par rapport à la trajectoire qu’il emprunterait naturellement.

Ceci est réalisé grâce à l’utilisation d’équipements de forage spécialisés tels que des fouets, des moteurs à boue et des configurations d’assemblage de fond de trou (BHA).

Les instruments de fond de trou mesurent en continu le trajet du puits de forage en trois dimensions. Les liaisons de données avec la surface communiquent ces mesures pour permettre un réglage constant des moteurs à boue et des composants BHA.

Le foreur directionnel peut également modifier d’autres paramètres de forage tels que le poids sur le foret et la vitesse de la table rotative pour diriger le foret vers le chemin directionnel souhaité.

Puits multilatéraux

Une diminution de l’empreinte provient également du forage de plusieurs puits horizontaux à partir du même plot. La méthode la plus courante consiste à déplacer le foreur de quelques mètres et à démarrer un autre arbre vertical.

Il est également possible de forer plusieurs puits à partir du même forage vertical. Dans cette technique, appelée forage multilatéral, deux ou trois forages horizontaux, chacun de quelques centaines à quelques milliers de pieds de long, peuvent être forés à partir de la même tige principale, comme les branches d’un arbre ou d’un candélabre. Cette technique est particulièrement courante en mer ou dans des endroits à terre sensibles à l’environnement.

Le forage multilatéral crée un réseau de drainage très productif dans des réservoirs avec de nombreuses poches isolées de pétrole ou de gaz.

Les progrès de la technologie multilatérale de forage et de complétion promettent une réduction des coûts des puits, une plus grande flexibilité et un potentiel de profit accru pour l’opérateur.

Le projet industriel conjoint TAML (Technical Advancement of Multilaterals) a été créé en 1997 pour sensibiliser l’industrie aux avantages des puits multilatéraux.

Les multilatéraux ont fait leurs preuves dans diverses applications de production de forage, mais les membres de TAML estiment que l’industrie ne reconnaît toujours pas tout le potentiel de la technologie.

Certains estiment que 10% des 60 000 à 70 000 puits de pétrole et de gaz forés chaque année dans le monde sont des candidats multilatéraux, tandis que TAML place le pourcentage jusqu’à 75%.

Services pétroliers

Comme l’indique le graphique de l’Independent Petroleum Association of America (IPAA) pour un puits américain typique foré en 2003-2004:

• Les plates-formes de forage représentent environ 30% du coût du puits
• Les FTPP en acier de haute qualité (produits tubulaires pour puits de pétrole) constituent un autre facteur de coût important, à environ 14% du coût du puits. Ils sont fournis par des fabricants mondiaux d’acier.
• En tant que groupe, les services techniques, y compris le cimentage, la boue de forage, le traitement de la formation et les essais de puits, représentent 19% supplémentaires du coût du puits.
• La plus grande catégorie de produits divers restants (à 20% du coût du puits) comprend les routards, l’équipement, l’inspection des tuyaux, les matériaux et les fournitures à l’installation, les équipes de tubage, etc.

Notez que ces pourcentages sont directionnels uniquement. Le coût des puits, en particulier le prix au pied, varie en fonction de la superficie et des structures du réservoir, etc. Le forage dirigé et les traitements de fracturation multiples ajoutent au coût dans de nombreux endroits. Considéré comme un coût fixe, le coût de la plate-forme est un pourcentage plus élevé sur un puits peu profond.

Récemment, les coûts de tous les biens et services ont augmenté en raison d’un approvisionnement serré.

Forage sous contrat

Aujourd’hui, la majeure partie du parc mondial de plates-formes de forage appartient à des sociétés de forage sous contrat.

En règle générale, un contrat à durée déterminée est conclu entre l’opérateur E&P et le foreur contractuel. Les services de plate-forme fournis aux opérateurs E&P comprennent du personnel expérimenté et de l’équipement spécialisé.

Les contrats de forage peuvent être un mélange de types, en fonction de:

• le E général &P cycle économique des dépenses
• le type de marché de la plate-forme, c’est-à-dire, les États-Unis par rapport à l’étranger et, par exemple,shoreore par rapport à l’étranger.
• Disponibilité de la plate–forme offshore en raison des nouvelles constructions et de celles actuellement sous contrat

Entrepreneurs en forage terrestre

La plate-forme de forage – fournie par un entrepreneur – représente le coût le plus élevé du forage d’un puits. Sur la base des revenus, les entrepreneurs de plates-formes de forage constituent le segment le plus important de l’industrie des services aux champs pétrolifères.

Tous les puits à terre sont forés à partir de la surface à l’aide d’une plate-forme terrestre. Les plates-formes terrestres peuvent également être des plates-formes à couteaux et à hélicoptères, qui peuvent être décomposées en morceaux suffisamment petits pour être transportées vers un endroit éloigné par camion ou par hélicoptère. L’industrie des plates-formes terrestres a tendance à être une industrie localisée, car le coût du déplacement des plates-formes à l’échelle régionale ou internationale peut être élevé.

Les prix élevés du pétrole rendent rentable l’exploration et le réaménagement d’anciens champs, générant une activité pour les plates-formes légères de reconditionnement et les systèmes de forage de tubes enroulés (CTD).

Aux États-Unis, la nouvelle ruée vers le forage de gisements de gaz de schiste en profondeur nécessitera des plates-formes plus puissantes (1 500 ch et plus). Ces puits sont l’une des options de coût les plus élevées dans le plan d’un opérateur E&P. Si les prix du gaz naturel baissaient, le forage de ces puits pourrait être réduit.

Entrepreneurs en forage offshore

Les plates-formes offshore sont des plates-formes semi-submersibles automotrices massives et des navires de forage conçus pour travailler dans des milliers de pieds d’eau.

Le marché des services de forage pétrolier et gazier offshore continue de se développer et les nouvelles constructions gonflent les flottes.

À la mi-2008, plus de 90% des unités de forage offshore mobiles dans le monde étaient sous contrat, selon le journal Oil&Gas Journal.

En plus des puits d’exploration, les opérateurs ont engagé de grandes quantités de capitaux pour forer et développer de grands projets à travers le monde. Certains analystes affirment que ces nouveaux projets iront de l’avant avec des prix du pétrole brut compris entre 50 et 60 $.

Les contrats de plate-forme de forage offshore s’allongent maintenant à près de 2 ans, en réponse à:

• demande croissante
• disponibilité réduite des plates-formes
• longs délais pour les nouvelles constructions en raison de goulots d’étranglement liés à la fabrication et à l’équipement