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Rôle de la cimentation primaire
• Rétablir des étanchéités entre couches,• Isoler formations productrices, • Protéger les niveaux aquifères (eaux potables),• Éviter l’éboulement du trou, supporter la paroi du trou,• Ancrer et suspendre les tubages, • Prévenir de la corrosion,• Permettre la mise en tension des tubes, • Faire une isolation thermique.
La cimentation est une opération très importante, elle va conditionner la vie du puits.
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Rôle de la cimentation primaire
Exemple d’un problème de cimentation sur un puits en Algérie. Le cratère fait actuellement plus d’une centaine de mètres de diamètre. Les eaux salées polluent la nappes phréatique de la région.
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Hauteur de la gaine de ciment
• Conducteur pipe et colonne de surface– Jusqu’en surface
• Casings intermédiaires et de production.– 150 m au dessus de toute formation hydrocarbonée ou – 150 m au dessus d’une zone à haute pression– 300 m au dessus du sabot
• Liner – Cimentation sur toute la longueur
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Cimentation jusqu’au sabot du tubage précédent
• Avantages :– Isolation de tout le découvert
– Pas de corrosion des casing
– Simplifie l’abandon définitif.
• Inconvénient :– Difficile dans certains cas
– Pas de contrôle des espaces annulaires
– Annulaire fermé
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Équipements de cimentation
• Équipements de la colonne de casing :– Sabot, anneau, – Centreurs, gratteurs,
• Équipements de la colonne en surface :– Tête de cimentation,– Bouchons,
• Équipements pour fabriquer et pomper le ciment.
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Sabots de cimentation (casing shoe)
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Sabots de cimentation (casing shoe)
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Anneaux de cimentation (casing collars)
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Centrage de la colonne
• Le centrage de la colonne est essentiel pour assurer une bonne cimentation.
• On doit placer des centreurs :– au droit des zones à cimenter,– au droit des dog-legs,– de part et d'autres des caves,– dans les zones à risques de collage ou à pertes.
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Centrage de la colonne
Taux de centrage ou Stand Off : e x 100 / (R2 - R1)Il est recommandé d’avoir un taux de centrage supérieur à 80%
++
R1
R2
e
Mauvais déplacement de la boue par le ciment à cause d’un mauvais centrage ⇒ pas d’étanchéité.
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Centreurs (centralizers)
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Centreurs (centralizers)
Le rôle des centreurs est de centrer le casing dans le puits, pour obtenir un stand off correct et un bon déplacement de la boue par le ciment.
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Centreurs (centralizers)
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Centreurs (centralizers)
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Centreurs (centralizers)
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Gratteurs (scratchers)
Les gratteurs permettent de retirer le cake, la boue déposée sur la paroi du trou.
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Ombrelle (Cement basket)
L’ombrelle est utilisée pour les cimentations à double étage. Elle est placée sous le DV pour éviter que le ciment descende dans l’espace annulaire
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• Le centrage minimal pour un puits sub-vertical :– deux centreurs / tube entre l'anneau et le sabot,– un centreur / tube de part et d'autre du réservoir,– deux centreurs / tube au droit du réservoir,– deux centreurs sur l'avant dernier tube dans l'entrefer,– un centreur / tube sur toute la partie à cimenter avec un
laitier de remplissage,– un centreur rigide sous la casing head housing pour
faciliter la pose sur slip.
Centrage de la colonne
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Exemple d’habillage d’une colonne de tubage
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Tête de cimentation
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Tête de cimentation et bouchons
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Bouchon de queueBouchon de tête
Bouchons de cimentation
Le rôle des bouchons est de prévenir la contamination du spacer et du laitier, de racler l’intérieur du casing et d’indiquer la fin de la chasse.
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Unité de cimentation - Schéma de fonctionnement
Additifs
Cimentvrac
Eau
LaitierDosage etMélange
Homogénéisation / ContrôlePompagePuits
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Fill
Mixer
Tête de cimentation
Cimentation d’un tubage
Silos
Unité de pompage
Logiciel de contrôle
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Unités de cimentation
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Unités de cimentation
La motorisation des unités de cimentation peut être mécanique ou électrique.
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Équipements de cimentation
Le ciment est stocké dans des silos.
Surge tank pour fabriquer le ciment.
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Descente casing Circulation boue Test en pression de l’unité de surface
Cimentation simple étage
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Pompage washer Pompage spacer Pompage laitier de tête
Cimentation simple étage
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Pompage laitier de queue Largage bouchon Déplacement laitiers
Cimentation simple étage
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Cimentation simple étage
Augmentation de pression, indiquant la fin du déplacement
Purge, contrôle retour.
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Points importants:• Séparation et isolation de
zones• Réduction de la pression
hydrostatique• Possibilité de laisser une
zone non cimentée
1er étage
StageCollarZone fragile
Zone à isoler
Cimentation double étage
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Cimentation double étage
Descente casing Circulation boue Test en pression de l’unité de surface
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Pompage spacerPompage washer Pompage laitier de tête
Cimentation double étage
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Largage bouchon Déplacement laitier Déplacement laitier
Cimentation double étage
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Augmentation de pression, indiquant la fin du déplacement Purge
Cimentation double étage
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Largage bombe Descente bombeAugmentation de pression, indiquant l’arrivée de la bombe sur son siège
Cimentation double étage
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Ouverture DV Circulation avec la boue Pompage washer
Cimentation double étage
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Pompage laitier Largage bouchon Déplacement laitier
Cimentation double étage
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Augmentation de pression, indiquant la fin du déplacement Purge
Cimentation double étage
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Descente liner Circulation boue Test en pression de l’unité de surface
Cimentation d’un liner
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Pompage spacer Pompage laitier de tête Largage dart
Cimentation d’un liner
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Descente dart Descente dart Dart dans son logement , pression
Cimentation d’un liner
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Purge, contrôle pression Désancrage tige Circulation inverse
Cimentation d’un liner
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Circulation inverse Purge, contrôle pression
Cimentation d’un liner
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• La mise en place d’un bouchons de ciment est une opération fréquente.
• Les bouchons de ciments nécessitent de faibles volumes de laitier.
• Ils sont mis en place pour différentes raisons:– Effectuer un "side track" à cause d’un poisson ou pour
changer la trajectoire du puits,– Boucher une zone (aquifère, zone déplétée),– Résoudre un problème de perte de circulation pendant une
phase de forage,– Bouchage d’un puits,– Servir de base pour poser un packer de test.
Bouchons de ciment
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Kick Off Point
Bouchonde ciment
Bouchons de ciment
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Bouchons de ciment
Zone déplétée
Bouchon de Ciment
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Tige de forage
Découvert
Outil
ZoneZone à à pertespertesCEMENT
PLUGBouchon de ciment
Bouchons de ciment
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Bouchon de ciment
Bouchon de ciment
Bouchon de ciment
Bouchons de ciment
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Injection de ciment (squeeze)
• Restauration de cimentation• Réparation d’un tubage détérioré• Bouchage de perforations• Fermetures aquifères
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Laitiers de ciment et additifs
• Laitiers composés de :
– Ciment Portland
• Différentes classes de ciment disponibles en fonction de la température au fond du puits. Mais généralement Classe G utilisé (ciment de base auquel on peut ajouter des accélérateurs ou retardateurs pour couvrir les température rencontrées),
– Eau
• 44 % d’eau en poids ⇒ densité = 1.90
– Additifs pour modifier les caractéristiques du laitier (temps de prise, densité, ..).
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Additifs de cimentation
• Accélérateurs et retardateurs– Contrôlent du temps de pompabilité– Mais altérent de la résistance à la compression
• Produits allégeant– Réduisent la densité du laitier,
• Alourdissants– Augmentent la densité du laitier
• Dispersants– Améliorent le déplacement de la boue– Améliorent le mixage du ciment,– Permettent de réduire le rapport Eau /Ciment– Diminuent les pertes de charge
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• Additifs pour le contrôle du filtrat,
• Additifs pour pertes (LCM),
• Additifs spéciaux :– Agents anti-mousse, – Agents d’adhérence,– Agent d’expansion,– Agents de contrôle de migration de gaz,– Agent de thixotropie.
Additifs de cimentation
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Temps de pompabilité en fonction de la densité
Temps de pompabilité
Seuil d’ écoulement
160
40
1.971.87
Tem
ps d
e po
mpa
bilit
é(m
in)
Seui
l d’é
coul
emen
t
Densité du laitier
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Évaluation de la cimentation
Nécessité d’évaluer la qualité de la cimentation pour :
Vérifier l’intégrité de la gaine de ciment,
Vérifier l’isolation des couches,
Déterminer la résistance du ciment,
Vérifier s’il n’y a pas de channeling
Vérifier s’il est nécessaire de restaurer la cimentation et si c’est possible,
Déterminer le top du ciment.
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Principaux problèmes de cimentation
Micro-annulus cement/formation
Full excentration Weak cement Gas channels
Micro-annulus casing/cement
Water Channel Mud Channel Gas invasion
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• Basés sur la résonance– Lorsque le casing est lié à une gaine de ciment dure, la
vibration dans le casing est atténuée proportionnellement à la surface de liaison.
Outils pour évaluer la qualité de la cimentation
Tx
CasingWater or mud
Rx
CasingCement
Tx
Rx
NoCement
NoNoCementCement
GoodBond
GoodGoodBondBond
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• Le CBL (Cement Bond Log) et le VDL (Variable Density Log)– Enregistrent et mesurent la transmissions des vibrations,
– Permettent de déterminer la qualité de la liaison casing –ciment – formation,
– Ce sont des mesures soniques (20 kHz).
• L’USIT (Ultra Sonic Imager Tool) permet de déterminer la qualité du ciment derrière le casing
– Il enregistre le contraste d’impédance acoustique,
– C’est un outil ultrasonique (200 à 700 kHz).
• L’interprétation de ces mesures est délicate.
Outils pour évaluer la qualité de la cimentation
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CBL (Cement Bond Log)
Casing
MinimumDetection
LevelE1
T0
TT
E3
E2 TimeTime
Am
plitu
deA
mpl
itude
CBL TimeWindow
CBLGNMSG
Seules l’amplitude et l’arrivée de la première onde sont enregistrées
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VDL (Variable Density Log)
Transmitterfiring
Am
plitu
de (m
v)
time usec
Casing Formation Mud
Tout le train d’onde est enregistré.
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Mesures soniques (CBL et VDL)
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Exemple de CBL et VDL
Exemple d’une mauvaise cimentationExemple d’une bonne cimentation
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Principe de l’USIT (Ultra Sonic Imager Tool)
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Principe de l’USIT (Ultra Sonic Imager Tool)
Free Pipe Good cement
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Exemple d’une bonne cimentation
Exemple de logs de cimentation
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Exemple de logs de cimentation
Exemple d’une contamination du ciment par la boue