Etude sur la mise en place de tubages en fibre de verre ...

Assises des énergies renouvelables 2016 20/10/2016

Retour d’expérience sur le rechemisage en fibre de verre des doublets au Dogger de Chevilly-Larue et L’Haÿ-les-Roses

Semhach : Michel Andres

CFG Services : Louis Hirsinger

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Contexte du projet


ENJEU : Pérenniser l’exploitation des doublets existants (forés en 1985) en minimisant l’impact sur les débits d’exploitation

CONTRAINTE : Espace insuffisant pour le forage de nouveaux puits

SOLUTIONS ETUDIEES : Rechemisage intégral des tubages 9’’5/8 avec des :

• tubages en acier 7’’

• Tubages en fibre de verre 7’’

SOLUTION MISE EN ŒUVRE : Rechemisage intégral en fibre de verre (exceptées les chambres de pompage)

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Géométrie des puits rechemisés

Producteur Chevilly-Larue GCHL-2

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La géométrie d’un tubage en fibre est similaire à un tubage acier : un corps de tube d’environ 9 m et des connexions manchonnées/filetées aux extrémités (aux normes API)

A titre de comparaison, les dimensions d’un tubage 7’’ #26 K55 sont les suivantes :

ID : 159,4mm

OD : 177,8 mm

OD aux manchons : 194,5mm

Longueur standard par tube : environ 12m

Caractéristiques techniques des tubages descendus


ASTM D 2996

6,11" 155 mm

7,05" 179,1 mm

Diametre Maximum Drift (Calibre)

Diametre Nominal Externe

Specifications Dimensionelles

Imperial Metrique

6,21" 158 mmDiametre Interne

10,67 mm

7,10" 180 mm

Epaisseur Nominale

Diametre Nominal Externe de l'Upset

0,42"

7,76" 197 mm

8,10 lbs/ft 12,05 kgs/m

Diametre Externe Maximum au Raccord

Poids Nominal Par Foot/Metre

242 lbs 110 kgPoids Nominal Par Tube

Longueur Nominale par Tube 30 ft 9,14 m

Type de Raccord

Specification du Raccord

Filetage et Manchonnage (T&C)

7" Csg Long 8Rd API 5B Tbl 7

7" RED BOX 1500 DOWNHOLE CASING

TUBES EN RESINE AMINE AROMATIQUE

4

134 bar

Rayon de courbure en service 106 m

Performances et Cotes

Pression Interne service 1500 psi 103 bar

Pression d'Epreuve en Usine 1950 psi

Plage de Temperature -60F A 200F -51 A 93C

Coefficient d'Allongement

Pression d'Ecrasement en service 1500 psi 103 bar

Charge Axiale Nominale 76500 lbs 34700 kgs

1,9 1,9

Characteristiques Physiques et Mecaniques

Resistance a la Traction Circonferentielle 31300 psi 2159 bar

Resistance a la Traction Axiale 30000 psi 2069 bar

Coefficient d'Ecoulement Hazen Williams 150 150

0,036

Conductivite Thermique 2,4 btu/hr/ft²/in/°F 0,415 watt/meter/K

Coefficient d'Expansion Thermique 1,1 x 10¯⁵ in/in/°F 1,98 x 10-5 mm/mm/°C

Module d'Elasticite Axiale 3000000 psi 206897 bar

Densite Specifique


Diagraphie : valider la technologie, déterminer le paramétrage optimal des outils

Cimentation : mesurer l’adhérence, ajuster la composition des laitiers

Mécanique : tester le comportement de la fibre en forage/manœuvre

Traces lors des essais de manœuvres

Conception – Essais en laboratoire

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Avantages Inconvénients

1. Peu/Pas de corrosion/dépôt intérieur et extérieur

- Pertes de charge moindres et constantes

- Consommations électriques stables et plus faibles qu’avec les

tubages en acier pour un même diamètre

- Coûts d’exploitation et d’entretien plus faibles qu’avec l’acier

- Pas d’incertitude sur l’état de la surface extérieur du casing

2. Tube inhibiteur uniquement jusqu’à l’aspiration de la pompe. Pas de

risque de collage

3. Durée de vie attendue supérieure à l’acier

4. Moins voire pas de travaux de réhabilitation lourd et couteux, meilleure

visibilité sur les coûts d’entretien

5. Dans le cas d’un forage neuf : chambre de pompage moins profonde car

pertes de charges plus faibles et pas de nécessité de prévoir de marge en

cas de rechemisage. D’où KOP moins profond, forage moins incliné et

moins long

6. Le risque de percement et donc de contamination d’aquifères supérieurs

par l’eau du Dogger devrait être moins important avec des tubages en fibre

de verre

7. Logistique moins lourde (transport de 900m de tubage par camion soit

uniquement 2 camions par puits)

8. Manutention plus aisée et moins accidentogène du fait du faible poids

1. Peu de retour d’expérience (mise en œuvre et

exploitation) dans des puits similaires à ceux du

bassin parisien

2. Coût plus important

3. Mise en œuvre plus longue (tubes plus courts et

vissage plus délicat)

4. Les tubes doivent être manipulés avec précaution

5. Descente potentiellement plus compliquée en

particulier dans les sections open hole

6. Cimentation étagée à l’aide d’une DV à proscrire

7. Opérations de manœuvre et reforage plus délicates.

Risque de détérioration de la fibre

8. Pas de solution de contrôle préventif de l’intégrité des

tubages en cours d’exploitation identifiée à ce jour

9. Température maximum d’utilisation actuellement de

105°C

Avantages/inconvénients de la fibre de verre par rapport à l’acier

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Equipements de colonne standards, similaires à une solution acier (sabot, colliers, centreurs, raccord gauche…)

Mise en œuvre sans anneau de cimentation ni équipement de cimentation étagée pour éviter d’introduire des éléments sensibles à la corrosion dans la colonne

Opérations de préparation des tubes et gerbage similaire à une solution acier

Equipements de descente standard. L’épaisseur des tubes est plus importantes au niveau des manchons pour résister aux mâchoires de clés de vissage, élévateur et cales

Vissage : les tubages sont engagés et vissés à la main avec une clé à bande puis serrés au couple avec une clé hydraulique. Enregistrement numérique du couple appliqué

Mise en œuvre : équipements


Vitesse de descente de l’ordre de 8 à 10 tubes par heure (70 à 90m/h), soit environ 30 à 50% plus lent qu’avec l’acier

Pas de problème rencontré pendant les opérations de descente. Frottements mesurés très faibles en descente (15 à 25% du poids de la colonne)

Centralisation standard (une centaine de centreurs par colonne), descente aisée dans des puits fortement incliné (jusqu’à 50°)

Mise en œuvre : descente


Faible poids

Maintien de la colonne en surface pour éviter toute remontée en cours de cimentation

Remplissage des tubes en cours de descente

Faible résistances mécaniques

Utilisation d’équipements de vissage permettant un contrôle précis du couple appliqué

Cimentation en une passe avec 2 ciments de densités différentes, chasse à la saumure

Utilisation d’un moteur de fond pour minimiser les frottements des tiges sur la fibre

Garniture stabilisée pour éviter tout risque de side track

Contrôle des paramètres de forage pour limiter l’endommagement de la fibre

Mise en œuvre : précautions


Les outils sonique de type CBL/VDL ne sont pas utilisables pour la caractérisation des cimentations des tubages en fibre de verre (Vitesse des ondes acoustiques transmises par la fibre est trop faible)

Caractérisation de la cimentation et mesure du diamètre interne par sonde ultrasonique, cette technologie permet d’obtenir un niveau d’information comparable à ce qui peut être mesuré dans un puits équipé de tubages en acier

Diagraphies


Traces du mouvement des tiges sur le tubage visible dans le KOP (pertes de matière jusqu’à 1mm

Pas d’endommagement lié au câble de diagraphie

Contact tubage fibre de verre – tubage acier extérieur visible

Détermination de la qualité de la cimentation en fonction des valeurs d'impédance

Diagraphies


Surface externe

théorique du tubage

Surface interne


Rayon externe


Rayon interne


Rayon interne de la

paroi du tubage

Surface interne de la

paroi du tubage

Rayon externe


Rayon interne


Rayon interne de la

paroi du tubage

130 mm

120 mm

110 mm

100 mm

90 mm

80 mm

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Coûts et durée des travaux


Surcoût par rapport à l’acier : +20-25% sur le coût global ;

Principaux postes de surcoûts :

Fourniture tubages : rapport de 2 entre fibre et acier

Temps de travaux : +2 jours par ouvrage

Cimentation : utilisation de ciment allégé

Diagraphie : technologie plus couteuse

Reforage : utilisation d’un moteur de fond

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Résultats en exploitation


Maintient du débit de production à 280 m3/h (identique avant et après rechemisage) grâce à une augmentation limitée des pertes de charge

Pour un rechemisage en acier : diminution du débit d’exploitation attendue à 220-250 m3/h du fait de l’augmentation importante du rabattement (très sensible à l’encrassement) et de la profondeur fixe de la chambre de pompage. Conséquence : augmentation de la puissance électrique des groupes de pompage, augmentation de la consommation de gaz pour compenser la réduction du débit géothermal, diminution du taux de couverture ENR sur le réseau

Tube de traitement descendu uniquement en fond de chambre de pompage

Conséquence : le coût par MWh produit est réduit de 10% avec la solution fibre de verre par rapport à l’acier du fait de la diminution de la consommation en électricité et en gaz (environ 500k€ d’économies par an pour les 2 doublets)

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Résultats après mise en service : GCHL-1 (injecteur)

Longueur rechemisée : 1685 m

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Résultats après mise en service : GCHL-2 (producteur)

Longueur rechemisée : 1516 m

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Enjeux :

Pérenniser les ouvrages et améliorer la protection de l’environnement (plus de corrosion ext./int.)

Pas d’opération lourde de curage et/ou rechemisage

Supprimer l’injection de produits inhibiteur ou limiter leur utilisation aux installations de surface

Diminution des consommations électriques / suppression des couts de traitement

Stabilité des paramètres hydrauliques (stabilité de la rugosité), améliorer la visibilité sur la production

Principaux défis techniques :

Forer le réservoir sans endommager la fibre de verre

Descente des tubages en open hole

Descente de tubages en fibre de verre gros diamètres pour la chambre de pompage

Les étapes :

REX complet des opérations de rechemisage (calage d’un modèle d’usure)

Simuler la pose de tubes en fibres en open hole

Valider la faisabilité et les condition du forage du réservoir

Objectif à terme : réalisation d’un doublet neuf en fibre de verre



Merci pour votre attention

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Tubage en fibre de verre retiré d’un puits de géothermie au Dogger après 13

années d’exploitation (Photo GPC IP)

Tubage en acier après quelques années d’exploitation dans un puits de

géothermie au Dogger (Photo CFG Services)

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