la cimentation primaire et ses objectifs · 9efficacité de la solution – hauteur cimentée –...
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La Cimentation Primaire et ses Objectifs
Forage/Completion - Cimentation des Tubages, Controle et Restauration
Jean Philippe KunetzWell Services TOTAL Global Account Manager
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Cimentations en forage
Cimentations des tubages– Cimentations Primaires
Bouchons de ciment Injections de ciment
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Les Bouchons de Ciment
Abandon des puitsIsolations de zones
– Aquifères– Zones déplétées– Isolation niveaux
Colmatage des pertes en forageAmorces de side-track
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Injections de ciment ( squeeze )
Restauration de cimentationRéparation tubage détérioréBouchage perforationsFermetures aquifères
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Cimentations des tubages
Isoler formations productrices Protéger niveaux aquifères supérieursEviter l’ éboulement du trou Ancrage tubages Prévention corrosion Permettre la mise en tension des tubes Isolation thermique
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Plan
Objectifs GénérauxLe Programme de CimentationLes Types de Tubages et leur CimentationLes étapes de la cimentation
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Cimentation Primaire Effective
Objectifs– Isolation des zones
– Ancrage du tube (support axial)
– Protection contre corrosion et erosion
– Support des parois du trou
Efficacité de la solution– Hauteur cimentée
– Moyens adaptés
Hole
Casing
Cement
gas zone
oil zone
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Adaptabilité et Flexibilité
Solutions simples, effectives et efficaces– N’importe quelle
profondeur, densité, temperature
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Panoplie de Solutions
Solutions adaptées– Optimiser les couts dans chaque situation
Solutions de base – Tubage de surface et quelques intermediaires
Tubage de production conventionnelApplications techniquement difficilesPuits a cout et/ou risque élevé
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Le Programme de Cimentation
Les objectifs a atteindre– La hauteur cimentée
Les Types de Tubage et de cimentationLes etapes de la cimentation– Conséquences sur le programme
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
La Hauteur Cimentée
Le but de la cimentation est :– consolider le trou– isoler les niveaux productifs (gaz, huile, eau)– supporter et mettre en tension les cuvelages
Exemples de dessein de hauteur cimentée– Cas général seulement
Attention– P, T dans annulaire non (ou mal) cimenté
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Top of cement
Conductor and surface casings– To surface
Liners– Entire length– 50 m (w/o DP) or 150 m
(with DP) above hanger
Intermediate and Production Casing Strings– The shallower of
• 150 m above top of any hydrocarbon formation
• 150 m above over-pressured water bearing zone
• Point where buckling forces are minimised
• 300 m above casing shoe– Account for future side-track
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Position du Top Ciment ?
en surface (toute la colonne est cimentée) au dessus du réservoir le plus haut.jusqu’au tubage précédent
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Cimentation en surface
Avantages:– Simplification de l’abandon définitif du puits – pas de corrosion des tubages
Inconvénients:– difficulté pour restaurer la cimentation – pas de contrôle des espaces annulaires– il faut être sûr de réussir la cimentation
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Cimentation au dessus des réservoirs
Cimentation au dessus du réservoir le plus haut ?Avantages:– Simplification de la cimentation– contrôle des espaces annulaires– réduction de la longueur à cimenter
Inconvénient:– complique l’abandon définitif.
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Cimentation au tubage précédent
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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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Cimentation en surface
La cimentation peut être de mauvaise qualité si :
– la longueur à cimenter est importante– il y a une zone à débit potentiel mal cimentée
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Le top ciment
La cimentation jusqu’au tubage précédent – nécessaire que pour une question d'abandon
définitif du puits. La cimentation de l'entrefer pourra être envisagée plus tard si :– le gradient de fracturation est trop faible,– longueur à cimenter > 1 500 m,– quantité de ciment,– logistique,
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Recommendations Top Ciment
Colonne de surface (30 Elf, 20-in.)– Cimenté jusqu’au jour
Colonne techniques et de production– 200 m de ciment au sabot minimum ou– 150 m de ciment au dessus du réservoir le plus
hautLiner – cimenté sur toute la hauteur
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Les Types de Tubage et leur Cimentation
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Types of Casings
ConductorSurfaceIntermediateProductionLiner
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Conductor
Purpose– Prevents washing out under the rig– Provides elevation for flow nipple
Common sizes and depths:– 30-in. - 20 -in. Welded– 20 -in. - 16 -in. Threaded– 10 - 100 m (< 30 m common)
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Conductor
Other Remarks:Plugs not usedCareful pumping practicesLarge excess requiredThru-drill pipe cementing commonBOP’s unusually connectedCommon Cements– Accelerated Neat
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Thru-Drill Pipe Cementing
Key Points:– Cement contamination– Channelling– Displacement– Pump until cement to
surface– Stab-in or not
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Outside Cementing
PurposeComplementary operationBring cement to surface
Macaroni tubing usedMax. depth 250-300 ftHigh friction pressuresNon-standard connections
Tubing movedduring job
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Surface
Purposes:Protects surface fresh water formationsCases off unconsolidated or lost circulation areasSupports subsequent casing stringsProvides primary pressure control (BOP support)Common sizes and depths:– 20-in. - 9 5/8-in. threaded– 30 m – 1000 m (or more)
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Surface Cementing
Excess of 100% plus not uncommonRecommend thru-drill pipe method to save– Cement– Rig time
Common cements:– Lead light weight slurries with high yields– Neat tail slurries with good compressive strength– Reduce WOC to a minimum with accelerators
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
BOPRotary tableRig Floor
Choke Line
Mud OutletAnnular Preventor
BLIND RAMS
SHEAR RAMS
PIPE RAMS
Conductor pipeCement
Surface Casing HeadSurface Casing
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Intermediate (Also called Protection)
Separates hole into workable sections– Lost Circulation– Salt Section– Overpressured Zones– Heaving Shales
Common sizes and depths:– 13 3/8-in., 10 ¾-in., 9 5/8-in.– 1 000 to 3 000 m
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Intermediate Casings
Cemented to surface or to previous casing shoeTwo stage jobs commonPlugs, casing equipment, casing accessories usualGood cementing practices are requiredLarge cement volumes– Top of cement
Common Cements:– Typically filler lead + high strength tail slurries– Specialised (light, heavy, salt - saturated, etc)
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Two Stage Cementing
Key Points:Separation and isolation of zones
Reduces hydrostatic
Can leave zone in the annulus uncemented(cement at TD and surface)
1st Stage
StageCollarWeak Zone
Zone to isolate
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Production
Isolates pay zone from other formationsProtective housing for production equipment – Subsurface artificial lift– Multiple zone completion
Safety barrier and containment– Covers worn or damaged intermediate string
Screens for sand controlCommon sizes:– 4 ½-in., 5-in., 7-in., & 9 5/8-in.
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
LinersRequires less casing
Deeper wells
Small annular clearance
Specialized equipment
Shorter column of cement
Liner WiperPlug
Pump Down Plug“Dart”
Liner Hanger
Previous Shoe
Liner Over Lap
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Casing
API Casing Specs – example– OD 9 5/8-in.– Weight 53.5 lbs/ft ( ID)– Grade C75 (yield point
allowable tension)– Burst pressure 7430 psi– Collapse pressure 6380 psi– Thread Buttress
Nominal size vs. true ID– Displacement volume
Casing program for well based on
– Burst Pressure– Collapse Pressure– Tensile Load– + corrosion, clearance,
threads (torque, pressure tight)…
– Tapered string used to minimize well cost
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Thread/Connection Types
Sealing
Strength
Torque Rotation
8 Round– Seals on threads– Use of couplings
Buttress– Seals on threads– Use of couplings
VAM– Seals on threads & shoulder– Use of couplings
Hydril– Seals on threads & shoulder – Integral– 2 sets of threads
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Running Casing
Inspection of Casing– Tuboscope– Pipe tally
Hole Preparation– Mud condition– Clearance
Running– Casing crews– Too fast– Landing Casing– Nippling up
Casing equipment
Hook-load monitoring
Fill-Up & Circulation Tool
Circulate in stages– At shoe of previous
casing
– At top of reservoir
– At shoe
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La Cimentation
Les étapes de la cimentationProblemes d’une cimentationConséquence sur le Programme de Cimentation
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Boue
Anneau de cimentation
Bouchon inférieur (de tête)
SABOT
Schéma tressimplifié d’unecimentation
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Début de la cimentation:
Largage du bouchon inférieur, ou de tête
Boue
Anneau de cimentation
Sabot de cimentation
Bouchon inférieur (de tête)
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Cimentation en cours:
Pompage du laitier de ciment
Boue
Laitier
Anneau de cimentation
Sabot de cimentation
Bouchon inférieur (de tête)
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Cimentation en cours: Tout le laitier de ciment a été
pompé
Largage du bouchon supérieur, ou de queue.
Boue
Laitier
Anneau de cimentation
Sabot de cimentation
Bouchon inférieur (de tête)
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Cimentation en cours
Poursuite du déplacement (la chasse) du laitier de ciment par la boue et le bouchon supérieur
Arrivée du bouchon inférieur sur l’anneau de cimentation, rupture du disque permettant la poursuite de la chasse.
Boue
Laitier
Anneau de cimentation
Sabot de cimentation
Bouchon supérieur (de queue)
Bouchon inférieur (de tête)
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Cimentation en cours:
Poursuite de la mise en place du laitier de ciment dans l’espace annulaire
Boue
Laitier
Anneau de cimentation
Sabot de cimentation
Bouchon supérieur (de queue)
Bouchon inférieur (de tête)
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Fin de la cimentation Le bouchon supérieur arrive
sur l’anneau de cimentation Tout le laitier de ciment est
dans l’espace annulaire. Test en pression de la
colonne
Boue
Laitier
Anneau de cimentation
Sabot de cimentation
Bouchon supérieur (de queue)
Bouchon inférieur (de tête)
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Page 4517-18 Jan 2002
Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Cimentation Défectueuse
Souvent difficile a localiserDifficile, cher et compliqué a réparerPratiquesFormulations
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Page 4617-18 Jan 2002
Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
La Cimentation
Le Puits– Calibre, deviation
– Formations
– Pressions, temperature
Le Tube dans le puits
La Boue
Le coulis de ciment– Fluides tampons
Remplacer boue par ciment– Fluides non-Newtoniens
– Propriétés mal définies
– Geometrie complexe
– Mal connue
La gaine de ciment durci– En fonction du temps
– Vie du réservoir
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Page 4717-18 Jan 2002
Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Pratiques Affectant la Cimentation
Canalization: fluides
incompatibles oudeplacement de boue incomplet
Mauvais Centrage
Caves: Regime de placement inadequat
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Le Ciment
Le Ciment Portland– Materiau hydraulique
– Bon marché
– Disponible
Coulis– Suspension dans eau
– Pompable
Ciment durci– Propriétés mécaniques
SG = 1.0+ CIMENT
SG ~ 3.2
=Coulis
SG ~ 1.9
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Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Formulation du Laitier affectant la Cimentation
Eau Libre
Retrait oumicroannulair
e
Influx d’Eau
Influx de Gas
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Page 5017-18 Jan 2002
Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
But d’une Cimentation
Définir clairement les objectifs a cimenter– Compatibles avec le
forage
– Compatibles avec la production
Travail d’ équipe– Différents départements
– Compagnies
Moyens de réussir– coté forage
• Trou calibré, propre, stable
• Boue adéquate (fluidité,…)
• Tubage suffisamment garni
– Coté Ciment
• Fluides tampons
• Laitiers
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Page 5117-18 Jan 2002
Cimentation Primaire - ObjectifsJPK
Le Programme de Cimentation
Dans le cadre du programme Forage/Dvlpt– Inclure la cimentation dans les objectifs du puits
Anticiper les problemes des cimentations– Objectifs proportionnés a ceux du projet– Adpater ou redefinir le projet
Cout d’une cimentation– Quelques pourcents du cout du puits– Mais risque potentiel pour le puits/projet