puits d'hydrocarbures
Innover pour garantir l'intégrité des gaines de ciment

Un projet présenté par Christophe Urbanczyk, André Garnier, Jean-Yves Lansot, Atef Onaisi et Edmond Poyol

christophe_urbanczyk_exploration_production_total
Christophe Urbanczyk

Best Innovators

Feux, explosions, pollutions, … : les rejets accidentels d'hydrocarbures et leurs conséquences représentent l’un des risques majeurs de notre industrie. Connexion entre le gisement et la surface, le puits joue également un rôle de barrière étanche. Remplissant l’espace annulaire entre le cuvelage et la roche, la gaine de ciment joue un rôle essentiel. D’où la nécessité d’en garantir l’intégrité face aux contraintes, à la pression et à la température, et ce pendant toute la vie du puits depuis sa construction jusqu’à sa fermeture définitive. Forts de notre expertise reconnue en Forage, nous avons développé une approche pionnière pour évaluer l’intégrité et simuler le comportement mécanique de la gaine de ciment. Et ce afin de garantir la sécurité, dans tous types d’opérations.

Un rempart pour la sécurité des puits

Pendant sa construction, le ciment est coulé dans l’espace annulaire entre le cuvelage et la roche environnante. Destinée à garantir l’étanchéité des puits et à protéger le cuvelage de la corrosion, cette gaine de ciment est soumise à des sollicitations thermiques et mécaniques qui peuvent en altérer les propriétés.

S'assurer que le ciment sera capable de résister aux contraintes induites par les changements de pression, de température et de déformation de la roche est primordial, tout au long de la durée de vie du puits, mais aussi après sa fermeture définitive. Au risque de voir la gaine de ciment perdre son intégrité, comme cela fut le cas sur le champ offshore d’Elgin-Franklin.

Pourtant, il est difficile de garantir l’intégrité de cette gaine, le sujet se trouvant à la croisée de plusieurs disciplines et soulevant des problématiques complexes :

  • La première difficulté provient de la nécessité de calculer la précontrainte, appelée contrainte initiale, dans la gaine de ciment qui résulte d’interactions hydrauliques, chimiques, thermiques et mécaniques complexes lors de l’hydratation du ciment.
  • La deuxième difficulté provient de la mesure, sans biais, de l’évolution des paramètres hydro-thermo-mécaniques (HTM) depuis l’hydratation jusqu’à la prise du ciment ; paramètres indispensables pour alimenter nos modèles de simulation experts.

Une approche interdisciplinaire et innovante

Face à ce constat, nous avons lancé un programme R&D qui a reposé sur une collaboration technologique interdisciplinaire, associant de nombreuses expertises. Sans oublier le rôle clé de notre laboratoire dédié aux ciments et fluides de forage.

C’est ainsi que nous avons développé en interne deux solutions d’analyse et de modélisation uniques dans l’industrie, validées par des mesures en laboratoire et de nombreuses études post-mortem et opérationnelles :

  • La cellule Slurry To Cement Analyzer™ (STCA™) mesure en laboratoire avec une grande fiabilité les paramètres hydro-thermo-mécaniques du ciment. Nous pouvons caractériser et suivre lors d’essais triaxiaux l’évolution de ses propriétés depuis l’hydratation jusqu’au durcissement, dans les conditions de pression et de température rencontrées in situ dans un puits.
  • Le logiciel propriétaire T-CemInt™ utilise les paramètres hydro-thermo-mécaniques mesurés sur le ciment par la cellule STCA™ pour simuler, évaluer et prédire le comportement de la gaine de ciment dans le temps, dans les conditions de température et de pression rencontrées pendant le forage, la production et/ou l’injection. Puissant, cet outil n’en demeure pas moins facile d’utilisation, quelques minutes suffisant pour réaliser une étude complète, dans un format facile à interpréter.

Une technologie de pointe adaptée à l'ensemble des opérations

Grâce à ces outils uniques et pionniers, nous pouvons désormais :

  • Déterminer les gammes de paramètres hydro-thermo-mécaniques du ciment les mieux adaptées aux contraintes opérationnelles attendues ;
  • Contrôler et optimiser les formulations de ciment les plus complexes proposées par les sociétés de services.

Nous utilisons donc cette technologie de pointe pour concevoir des gaines de ciment sûres et rentables, qui renforcent la sécurité des opérations et réduisent les coûts associés. Et ce pour l’ensemble de nos puits en opération, que ce soit en Côte d’Ivoire et Bulgarie, en offshore profond ; en Argentine, pour nos ressources non conventionnelles, sans oublier les environnements HPHT (Royaume-Uni, Egypte, Azerbaïdjan). Les réalisations sont nombreuses. Nous avons même réalisé une première mondiale au Brunei, où la cimentation d’un puits ML-JAM a pu être réalisée avec un laitier flexible de densité 2,48.

Best Innovators

Les 10 innovations récompensées en 2018

Forage & Puits

Des puits forés au meilleur coût, en toute sécurité

Recherche & Développement

Pour des puits plus rentables et plus sûrs