Brevet FR2801996A1 — publié le 20010608

La présente invention concerne une méthode un système pour calculer les pertes de charge dans un circuit en prenant en compte les effets thermiques le long du circuit. On connaît par le document US-585062 une méthode informatique qui permet de calculer les pertes charge dans les différentes parties d'un circuit, par exemple, constitue : un puits foré dans le sol, l'espace intérieur de tiges de forage ou de tubes dans le puits, l'espace annulaire entre ces tiges ou tubes et la paroi puits. Dans les méthodes connues de calcul de pertes de charge, on prend en compte les données la géométrie du puits, les caractéristiques du fluide en circulation les conditions d'écoulement. Dans la plupart des modèles de calculs, il pris en compte une rhéologie plus ou moins représentative de celle fluide: modèles de Bingham, d'Ostwald, ou autres. Certains tiennent egalement compte de l'influence de la rotation des tiges et/ou de leur excentration dans le puits. Cependant, ces modeles de calculs ne prennent en compte l'influence de la variation de température et/ou de la pression sur la rhéologie du fluide, parametre relativement important sur le calcul des pertes de charge. Or, conditions de température et de pression dans un puits foré, offshore ou onshore sont excessivement variables ce qui induit actuellement des erreurs calculs. Ainsi, la présente invention concerne une méthode de calcul des pertes de charge créées par un fluide dans un circuit ayant un profil thermique déterminé. On effectue les étapes suivantes : - on constitue une base de données donnant la rhéologie de différents fluides au moins en fonction de la température, on segmente le profil thermique en tronçons et on détermine une valeur de température représentative de celle du fluide dans le tronçon, on utilise la base de données pour déterminer la rhéologie du fluide dans chaque tronçon à ladite température représentative, - on calcule et on additionne les pertes de charge dans chaque tronçon compte tenu de la rhéologie déterminée. peut segmenter le profil thermique pour un intervalle de température sensiblement constant. peut prendre la température moyenne du fluide dans chaque tronçon comme température représentative. base de données peut comprendre la rhéologie de fluides en fonction la pression. On peut prendre en compte la pression moyenne du fluide dans chaque tronçon pour déterminer la rhéologie du fluide dans ledit tronçon. peut organiser la base de données en familles de fluides. base de données peut comprendre des lois de variation de la rhéologie en fonction de la température et/ou en pression pour chaque famille de fluide. L'invention concerne également un système pour le calcul de pertes de charge dans un circuit en mettant en #uvre la méthode décrite ci- dessus, le système comprenant des moyens de segmentation du profil thermique le long du circuit, des moyens de gestion d'une base données donnant la rhéologie de différents fluides en fonction de température et/ou de la pression, des moyens de calcul des pertes charge dans chaque tronçon. La méthode est avantageusement appliquée au calcul des pertes charge dans un puits en forage. présente méthode est mise en ceuvre pour prendre en compte l'influence, notamment, des effets thermiques sur la perte de charge au travers la rhéologie du fluide. L'évolution de la température et de pression dans le puits modifie localement la viscosité de la boue et donc les pertes de charge engendrées. La précision de l'interprétation de valeur et des variations de la pression de refoulement mesurée à la surface sol est grandement améliorée. présente invention sera mieux comprise et les avantages apparaitront plus clairement à la lecture de la description qui suit des exemples, nullement limitatifs, et illustrés par les figures ci-annexées, parmi lesquelles : - les figures 1A, 1B et 1C illustrent le principe de la présente invention, - les figures 2a et 2b montrent plus précisément la procédure de segmentation, - la figure 3 schématise le couplage avec une base de données, - la figure 4 montre un exemple de profil thermique dans un puits onshore utilisé pour traiter un exemple, - la figure 5 montre un exemple de profil thermique dans un puits offshore. La représentation des figures 1A, B et C résument le principe de la méthode. La figure 1A donne le profil de la température (T en 'C) en fonction de la profondeur #P en mètre). La courbe 1 donne la température géostatique. A partir de cette donnée locale et des paramètres d'échange thermique dans le puits (#, acier, formation, fluide ; débit de fluide ; géométrie, etc ... ) on détermine par un modèle thermique le profil de la température à l'intérieur des tiges (courbe référencée 2) et à l'extérieur (courbe référencée 3). On peut citer, par exemple, le logiciel WELLCAT (marque déposée) de la Société ENERTECH (USA) qui permet de déterminer ce type de profil thermique dans un puits en cours de forage. Le profil thermique est ici découpé en tronçons 4, 5, 6, 7, selon la profondeur. On a représenté ici quatre tronçons dont les températures représentatives sont respectivement Tl, T2, T3 et T4. La figure IB représente symboliquement une base de données sur la rhéologie du fluide en circulation dans le puits. Pour chaque température Tl, T2, T3 et T4, on associe rhéogramme que l'on retrouve dans la base. La figure 1C schématise la coupe du puits les différents tronçons de circuits 4, 5, 6 et 7 auxquels correspondent les rhéogrammes déterminés. Les figures 2a et 2b décrivent plus précisement la méthode pour segmenter le profil thermique. La figure est identique à la représentation de la figure 1A et montre la segmentation en quatre tronçons pour lesquels la température moyenne chaque tronçon a été choisie comme température représentative pour tronçon considéré. La figure 2a est transformée en la représentation la figure 2b où, dans chaque tronçon, la température est considérée comme constante et égale la température moyenne dans cette partie. Le découpage en tronçon peut être fait automatiquement. C'est, préférence, un découpage régulier en température et non en longueur. profil thermique peut être coupé tous les 3'C par exemple, ou d'une manière plus précise, tous les 0,5'C. Ainsi, l'amplitude de température est la même dans chaque tronçon. L'utilisateur peut choisir en fonction des circonstances l'intervalle de segmentation. La température et la pression dans chaque section permet déterminer la rhéologie correspondante par l'intermédiaire de la base données boue. En première approximation, on peut choisir la pression hydrostatique moyenne pour chaque tronçon déterminé par l'intervalle température choisi. L'effet de la température est généralement prépondérant par rapport à la pression en ce qui concerne la variation rhéologie du fluide de forage. calcul de perte de charge se fait alors par tronçon, avec rhéologie déterminée pour chaque tronçon, avant d'être sommé pour obtenir perte de charge totale dans le circuit, figure 3 schématise le calcul et la détermination de la rhéologie avec base de données BD. La base de données a été réalisée à partir familles de fluides de forage (MF) utilisés sur chantier. Elle comprend boues à base d'eau et des boues à base d'huile. Des mesures expérimentales ont été faites pour des températures comprises entre 20'C et 170'C, des variations de pression jusqu'à 400 bars et pour des masses volumiques variables (MW). Un rhéomètre Fann 70 (HP-HT) est classiquement utilisé pour effectuer mesures permettant de tracer les rhéogrammes. A partir de la connaissance la famille de fluide auquel appartient le fluide de forage considere (MF), de sa masse volumique (MW), on recherche dans la base BD données rhéologiques existantes, correspondantes. Il est possible determiner des lois donnant la variation de la rhéologie par famille, ou sous famille, de fluide, que ce soit en fonction du paramètre masse volumique, pression ou température. L'existence de telles lois simplifiera le calcul dans le module de calcul de perte de charge. Le calcul des pertes de charge peut donc ainsi être réalisé à l'aide d'une rhéologie du fluide proche de réalité. Un bouclage sur la valeur de la pression est possible pour affiner le calcul. En effet, si l'on a pris initialement une valeur simplifiée pression, par exemple, la pression hydrostatique moyenne du tronçon, modèle de calcul peut recalculer plus précisément la pression moyenne, prenant en compte la pression statique et dynamique, qui sera prise en compte pour la recherche dans la base données. est clair que la segmentation du profil thermique, telle que décrite plus haut, peut se faire de façon indépendante entre le circuit intérieur et le circuit annulaire. L'invention n'est pas limitée à une découpe en tronçons identiques de même cote pour le circuit intérieur tiges et le circuit annulaire. Exemple: puits test onshore de profondeur 4000m est simulé dans un logiciel calcul thermique permettant d'obtenir le profil température au bout d'une demi-heure de forage, à partir de l'equilibre de la température du fluide avec la température de la formation. La figure 4 donne profil de température T en 'C en fonction de profondeur en mètre (abscisse). La courbe 8 donne la température fluide dans les tiges fonction de la profondeur. La courbe 9 donne température du fluide dans l'annulaire. Le circuit est ici constitué par - un trou tubé par un casing 13"3/8 (diamètre intérieur :323 mm), longueur de 3000 m, - un trou de diamètre 12,25 inches (311,15 mm) de 1000 mètres de long, - tiges 5"-Grade G, longueur 3820 m, - masses-tiges 8"(OD=203,2 mm; ID=72 mm), longueur 180 m. Si le calcul de la somme des pertes de charge Ap est effectué sans prendre en compte les effets thermiques (c'est à dire ' température constante égale à la température de surface), dans le d'une boue à l'eau et d'une boue à l'huile, les résultats obtenus sont les suivants Boue à l'eau bentonitique FI Ap=133,5 bars Boue ' l'huile 01: Ap=223,5 bars Compte tenu du profil thermique découpé en sections de 4'C d'amplitude (on a vérifié qu'après 23 sections résultats sont identiques), l'utilisation de la base de donnée la rhéologie en température pression (pression hydrostatique moyenne dans le tronçon considéré) résultats sont : Boue l'eau bentonitique FI 4=128,7 bars (écart :4,8 bars =4%) Boue a l'huile 01: 4=195,8 bars (écart :27,7 bars =12%) puits test offshore de profondeur 4000m est simulé dans logiciel calcul thermique permettant d'obtenir le profil de température au bout 5 heures de forage, à partir de l'équilibre de la température fluide avec la température de la formation. La figure 5 donne ce profil température T en 'C en fonction de la profondeur en mètre (abscisse). courbes 10 et Il donnent la température du fluide en fonction de profondeur respectivement à l'intérieur des tiges et dans l'annulaire. L'effet de refroidissement du riser de forage à travers d'une tranche d'eau de 2000 m est très sensible. Le circuit en exemple est exactement le même que celui de l'exemple précédent, si ce n'est qu'il y a une tranche d'eau de 2000 m, le forage dans le sol ne faisant alors que 2000 m. Compte tenu du profil thermique découpé en 23 sections de 0,5'C d'amplitude, les résultats obtenus sont les suivants: Boue à l'eau bentonitique FI 4=131,3 bars (écart :2,2 bars =1,5%) Boue à l'huile 01: Ap=216,2 bars (écart :7,3 bars écarts sont moindres dans cet exemple car la variation de température est beaucoup plus faible. exemples montrent que les effets thermiques et de pression qui modifient la rhéologie du fluide en circulation correspondent dans certains cas critiques à environ 5 à 10% de la somme des pertes de charge. La présente invention permet notamment d'augmenter d'autant la précision du calcul, ce qui peut autoriser des comparaisons pertinentes entre la valeur calculée et la aleur mesurée de la pression de refoulement. REVENDICATIONS 1, Méthode de calcul des pertes de charge créées par un fluide dans un circuit ayant un profil thermique détermine, caractérisée en ce que l'on effectue les étapes suivantes : on constitue une base de données (BD) donnant la rhéologie différents fluides au moins en fonction de la température, segmente ledit profil thermique (2, 3) en tronçons (4, 5, 6, on détermine une valeur de température (Tl, T2, T3, représentative de celle du fluide dans ledit tronçon, utilise la base de données pour déterminer la rhéologie du fluide dans chaque tronçon à ladite température représentative, calcule et on additionne les pertes de charge dans chaque tronçon compte tenu de la rhéologie déterminée. 2. Méthode selon la revendication 1, dans laquelle on segmente le profil thermique pour un intervalle de température sensiblement constant. 3. Méthode selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle on prend température moyenne du fluide dans chaque tronçon comme température représentative. 4. Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite base de données comprend la rhéologie de fluides fonction de la pression. 5. Méthode selon la revendication 4, dans laquelle on prend en compte la pression moyenne du fluide dans chaque tronçon pour determiner la rhéologie du fluide dans ledit tronçon. 6. Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle on organise ladite base de données en familles de fluides. 7. Méthode selon la revendication 6, dans laquelle la base de données comprend des lois de variation de la rhéologie en fonction de la température et/ou en pression pour chaque famille de fluide. S. Système pour le calcul de pertes de charge dans un circuit, comprenant des moyens de segmentation du profil thermique long du circuit, des moyens de gestion d'une base de données donnant la rhéologie de différents fluides en fonction de température et/ou de la pression, des moyens de calcul pertes de charge dans chaque tronçon, caractérisé en ce met en ceuvre la méthode selon les revendications 1 à 7. 9. Application de la méthode selon l'une des revendications 1 à 7 au calcul des pertes de charge dans un puits en forage.