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VDF 45-05 1 Notions de physique nécessaires pour le Contrôle des éruptions VDF

VDF 45-05 1 Notions de physique nécessaires pour le Contrôle des éruptions VDF 45-05 2 Pression hydrostatique Principe de base: La différence de pression hydrostatique entre deux points d’un fluide en équilibre est égale au poids d’un cylindre de ce fluide ayant pour base l’unité de surface et comme hauteur la distance entre ces deux points. A B h h g HP HP A b . . ρ = − Pression hydrostatique au point B (Pascal) Masse volumique du fluide en Kg/m3 Accélération de la pesanteur 9.81 m/s2 Hauteur en A et B en mètre VDF 45-05 3 Dans les unités usuelles en forage: En supposant que le point A se trouve à la surface du liquide et que sa pression est égale à 0 Pression hydrostatique en bar Densité du fluide Hauteur verticale 2 . 10 .d H P = VDF 45-05 4 Schématisation d’un puits On peut comparer la structure d’un puits de forage à un tube en U… Tubage Découvert Sabot dernier tubage Outil de forage Intérieur de La garniture Espace annulaire VDF 45-05 5 Si un puits est rempli d’un même fluide homogène, et dans des conditions statiques la pression hydrostatique est normalement la même au point A et B, donc les hauteurs Ha, et Hb seront égaux A Hb Ha x x B VDF 45-05 6 Soit un puits dans lequel on vient de pomper un « bouchon lourd » de densité 2 supérieure à la densité initiale 1. Si on empêche toute communication entre l’intèrieur et l’espace annulaire, on constate que la pression au fond côté branche intérieure est plus lourde que celle côté branche annulaire d’une différence de: d2 d1 ∑ ∑ − = int Ph Ph U Annulus tube Somme des pressions hydrostatiques dans l ’annulaire Somme des pressions hydrostatiques dans La branche intèrieure MW2 MW1 Si on laisse la possibilité au puits à s’équilibrer, il va y avoir un écoulement de fluide de la branche la plus lourde vers la plus légère, et ceci de telle sorte à avoir un déséquilibre hydrostatique (ou effet tube en U) nul. On appellera cette différence « l’effet du tube en U » (qui peut être négatif) VDF 45-05 7 Calcul de la chute de niveau suite au pompage d’un bouchon lourd Comme on vient de le constater, le niveau dans les tiges chutera de telle sorte que l’effet du tube en U soit égal à 0… donc on va chasser du fluide de densité la plus faible, sur une hauteur correspondante à l’ effet du tueb en U. 1 2 . 10 d xU Z effet = 2 . 10 .d H P = 2 . 10 ) .( 1 bouchon effet d d bouchon Hauteur U − = 1 1 ) .( d d d bouchon Hauteur Chute bouchon − = Chute de niveau en mètre Densité de la boue qui quitte le puits VDF 45-05 8 Hydrodynamique Soit une conduite horizontale dans laquelle circule un fluide, la pression au point A sera supérieure à celle au point B d’une valeur égale aux pertes de charge entre ces points. Les pertes de charge dans une conduite représentent la résistance à l’écoulement de ce fluide, et s’expriment dans les unités classiques de pression. Pour le contrôle de venue, on peut estimer que les pertes de charge sont: Proportionnelles à la densité Proportionnelles à la longueur de conduite Proportionnelles aux carré du débit Inversement proportionnelles au diamètre de la conduite Toujours se garder à l’esprit que les pertes de charge qui s’applique en un point sont créées par le système en aval de ce point Sens de l’écoulement A B VDF 45-05 9 En première estimation, on dira 5 2 1 1 2 2 1 2 1 2 1 2 . . . . ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = D D L L Q Q d d Pc Pc Densité Débit Longueur de La conduite Diamètre de La conduite VDF 45-05 10 Une garniture de forage présente différents éléments, de diamètre et de longueur différents. Tous ces éléments auront leurs propres pertes de charges Intérieur des tiges de forage Intérieur des masses tiges Outil de forge Duse du choke manifold Casing-tiges Trou-tiges Trou-Masses tiges Pcint Pcea Lignes de surface Pompe VDF 45-05 11 Pression de refoulement Si on fait la somme de toutes ces différentes pertes de charge, on aura la pression nécessaire pour mettre le fluide en mouvement dans le puits: c’est la pression de refoulement (qu’on lira aux pompes de forage) s charge de Pertes Pref ∑ = effet ref U s charge de Pertes P + = ∑ Fluide homogène Fluide hétérogène VDF 45-05 12 Contrôle de la pression de fond En statique, la pression de fond est créée par la branche la plus lourde…Généralement, on dit que: Pfond=Phannulaire En dynamique, la pression de fond sera créée par la somme des pressions dans l’annulaire (si circulation normale), c’est-à-dire par la presssion hydrostatique et aussi par les pertes de charges annulaires Pfond=Phannulaire+Pcea Pcea VDF 45-05 13 Circulation inverse Dans le cas où une circulation dite « inverse » est envisagée, certaines précautions doivent être prises…. Exemple: Pertes de charge tige+drillcollars 10 bar Pertes de charge outil 80 bar Pertes de charge annulaires 10 bar Dans le cas d’une circulation normale, la pression de refoulement (sommes des pertes de charge) sera de 100 bar et les pertes de charges qui s’appliquent sur le fond seront celles de l’espace annulaire soit 10 bar. Dans le cas d’une circulation inverse, la pression de refoulement sera aussi égale à 100 bar, mais les pertes de charges qui s’appliqueront sur le fond seront de 80+10 = 90 bar, et plus encore au niveau du sabot où on aura une augmentation de pression en dynamique de 90 + pertes de charge découvert…. uploads/Litterature/ notion-de-physques-fr-v45-05.pdf