FORAGE, STOCKAGE ET INTEGRITÉ DES PUITS

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Quentin Pruneau
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1 FORAGE, STOCKAGE ET INTEGRITÉ DES PUITS POSSIBILITÉS DE TRANSFERT ENTRE FILIÈRES LAURENT CANGÉMI 1 Worshop «Transferts de technologies entre les filières du sous-sol» - Pôle Avénia Pau - 16 mars 2017

2 INTRODUCTION Problématiques et réalisations issues du forage et du stockage de CO2 Calcul de la thermique de fond de puits lors d opérations de forage profond Lien avec la géothermie Simulation poromécanique du puit et de sa complétion en vue de l abandon Lien avec le stockage de gaz, d air pour le stockage d énergie la géothermie Des défis de R&D Perspectives I F P E N

3 EXEMPLE ISSU DU FORAGE PROFILS THERMIQUE GRADIENTS DE T PHILIPPE GILBERT, P. LECLERC 3

MODÉLISATION THERMIQUE DES PUITS EN COURS DE FORAGE Exemple : modéliser l évolution thermique

de forage et remontées des slurry Terme source de chaleur lié à l outil // avec la géothermie

Architecture des puits : dimensionnement (rpuits), type (puits déviés ), complétion, capacité

exploitation (nombre de puits et distance entre puits), travaux de stimulation Modèle

4 MODÉLISATION THERMIQUE DES PUITS EN COURS DE FORAGE Exemple : modéliser l évolution thermique du puit en forage profond (4000 m) Présence d une Boucle de circulation Injection des boues de forage et remontées des slurry Terme source de chaleur lié à l outil // avec la géothermie : terme source lié aux échanges avec le réservoir Géothermie : Défis pour l exploitation : Architecture des puits : dimensionnement (rpuits), type (puits déviés ), complétion, capacité de pompage Maintien dans la durée (décennies) du couple température-débit : schéma d exploitation (nombre de puits et distance entre puits), travaux de stimulation Modèle multi1-d Equation résolue dans les fluides : Equation résolue dans chaque couche de la paroi : I F P E N

5 EXEMPLE ISSU DU STOCKAGE DE CO2 MODÉLISER L INTÉGRITÉ MÉCANIQUE POUR L ABANDON H. BOULHARTS, A. BARONI, J.P DEFLANDRE, O. VINCKÉ 5

6 Modélisation de l histoire mécanique du puit Différents cas d exploitation Statut de l intégrité du puit? (pour la gestion de l abandon) Fin de l exploitation Abandon du puit Modélisation géoméchanique Données de puit Contexte du site, Etat de contrainte in situ Exploitation des données Mise à jour des données Vérification des données pour un plan d abandon et de monitoriing From EU project CO2CARE 6 6 Worshop «Transferts de technologies entre les filières du sous-sol» - Pôle Avénia Pau 16 mars 2017

7 Pressure Pressure Pressure Pressure EXEMPLE POUR LE CO2 Intégrité des puits en fonction des scénarii de stockage Portfolio of different well scenarios Old appraisal well Sleipner CO 2 producer Montmiral Rousse analog Depleted gas field R&D well Ketzin constant CO 2 production abandonment phase? gas production? drilling CO 2 injection far from this well time drilling time drilling CO 2 injection time time not yet drilled 2012? From EU project CO2CARE 7 Worshop «Transferts de technologies entre les filières du sous-sol» - Pôle Avénia - Pau 16 mars 2017

Mise en œuvre d une première approche éléments finis 3D complète ABAQUS Données en

Source: Baroni et al. 2014 (Fornel et al., 2012) @25years, DPp= 0.

différents endroits d intérêt Vertical scale 1/1000 Risques de fuite dans un puit

8 Mise en œuvre d une première approche éléments finis 3D complète ABAQUS Données en pression dans la zone proche puit CO 2 saturation field from Coores simulation 15/9-13 Source: Baroni et al (Fornel et al., DPp= 0.05MPa at the aquifer top Suivi de la variation de contraintes dans le plan du critère à différents endroits d intérêt Vertical scale 1/1000 Risques de fuite dans un puit abandonné (Celia et al., 2004) 8 Worshop «Transferts de technologies entre les filières du sous-sol» - Pôle Avénia 16 mars 2017

9 UNE PHYSIQUE RELATIVEMENT RÉALISTE & COMPLÈTE : IMPORTANCE DES DONNÉES I F P E N

0.05MPa at the aquifer top Pressions de pore latérales Well 15/9-13 ground level 0 m 36" 63 m 30" 26" Global model from surface to reservoir

10 full scale model IMPORTANCE DES CONDITIONS AUX LIMITES CO 2 saturation field from Coores simulation 15/9-13 (Fornel et al., 2012) Combinaison entre les pressions de terrain de l overburden et les Efforts verticaux le long du casing dus à la tête de DPp= 0.05MPa at the aquifer top Pressions de pore latérales Well 15/9-13 ground level 0 m 36" 63 m 30" 26" Global model from surface to reservoir Quarter of model 396 m 20"? 840 m Utsira 17 1/2" formation 1044 m 13 3/8" /2" Reduced model 1100m overburden pressure 742m reservoir from m /8" 2517 m 3134 m

Mises in Pa Mises in Pa Modèle multi-échelles réservoir/structure Histoire de l injection Plasticité dans le ciment 11 6,00E+07 5,75E+07 5,50E+07 5,25E+07 5,00E+07 4,75E+07 4,50E+07 4,25E+07 4,00E+07

media Intermediate cement intrados full-scale model full scale poro-elastic model-dp=0.

11 Mises in Pa Mises in Pa Modèle multi-échelles réservoir/structure Histoire de l injection Plasticité dans le ciment 11 6,00E+07 5,75E+07 5,50E+07 5,25E+07 5,00E+07 4,75E+07 4,50E+07 4,25E+07 4,00E+07 3,75E+07 3,50E+07 3,25E+07 3,00E+07 2,75E+07 2,50E+07 2,25E+07 2,00E+07 1,75E+07 1,50E+07 1,25E+07 1,00E+07 7,50E+06 5,00E+06 2,50E+06 0,00E+00 APPROCHE ELASTIQUE : zones à risque [ m] porous media Intermediate cement intrados full-scale model full scale poro-elastic model-dp=0.05 MPa full scale poro-elastic model- DP=3MPa Cement failure envelope DP=3MPa- plots opposite sansdstone [ m] no porous media [ m] no porous media DP=3 MPa -3,0E+06-1,0E+06 1,0E+06 3,0E+06 5,0E+06 7,0E+06 9,0E+06 1,1E+07 1,3E+07 1,5E+07 1,7E+07 1,9E+07 2,1E+07 Normal stress in Pa APPROCHE ELASTOPLASTIQUE : évaluation plus fine 4,25E+07 4,00E+07 3,75E+07 3,50E+07 3,25E+07 3,00E+07 2,75E+07 2,50E+07 2,25E+07 2,00E+07 1,75E+07 1,50E+07 1,25E+07 1,00E+07 7,50E+06 5,00E+06 2,50E+06 Intermediate cement intrados full-scale model full-scale poro-elastic model- DP=3 MPa full-scale poro-elastic model-dp=1.0 MPa full-scale poro-elastic model- DP=0.05 MPa full-scale poro-elastic model- Initial pressure Cement failure envelope 0,00E+00-3,0E+06-1,0E+06 1,0E+06 3,0E+06 5,0E+06 7,0E+06 9,0E+06 1,1E+07 1,3E+07 1,5E+07 1,7E+07 1,9E+07 2,1E+07 2,3E+07 2,5E+07 Normal Stress in Pa

carbonatation (CO2), de séchage par entrée de gaz, de corrosion Déformations empêchées conduisant à la

ciment acier par dessiccation/carbonatation Aller au-delà des critères de rupture en contrainte Suivre l

rupture/endommagement en milieux poreux sous pression Zones cohésives, XFEM, approches par champs, par érosion d

12 Source: Saber-Cherif PERSPECTIVES Introduction des couplages physico-chimiques dans le ciment et aux interfaces Effets de carbonatation (CO2), de séchage par entrée de gaz, de corrosion Déformations empêchées conduisant à la rupture/décohésion Approches en milieux poreux non saturés à au moins deux phases (gaz et liquide) Décohésion ciment acier par dessiccation/carbonatation Aller au-delà des critères de rupture en contrainte Suivre l amorçage d un défaut le long de la complétion Nécessiter d utiliser des approches de mécanique de la rupture/endommagement en milieux poreux sous pression Zones cohésives, XFEM, approches par champs, par érosion d éléments Prendre en compte l incertain, la diversité des milieux naturels Approches statistiques, fiabilistes à intégrer dans la physique des phénomènes Propagation de fissures par approche énergétique et érosion d éléments I F P E N

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