Modélisation de couplage des vibrations des garnitures dans un puits de forage : phénomène de Stick-Slip

Abstract

Les vibrations des systèmes de forage pétrolier sont à l’origine de nombreux dysfonctionnements (ruptures des tiges par une fatigue accélérée, réduction des performances, endommagement des outils de mesures, endommagement des parois du puits, etc.). Face à la complexité des puits forés aujourd’hui, la maitrise des vibrations des systèmes de forage est plus que jamais un enjeu majeur dans la réussite économique d’un projet pétrolier. Durant l’opération de forage, les tiges en rotation entrent en interaction avec les parois du puits (tubage et/ou formation) et encaissent dans certains cas des vibrations sévères. On distingue généralement trois modes de vibrations suivant le plan de leur occurrence: axiales, latérales et de torsion. Ce projet est le fruit de la collaboration ENP (Laboratoire de Génie Mécanique et Développement) - SONATRACH (Centre de Recherche et Développement). Dans le cadre de ce mémoire, des modèles ont été développés pour étudier les vibrations latérales, les vibrations axiales et les vibrations torsionnelles des garnitures dans les puits de forages. Cette étude a permis de mieux élucider les phénomènes sévères (whirling), (bit-bounce), et (stick-slip) très nuisibles à l’intégrité mécanique des systèmes de forage. La modélisation des vibrations a été faite en utilisant la méthode des éléments finis afin de simuler le comportement de la garniture dans le puits. Pour ce faire, des codes de calcul sous environnement 𝑀𝑀𝑎𝑎𝑡𝑡𝑙𝑙𝑎𝑎𝑏𝑏 ont été élaborés par moi-même. Le calcul des fréquences propres des trois modes vibratoires montre que les résultats obtenus par le présent code sont en bonne concordance avec ceux obtenus par le logiciel commercial 𝑊𝑒𝑙𝑙𝑆𝑐𝑎𝑛 avec un maximum d’erreur relative de 6%.