Les chercheurs de la Texas A&M University, le Dr Sam Noynaert et Fred Dupriest, ont récemment présenté les résultats d’un projet géothermique qui a considérablement réduit les temps d’achèvement des puits et les changements de trépans à un public composé principalement de foreurs pétroliers. Le ministère de l’Énergie (DOE) a financé le projet, qui améliore les pratiques de forage géothermique avec des instructions basées sur la physique et des techniques pétrolières et gazières pour réduire le coût élevé du forage de puits géothermiques. Le temps et l’équipement économisés suggèrent que l’industrie pétrolière devrait en prendre note.
« La façon dont vous utilisez une technologie est généralement plus importante que la technologie que vous utilisez », a déclaré Dupriest. « Ce n’est pas seulement l’industrie géothermique qui en profite. L’industrie pétrolière pourrait avoir une énorme opportunité ici. »
Dupriest et Noynaert, professeurs de pratique au département de génie pétrolier Harold Vance, ont présenté leurs résultats en mars lors de la conférence et de l’exposition de l’Association internationale des entrepreneurs en forage et de la Society of Petroleum Engineers.
Les foreurs géothermiques et pétroliers ont accès au même équipement et font face à des défis similaires. La différence est que les puits de pétrole sont forés en grand nombre par rapport aux puits géothermiques, de sorte que ces entreprises ont plus d’expérience dans la réduction des coûts et des temps de forage. Pourtant, les compagnies pétrolières manquent souvent de temps pour remettre en question l’usure inhabituelle des trépans ou pour comprendre tous les principes fondamentaux des processus de forage, de sorte que les problèmes sont généralement résolus par des solutions rapides basées sur des conjectures.
Le projet DOE prouve que la connaissance de base des principes physiques, lorsqu’elle est associée à la communication et au travail d’équipe pour documenter les problèmes de forage ou les limiteurs, réduit les coûts et améliore la capacité à traiter et à résoudre les problèmes avec des informations, et non des suppositions.
Au cours de trois puits géothermiques réalisés par différentes équipes au cours des deux dernières années, Noynaert et Dupriest ont formé les gestionnaires et les ouvriers de deux des puits avant le début des opérations sur le terrain. La formation a créé une compréhension fondamentale, basée sur la physique, de ce qui se passe exactement au fond du puits, à la fois dans le processus de coupe de la roche et dans le fonctionnement de l’équipement. Après la formation, les chercheurs ont continué à aider les équipes à identifier et à reconcevoir chaque jour les limiteurs de performance et les dysfonctionnements, ainsi qu’à mettre en place un flux de travail plus efficace pour prendre en charge les pratiques en temps réel.
Les trois équipes ont foré au DOE Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy (FORGE), qui présente une formation de granit dur de près d’un kilomètre de profondeur semblable aux comptoirs de cuisine. Les puits précédents ont foré à travers cette roche à une vitesse de 15 à 20 pieds par heure, mais ces trois équipes ont commencé à 250 pieds par heure et ont maintenu des vitesses de 100 pieds par heure tout en forant à travers le matériau tenace.
Le premier puits, avec une équipe entraînée, était un puits directionnel fortement incliné. Il a été terminé dans environ la moitié du temps prévu et en deçà du budget.
La deuxième équipe n’a pas été entraînée mais a copié ce qu’elle a pu des efforts de la première équipe tout en maintenant les mêmes vitesses. Leur temps de complétion de puits était inférieur à celui du premier puits, principalement parce qu’il était vertical plutôt que directionnel.
La troisième équipe a été formée et a également foré verticalement. Cette équipe a réduit de moitié le temps d’exécution de l’équipe non formée en forant beaucoup plus rapidement et en réduisant davantage les coûts en utilisant des forets beaucoup plus longtemps.
« Nous avons eu un énorme gain avec le premier puits », a déclaré Dupriest. « Mais, mis à part le forage directionnel, nous avons encore tout réduit de moitié avec le troisième puits. De plus, nous avons fait des progrès dans la science fondamentale du forage. »
Les équipes formées ont changé leurs méthodes de travail pour inclure la documentation scientifique des changements d’équipement au fur et à mesure de la progression du forage. Cela nécessitait de prendre des photos spécifiques de l’usure du foret sous des angles standard. Les types de dommages constatés ont permis d’identifier les causes de dysfonctionnement et les paramètres de forage ont été rapidement ajustés pour éviter les mêmes dommages lors du passage suivant. Les photos ont été immédiatement partagées avec le fournisseur de bits, qui a pu améliorer la conception des bits en fonction des preuves.
Puisque la formation a inculqué une meilleure connaissance physique du forage vertical dans la roche dure, la troisième équipe a testé l’équipement jusqu’à ses limites. Pendant les opérations, ils ont augmenté en toute sécurité le poids qu’ils mettaient sur le foret bien au-delà des attentes normales, car ils ont compris comment identifier et réduire le dysfonctionnement qui empêchait cela auparavant. Le poids supplémentaire a amélioré les temps de perçage et étonnamment prolongé la longévité des forets.
La troisième équipe a également utilisé des preuves de dysfonctionnement pour trouver une nouvelle solution à un problème courant mais peu compris : le renforcement ductile de la roche. Lorsque le trépan ne réagissait pas à l’augmentation du poids et ne parvenait pas à avancer même avec une énorme consommation d’énergie, ils ont estimé que la boue de forage créait la limitation et ont proposé une expérience simple pour le prouver. Une « pilule » d’eau de 100 gallons a circulé à travers le trépan pour modifier la situation de progression de la roche. La consommation d’énergie du trépan a été réduite de moitié et la cadence de forage a doublé.
« L’eau n’aurait pas été utilisée auparavant », a déclaré Noynaert. « Cela aurait été un moment » c’est comme ça que le granit fonctionne, alors mieux vaut changer le bit « . En comprenant la physique, ils pourraient trouver la bonne solution au problème du premier coup. »
Les entreprises géothermiques ont d’abord pensé que la formation était une «affaire pétrolière», mais la première équipe a rapidement compris sa valeur. Après avoir vu les résultats, la deuxième équipe a demandé la formation, mais des conflits d’horaire l’ont empêchée. La troisième équipe a pleinement adopté les objectifs du projet et a fait de grands progrès dans l’amélioration des performances.
Dupriest et Noynaert disent maintenant qu’ils doivent prouver que l’éducation et les processus fonctionnent dans toutes les applications de forage pour dissiper une croyance pétrolière croissante selon laquelle les succès sont une « chose géothermique » ou ne fonctionnent que dans le granit. L’objectif futur du projet consistera à trouver des équipes de forage géothermique pour apprendre et tester les méthodes dans une variété de régions géologiques, idéalement communes aux deux industries de l’énergie.
Fred Dupriest et al, Pratiques de forage et flux de travail pour les opérations géothermiques. DOI : 10.2118/208798-MS