Essai de fuite (LOT), essai d'intégrité (FIT) et MAASP : le guide chiffré de l'ingénieur
L’essentiel en bref
- Le LOT met la formation sous le sabot en pression jusqu'à ce que la courbe s'écarte de la droite. Le FIT éprouve la formation jusqu'à une pression fixée à l'avance, sans la fracturer.
- Densité équivalente de l'essai : EMW = MW + LOP ÷ (0,052 × TVD du sabot), arrondie en dessous.
- MAASP = (EMW − MW actuelle) × 0,052 × TVD du sabot. Elle change dès que la densité de boue change et doit être recalculée.
- Exemple résolu : sabot à 6 000 ft, boue 10,0 ppg, LOP 1 250 psi : EMW 14,0 ppg et MAASP 780 psi avec une boue de 11,5 ppg.
- La MAASP est une limite approximative fondée sur des hypothèses ; ne la traitez jamais comme absolue, surtout quand du gaz est au-dessus du sabot.
Contenu éducatif uniquement : les procédures et valeurs opérationnelles varient d’une compagnie et d’un puits à l’autre. Suivez toujours les procédures approuvées de votre société, les consignes du superviseur et les permis de travail de votre site.
Pourquoi éprouver la formation sous le sabot ?
Après la descente et la cimentation du casing, le point exposé le plus faible du puits est généralement la formation juste sous le sabot (casing shoe). Les roches deviennent en général plus résistantes avec la profondeur, et les formations moins profondes sont désormais isolées derrière le casing. En cas de venue (kick) et de fermeture du puits, la pression monte dans tout le puits ; si la pression au sabot dépasse la résistance de la formation à cet endroit, celle-ci se fracture et l'on peut perdre de la boue. Pire, le fluide peut trouver un chemin hors du casing vers d'autres formations ou vers la surface : c'est l'éruption souterraine (underground blowout).
Il faut donc deux chiffres : la résistance de la formation au sabot, et la pression maximale admissible en surface dans l'annulaire sans l'atteindre. Le premier vient de l'essai ; le second est la MAASP, Maximum Allowable Annular Surface Pressure.
LOT ou FIT : quelle différence ?
| Point | LOT : essai de fuite | FIT : essai d'intégrité |
|---|---|---|
| Objectif | Trouver la pression à laquelle la formation commence à absorber du fluide | Prouver que la formation tient une pression précise requise par le programme |
| Point d'arrêt | Quand la courbe s'écarte de la droite | Quand la pression cible est atteinte |
| Information obtenue | La limite de fuite réelle | Un minimum garanti seulement |
| Risque pour la formation | Peut l'affaiblir un peu en cas de dépassement | Plus faible, la fuite n'étant pas atteinte |
| Quand le préférer | Puits d'exploration et définition précise de la fenêtre | Puits de développement aux données connues |
Procédure type d'un essai de fuite
Les procédures varient selon les compagnies. Voici la séquence couramment décrite dans la littérature, qui ne remplace pas le programme de puits approuvé :
- Après cimentation et essai du casing, reforer le ciment et le sabot, puis quelques pieds de formation nouvelle (souvent environ 10 à 20 ft, selon le programme).
- Circuler pour nettoyer le puits et homogénéiser la boue, et mesurer précisément sa densité : elle entre directement dans le calcul.
- Remonter l'outil dans le casing et fermer le BOP sur les tiges.
- Pomper lentement, à débit faible et constant, avec une pompe précise, généralement l'unité de cimentation, en notant la pression en fonction du volume tous les quarts ou demi-barils.
- Tracer la courbe pendant le pompage. Au début elle est à peu près droite, car boue, tiges et casing se compriment élastiquement.
- Quand la droite commence à s'infléchir, c'est-à-dire que la pression monte moins que prévu par baril, la pression de fuite (Leak-Off Pressure, LOP) est atteinte. Arrêter le pompage.
- Fermer et observer la baisse de pression pendant plusieurs minutes, puis purger et mesurer le volume retourné, à comparer au volume pompé.
- Consigner le résultat, calculer l'EMW et la MAASP, et les afficher sur le plancher et sur la feuille de neutralisation (kill sheet).
Le FIT suit presque la même séquence, mais le pompage s'arrête à la pression de surface cible calculée à l'avance, maintenue pendant une durée définie.
Comment lire la courbe ?
- Partie droite : compression élastique du système ; sa pente dépend du volume de boue dans le puits et de sa compressibilité.
- Point d'inflexion (LOP) : début de l'entrée de la boue dans la formation ; c'est le point utilisé dans le calcul.
- Si le pompage continue : la pression peut culminer puis chuter. La formation s'est alors réellement fracturée et a été affaiblie plus que nécessaire.
- Volume retourné : si l'essentiel du volume pompé revient à la purge, le comportement était surtout élastique.
- Courbe irrégulière : peut indiquer de l'air dans les lignes, une fuite d'équipement en surface ou un mauvais ciment derrière le casing. N'acceptez pas le résultat avant d'en comprendre la cause.
Formules
EMW (ppg) = MW (ppg) + LOP (psi) ÷ (0,052 × TVD sabot (ft))
Pression de fracturation au sabot (psi) = LOP + 0,052 × MW × TVD sabot
MAASP (psi) = (EMW − MW actuelle) × 0,052 × TVD sabot
Règles d'arrondi : la feuille de formules IADC WellSharp prévoit d'arrondir en dessous la densité équivalente de l'essai, et en dessous aussi la MAASP, tandis que la densité de neutralisation est arrondie au-dessus. La logique est toujours la même : arrondir dans le sens de la sécurité. Vérifiez la feuille officielle de l'organisme dont vous passez l'examen ; les détails peuvent différer.
Exemple résolu complet
Sabot à 6 000 ft TVD, boue pendant l'essai 10,0 ppg, LOP lue en surface 1 250 psi.
EMW = 10,0 + 1 250 ÷ (0,052 × 6 000) = 10,0 + 4,006 = 14,006 → 14,0 ppg
Hydrostatique au sabot = 0,052 × 10,0 × 6 000 = 3 120 psi
Pression de fracturation au sabot = 3 120 + 1 250 = 4 370 psi (≈ 0,728 psi/ft)
Après quelques jours de forage, la boue est alourdie à 11,5 ppg :
MAASP = (14,0 − 11,5) × 0,052 × 6 000 = 780 psi
Puis à 12,0 ppg :
MAASP = (14,0 − 12,0) × 0,052 × 6 000 = 624 psi
La MAASP est passée de 1 250 psi avec une boue de 10,0 ppg à seulement 624 psi avec 12,0 ppg. Oublier de la recalculer, c'est faire travailler l'équipe avec un chiffre dangereux.
Exemple de FIT
Sabot à 8 000 ft TVD, boue 10,8 ppg ; le programme exige que la formation tienne une densité équivalente de 13,5 ppg.
Pression d'essai en surface = (13,5 − 10,8) × 0,052 × 8 000 = 1 123,2 ≈ 1 123 psi
On pompe lentement jusqu'à 1 123 psi en surface et l'on vérifie que la pression tient. Si oui, l'essai est réussi : la formation tient au moins 13,5 ppg, mais sa limite réelle reste inconnue.
La MAASP pendant la neutralisation du puits
La MAASP calculée ainsi suppose l'annulaire au-dessus du sabot rempli de la boue actuelle. Pendant l'évacuation d'une venue, cela change :
- Tant que le gaz est sous le sabot : la pression en surface comparée à la MAASP est un indicateur utile.
- Quand le gaz passe au-dessus du sabot : le gaz léger remplace une partie de la boue au-dessus du sabot, si bien que la pression en surface monte sans que la pression au sabot monte d'autant. Dépasser la MAASP au manomètre à ce stade n'est donc pas une preuve directe de fracturation du sabot.
- Après pompage de la boue de neutralisation : la densité dans l'annulaire change et la MAASP est recalculée avec la densité de neutralisation.
Cela ne veut pas dire ignorer le chiffre. Dans ces situations, la décision revient au superviseur selon la procédure de la compagnie. Sur les puits à marge étroite, certaines compagnies fixent une limite opérationnelle inférieure à la MAASP calculée d'une marge de sécurité définie, et exigent d'avertir le superviseur dès qu'on s'en approche. Mais cela montre pourquoi l'ingénieur doit comprendre les hypothèses derrière chaque chiffre.
Facteurs qui influencent le résultat
Le résultat de l'essai n'est pas une propriété absolue de la roche : il reflète la roche et la procédure à la fois, et plusieurs facteurs doivent être compris pour l'interpréter :
- Débit de pompage : un pompage rapide peut augmenter la pression par les pertes de charge dans les lignes et masquer l'inflexion ; un pompage très lent peut laisser une fuite progressive qui rend la courbe difficile à lire. D'où un débit faible et constant fixé par le programme.
- Propriétés de la boue : une boue à forte résistance de gel (gel strength) demande une pression supplémentaire pour se mettre en mouvement, et une boue non homogène rend la densité réelle différente de la densité mesurée.
- Longueur de découvert sous le sabot : plus la formation exposée est longue, plus il est probable qu'existe un point plus faible que le sabot, et le résultat reflète ce point plutôt que le sabot.
- Qualité du ciment derrière le casing : un mauvais ciment au sabot peut laisser la boue remonter derrière le casing, d'où une « fuite » précoce sans rapport avec la résistance de la roche.
- Température et temps : la variation de température de la boue après l'arrêt de la circulation modifie légèrement son volume et influence les lectures d'observation après fermeture.
De l'essai à la conception du puits
Le résultat ne sert pas qu'à la MAASP. L'ingénieur l'utilise aussi pour calculer la tolérance à la venue (kick tolerance), le plus grand volume de gaz pouvant entrer, être fermé et évacué sans fracturer le sabot. Il fixe aussi la densité de boue et l'ECD maximales admises dans la phase suivante, et indique si la profondeur visée peut être atteinte avant un nouveau casing. Si le résultat est plus faible que prévu, l'équipe peut décider d'une cimentation corrective, d'une modification du programme boue ou d'une cote de casing suivante moins profonde.
Consigner et communiquer le résultat
Consignez dans le rapport de forage : MD et TVD du sabot, longueur de découvert, densité et propriétés de la boue, débit de pompage, tableau pression-volume, LOP, EMW, volume retourné et MAASP actuelle. Puis affichez clairement la MAASP sur le plancher et au panneau de commande de la duse, mettez-la à jour à chaque changement de densité, et informez l'équipe à la réunion de relève.
Questions d'entraînement type IWCF
- Sabot à 5 200 ft TVD, boue 10,2 ppg, LOP 950 psi. Quelle est l'EMW ? Solution : 10,2 + 950 ÷ 270,4 = 13,71, arrondie en dessous à 13,7 ppg.
- Dans l'exemple résolu ci-dessus, après alourdissement de la boue à 12,4 ppg, quelle est la MAASP ? Solution : (14,0 − 12,4) × 312 = 499,2, arrondie en dessous à 499 psi.
- Pourquoi ne pas utiliser la MD du sabot dans ces calculs ? Parce que les pressions hydrostatiques ne dépendent que de la profondeur verticale.
- Que faire si la courbe s'infléchit bien plus tôt que prévu ? Arrêter le pompage et chercher la cause (fuite en surface ou mauvais ciment, par exemple) avant d'accepter le résultat. Une cimentation corrective (squeeze) peut être nécessaire.
Erreurs courantes
- Oublier que la LOP est une pression de surface et qu'il faut ajouter l'hydrostatique pour obtenir la pression de fracturation au sabot.
- Utiliser la densité de boue actuelle au lieu de la densité pendant l'essai pour calculer l'EMW.
- Ne pas mettre à jour la MAASP après un changement de densité.
- Continuer à pomper après l'inflexion, ce qui affaiblit la formation sans bénéfice.
- Faire l'essai avec une boue non homogène ou de l'air dans les lignes.
Résumé pour l'ingénieur
L'essai au sabot donne le plafond de la fenêtre, et la MAASP traduit ce plafond en un chiffre que l'équipe lit au manomètre. Rappelez-vous que chaque chiffre ici dépend d'une lecture de manomètre et d'une densité mesurée : la précision des mesures fait partie de la sécurité. Calculez avec soin, arrondissez dans le sens de la sécurité, recalculez à chaque changement de densité, et sachez quand le chiffre perd son sens. Voir l'article sur la pression hydrostatique, la leçon sur la feuille de neutralisation et la leçon sur les équipements BOP.
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Termes du glossaire
Leçons liées
- La kill sheet pas à pas : Driller's Method ou Wait and Weight ?
- Pression de formation : normale, sous-pression et surpression
- Fondamentaux de la pression dans les puits
- Équipements du BOP : types et modes de fermeture
Sources
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