Compréhension des écoulements biphasiques stables et instables de fluides à seuil lors du forage d’un puits pétrolier

Stability of two-phase yield-stress fluid flow in borehole wells

• Auteur / Autrice : Ilham Maimouni
• Direction : Philippe Coussot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 22/02/2017
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Navier (Paris-Est)
• Jury : Président / Présidente : Anne Davaille
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Coussot, Julie Goyon, Thibaut Divoux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Serge Mora, Laurent Jossic

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pétrole -- Puits

Instabilité de Rayleigh-Taylor

Dynamique des fluides

Mots clés libres

Fluides à seuil

Instabilité de Rayleigh-Taylor

Ecoulements biphasiques stables ou instables

Dépôt de fluides à seuil

Yield stress fluids

Rayleigh-Taylor instability

Stable & unstable biphasic flows

Deposit of yield stress fluid

Résumé

Cette thèse puise sa motivation dans l'industrie pétrolière, et plus particulièrement dans la phase de cimentation primaire des puits pétroliers. Le travail consiste en une étude expérimentale des écoulements biphasiques, stables et instables, des fluides utilisés durant cette opération. Dans les cas instables, l'instabilité de Rayleigh-Taylor, qui est susceptible de se développer quand un fluide lourd repose sur un fluide léger sous le champs gravitaire par exemple, est l'une des instabilités responsables des phénomènes de mélange observés entre les fluides déplacés, notamment la boue et le ciment. Elle est étudiée dans ce travail dans le cas de fluides modèles, à seuil, reprenant le même comportement rhéologique que les fluides pétroliers, à la fois d'un point de vue qualitatif et quantitatif. Dans les cas stables où les fluides pétroliers laissent des dépôt sur les parois du puits, une étude expérimentale, se basant sur des fluides à seuil modèles, permet de relier l'épaisseur du dépôt aux paramètres importants du problème, à savoir les paramètres rhéologiques du fluide à seuil et les propriétés de l'écoulement

This thesis draws its motivation from the petroleum industry, and more particularly from the phase of primary cementation of the oil wells. The work consists of an experimental study of the biphasic, stable and unstable flows, fluids were used during this operation. In the unstable cases, the instability of Rayleigh-Taylor, which may develop when a heavy fluid rests on a light fluid under fields’ gravitaire for example, is one of the instabilities responsible for phenomena of mixture observed between the uncalled-for fluids, in particular the mud and the cement. It is studied in this work in the case of model fluids, in threshold, resuming the same rheologic behavior as the oil fluids, at the same time from a qualitative and quantitative point of view