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Rupture et optimisation de la trajectoire des puits géothermiques
D’un point de vue fondamental, notre connaissance des processus de rupture des puits en roche cristalline est lacunaire et il n’y a pas de consensus quant à la loi de comportement et le critère de rupture à utiliser dans la pratique. Il s’agit donc généralement d’améliorer notre compréhension de la rupture et de développer des solutions pratiques permettant d’estimer les risques de rupture et d’optimiser les trajectoires des puits en conséquences.
Le projet principal supportant cette thématique de recherche et le projet DG-WOW « Deep Geothermal Well Optimisation Workflow » financé par la CTI en collaboration avec la compagnie privé GeoEnergie Suisse AG.
Asmae Dahrabou travaille sur ce projet durant lequel elle sera amenée à faire avancer notre compréhension des phénomènes et à proposer ensuite des solutions applicables dans la pratique. Un aspect important de ce projet est l’estimation des incertitudes et des risques. Cet aspect présente une belle opportunité de collaboration interne avec le Prof. Ph. Brunner qui développe des approches de ce type pour des problématiques différentes. Le projet de Master de J. Azzola sur les ruptures des puits de Rittershofen (FR) amène aussi un éclairage sur cette thématique. En effet, l’acquisition des données de Rittershofen a été répétée ce qui permet également d’évaluer l’évolution de la stabilité des puits sur plusieurs années.
A systematic methodology to calibrate wellbore failure models, estimate the in-situ stress tensor and evaluate wellbore cross-sectional geometry
2022-1-1, Dahrabou, Asmae, Valley, Benoît, Meier, Peter, Brunner, Philip, Alcolea, Andres
Deep geothermal boreholes, often drilled to the crystalline basement, suffer from borehole breakouts that compromise borehole stability and/or lead to low drilling performance. These issues increase the cost of deep geothermal projects and lead to irregular cross-sectional geometries that may entangle well completion (e.g., packer isolation for zonal stimulation, cementing, etc.). Thus, the proper knowledge of rock strength, state of stress and their interactions at the closest vicinity of the borehole is key to the success of deep geothermal drilling. Typically, the magnitudes of the vertical and minimum horizontal principal stresses, 𝑆𝑣 and 𝑆ℎ𝑚𝑖𝑛, respectively, can be estimated while 𝑆𝐻𝑚𝑎𝑥 is difficult to constrain. This paper presents a systematic methodology to jointly evaluate the heterogeneous distributions of the stress tensor principal components and orientations, and the rock strength properties (e.g. cohesion, friction). Model parameters are estimated from measurements available during or shortly after drilling, i.e., breakout width, breakout extent/depth of penetration, breakout orientation and drilling induced tensile fractures. Additionally, measurements of estimated parameters or transformations of them can be considered in the calibration in a generic manner (e.g., 𝑆ℎ𝑚𝑖𝑛 interpreted from XLOT). For illustration purposes, the methodology is applied to the extensive borehole data set along the crystalline section of the borehole BS-1, in Basel (Switzerland). The methodology allows us (1) to derive plausible sets of stress and strength parameters reproducing the complex distribution of breakouts along BS-1, and (2) to unveil the paradox of having no borehole breakouts at sections with high density of natural fractures.