ISO 10427-3:2003

NORME ISO
INTERNATIONALE 10427-3
Première édition
2003-04-01


Industries du pétrole et du gaz naturel —
Équipement de cimentation de puits —
Partie 3:
Essais de performance des équipements
de cimentation des cuvelages
Petroleum and natural gas industries — Equipment for well
cementing —
Part 3: Performance testing of cementing float equipment




Numéro de référence
ISO 10427-3:2003(F)
©
ISO 2003

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ISO 10427-3:2003(F)
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Version française parue en 2004
Publié en Suisse

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Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Fonctions des équipements de cimentation des cuvelages . 1
3 Critères de performance des équipements de cuvelage . 2
3.1 Généralités. 2
3.2 Durabilité dans les conditions de fond. 2
3.3 Capacité de pression différentielle inférieure. 2
3.4 Capacité de résistance à une force supérieure exercée par les bouchons de cimentation . 2
3.5 Forabilité des équipements. 2
3.6 Aptitude au passage des colmatants. 3
3.7 Coefficient de débit de la soupape. 3
3.8 Résistance au débit inverse des flotteurs de remplissage à tube. 3
4 Appareillage et équipements . 3
4.1 Boucle de débit . 3
4.2 Fluide d'essai de circulation . 6
4.3 Cellule d'essai à haute température/pression.6
5 Essai de durabilité . 9
5.1 Installation d'essai . 9
5.2 Catégories d'essai. 9
5.3 Mode opératoire . 10
6 Essais statiques à haute température/haute pression. 11
6.1 Catégories d'essai. 11
6.2 Mode opératoire . 11
7 Résultats d'essai. 12
Annexe A (informative) Résultats des essais de performance relatifs aux équipements de
cimentation des cuvelages . 13
Bibliographie . 14

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Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 10427-3 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 67, Matériel, équipement et structures en mer
pour les industries pétrolière, pétrochimique et du gaz naturel, sous-comité SC 3, Fluides de forage et de
complétion, et ciments à puits.
Cette première édition annule et remplace la première édition de l'ISO 18165, qui a fait l'objet d'une révision
mineure et dont le numéro ISO a été modifié.
L'ISO 10427 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Industries du pétrole et du gaz
naturel — Équipement de cimentation de puits:
— Partie 1: Centreurs de tubes de cuvelage
— Partie 2: Mise en place des centreurs et essai des colliers d'arrêt
— Partie 3: Essais de performance des équipements de cimentation des cuvelages

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Introduction
La présente partie de l'ISO 10427 est fondée sur la Pratique recommandée API RP 10F, deuxième édition, de
novembre 1995.
Il convient que les utilisateurs de la présente partie de l'ISO 10427 soient informés que des prescriptions
différentes ou complémentaires peuvent se révéler nécessaires pour des applications individuelles. La
présente partie de l'ISO 10427 n'a pas pour intention d'empêcher un vendeur d'offrir, ou un acheteur
d'accepter, des équipements ou des solutions d'ingénierie alternatifs dans le cas d'une application individuelle.
Cela peut particulièrement s'appliquer lorsqu'il s'agit d'une technologie innovante ou en cours de
développement. Lorsqu'une autre solution est proposée, il convient que le vendeur identifie toutes les
différences avec la présente partie de l'ISO 10427 et fournisse des détails.
Dans la présente partie de l'ISO 10427, pour plus de commodité, les unités couramment utilisées aux
États-Unis sont données entre parenthèses, pour information.

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Industries du pétrole et du gaz naturel — Équipement de
cimentation de puits —
Partie 3:
Essais de performance des équipements de cimentation des
cuvelages
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 10427 décrit les méthodes d'essai permettant d'évaluer les performances des
équipements de cimentation des cuvelages pour les industries du pétrole et du gaz naturel.
La présente partie de l'ISO 10427 s'applique aux équipements des cuvelages en contact avec les fluides à
base d'eau utilisés pour le forage et la cimentation des puits. Elle ne s'applique pas aux performances des
équipements des cuvelages utilisés avec des fluides non à base d'eau.
2 Fonctions des équipements de cimentation des cuvelages
Le terme «équipements de cimentation des cuvelages» fait référence à un ou à plusieurs clapets antiretour
intégré(s) à une colonne de cuvelage de puits prévenant l'écoulement ascendant du fluide dans le cuvelage
tout en permettant son écoulement descendant. Les équipements de cimentation des cuvelages ont pour
principale fonction d'empêcher l'écoulement ascendant dans le cuvelage de tout volume de ciment introduit
dans ce dernier/l'espace annulaire du puits de forage (circulation en U). Dans certains cas, tels que la
cimentation de colonne perdue, les équipements de cuvelage peuvent constituer le seul moyen pratique de
prévention d'une circulation en U. Dans d'autres cas, lesdits équipements permettent la prise du ciment dans
l'espace annulaire sans devoir augmenter la pression à l'intérieur du cuvelage afin d'éviter toute circulation
en U. Une augmentation de pression dans le cuvelage pendant la prise du ciment est généralement non
souhaitable dans la mesure où elle peut entraîner la formation d'intervalles (microannulaire) au sein de
l'espace annulaire cimenté.
Les équipements de cuvelage sont parfois également utilisés pour réduire la charge exercée sur l'appareil de
forage. Dans la mesure où les équipements de cuvelage neutralisent l'écoulement du fluide en amont du
cuvelage, la force de flottabilité agissant sur le cuvelage utilisé avec lesdits équipements est supérieure à la
force de flottabilité agissant sur le cuvelage utilisé sans ces mêmes équipements. Lorsque la hauteur, voire la
masse volumique du fluide à l'intérieur du cuvelage utilisé comprenant les équipements appropriés (de
flottaison) est inférieure à celle du fluide se trouvant à l'extérieur du cuvelage, le poids suspendu du cuvelage
est réduit par comparaison à ce qu'il serait s'il ne comportait pas lesdits équipements.
La capacité des équipements de cuvelage à prévenir tout écoulement du fluide en amont du cuvelage a
également son importance dans certaines situations de contrôle des puits. Si la pression hydrostatique du
fluide à l'intérieur du cuvelage devient inférieure à la pression des fluides de formation dans des formations à
proximité du fond du cuvelage, un écoulement des fluides, présents dans le puits, en amont du cuvelage est
possible. Dans ce type de situation, les équipements de cuvelage deviennent un dispositif essentiel de
contrôle des puits.
Ces équipements sont parfois également utilisés en qualité de dispositif permettant de faciliter les essais de
pression au niveau du cuvelage. Ces essais s'effectuent généralement en posant un ou plusieurs bouchons
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de cimentation au niveau de la partie supérieure de l'ensemble des équipements de cuvelage. Les bouchons
obturent le cuvelage de sorte qu'il puisse être procédé à un essai d'intégrité de la pression de ce dernier.
Les équipements de cuvelage sont également utilisés par certains opérateurs en qualité de dispositif
permettant de réduire la chute libre du ciment à l'intérieur du cuvelage. La chute libre constitue la tendance de
chute initiale du ciment due aux différences de masse volumique entre le ciment et le fluide à l'intérieur du
puits. Les équipements de cuvelage réduisent, jusqu'à un certain degré, la chute libre, en constituant un
étranglement au niveau de la voie d'écoulement.
Les équipements (de flottaison) de remplissage à tube constituent un type particulier d'équipements de
cuvelage qui permettent de remplir le cuvelage à partir du fond pendant le fonctionnement de ce dernier.
Cette situation est, dans certains cas, souhaitable pour permettre de réduire les variations de pression
(surpressions) observées au moment de l'abaissement du cuvelage. Les équipements de cuvelage de type
remplissage permettent également de s'assurer du non-dépassement de la pression d'écrasement du
cuvelage. Le fonctionnement du cuvelage entraîne l'activation du mécanisme à clapets antiretour des
équipements de cuvelage de type remplissage. Cela s'effectue généralement en procédant au pompage
d'une bille libérée en surface par l'intermédiaire des équipements de cuvelage ou en faisant circuler le fluide
au-dessus d'une certaine vitesse d'écoulement.
3 Critères de performance des équipements de cuvelage
3.1 Généralités
Il existe de nombreux critères de performance, énumérés ci-dessous, qui peuvent être utilisés pour évaluer le
caractère approprié d'un élément particulier des équipements de cuvelage pour un puits donné.
3.2 Durabilité dans les conditions de fond
Il convient que les équipements de cuvelage continuent de fonctionner après l'écoulement d'un fluide
contenant des matières solides abrasives à l'intérieur desdits équipements pendant une certaine durée. Il
convient que les équipements fonctionnent dans diverses orientations, tout en étant exposés à des
températures et à des pressions élevées.
3.3 Capacité de pression différentielle inférieure
Il convient que les équipements de cuvelage puissent résister à une pression différentielle, la pression la plus
élevée étant exercée au-dessous du clapet antiretour, dans la mesure où la pression hydrostatique du fluide
présent dans l'espace annulaire immédiatement après l'introduction du ciment, est généralement supérieure à
la pression hydrostatique de la colonne de fluide correspondante à l'intérieur du cuvelage, ou pendant le
fonctionnement de ce dernier.
3.4 Capacité de résistance à une force supérieure exercée par les bouchons de cimentation
Il convient que les équipements de cuvelage soient capables de résister à une force supérieure exercée par
les bouchons de cimentation. Certains opérateurs soumettent parfois le cuvelage à un essai de pression en
augmentant la pression peu après la pose d'un bouchon de cimentation (bouchon supérieur), utilisé pour
dissocier le ciment du fluide de déplacement, au fond du puits. Cela peut provoquer l'application d'une force
sur les équipements de cuvelage susceptible d'entraîner la défaillance de ces derniers.
3.5 Forabilité des équipements
Il convient que les équipements de cuvelage puissent être facilement forés, dans la mesure où dans de
nombreux cas, ces derniers doivent faire l'objet d'un reforage après cimentation.
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3.6 Aptitude au passage des colmatants
Les équipements de cuvelage peuvent devoir permettre le passage aisé des colmatants (LCM). Parfois, le
fluide qui circule dans les équipements de cimentation des cuvelages contient des colmatants conçus pour
obstruer des formations hautement perméables, vacuolaires ou fracturées, afin de réduire la quantité de fluide
s'écoulant dans lesdites formations. Dans la mesure où les équipements de cuvelage fournissent
généralement une section d'écoulement obstruée pour le passage du fluide, les colmatants peuvent avoir
tendance à s'accumuler au niveau de la soupape desdits équipements et à empêcher, partiellement ou
totalement, la circulation du fluide. La facilité de circulation des colmatants dans les équipements de cuvelage
peut, par conséquent, constituer un critère de performance pour certains puits.
3.7 Coefficient de débit de la soupape
Dans la mesure où les équipements de cuvelage fournissent une voie de passage obstruée, une perte de
charge est associée à la circulation du fluide dans la soupape à flotteur. La vitesse de circulation peut faire
l'objet d'une limitation si la perte de charge au niveau des équipements de cuvelage est trop élevée. Dans
certains cas, toutefois, une perte de charge importante est souhaitable pour réduire la chute libre du ciment.
Le coefficient de débit de la soupape permet de déterminer la perte de charge pour une masse volumique de
fluide et une vitesse données.
3.8 Résistance au débit inverse des flotteurs de remplissage à tube
L'une des fonctions des équipements de cuvelage des flotteurs à tube est de réduire les variations de
pression (surpressions), le cuvelage fonctionnant en permettant un écoulement intérieur à partir du fond du
puits. La résistance de la soupape au débit inverse est, par conséquent, indicative des performances relatives
de cette dernière, eu égard à la réduction de la variation de pression (surpression).
4 Appareillage et équipements
4.1 Boucle de débit
4.1.1 Généralités
La Figure 1 présente un schéma de configuration possible d'une boucle de débit applicable aux essais de
durabilité. D'autres configurations sont possibles. Les principaux composants de la boucle sont le bac à boue,
le réseau de tuyauteries, la pompe et les équipements de mesure. Ces composants sont traités dans les
paragraphes suivants.
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Légende
1 trémie 8 débitmètre
2 compartiment 1 9 vanne de sécurité BP
3 agitateurs 10 capteur de pression
4 compartiment 2 11 flexible
5 bac à boue 12 anneau de cimentation
6 sonde de température 13 vanne de sécurité HP
7 pompe triplex 14 conduite haute pression
Figure 1 — Proposition de schéma de la boucle de débit pour l'essai des équipements de cimentation
des cuvelages
4.1.2 Bac à boue
Il est recommandé que le bac à boue comprenne deux compartiments, chacun d'entre eux pouvant contenir
3
environ 15,9 m (100 barils) de fluide. Il convient que chaque compartiment comprenne des dispositifs
d'agitation et de mélange adéquats permettant d'assurer le maintien d'un mélange approprié des fluides. Il
convient de prévoir une vanne de communication entre les compartiments de manière à pouvoir régler le
volume de fluide dans le bac en circulation. Cela facilite la régulation de la température lors d'un essai. Il
convient de prévoir un mélangeur à boue afin de mélanger plus facilement les agents chimiques qui
constituent cette boue.
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4.1.3 Réseau de tuyauteries
Il convient que le réseau de tuyauteries se compose de tuyaux et de vannes d'un diamètre compris
entre 101,6 mm et 152,4 mm (de 4 à 6 pouces). Il est recommandé de déterminer la pression nominale de la
partie basse pression du réseau de tuyauteries afin de pouvoir utiliser une pression de service d'au moins
3 400 kPa (500 psi), ainsi que la pression nominale de la partie haute pression de la boucle de débit, tel
qu'indiqué à la Figure 1, afin de pouvoir utiliser une pression de service d'au moins 34 500 kPa (5 000 psi).
Afin de pouvoir soumettre plus facilement à l'essai les équipements de cuvelage de type remplissage, il est
recommandé de disposer la tuyauterie de manière à pouvoir modifier aisément la direction d'écoulement dans
lesdits équipements. Il convient que les parties haute et basse pression de la boucle de débit soient toutes
deux équipées de vannes de sécurité de décharge. Il est recommandé qu'une partie du côté basse pression
de la boucle de débit soit constituée d'un flexible ou d'un joint de dilatation permettant de faciliter
l'espacement des équipements de cuvelage de longueur différente.
4.1.4 Pompe
Il est recommandé d'utiliser une pompe triplex comme pompe principale de la boucle de débit. Il convient que
3
la capacité de pompage de cette pompe soit au moins de 1,6 m /min (10 barils/min) et que cette dernière
puisse être soumise à un essai de pression à 34 500 kPa (5 000 psi). Une pompe de type centrifuge peut
également être utilisée. Cette solution nécessite toutefois de recourir à une deuxième pompe de type haute
pression afin de réaliser les essais de contre-pression. Il est recommandé de mettre à disposition une pompe
primaire de secours pendant toute la durée des essais.
4.1.5 Équipements de mesure
Il convient que les équipements de mesure de la boucle de débit se composent d'un débitmètre, de sondes de
température et de capteurs de pression, dont l'emplacement est tel qu'indiqué à la Figure 1. Il est
recommandé de prévoir un système d'acquisition de données permettant d'enregistrer les résultats fournis par
ces dispositifs au cours des essais.
4.1.6 Mesures de sécurité
Il convient que la conception et l'exploitation de la boucle de débit observent les mesures de sécurité
suivantes:
a) il convient de disposer la boucle de débit dans une zone à accès contrôlé;
b) il convient de soumettre la tuyauterie à un contrôle régulier afin de vérifier toute réduction d'épaisseur des
parois, notamment dans les zones d'érosion maximale telles que les courbes, coudes et tés;
c) il convient que la manipulation et le mélange des agents chimiques du fluide d'essai soient effectués par
du personnel qualifié observant les mesures de sécurité appropriées;
d) il convient, au cours des essais de pression, que l'ensemble du personnel d'exploitation et les
observateurs soient situés à une distance de sécurité par rapport à la partie haute pression de la boucle
de débit;
e) il convient que les organes de commande des pompes et les indicateurs de pression maximale soient
également situés à une distance de sécurité par rapport à la partie haute pression de la boucle de débit.
NOTE La présente liste n'est pas exhaustive.
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4.2 Fluide d'essai de circulation
Il convient que le fluide d'essai de circulation soit un fluide de forage à base d'eau ayant les propriétés
suivantes à une température de 50 °C (120 °F):
3 3
 masse volumique: de 1 440 kg/m à 1 500 kg/m (12,0 lb/gal à 12,5 lb/gal);
 viscosité plastique: de 10 mPa⋅s à 50 mPa⋅s (10 cP à 50 cP);
2 2
 limite apparente d'élasticité: de 2,4 Pa à 12,0 Pa (5 lbf/100 pieds à 25 lbf/100 pieds );
2
 résistance du gel 10-s: > 1,9 Pa (4 lbf/100 pieds );
 teneur en sable: de 2 % à 4 % en fraction volumique.
NOTE Les fluides qui ne sont pas à base d'eau peuvent faire l'objet d'une incompatibilité avec les solvants/le matériel.
Il convient que l'alourdissant utilisé dans le fluide d'essai soit de la baryte conforme aux spécifications de
l'ISO 13500 [1]. Il convient de mesurer les propriétés du fluide conformément à l'ISO 10414-1 [2]. Il convient
que le sable utilisé avec le fluide d'essai soit du sable passé dans un tamis US à mailles 70/200. Ces
matériaux sont disponibles dans la plupart des entreprises dont l'activité est la cimentation de puits, de même
que chez certains fournisseurs de sable abrasif.
4.3 Cellule d'essai à haute température/pression
4.3.1 Appareillage
Un appareillage d'essai spécial est recommandé pour soumettre les équipements de cuvelage à une certaine
température et à une certaine pression telles que décrites dans les paragraphes suivants de la présente partie
de l'ISO 10427. La Figure 2 est une représentation schématique d'un type d'appareillage proposé pour
l'application d'une certaine température et d'une certaine pression aux équipements de cuvelage. D'autres
appareillages et méthodes d'application de ces température et de ces pressions sont également acceptables,
sous réserve de prendre des mesures appropriées. L'appareillage présenté à la Figure 2 est décrit comme
suit.
 Il convient de concevoir l'appareil pour un fonctionnement en toute sécurité à des températures pouvant
atteindre 204 °C (400 °F) et des pressions jusqu'à 34 500 kPa (5 000 psi).
 L'appareillage d'essai représenté à la Figure 2 comprend une enceinte à laquelle est intégrée une bride
soudée, ainsi qu'une bride conjuguée à laquelle sont reliés les équipements de cuvelage. Il convient que
le diamètre intérieur (DI) de l'enceinte soit supérieur au diamètre extérieur (DE) du plus grand élément
constitutif des équipements de cuvelage devant être soumis à l'essai. Il convient de prendre en
considération l'aspect économique pour déterminer la dimension de l'enceinte. Il peut se révéler plus
économique, voire plus souhaitable, pour soumettre aux essais de pression les équipements de cuvelage
de toutes les dimensions, de construire plusieurs enceintes plutôt qu'une seule enceinte de grande taille.
Il convient que l'enceinte et la bride soudée puissent résister à la pression différentielle maximale (plus le
facteur de sécurité) appliquée au cours des essais. Un chapeau de bride conjuguée, contenant un orifice
d'admission et un orifice de décompression ou d'évacuation de la pression, permet de soutenir les
équipements de cuvelage au cours des essais. Il convient que la résistance à la pression nominale du
chapeau de bride soit équivalente à celle de l'enceinte. Une olive et une allonge montées sur le chapeau
permettent de suspendre les équipements à soumettre à l'essai, tel que cela est représenté à la Figure 2.
 Il convient que les éléments porteurs soient suffisamment solides pour résister à la pression
d'écrasement (plus le facteur de sécurité) à laquelle ils sont soumis au cours des essais de pression
différentielle maximale. Il convient que l'orifice d'évacuation ou de décharge comprenne une grille de
sécurité permettant de retenir les éléments des équipements de cuvelage dans le cas d'une «défaillance
absolue».
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Au cours des essais de pression-température, il convient de remplir l'ensemble de l'enceinte d'une huile de
silicone dont le point d'éclair est bien supérieur à 204 °C (400 °F). L'enceinte est entièrement immergée dans
l'huile et chauffée à partir d'une source de chaleur extérieure ou directement par des résistances électriques.
4.3.2 Mesures de sécurité relatives à la conception et au fonctionnement de l'appareillage à haute
température et à haute pression
a) Il convient que l'appareillage d'essai soit situé dans une enceinte close (telle qu'une cellule d'essai en
béton renforcée de fibres d'acier) avec une épaisseur de paroi suffisante pour contenir la défaillance
absolue de l'appareillage ou de l'équipement d'essai. Il convient que l'installation d'essai se situe dans
une zone isolée de manière à prévenir toute blessure du personnel d'exploitation ou des observateurs.
b) Il convient que toutes les commandes de la pompe et de régulation de la température, ainsi que les
soupapes de décharge, se situent à l'extérieur de la cellule d'essai. Il convient également d'intégrer un
système auxiliaire de commande d'arrêt automatique. Il est recommandé que l'opérateur maintienne un
contact visuel permanent avec l'appareillage d'essai. Un accès visuel peut être assuré au moyen d'un
miroir placé de sorte que la ligne de vision ne soit pas en ligne directe avec l'appareillage d'essai. Il
convient que le regard soit protégé par du verre présentant une haute résistance aux chocs.
c) Il convient que la cellule d'essai comprenne des ouvertures à accès limité, visibles de façon permanente
pour le personnel d'exploitation.
d) Il convient d'intégrer à la cellule d'essai un dispositif d'aération adéquat ou des ventilateurs d'extraction
afin d'évacuer la fumée ou les vapeurs irritantes.
e) Il convient de vérifier régulièrement l'huile utilisée comme fluide chauffant afin de déterminer toute
contamination e
...