Le LabCom DrilLab a pour objectif le développement de modèles non linéaires pour simuler le comportement dynamique de train de tiges de forage utilisé pour l'extraction pétrolière et/ou l'exploitation géothermique. Ce laboratoire commun implique l'entreprise DrillScan ainsi que le laboratoire LaMCoS. Le LabCoM DrilLab a été établi afin de consolider et développper des connaissances et du savoir-faire dans le domaine de la dynamique et des vibrations des trains de tige de forage.

DrillScan est une entreprise innovante et indépendante dans le domaine du forage pétrolier et géothermique proposant des études, des solutions logicielles et, des formations aux nombreux acteurs de cette industrie. Le LaMCoS possède une expertise scientifique et des outils de calcul dans le domaine de la dynamique des rotors et a aussi developpé des moyens de calculs pour prédire le comportement vibratoire de train de tiges de forage. Le travail réalisé dans le cadre du LabCom DrilLab s'appuie sur un doctorant et un post-doctorant (2 ans) environnementés du conseil scientifique et des moyens de calcul du LaMCoS ainsi que de l'expérience de la société DrillScan. La proximité géographique permet des échanges fréquents et favorise la synergie. La complémentarité de compétences des deux entités a été utilisée pour le développement d'un outil de prévison du comportement dynamique de train de tiges de forage DrillSim: équilibre quasi-statique, analyse modale et réponse temporelle.

Le modèle à développer, doit prendre en compte: la géométrie 3D du puits, la gravité, la poussée d'Archimède de la boue, le flot descendant de boue interne aux tiges et le flot de boue-débris remontant dans l'espace annulaire tige-puits, les frottements et impacts des tiges contre la garniture du puits et contre la roche, les précontraintes variables dues aux tensions et aux compressions, les balourds, les couples et forces axiaux de l'outil, le couple moteur.

Dans une première phase, un état de l'art sur la modélisation du comportement dynamique de train de tige de forage a été réalisé. Les modèles publiés dans la littérature ont été listés et critiqués. Ceci a permis de poser les bases de la modélisation a développer. Ensuite, les modèles existants développés soit par DrillScan, soit par le LaMCoS ont été mis en regard et comparés pour des cas simples et aussi sur des puits écoles ou des puits avec données disponibles.

La deuxième et principale phase du travail a concerné le développement d'un modèle et d'un code de calcul associé pour apporter une rupture par rapport aux logiciels de DrillScan et du LaMCoS existants: gestion des régimes stationnaire-instationnaire en adoptant les techniques de calcul appropriées, prises en compte des couplages flexion-torsion-traction, non linéarité des multi-contacts tige-puits, couplage fluide-structures. Le train de tige de forage est modélisé par des éléments finis de type poutre à 6 degrés de libertés par nœuds. La grande longueur des trains de tiges a impliqué le développement de méthode de réduction de modèle afin de réduire les temps de calcul. Une validation des différents volets du modèle a été réalisée à l'aide de cas tests académiques et du métier du forage.

Les résultats obtenus donnent bien entendu l'évolution du comportement dynamique le long de la tige et dans le temps. Ainsi peuvent être évitées les zones de fonctionnement où les niveaux de vibrations et les frottements sont trop importants. C'est un outil précieux aussi pour l'aide au positionnement optimal de l'instrumentation, et d'une façon générale une aide à la conception de l'architecture de forage.

Par ailleurs, ce LabCom a permis des publications dans des journaux internationaux et des conférences, ainsi que la pérennisation d'un emploi.