Brevet FR2008857A1 — publié le 19700130

i 200885? La présente invention concerne un procédé po«ri-CQnso|±der^ xmm formation terrestre inconsistante ou tendre, qui comporte des particules de sable lâches ou non consolidée©» traversée par un puits pour éviter l'invasion du sable ou de particules dm terre dans 1© 5 puits au cours de la production! -d fournir une distribution rslativalent aniforaa â©s- divers ■fl'aiâes de consolidation dans le sable traité, > Un sérieux problème, présent lors à® la. caasôliàatlon de fostr:s== tions non consolidées traversées par ea p&kt3e' -®st d'ôbtéai's osa© . 15 distribution relativement uniforme dss fluides d© esasolidatioa dans les-* sables de perméabilité différents. $JLàè±o lorsqu'on âSsis© consolider le sable, il est important que la. ts'tesl.ifeé'du dans l'intervalle traité, soit exposée ai', à. «lie quantité ei~ nimale de chacun des fluides de prétraitement et d© consolidation 20 de la formation. Ceci est particulièrement un difficile problêïse lorsque de grandes variations de perméabilité existent dans le sable dans l'intervalle qui doit être consolidé„ On connaît di%7ees moyens mécaniques pour obtenir le placement uniforrcs de fluides de consolidation de sable. Deux de ces systèmes mécaniques sont 25 présentés par les brevets des Etats-Unis d'Amérique N° 3.318.381 et N° 3.362.477. Des moyens mécaniques se sont avérés être satin» faisants dans des puits oû existent un espace suffisant et des conditions économiques appropriées permettant le placement de l'appareil au cours du conditionnement du puits ou du recondi-30 tionnement du puits. Cependant, dans des situations pour lesquelles des raisons économiques ou les procédés de conditionnement antérieurs rendent impraticable l'utilisation de moyens mécaniques, il existe toujours un besoin d'une technique de nivellement des perméabilités relatives des sables traités simultanément, de façon 35 à améliorer la distribution des fluides et à limiter le risque d'échec de l'opération de consolidation. Un dispositif non mécanique d'amélioration de la distribution de résine forme le sujet du brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3.134.436. Ce brevet concerne une résine à faible perte en fluide contenant de la « BAD OR}G»NAL 69 15482 2008857 — — -r- - ï cellulose dans le mélange de résine, pour aider au nivellement du * •* ' " • • ".•> ^ v - ..." 'V: •• , . - ■ ■ - profil d'injection de la résine. Toutefois, l'utilisation de 1'adjuyant de nivellement d'écoulement dans le mélange de résine, tout en évitant utilement la perte de la résine dans les inter-5 .'/al les fortement poreux, ne résoud pas le problème global de 1'amélioration de l'opération de consolidation du sable, en favorisant, un profil relativement "tsaiforme d'injection pour tous les fluides utilisés dans 1*bpération de consolidation du'sable. Ainsi, on a toujours"besoin 'd'ùri' stayèn non mécanique de fournir : -. • ■ » : v • : ls> un écoulement relativement' uni£oxzae dans une formation présentant des intervalles de perméabilité différente de tous les fluides utilisés dans une "opération "de consolidation dii sàble. " "*■ ...•»•• " .. - ..-.r.- ... v , La présente invention est utile' dans vin procédé de consolidation de formations terrestres inconsistantes selon lequel on in-Jl£ j acte une résine liquide, 'pouvant durcir pour atteindre un état solide infusible, dans la formationT puis on injecte un agent de durcissement pour durcir la résine liquide et consolider la formation. Le. procédé est particulièrement utile là d& drautres moyens de placement uniforme sont impraticables" du iripbSsibles. 20. Grosso modo, la présente invention fournit 1'utilisation d'un agent de nivellement de la perméabilité, pour assurér un placement plus uniforme de résine de consolidation de sable, dans des strates présentant des perméabilités différentes. Ainsi, conformément à la présente invention, on injecte une matière de nivellement ou 25 d'égalisation de la perméabilité dans les strates préalablement à l'injection des fluides de"consolidation du sable pour assurer le nivellement de la perméabilité des strates,de sorte "que la résine injectée ensuite tend "à être distribuée plus uniformément dans les strates. La matière de nivellement de la perméabilité se 30 trouve dans un véhicule liquide qui agit aussi comme agent dé refoulement de l'eau, pour éliminer l'eau de la formation et mieux préparer la formation à recevoir la résine qui va suivre. Selon un aspect particulier, la présente invention est mise en oeuvre en injectant dans un intervalle dans lequel des liquides de con-35 solidation doivent être ultérieurement injectés, un mélange d'une huile, hydrocarbonée, d'un composé polaire organique choisi, de préférence un alcanol à faible poids moléculaire et d'un adjuvant de nivellement des fluides. On injecte un mélange du type ci-dessus dans i'intervalle préalablement à l'injection'dé la BAD ORIGINAL 69 15482 v 3 2008857 résine. L'alcanol à faible poids moléculaire agit comme agent de refoulement de l'eau et, en outre aide à favoriser l'action de l'adjuvant de nivellement de la perméabilité. La forme préférée de la présente invention fournit pour l'in-5 jection dans la formation, préalablement â l'injection de la résine de consolidation, un mélange de 100 parties en volume d'une huile hydrocarbonée, de 15 à 35 parties en volume d'un alcanol choisi à faible poids moléculaire et de 0,005 à 0,25 partie en poids d'un .composé de nivellement de perméabilité, pour 100 par-10 ties en volume des liquides mélangés ci-dessus. Le mélange signalé ci-dessus est un agent de déviation efficace, utile pour favoriser le placement relativement uniforme des liquides de consolidation du sable dans une formation composée de strates présentant des perméabilités différentes. En outre, le mélange est un agent ef-15 ficace de refoulement de l'eau, utile pour déplacer l'eau de la formation, antérieurement à l'étape d'injection de la résine de l'opération de consolidation de sable. L'injection de ce mélange est suivie par l'injection d'une résine de consolidation de sable et d'un agent de durcissement approprié pour la résine pour four-20 nir une formation perméable consolidée au voisinage du puits. L'un des buts particuliers de la présente invention est de fournir vin procédé de consolidation de sable, utilisable dans des opérations de réparation ou dans des.opérations pour lesquelles l'utilisation de dispositifs mécaniques de distribution de liqui-25 des de consolidation sur une base relativement uniforme est impraticable, cette méthode consistant à injecter dans la formation Un agent composite de refoulement de l'eau et de nivellement de la perméabilité, préalablement à l'injection de résine de consolidation du sable. 30 Dv' autres buts et avantages de la présente invention apparaî tront à la lecture de l'exposé détaillé qui va suivre, en regard de la planche unique de dessin annexée, et qui illustre l'appareil utilisé dans des démonstrations indiquant les avantages de la présente invention. 35 Conformément â la présente invention, on injecte un mélange d'une huile hydrocarbonée, d'une matière de nivellement de perméabilité, de préférence une matière cellulosique et d'un composé organique polaire capable de gonfler la matière cellulosique, dans la formation préalablement à l'injection d'une résine liquide 69 15482 4 2008857 utile pour consolider la formation. Le mélange contenant la matière cellulosique et le composé organique polaire agit pour équilibrer 11injectabilité du fluide dans la formation et pour éliminer l'eau éventuelle qui pourrait se trouver dans la forma-5 tion au\oisinage du puits. L'élimination de l'eau est une étape importante dans le processus de consolidation et doit être effectuée pour assurer une résistance mécanique convenable du sable consolidé. Les matières cellulosiques qui peuvent être utilisées dans la 10 mise en pratique de la présenté invention sont les êthers alkyli-ques inférieurs de la cellulose par exemple la méthyl-cellulose, l'éthyl-cellulose, la propyl-cellulose, la butyl-cellulose et la benzyl-cellulose. L'éthyl-cellulose est ïéther cellulosique particulièrement préféré pour servir à la mise en pratique de la 15 présente invention. On obtient l'éthylcellulose industriellement sous diverses marques de fabrique comme "Ethocel". L'éthyl-cellulose est vin éther de cellulose formé par la réaction de chloro-éthane avec la cellulose qu'on a fait réagir avec une base forte. L'éthylation de la cellulose est connue de la technique depuis 20 longtemps. La préparation de l'éthyl-cellulose est possible selon une variété de techniques bien connues. L'éthyl-cellulose est décrite et les procédés de fabrication de l'éthyl cellulose sont révélés dans un article paru dans "Colloid Chemistry" par J. ALEXANDER, Volume VI, page 934, Reinhold, 1946. 25 L'éthyl-cellulose est disponible comme matière particulaire. Une forme préférée de l'éthyl-cellulose présente une distribution des particules telle qu'environ 90% des particules passent au travers d'un tamis de 0,5 mm d'ouverture de mailles, et 10 % passent à travers vin tamis de 0,037 mm d'ouverture de mailles. La dimen-30 sion moyenne des particules est d'environ 0,140 mm. En mélange avec vm véhicule fluide comme une huile Diesel, contenant un alca-nol à faible poids moléculaire choisi, l'éthyl-cellulose gonfle jusqu'à présenter un volume qui dépasse de beaucoup son volume à sec. Des proportions du volume humide au volume à sec comprises 35 entre 3:1 et 6:1 sont appropriées conformément à la présente invention. Une proportion de 5,5:1 environ est considérée comme optimale. Bien que le rapport ou proportion de gonflement dépende quelque peu de la durée et de la concentration de l'alcanol dans le véhicule fluide, une proportion comprise dans cette gamme 69 15482 5 2008857 fournira de bons résultats. Les éthers cellulosiques utilisés selon la présente invention peuvent avoir des poids moléculaires d'une valeur quelconque qui permette de verser et de mélanger une eorapositioa selon la présen-5 te invention sans épaissis sèment excessif. Or Eiélasage la cellulose avec l'huile hydrocarbonée et une quantité suffisante du composé organique polaire susceptible de gonfler la cellulose à un tau:; ou proportion désirable. La matière ©rgaaique polaire est de préférence un al'canol à faible poids asoiâeîal&.irÊf, pair exemple l'étlsa-10 nol, le méthanol, "le propanel, 1© &ufcsa©2.» le pestais©!et l*faesja= nol. Le composé organique polaire pr-Sfâïts s©w eofct© utilisation est le 2-propanol. On obtient un gonfleiasat srëglê de 1 ° éthyl-eol™ lulose en mettant en suspension l'éthyl-cellulose sêehe dans un mélange de 2-propanol et d'huile Diesel» Une duré© de contact de 15 15 minutes et plus avec 15 à 30 % en volume de 2-propanol dans l'huile Diesel provoque le gonflement de l'ëthyl-eellulose à 4 â 5 fois son volume originel. Les propriétés de gonflement ne se modifient pas de façon importante avec la prolongation de la durés» Le mélange est utile comme agent de déviation lorsque l'éthyl-20 cellulose est mise en suspension dans un mélange de 15 à 30 % - En référence à la figure unique du dessin annexé,. on simule dss conditions de réparation ou de reconditionnemsnt à travers des tubes ou tiges de production dans l'appareil à écoulement parallèle. 30 Ainsi qu'il est représenté, trois gaines 20, 21 et 22, sont adaptées pour être remplies.de sable lâche. Des conduites d'écoulement d'entrée parallèles 23, 24 et 25, sont alimentées par une tubulure commune 26. Chacune de ces gaines comporte une conduite d'écoulement de sortie, respectivement 27, 28 et 29, et des dispositifs de 35 mesure du débit de sortie, par exemple des éprouvettes cylindriques graduées 30, 31 et 32. Une source 33 de composé de déviation fabriqué conformément à la présente invention est reliée à la tubulure 26, par une vanne 34. Un dispositif de mélange approprié 35 est prévu dans la source 33 du composé de déviation. Une source 36 BAD ORIGINAL 69 15482 6 2008857 d'un second fluide est également reliée à la tubulure 26 par là vanne 37. Une source commune d'air pour pressuriser les sources 33 et 36 est indiquée dans la conduite 38 sur laquelle est relié un rSguIatsur approprié de contre-pression 39 et une jauge 40. 5 Un bain thermique 41 permet de rigier les conditions de température pour chacune des trois gaiaes. Lors des démonstrations con&itos afin de présenter les avantages de la présents invention, chaque gaine 20, 21 et 22 est remplie de sable lâche et saturée d'huile Diesel ou d'huile blan-10 ehe. On place des sables différents dans chaque gaine de façon à assurer des tas de sables de proportions de perméabilité initiale comprises entre 4:1 et 8s1. On -conduit les essais à la température aîïibiante et à 65,69C«, On plac? l'éthyl-cellulose dans un mélange (1:3) de 2-propanol/huile blanehs comme mélange de refoulement. On -S -3 15 utiîiso d 3 d'éthyl-cellulose par cm de mélange fluide, La quantité totale du mélange utilisé dans les essais sst comprise entre 0,02 et 2,0 g 2 d'éthyl-cellulose en moyenne pour 6,45 cm de surface de tas ds , sable. Le Tableau I présente les résultats peur 22°C. des essais 1 — 3 26 à pression différentielle de 0s2î kg/cm en utilisant 2 x 10 •s g/cm de concentration en éthyl-eellulose dans un mélange (1:3) de 2-propanol/huile blanche jusqu'à un total de 0,37 g en moyenne ■ 2 pour 6,45 cm de surface du tas de sable. On obtient une amélioration des proportions entre les perméabilités, en partant des 25 proportions initiales de 4 à 8:1 jusqu'aux proportions finales de 1,2 à 2,3:1'. 69 15482 7 ^0 088 57 TABLEAU I Essai Gaine Perméabilité (md) Rétention Rapport de la perméabilité de permé- peu rapport au Nevada 150 N° N° Initiale Finale abilité Initiale Finale A 1 28900 2750 9,5 4,31 1,86 2 33300 3110 9,3 4,97 2,10 3 6700 1480 22,1 1,0 1,0 B 1 28900 2540 8,8 5,0 1,53 2 . 38200 3740 9,8 6,62 2,25 3 5770 1660 28,8 1,00 1,00 C 1 34900 2680 7,7 4,88 1,33 2 38300 2360 6,2 5,35 1,17 3 7150 2010> 28,2 1,00 1,00 D 1 44400 2680 6,0 6,98 1,46 2 36000 2450 6,8 5,67 1,33 3 6350 1840 29,0 1,00 1,00 E 1 4000 3570 8,9 6,60 2,24 2 42200 3700 8,8 6,98 2,32 3 6050 1590 26,3 1,00 1,00 F 1 36700 2000 5,4 5,83 1,60 2 6300 1250 19,8 1,00 1,00 3 38300 2790 7,3 6,09 2,23 G 1 42600 3330 7,7 8,20 1,32 2 5200 250 48,0 1,00 1,00 3 40600 3060 7,6 7,82 1,24 L'efficacité du procédé ressort encore de la démonstration suivante, dans laquelle deux tas de sable de perméabilité diffé-25 rente sont simultanément consolidés dans des cellules parallèles de Hassler. Les cellules de Hassler utilisées dans cette démonstration comprennent des tubes en caoutchouc de 1,52 m de long pour 25,4 mm de diamètre, contenant le sable à consolider. On ferme les tubes de caoutchouc à chaque extrémité par des bouchons ajou-30 rés qui permettent l'écoulement d'entrée et de sortie des fluides tout en évitant que la pression ne provoque de perte du sable depuis le tube en caoutchouc. Les bouchons sont prévus pour être hermétiquement posés dans une gaine métallique qui entoure le tube de caoutchouc. La gaine assure un moyen permettant d'exercer 35 une pression sur le tube de caoutchouc et, par conséquent, sur le tas de sable (analogue à la pression s'exerçant sur une formation inconsistante sous l'effet de la terre se trouvant au-dessus d'elle 69 15482 2008857 ce gui est connu sous le nom de pression de surcharge). L'équipement supplémentaire comprend une cuve de pression, pour l'entre-position des fluides avant leur injection dans le tas de sable, une pompe pour refouler les fluides à travers le tas de sable, 5 un bain pour chauffer la cellule de Hassler et un dispositif tel qu'une éprouvette cylindrique ou un flacon gradué pour mesurer les fluides émergeants. Dans cette démonstration, on remplit une Cellule I avec du sable 24 x 65 et la Cellule 2 est remplie avec du sable du Nevada 10 130. On compacte dans leurs cellules respectives de Hassler par vibration pendant 15 minutes les deux sables, celui de 24 x 65 passant pour 95% à travers un tamis d'ouverture de mailles de 0,76 mm et présentant des grains irréguliers en dimension comme en'forme, et le sable du Nevada 130 passant à 95% à travers un 15 tamis de 0,149 mm d'ouverture de mailles présentant des grains irréguliers en dimension comme en forme. On établit une pression de surcharge et la conserve à 175 bars et on règle la température à 65°C, pour simuler les conditions d'une formation traversée par un puits. On sature les tas de sable avec de la saumure (à 20 25 000 ppm de NaCl) et on mesure la perméabilité initiale. On fait, s'écouler ensuite de l'huile Diesel â travers les tas de sable. On verse alors le mélange de l'agent de déviation selon le procédé, à travers les tas de sable de façon à avoir un nivellement de la variation de perméabilité entre les cellules 1 et 2, et pour 25 déplacer l'eau résiduelle des cellules de Hassler. On consolide alors les tas de sable en utilisant un procédé à résine époxyde durcissable, selon lequel on injecte une solution de résine dans lestas, de sable. Cette injection est suivie par l'injection en série d'un fluide approprié de curage de perméabilité, et d'un 30 agent durcissant la résine de composé époxyde, en quantité suffisante pour provoquer le durcissement d'une partie importante de composé époxyde. Après l'injection de ce dernier fluide, on ferme les ouvertures des bouchons terminaux et on laisse se consolider les carottes ainsi traitées. Le Tableau II montre que le nivel-35 lement de la perméabilité, selon ce procédé, est obtenu et que chaque tas de sable reçoit des fluides de consolidation selon une proportion nettement améliorée relativement à la proportion entre les perméabilités initiales des tas de sable. 69 1,5482 9 2008857 TABLEAU II Effet 6e l'agent de déviation sur les variations de parEfabilltë relative 5 (nid) PesasSa-fciiitë - fi© uient avee agent de dêvlatim Rêsiee euraç?e Activa Cellule N° 1 10 Cellule N° 2 Rapport (1:2) 20.000 2° 490 â f 3 8900 ISS . -3300 923 im ■ - 3060 "9,6 ï?ô- lff7 2200 2 fftS Cousine il est évident d'ayœês les déïceiitsatieas prëcédeafess,, la procédé de la présente invention est très ?;tile po«i" niveler le 15 profil d'injection dans des sables de perméabilités diffëresafesso En outre, puisque le 2-propanol et l'huile «gissaat pour refo-ale^ l'eau, on obtient une élimination substantiellement uniforme de l'eau. La formation est alors prête à 1'injection de résine. La résine est distribuée relativement uni formamon te dans. les sablas 20 en raison des rapports de perméabilité grandement améliorés développés par le procédé selon la présente iav@ati.on» Le volume d'injection le plus désirable ûn ïaâlange de flaids de nivellement qui comporte un agent de refouieiasnt de l'eau peat varier quelque peu en fonction des conditions. Lorsqu'on utilise 25 le mélange préféré selon la présente invention, c'est-à-dire 25 % de 2-propanol, dans l'huile Diesel et de 0,005 à 0,25 partie d'éthylcellulose, il est préférable d'injecter environ 9 fois plus de ce mélange préféré que de volume de résine à injecter. En tout cas, le volume du mélange selon la présente invention 30 doit être supérieur d'au moins 3 fois au volume de résine à injecter. De préférence le volume doit être d'au moins 4 à 5 fois celui de la résine. On conduit un essai sur place, conformément à la présente invention. On introduit vin tube de 25,4 mm à travers un tubage 35 de production de 60 mm vers les perforations de production de 3,35 m, à des profondeurs de 1437 et 1445 m. L'intervalle de production est du sable tassé avec 141,5 dm^ de sable fin, préalablement à la préparation à la consolidation. Le curage préalable BAD ORIGINAL 69 15482 2008857 selon le procédé est constitué par 31 g d'éthyl-cellulose comme agent de déviation pour 159 litres de l'agent de refoulement d'eau constitué par un mélange 80-20 d'huile Diesel et de 2-propanol* qu'on injecte pour préparer la formation à la consolidation. Les 5 fluides àe consolidation sont alors injectés dans la formation. On déplace périodiquement en un, mouvement de va-et-vient le tu-* bage de 2S„4 » dans l'intervalle de production au cours du place-a«ent des J-iauides de préparation ©fe de consolidation „ Les données ,«"5'injection sont présentées au Tableau III. IC TABLEAU III Durée Volume Taax Pressios cumulative, cumulatif» d'injection, superficielle Minutes Litres Litres/Mnute bars 0 0 pré-curage 0 105 10 1590 pré-curag@ 159 ' ' 105 31 4770 pré-curage 159 112 41 6360 pré-curage 159 99,4 125 17490 pré-curage 159 105 138 1590 résine 120 91 150 795 curage de perméabilité 159 91 185 3180 curage de perméabilité - '40 •80,5 202 3498 curage de perméabilité 159 80,5 234 3452 activateur 159 84 On pense que l'essai sur place a réussi à consolider uniformément la formation à travers un tisbe de 25,4 mm. Bien qu'un petit nombre seulement de formes de réalisations spécifiques de la prë-30 sente invention aient été décrites, il va de soi que la présente invention n'est pas limitée à ces seules formes de mise en oeuvre. BAD ORIGINAL 69 15482 " 2008857 REVENDICATIONS 1. Perfectionnement à un procédé de consolidation de formations terrestres présentant des strates de perméabilité différentes , par injection dans la formation d'une résine liquide pouvant 5 durcir pour prendre un état solide infusible, caractérisé en ce qu'on injecte dans la formation, préalablement à l'injection de résine, une matière de nivellement de la perméabilité dans un véhicule liquide et l'on provoque le contact de cette matière de nivellement, de la perméabilité avec les strates de perméabilité 10 différente pour aider à fournir une distribution de perméabilité plus étroitement égale dans la formation, pour l'injection ultérieure de la résine. 2. Perfectionnement à un procédé de consolidation de formations terrestres inconsistantes, par injection d'une résine li- 15 quide pouvant durcir pour atteindre un état solide infusible dans 3a formation, pour consolider la formation, caractérisé en ce qu'on injecte dans la formation, préalablement à l'injection de la résine, un mélange de 100 parties en volume d'une huile hydrocarbonée et de 15 à 35 parties en volume d'un composé organique 20 polaire, ce mélange présentant de 0,005 à 0,25 partie en poids d'une matière cellulosique pour 100 parties en volume du mélange. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en outre en ce que le composé organique polaire est un alcool et que la matière cellulosique est un éther alkylique inférieur de cellulose. 25 4. Perfectionnement à un procédé de consolidation de forma tions terrestres inconsistantes par injection d'une résine liquide durcissable sous un état solide infusible, dans la formation pour consolider la formation, caractérisé en ce qu'on injecte dans la formation préalablement à l'injection de résine, 30 un mélange de 100 parties en volume d'une huile hydrocarbonée et de 15 à 35 parties en volume d'un alcool tel que l'alcool isopropylique, le méthanol, l'éthanol, le propanol, le butanol, le pentanol et l'hexanol, ce mélange comportant de 0,005 à 0,25 partie en poids d'un éther de cellulose tel que la méthylcellulose, 35 l'éthylcellulose, la propylcellulose, la butylcellulose, et la benzylcellulose pour 100 parties en volume du mélange. 5. Procédé â:elon la revendication 4, caractérisé en outre en ce que l'alcool est le 2-propanol et que 1'éther de cellulose est 1'éthyl-cellulose.