Brevet FR2280784A1 — publié le 19760227

La présente invention concerne un procédé d'augmentation de la perméabilité d'une formation souterraine dans laquelle pénètre un puits et plus précisément untel procédé dans lequel les fractures disposées à partir du puits dans la formation sont étayées par une couche multiple tassée de granulés d'alumine de grande dimension. Dans le présent mémoire, l'expression "granulés d'alumine de grande dimension" désigne des granulés dont la dimension est au moins égale à 0,54 mm. On sait qu'on utilise couramment la création de fractures partant d'un puits dans la formation contenant le pétrole ou le gaz qui produit des fluides, pour compléter le puits. On utilise habituellement des agents de soutènement pour étayer les fractures créées lorsque la pression exercée sur le fluide de fracturation est supprimée et parcepie la pression exercée par la couverture a tendance à fermer les fractures. Le but d'un traitement classique de fracturation est la création d'une zone de grande dimension permettant l'écoulement des fluides de la formation vers le puits. Les fractures étayées de manière quelles restent ouvertes doivent former un canal présentant une perméabilité supérieure à celle de la formation elle-mame. La répartition optimale de l'agent de soutènement est donc celle qui donne la plus grande perméabilité de la fracture tout en présentant une résistance mécanique suffisante pour qu'elle évite la fermeture par broyage des particules ou enrobage dans la formation. La plus grande partie de la littérature indique que des agents de soutènement de grande dimension sont souhaitables pour l'augmentation de l'aptitude de la fraçture à transmettre du fluide, lorsque les agents de soutènement sont déposés sous forme d'une monocouche partielle. Une "monocouche partielle" désigne couramment une fracture étayée par des particules séparées, plus ou moins régulièrement espacées, réparties dans toute la zone de la fracture. Cependant, on sait que, en l'absence d'un réglage soigné de la viscosité du fluide, de la dimension des particules, de leur poids spécifique, de la vitesse de pompage, etc, un traitement de fracturation tel que la répartition obtenue est une monocouche partielle, ne peut pas entre mis en oeuvre. Ha- bituellement, il se forme une multicouche tassée.Une telle répartition comprend plusieurs couches de particules placées entre les surfaces de la fracture lors de l'injection. On constate que, lorsqu'on utilise des agents rigides de soutènement de diamètre important, par exemple du sable qui est l'agent de soutènement utilisé le plus couramment, sous forme d'une répartition tassée, le sable est broyé et prend une petite dimension si bien que la perméabilité est réduite ou méme il apparait un bouchage total par les paticules fines et broyées. Des agents malléables de soutènement tels que les matières plastiques, les coquilles de noix et/ou l'aluminium se déforment simplement lorsqu'ils sont tassés et ont tendance à fermer l'espace prévu pour l'écoulement du fluide dans la fracture si bien qu'ils ne conviennent absolument pas avec une telle répartition. Ainsi, on utilise actuellement cpuramment des particules de petit diamètre ayant une répartition tassée, de manière que le problème du broyage ou de la déformation des agents de soutènement soit évité. On constate de façon tout à fait imprévue que contrairement aux prévisionsrelatives aux autres agents rigides de soutènement de grande dimension, des particules d'alumine de dimension au moins égale à 0,54 mm ne se broient pas lorsqu'elles ont une répartition tassée. Des essais de perméabilité réalisés avec des particules d'alumine de grand diamètre formant un garnissage tassé montrent que ces particules sont relativement insensibles à la pression exercée sur elles jusqu1à au moins i,05.i08 Pa, cette valeur étant supérieure à celle de la pression qui existe réellement dans les puits les plus profonds. La raison de la réaction imprévue de l'alumine dans une telle répartition tassée n'est pas parfaitement connue, mais on pense que la structure propre de l'alumine, contrairement à celle des autres agents rigides de soutènement, en est essentiellement responsable. Ainsi, l'invention concerne un procédé d'augmentation de la permeabilité diune formation souterraine dans laquelle déboucle un puits et comportant des fractures, de manière que celles-ci soient étayées par une multicouche tassée d'agents rigides de soutçnement. Plus précisément, l'invention concerne un tel procédé mettant en oeuvre des agents de soutènement formés de particules de grand diamètre. L'invention concerne ainsi un procédé selon lequel un fluide est pompé dans un puits et crée ainsi une fracture. Un agent de soutènement à base d'alumine, ayant une dimension au moins égale à 0,54 mm, est introduit dans un fluide. Le fluide contenant les agents de soutènement est introduit dans la fracture et ces agents se déposent en formant une multicouche tassée. On obtient de cette manière une perméabilité accrue aux fluides de la formation souterraine. Les agents de soutènement à base d'alumine qui conviennent selon l'invention doivent contenir au moins 6o Vo et de préférence plus de 80 ' de A1203. A1203 doit de préférence être sous la forme alpha. Le poids spécifique apparent doit être au moins égal à 2,8 g/cm3 environ et il est de préférence de l'ordre de 3,40 à 3,9 g/cm3. La dimension des granulés d'alumine doit être supérieure à 0,54 mm et de préférence, elle peut atteindre 4,7 mm. Le tableau I qui suit donne les caractéristiques de quatre échantillons de granulés d'alumine donnant satisfaction selon l'invention. TABLEAU I Echantillons Composition chimique 1 2 3 4 El203 88,23 83,23 61,12 98,12 ,^S SiO2 7,38 11,32 36,24 0,13 reste 4,39 5,45 2,64 1,75 poids spécifique, g/cm 3,57 3,40 2,85 3,89 Les granulés d'allumine des échantillons 1 et 2 sont utilisés pour l'cbtention des valeurs de perméabilité du tableau II, et les granulés de l'échantillon 4 sont utilisés pour les données du tableau III. TABLEAU I Pression de Perméabilité à l'air (Darcy) fracturation Al2O3 sable sable sable sable 107 Pa 1,4-2,36 1,4-2,36 0,88-1,4 0,37-0,88 0,25-0,37 mm mm mm mm mm 0,7 1500 2000 720 480 214 1,4 1500 1450 650 410 194 2,1 1500 960 550 390 190 2,8 1400 500 500 330 172 3,5 1400 190 380 250 155 4,2 1350 125 195 190 142 4,9 1300 63 130 120 112 5,6 1250 45 100 86 87 6,3 1225 60 63 7,0 1200 46 49 7,7 1200 35 8,4 1150 27 9,1 1150 20 9,8 1100 10,5 1100 TABLEAU III Ai 203 sable sable sable 0,88-1,4 0,88-1,4 0,37-0,88 0,25-0,37 mm mm mm mm 0,7 1500 720 480 214 1,4 1500 650 410 194 2,1 1400 550 390 190 2,8 1300 500 330 172 3,5 1200 380 250 155 4,2 1200 195 190 142 4,9 1100 130 120 112 5,6 1000 100 5 87 6,3 950 60 63 7,0 900 46 49 7,7 800 36 8,4 750 27 9,1 700 20 9,8 600 10,5 500 Les données des tableaux Il et III sont obtenues par mesure du débit d'air dans une multicouche tassée de 50,8 mm de diamètre et 6,35 mm environ d'épaisseur, la garniture formée étant soumise à la pression indiquée de fracturation. Une perte de charge est maintenue dans la garniture et le débit volumique est mesuré avec des pressions croissantes.La perméabilité à l'air de la multicouche tassée est calculée pour chaque pression d'après l'équation dans laquelle K est la perméabilité exprimée en Darcy, G est un facteur géométrique, Qm est le débit volumique à la pression moyenne, en cm-i/s, )L est la viscosité du gaz en centipoises, fw est l'épaisseur de la couche en cm, P1 et P2 sont respectivement les pressions d'entrée et de sortie en bars. Comme le montrent les données du tableau Il, les granulés de 1,4-2,36 mm présentent une perméabilité élevée même pour des pressions de 1,05.108 Pa alors que le sable, pour une meme dimension, est totalement inefficace à 5,6.107 Pa et ntest utile que de façon marginale à 2,1.107 Pa.Du sable de dimension encore plus petite est utile de façon marginale seulement à 5,6.107 Pa environ et est totalement inefficace au-dessus de 9,1.107 Pa. Le tableau III indique les mêmes conclusions pour des granulés d'alumine plus petits. Dans un mode de réalisation avantageux de llinven- tion, un fluide de fracturation tel qu'un brut, du kérosène, un acide ou- de l'eau pouvant contenir ou non un agent empê- chant les pertes de fluide dans la formation, est pompé dans le puits de forage à une pression assurant la fracture de la formation. Ensuite, un fluide contenant les particules d'alumine d'au moins 0,54 mm est introduit dans la fracture et dépose ces particules sous forme d'une multicouche tassée. Enfin, la pression est supprimée et les fluides naturels de la formation comprenant initialement les fluides de fracturation et de transport d'agent de soutènement, sont produits. Il faut noter que les exemples particuliers d'agents de soutènement à base d'alumine, indiqués précédemment, sont purement illustratifs des matières mises en oeuvre selon l'inventzon, et que de petites modifications peuvent entre apportées aux compositions sans sortir du cadre de l'invention. Il faut aussi noter que d'autres agents de soutènement peuvent être combinés aux agents à base d'alumine selon l'invention dans la mesure où l'insensibilité relative des granulés d'alumine à la pression n'est pas supprimée. Il est bien entendu que l'invention nta été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. RT!EitDICATIO'iIS 1. Procédé d'amélioration de la perméabilité aux fluides d'une formation souterraine dans laquelle pénètre un puits, ce procédé comprenant le pompage d'un fluide dans le puits de manière que la formation soit fracturée, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend l'introduction d'un agent de soutènement à base d'alumine ayant une dimension particulaire au moins égale à 0,54 mm dans un fluide, et l'introduction de ce fluide contenant l'agent de soutènement à base d'alumine dans la fracture de manière qu'une multicouche tassée des agents de soutènement à base d'alumine se dépose. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression utilisée pour la création de la fracture est au moins égale à 5,6.107 Pa. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alumine contient environ 60 à 99 Vo de Al203 et 40 à 0,1 V environ de SiO2, le reste étant sous forme d'impuretés. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérise en ce que la dimension particulaire de l'alumine est comprise entre 0,88 et 1,4 mm. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dimension particulaire de l'alumine est comprise entre 1,4 et 2,36 mm.