Brevet FR2381726A1 — publié le 19780922

Les suspensions de ciment dites '1laitiers de ciment" utilisées dans lei sondages doivent répondre à certains impératifs a) - Les temps de poapabilité et les caractéristiques rhéologiques initiales doivent être tels qu'ils permettent une mise en place facile du laitier dans le sondage. b) - Le filtrat du laitier doit être le plus faible possible pour éviter une déshydratation du ciment. c) - La prise du laitier doit être brutale afin d'éviter une circulation d'hydrocarbure et surtout du gaz au cours de la prise. Si la prise est lente, il arrive un moment où elle est suffisante pour ne plus transmettre la pression due au poids de la colonne de ciment, mais il reste encore dans ce dernier un fort pourcentage d'eau qui peut Btre déplacé par le gaz. Ce déplacement a pour résultat de rendre le ciment, après prise, complètement poreux et perméable. d) - Le ciment doit, après prise, avoir des caractéristiques mécaniques suffisantes. Les résistances à la flexion, à l'écrasement et à la trac tion du ciment après prise doivent être élevées pour assurer un bon ancrage ciment aux tubages et aux terrains. e) - La perméabilité du ciment après prise doit être nulle ou très faible. f) - L'adhérence du ciment au tubage et à la formation doit être excellente. g) - Le ciment après prise ne doit pas avoir de retrait. La présente invention a pour objet une nouvelle composition de ciment pétrolier répondant à tous ces impératifs constitués d'un ciment pétrolier classique gâché avec une eau contenant une résine hydrosoluble à temps de durcissement contrôlable en fonction de ses catalyseurs et d'additifs à action retardatrice. L'invention s'étend à toutes les utilisations de laitiers de ciment dans les sondages. Les ciments utilisables sont les ciments pétroliers classiques, notamment les ciments de classe A et G ainsi que des ciments allégés dont la densité peut être abaissée jusqu'à 1,40. La résine hydrosoluble est choisie dans le groupe des résine acryliques du type protégé par la marqué déposée "ROCAGIL" de la Société RHONE POULENC Industries. La prise de cette résine est commandée par l'addition de catalyseurs tels que le persulfate d'ammonium (PAN et le diéthylaminop@opio- nitrile (DEAPN) ces catalyseurs étant utilises avec des concentrations de 0,01 à 0,5 %. La prise peut entre éventuellement retardée par addition de 0,05 à 1 % de ferrocynnure de potassium. Les modes de réalisation de l'invention seront mieux compris par les les exemples suivant donnés à titre indicatif et la figure 1 qui illustre un tubage. Si l'on se reporte à la figure 1, le tubage 1 est mis en place, à l'intérieur d'un forage 2 et l'on injecte un laitier de ciment, 3, dans l'annulaire formé par le trou foré 2 et le tubage I Exemple 1 - Etanchéification d'un forage traversant pl@sienrs zones de gaz Il arrive lors d'un forage que l'on traverse une première zone de ga à la pression P1, puis une seonde zone de gaz à la pression P2 séparée par une zone imperméable 4. La pression P3 exercée par le laitier de ciment qui est supérieure à P1, P1 étant elle-même supérieure à Pt, doit être suffisante pour éviter les venues de fluides en provenance des zones de gaz. Lors de la prise du ciment, il se trouve un moment où le ciment est suffisamment compact pour ne plus transmettre la pression due à son propre poids, mais il contient encore une grande quaatité d'eau qui permet la poursuite de la prise. Etant donne que la pression P3 ne se transmet plus, on constate un débit de gaz en provenance de la zone de pression P1 vers la zone de pression P2. Le gaz chasse l'eau encore en place dans le ciment en cours de prise et transforme ainsi la gaine de ciment en un milieu poreux et perméable.Cette circulation entraîne : - un défaut d'étanchéité entre les zones de pression P1 et P2 - une faible résistance mécanique du ciment entre ces deux zones Conformement a' l'invention, on étanchéifie le ciment en ajoutant au laitier une résine hydrosoluble dont le temps de prise est semblable au temps de pompabilité du laitier de ciment. La prise de la résine empêche la migration du gaz de la zone de pression P1 vers la zone de pression P2 lorsque la pression P3 ne s'exerce plus sur ces deux zones. La résine "ROCAGIL" livrée en extrait sec est diluée dans le l'eau avant utilisation. On lui ajoute les catalyseurs et agents retardateurs dans des proportions déterminées en fonction du temps de prise recherché. L'ne des compositions les plus fréquemment utilisée est la suivante dans un mélangeur mécanique classique utilisé pour les boues, on introduit les produits suivants dans les proportion8 données à titre d'exemple pour 460ml d'eau - sel de calcium (chlorure de calcium) 20 g - résine ROCAGIL 50,6 g - ferrocyanure de potassium 0,2 g - persulfate d'ammonium 0,075 g - D.E.A.P.N. 0,075 g un un autre malaxeur spécial pour les ciments, on introduit du ciment pétrolier classe A 1 kg qu'on esche avec le mélange précédent suivant les normes de 1 'AMERICAN PETROLEUM INSTITWTE. On obtient ainsi un ciment qui a un temps de pompabilité inférieur à 2 heures et qui est mis en place sur chantier comme un laitier de ciment normal. Exemple Il - Comme dans l'exemple I, on gâche un ciment pétrolier classe G avec une eau contenant Il % de résine ROCAGIL avec ses catalyseurs et additifs, Les caractéristiques des laitiers obtenus sont données dans les tableaux I et II ci-joints. De plus on obtient des résultats sensiblement identiques avec des laitiers de ciment allégé de faible densité (environ î,45). L'étude comparative au laboratoire des laitiers de ciments purs ou contenant la résine ROCAGIL montrent que a) - Les temps de pompabilité et les caractéristiques rhéologiques initiales sont semblables. b) - Le filtrat est plus faible0 De plus, dans le cas du ciment-résine le filtrat est constitué par de la résine qui lors de sa prise permet d'améliorer grandement l'adhérence du ciment à la formation et ce, mdme à travers un "cake" de boue. c) - La prise de la résine du ciment est brutale, elle évite ainsi la circulation de gaz dans l'annulaire rempli de laitier en cours de prise. d) - Les caractéristiques mécaniques sont nettement supérieures en ce qui concerne les résistances à la flexion et à la traction Le ciment-résine doit donc nettement mieux résister aux efforts auxquels sont soumis les ciments pétroliers en particulier aux perforations. e) - La perméabilité du ciment-résine est nulle. f) - Les adherences sont excellentes surtout celles au terrain comme on l'explique en (b). g) - Enfin, le ciment-résine est expansif (de l'ordre de quelques 9 ce qui, non seulement lui permet de ne pas avoir de retrait après prise, mais encore d'améliorer : d'une part l'étanchéité entre les differentes zones à isoler, et d'autre part l'adhérence entre le tubage et les parois du sondage TABLEAU 1 ESSAIS AVEC CIMENT OPA 325 (LAFARGE) Compo@ition du Tomps de Résistances mécaniques Résistances mécaniques laitier de ciment pompabi- Densité aprés 24h. de prise apres 72 h. de prise (en poids lité oiment 100 140 mn compression traction flexion compression traction flexion 1.87 eau 46 28 bars 2,8 bars 6,5 bars 90 bars 10,7bars 20 bars CaC12 2 ciment 100 eau 46 CaC12 2 ROCAGIL 1295 5.06 DEAPN 0.0075 P.A. 0.0075 KFe 0.02 150 mn 32 bars 10,5 bars 19,5 bars 77 bars 17,9bars 33,8bars 1.81 KFe 0 85 mn idem KFe 0 60 mn idem Temps de pompabilité mesuré à 20 C, 1 atm Résistances mécaniques mesurées par prise à 20 C et sous 1 atm. KFe désigne de manière abrégée le ferrocyanure de potassium. TABLEAU II ESSAIS AVEC CIMENT A. P. I. CLASSE G (CEMOIL) Composition du Temps de Résistances mécaniques Résistances mécaniques Densité @aitier de ciment pompabi- apr@s 24h. de prise après 72 h. de prise (en poids) lité ciment 100 compression traction flexion compression traction flexion* 1,92 eau 44 1h.54mn 230 bars 26,3 bars 31,5bars 313 bars 26,5 bars 64,5bars ciment 100 solution de résine 48 KFe 0,20 29 mn élastique 17 bars 24,5bars 102 bars 68 bars +150bars KFe 0,30 32 mn KFe 0,35 4h.30mn KFe 0,40 + 5h Temps de pompabilité mesuré en suivant le schédule 5 (8000 ft) des normes A.P.I. RP 10 B Résistances mécaniques mesurées après prise dans les conditions du schédule 3S (211 kg/cm2, 60 C) des normes A.P.I. RP 10 B (*) - Résistances à la flexion mesurées après prise à 20 C et sous pression atmosphérique. KFe désigne le ferrocyanure de potassium. REVENDICATIONS 1 - Nouvelle composition de laitier de ciment pour assurer l'étanchéité et une meilleure résistance mécanique des ciments après prise dans les sondages caractérisée en ce qu'on gâche un ciment pétrolier classique avec une eau contenant une résine hydrosoluble, à prise contrôlée en fonction de la proportion des catalyseurs et additifs qui lui sont incorporés. 2 - Nouvelle composition de laitier de ciment selon 1 caractérisée en ce que la résine est choisie dans le groupe des résines acryliques du type ROCAGIL de RHONE-POULENC INDUSTRIES. 3 - Nouvelle composition selon les revendications 1 et 2 prises dans leur ensemble caractérisée en ce que la proportion de résine acrylique dans l'eau servant à gâcher le ciment est de l'ordre de 11 % en poids. 4 - Nouvelle composition de laitier de ciment selon revendication I caractérisée en ce que le temps de prise de la résine peut être modifiée avec la quantité de catalyseurs ajoutés. 3 - Nouvelle composition de laitier de ciment selon les revendications I et 4 caractérisée en ce que l'on ajoute - de 0,01 à 1 % en poids de Persulfate d'ammonium - de 0,01 à 1 % en poids de diéthylaminopropionitrile par rapport à l'extrait sec de résine ou au poids d'eau de hachage en tant que catalyseurs. 6 - Nouvelle composition selon les revendications 1, 4 et 5 prises dans leur ensemble caractérisée en ce que lton peut retarder le temps de prise de la résine par addition de 0,05 à 1 % de ferrocyanure de potassium par rapport au poids d'eau de gâchage. 7 - Applications de la composition nouvelle de laitier de ciment selon 1, à toutes les opérations de cimentation des puits de forage.