Brevet FR2452577A1 — publié le 19801024

La présente invention concerne la technique du forage et a notamment pour obJet un dispositif pour la séparation électrocinétique des boues de forage en une phase liquide et une phase solide. L'application du dispositif faisant ltobjet de l'invention est d'une efficacité maximale dans le *orage de puits de pétrole et de gaz, le forage de prospection géologique. Le dispositif faisant ltobået de l'invention peut être utilisé dans l'industrie chimique, la fabrication des matériaux de construction et d'autres branches de l'in- dustrie où il est nécessaire de récupérer une phase argi- leuse colloidale de qualité améliorée se trouvant dans des suspensions. On sait que la boue de forage est un système hétérogène liquide comportant obligatoirement des particules colloidales de phase solide. La présence de ces particules dang la boue de forage détermine, au point de vue qualité d'exécution du forage, une série de propriétés rhéologiques importantes de laboue de forage C'est pourquoi la préparation de la boue de forage est en fait un processus de préparation desuspensions d'argile, avec obtention d'une teneur en particules colloIdales de la phase solide d'une valeur telle que la boue de forage ait les propriétés rhéologiques nécessaires.Dans ce processus, le degré de- dis pension ou de réduction des particules d'argile de la phase solide détermine la qualité de la boue de forage préparée. La diminution de la quantité totale de phase solide dans la boue de forage, les propriétés rhéologiques restant inchangées, contribue à l'augmentation de la vitesse d'avancement mécanique. Pour cela, il faut augmenter le degré de dis- persion de la boue de forage. La boue de forage est préparée à partir d'une poudre d'argile de haute qualité, et, pour régler et stabiliser ses propriétés aux valeurs prescrites, on lui ajoute des réactifs chimiques cofteux. Après l'achèvement du forage, toute la boue de forage est rejetée a la décharge, car son transport sur un autre carreau de forage revient trop cher, vu les frais de transport élevé, car la boue de forage continent de 85 à 90 % d'eau. Ceci pose le problème de la séparation de la fraction la plus noble, à collovdité élevée, de la boue, celle aui constitue la matrice de sa structure, d'autant plus qu'e'le est enrichie par les réactifs chimiques ajoutés à la boue de forage. A ltheure actuelle, on n'exécute ltépuration de la boue de forage que pendant le forage. I1 existe divers dispositifs pour ltépuration de la boue de forage pendant le forage. Les dispositiSs connus de ce genre, tels que les tamis vibrants, les hydrocyclones et les centrifugeuses, séparent de la boue de forage les gros ddbris de forage7 mais ils y laissent les particules de phase solide de colloIdité élevée, qui altèrent les propriétés de la boue de forage.I1 en résulte la nécessite de reJeter une partie de la boue de forage, de diluer la partie restante avec de l'eau et de la traiter avec des réactifs chimiques afin de maintenir les paramètres rhéologiques optimaux de la boue de forage nécessaires au forage Le forage terminé, en règle générale la boue de forage est reJetée L'exposé ci-dessus montre que la séparation des particules colloidales de la phase solide de la boue de forage est importante pour les performances économiques du forage. On connaît un dispositif pour la séparation d'une phase colloïdale stable d'argile se trouvant dans une boue de forage, dans lequel la boue de forage sortant du trou foré et chargée de débris est préalablement diluée, puis les grosses particules en sont séparées. Dans la boue de forage ainsi diluée et pré-4purée, il reste des particules fines non électrisées de roches perforées et des particules colloIdales d'argile chargées négativement. Ensuite on sépare de cette boue les particules d'argile chargées négativement, par déposition sur une anode tournante, le dépôt étant ensuite enlevé par une raclette.En se déposant, les particules d'argile chargées négativement entraînent une partie des particules non électrisées, qui se déposent aussi sur l'anode tournante. Le dispositif venant d'être décrit ne traite qu'une partie de la boue de forage, l'autre partie, bien plus grande, étant réinjectée dans le trou foré sans traitement. La séparation des particules de la phase solide dans une partie de la boue de forage et la réalisation de ce processus en deutc étapes : séparation des grosses particules, PUiS séparation des particules fines, est de réalisation compliquée et, par conséquent, coûteuse. On connaît un dispositif pour la séparation électrocinétique de la phase liquide et de 1a phase solide des boues de forage, comprenant un corps avee une entrée pour la boue de forage et des sorties pour les phases séparées de la boue de forage, dans lequel sont platées des électrodes raccordées aux pôles d'une source de courant continu. L'électrode raccordée au ptle positif de la source de courant continu est constituée par une chambre à paroi perforée, qui est insérée dans un circuit fermé parcouru par un liquide électroconducteur. Le corps constitue l'autre électrode, raccordée au ptle négatif de la source de courant continu.Quand le dispositif fonctionne le lioude électroconducteur circulant à travers la chambre s'enrichit en phase solide, et la boue de forage se trouvant à l'extérieur de la chambre s'appauvrit en phase solide. Après quelques cycles de pompage du licUuide électroconducteur à travers la chambre, le processus d'épuration de la boue de forage s'achève, ensuite le liquide électroconducteur enrichi en phase solide est évacué et remplacé par du liquide neuf. Une nouvelle portion de boue de forage est admise dans le corps du dispositif et le processus d'épuration continue. La nécessité de la circulation du liquide é'ec- troconducteur 3imite 12 quantité de phase solide tutelle extrait. On s'est donc proposé de créer un dispositif pour la séparation e'ectrocinPtique des boues de forage en une phase liquide et lme phase solide, dans lequel l t élec- trode raccordée au pôle négatif de la source de courant continu et le corps seraient de conception terre outils nermettrnsent de séparer d'une manière pratiquement complète na phase solide enrichie de réactifs chimiques, en vue de sa réutilisation. La solution consiste en ce que, dans le dispo- sitif pour la séparation électrocrnétiaue des boues de forage en une phase liquide et une phase solide, comprenant un corps avec une entrée pour la boue de forage et des sorties pour ses phases séparées, des électrodes placées dans ce corps et raccordées, l'une au pôle négatif d'une source de courant continu,et l'autre au ptle positif, d'après l'invention électrode raccordée au pôle négatif est réalisée sous la forme d'une vis transporteuse et comporte une portion cylindrique et une portion cônique successives, ledit corps, qui comporte des portions correspondantes cylindrique et cônique, faisant office d'électrode raccordée au pôle positif, la sortie pour la phase solide de la boue de forage étant située du c8té de la face de 12. portion conique dudit corps, et il est prévu une capacité pour la collecte de la phase solide de la boue de forage, mise en communication avec la sortie du corps pour la phase solide de la boue de forage. Il est avantageux aue 18. capacité pour la collecte de la phase solide soit constituée par deux conteneurs coaxiaux, réalisés en matériau gaufr#e élastique, le conteneur intérieur étant en treillis électroconducteur, raccordé au pôle négatif de la source de courant continu et mis en communication avec la sortie du corps pour la phase solide, et le conteneur extérieur étant en matériau non électroconducteur et ayant des trous pour le déversement de la phase liquide séparée, La réalisation de la capacité pour la collecte de Ja phase solide sous la forme d'une structure flexibre et gaufrée, à volume intérieur variable, exclut l'appa- rition d'inclusions d'air entravant la circulation du courant électrique. En outre, la réalisation du conteneur intérieur, sousla forme d'une cathode en treillis prévient le collage des particules d'argile à la paroi du conteneur intérieur, empêche le colmatage de ses mailles et assure une séparation complémentaire de la phase liquide (filtrat), c'est-à-dire une concentration plus poussée de la phase solide de la-boue de forage. Il est tout aussi avantageux de réaliser la sortie pour la phase liquide de la boue de forage sur la portion conique du corps, avec interposition d'une cloison en treillis. -La réalisation de la sortie de la phase liquide sur la portion cynique du corps assure une efficacité maximale de la séparation du filtrat et de la concentration de la phase solide de la boue de forage dans le corps du dispositif. Il est souhaitable que la portion cylindrique du corps soit constituée de trois parties, la partie médiane étant électriquement isolée des parties extrêmes et faisant office d'anode. Une telle réalisation assure la création d'une zone anodique et d'une zone cathodique dans la partie médiane du corps et, vu que les particules à colloidité élevée chargées négativement, se déposent sur L'anodes la précipitation de la partie concentrée de la boue de forage sur la partie médiane du corps du dispositif est d'une efficacité maximale. Les pales de la vis transporteuse et sa portion conique sont réalisées en diélectrioue, et l'arbre, en matériau électroconducteur. Une telle réalisation constructive est nécessaire pour créer un champ électrique uniforme à l'intérieur du corps du dispositif. Il est avantageu-x de monter au-dessotls du conteneur extérieur un collecteur pour la phase liquide séparée. Un tel collecteur permet de réutiliser le filtrat. De la sorte, le dispositif faisant l'objet de l'invention, pour la séparation de la phase solide de la boue de forage d'avec sa phase liquide (filtrat), assure une concentration efficace de la phase solide de la boue de forage. Les avantages techniques notables du dispositif conforme à l'invention sont obtenus par des moyens techniques simples et des opérations économiques. La channe cindmatique simple garantit le fiabilité du dispositif pour la séparation de la phase solide de la boue de forage d'avec le filtrat. L'application de l'invention se traduit par une économie apprdoiable de produits argileux et de réactifs chimiques. Plus bas, on donne la description de différents modes non limitatiSs de réalisation de l'invention, avec référence au dessin unique annexé qui représente schémati quement un dispositifs conforme à l'invention pour la séparation électrocinétique des boues de forage en une phase solide et une phase liquide (vue en coupe longitudi- nale, le système entraînant la vis transporteuse n'étant pas représenté). Le dispositif pour la séparation électrocinétique des boues de forage en une phase solide et une phase liquide cor.prend un corps 1, auquel sont raccordées une tubulure 2 d'entrée de la boue de forage, et une tubulure 3 de sortie de la phase liquide séparée de la boue de forage. Dans le corps 1 est placée une vis transporteuse 4 ayant une portion cylindrique 5 et une portion conique 6 successives. L'arbre 7 de la vis transporteuse 4 est rcalisé en matériau dlec- troconducteur et raccordé via un collecteur 7a au pôle négatif d'une source 8 de courant continu. Les pales 9 de la vis transporteuse 4 et sa portion cônique 6 sont en dié lectrique. Le corps 1 a une portion cylindrique correspon dante, constituée par trois parties 10?, 10b et 10c assem- blées entre elles, et une portion cônique 11 correspondante. La partie médiane 10b est isolée des parties extrêmes 10a et 10c par des éléments intercalaires 12 en diélectrieue. La partie m#ediane 10b est raccordée au pôle positif de la source 8 de courant continu. La sortie 13 pour la phase solide séparée de la boue de forage est située à l'extrêmité de la portion cônique 11 du corps 1. A cette même extrêmité est assemblé le récipient 1L de collecte de ra phase solide de la boue de forage, mise en communication avec la sortie 13. Le récipient 14 est constitué par deux conteneurs coaxialzz, un conteneur intérieur 15 et un conteneur extérieur 16, réalisés en matériau gaufré flexible, et ayant une embase commune 17. Les conteneurs 15 et 16 sont montés de façon qu'il reste un écartement annulaire entre eux. Le conteneur intérieur 15 est en treillis électroconducteur et est connecté au pôle négatif de la source 8 de courant continu, ctest-à-dire qu'il fait office de cathode. Le conteneur 15 est mis en communication avec la sortie 13 du corps 1. Le conteneur extérieur 16 est en matériau non conducteur. Il est assemblé à l'embase 17 et a des trous 18 pour le déversement de la phase liquide séparée en supplément. Pour la collecte de cette phase liquide, il est prévu un collecteur 19 monté sous le conteneur extnrieur 16 et raccordé par une conduite 20 n un récipient 21 pour la boue de forage. Pour leur assemblage, le récipient 14 et le corps 1 ont des brides 22 et 23, respectivement, entre lesquelres est placé un joint 24. Ces brides sont assemblées a l'aide d'un collier 25 en diélectrinue. La tubulure 3 est raccordée au corps 1 sur sa portion cônique 11, car c'est dans cette portion qu'a lieu la separation la plus efficace de la phase liquide, à travers la cloison en treirlis 26. Le récipient 21 est raccordé par une conduite 27 à la tubulure 3, et par une conduite 28, via une pompe 29, n 1?. tubulure 2. Le dispositif pour la séparation électrocinétique des boues de forage, faisant l'objet de l'invention, fonctionne de la façon suivante. Pour mettre le dispositif en action,on met en marche les moteurs (non représentés) de la vis transporteuse 4 et de la pompe 29. La boue de forage à traiter est remoulée par la pompe 2q, via la conduite 28 et la tubulure 2, dans la cavité de corps 1, où elle subit le traitement électrinue. Par suite du traitement électlXique, la phase colloidale d'argile de la boue de forage se dépose sur la partie 10b du corps 1, tandis que la boue traitée passe à travers la grille 26, la tubulure 3 et la conduite 27 pour revenir à la capacité 21. La boue de forge à traiter passe à plusieurs reprises à travers le champ électrique du dispositif 1, en abandonnant se phase argile sur 1 ? paros de la partie 10b du corps 1. Au début, ce sont les p?rticu1es les plus fines de la phase colloïdale de la boue de forage aui se déposent dans la partie 10b du corps 1, d'où elles sont évacuées en continu par la vis transporteuse 4,qui les transmet au récipient 1/-- en les refoulant dans e conteneur 15 de ccllecte de la phase solide à traveXs- la sortie 1 . Grâce à la forme gaufrée donnée au conteneur 15 en matériau flexible, on obtient une contr-pression qui provoque un serrage de la phase argile dans sa cavité. Sous l'effet du champ électrique, il se produit une séparation complémentaire de la phase liquide se trouvant dans la phase argile serrée. Le conteneur 15 chargé négativement repousse les particules colloidales d'argile chargées négativement, mais il laisse passer le filtrat librement. Le filtrat séparé passe par lo'écartement annulaire entre les conteneurs 15 et 16, puis s'écoule à travers les trous 18 dans le collecteur de phase liquide 19, d'où il s'achemine vers le récipient 21. Le changement du nombre de passages de la boue de forage à travers le corps 1 et le réglage de l'intensité du courant permettent de collecter dans le récipient 14 une phase colloIdale de la boue de forage de mtme finesse. Après séparation de la fraction la plus fine, on substitue une capacité vide à celle contenant la phase solide, puis, après avoir augmenté 1'intenmité du courant, on wait passer la boue de forage à traiter à travers le corps 1 un nombre de fois déterminé, afin d'en extraire une fraction plus grosse, et ainsi de suite. Le récipient 14 pour la collecte de la phase solide peut ensuite être utilisé pour le stockage et le transport de l'argile piteuse jusqu'à l'enplacement de réutilisation, Le raccordement de la vis transporteuse 4 et du conteneur 15 au ptle négatif de la source 8 de courant continu supprime le collage des particules d'argile à leur surface. De la sorte, le dispositif pour la séparation électrocinétique des boues de forage en une phase solide et une phase liquide sépare efficacement la phase à haute colloidité, enrichie de réactifs chimiques, et la délivre sous forme d'une pâte de boue de forage qui est aisément réutilisable. L'eSSicacité économique du dispositif pour la séparation des boues de forage en une phase solide et une phase liquide,conforme à l'invention, résulte de la diminution des dépenses de réactifs chimiques pour la prépara- tion de la boue de forage et du maintien des paramètres de la boue de forage, de l'augmentation de sa durée de service et de l'accroissement des vitesses de forage dû à l'amé- lioration de la qualité de la boue de forage préparée à partir de la pâte. Bien entendu, l'invention ntestnullement 'imitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous 'es moyens constituant les équivalents tech- noues des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans la cadre de la protection comme revendiquée. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif pour la séparation électrocinétique d'une boue de forage en une phase liquide et une phase solide, du type comprenant un corps pourvu d'une entrée pour la boue de forage et de sorties respectives pour les phases séparées de ladite boue, des électrodes placées dans ledit corps et dont l'une est raccordée au pôle négatif d'une source de courant continu, et ltautre, à son ptle positif, caractérisé en ce que ltélectrode raccordée au pôle négatif de la source de courant continu est réalisée sous la forme d'une vis transporteuse comportant une partie cylindrique et une partie conique successives et placée dans ledit corps, ce dernier comportant une partie cylindrique et une parte conique correspondantes, et faisant office d t électrode raccordée au pôle positif de la source de courant continu, la sortie pour la phase solide de la boue de forage étant située à l t extremité de la partie cynique dudit corps, et un récipient pour la collecte de la phase solide de la boue de forage, mis en communication avec la sortie prévue dans ledit corps pour la phase solide de la boue de forage. 2. Dispositif selon 1Q revendication 1, caractérisé en ce que le récipient pour la collecte de la phase solide est constitué par ceux conteneurs coaxiaux, réalisés en matériau gaufré élastique, le conteneur intérieur étant en treillis électroconducteur, raccordé au pôle négatif de la source de courant continu et mis en communication avec la sortie de la phase solide dudit corps, et le conteneur extérieur étant en matériau non conducteur et ayant des trous pour le déversement de la phase liquide séparée. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la sortie pour la phase liquide est réalisée sur la partie cynique du corps, avec interposition d'une cloison en treillis. 4. Dispositif selon l'une des revendication 1, 2 et 3, caractérisé en ce que la partie cylindrique du corps est constituée de trois parties, la partie médiane étant électriquement isolée des parties extrêmes et faisant office d'anode. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, carectérisé en ce sue les palet de la triS transporteuse et sa partie cynique sont réalisées en matér"Rz diélectrique, et son arbre, en matériau électroconducteur. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce outil est prévu un collecteur pour la phase licXuide séparée, monté sous le conteneur extérieur précité.