Brevet FR2446921A1 — publié le 19800814

La présente invention se rapporte aux techniques de forage et a notamment pour objet un procédé de régénération de boue de forage. Le procédé proposé de régénération de boue de forage peut entre utilisé le plus avantageusement au cours du forage de puits de pétrole, de gaz, ainsi que de puits de prospection. Il est aussi possible d'utiliser le procédé proposé notamment dans les industries chimique, pharmaceutique et autres, quand il est nécessaire de séparer la phase solide des suspensions. On sait qu'une boue de forage est un système liquide polydispersé hétérogène qui contient obligatoirement des particules collordales de phase solide. La présence de ces particules dans la boue de forage assure au point de vue de la qualité du forage des puits, toute une série de propriétés rhéologiques importantes de la boue de forage. Pendant tout le cycle de- lavage du puits, la boue de forage doit conserver ces propriétés, qui assurent de meilleures conditions de forage. Cependant, il est difficile d'obtenir une conservation stable des propriétés de la boue de forage durant le forage. La plupart des travaux de forage se font dans des roches argileuses. Les roches argileuses forées se dispersent partiellement et passent, sous forme de particules hautement collordales, dans la boue de forage. Après quelques cycles de pompage-lurant le forage du trou, une régénération insuffisamment efficace de la boue de forage modifie notablement sa composition par suite de son enrichissement en déblais (schlamms). Ceci nécessite le recours à des procédés d'épuration, peu économiques, pour l'amélioration de la qualité de la boue de forage. C'est pourquoi il est très important, au cours du forage, de séparer d'une manière efficace de la boue de forage les déblais (schlamms). L'épuration de mauvaise qualité de la boue de forage est la cause principale d'accidents et de complications, pouvant provoquer des pertes de circulation (absorption de la boue), un coincement des tubes de forage et de cuvelage, des éboulements des parois du trou. Les performances techniques et économiques du forage dépendent dans une grande mesure des qualités de la boue de forage utilisée et du degré de régénération de celle-ci après forage. Une bonne qualité de la régénération de la boue de forage augmente la vitesse mécanique du forage et améliore les conditions de travail des outils et de ltéquipement. En plus de l'augmentåtion de la vitesse mécanique du forage, une bonne qualité de la régénération de la boue de forage contribue à la réduction de la quantité de matériaux utilisés pour la conservation des propriétés de la boue de forage, à l'augmentation de la longévité de la boue de forage, à la diminution du nombre de complications et d'accidents au cours du forage. L'enrichissement de la boue de forage en particules de roche extraite ainsi qu'en phase argileuse provenant des couches forées et passant dans la boue de forage aboutit à une modification notable des principaux paramètres structuraux mécaniques et rhéologiques des boues de forage, tels que sa densité, sa viscosité, la contrainte de cisaillement statique limite, etc.La modification de ces propriétés influe sur la fluidité de la boue de forage, qui dépend de tous ces paramètres et est en corrélation la plus étroite avec la viscosité conventionnelle de la boue de forage. La fluidité est déterminée par la viscosité conventionnelle de la boue de forage se trouvant à l'état cendreux. Plus la fluidité de la boue de forage est faible, plus les conditions de séparation de la phase solide dans les dispositifs d'épuration fonctionnant suivant le principe de la séparation centrifuge sont mauvaises. Quand la fluidité de la boue de forage est basse, les procédés connus de séparation de la phase solide de la boue de forage et les dispositifs pour leur mise en oeuvre ne sont efficaces que si on dilue préalablement la boue de forage dans l'eau pour accroître sa fluidité. L'un de ces procédés connus est celui de la préparation de la boue de forage par dilution dans l'eau suivie de son épuration par des méthodes électrophorétiques (brevet tchécoslovaque No 109992, cl. 5a, 31/20, le 15 Février 1964). Cependant, la dilution de la boue de forage dans l'eau, tout en améliorant les conditions pour son épuration ultérieure, aboutit à l'accumulation d'un excès de boue de forage qu'on doit déverser dans le bassin de décantation avec les réactifs chimiques qui y sont dissous et les particules colloldales de phase solide qui y sont contenues . Tout ceci entrasse naturellement des pertes irrécupérables de réactifs chimiques et d'autres constituants de la boue de forage. Dans un autre procédé connu de régénération de boue de forage, consistant à préparer préalablement une boue de forage non épurée et à l'épurer ensuite dans un champ de forces centrifuges, on effectue au cours de la préparation préalable de boue de forage non épurée, une destructuration de celle-ci par action vibratoire active, dans le but de détruire sa structure (certificat dtauteur soviétique No. 604961, cl. E 21b). Ce procédé permet de faire passer au préalable la boue de forage de l'état structuré cendreux à celui d'un liquide newtonien ordinaire non structuré, ce qui améliore les conditions de l'élimination subséquente de la phase solide superflue contenue dans la boue de forage. Toutefois, après la déstructuration et l'épura- tion de la boue de forage, il faut rétablir ses propriétés structurales et mécaniques requises. Ceci nécessite un traitement chimique supplémentaire de la boue de forage et, par conséquent, des frais de production supplémentaires. Le but de l'invention est d'améliorer la régénération de la boue de forage. On s'est proposé poircela de mettre au point un procédé de régénération de boue de forage qui assurerait une réduction des frais de production grâce à une diminution de la consommationde réactifs chimiques et à une augmentation du rendement de l'installation d'épuration. Ce problème est résolu à l'aide d'un procédé de régénération de boue de forage du type consistant à séparer la phase solide de celle-ci d'avec sa phase liquide dans un champ des forces centrifuges, caractérisé, suivant l'invention, en ce que, avant la séparation de la phase solide d'avec phase liquide, on règle la fluidité de la boue de forage non épurée en créant dans celle-ci des oscillations acoustiques. Le choix de la fluidité en tant que paramètre à régler s'explique par le fait qu'elle est le plus effectif de tous les paramètres de la boue de forage qui influent sur ses propriétés hydrodynamiques. L'emploi d'oscillations acoustiques pour le réglage de la fluidité est le moyen le plus économique, le plus facile à mettre en oeuvre parmi tous les moyens existants, car elle n'exige pas l'introduction de matériaux supplémentaires quelconques dans la boue de forage non épurée et leur action n'altère pas les propriétés et l'état des consituants se trouvant dans la boue de forage non épurée ou dans la boue de forage proprement dite. Il est avantageux, pour créer les oscillations acoustiques dans la boue de forage non épurée, d'utiliser une pression variable. Cela s'explique par le fait qu'il est facile de créer une pression variable dans un courant de liquide sans actions extérieures supplémentaires. De plus, cela donne la possibilité, à l'aide de la pression variable, de régler non seulement la fréquence mais aussi l'amplitude des oscillations dans le courant. Il n'est pas moins avantageux de créer ladite pression variable dans la boue de forage non épurée en créant des pulsations du courant de boue de forage. Cela permet d'élargir la plage de réglage de l'amplitude des oscillations. On peut obtenir ladite pulsation du courant de boue de forage non épurée en la faisant passer à travers un appareil rotatif de pulsation, car celui-ci permet d'atteindre une amplitude maximale des oscillations et de régler la pulsation du courant de liquide dans une plage optimale en un seul cycle de passage de ce dernier à travers l'appareil et avec des frais minimaux. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre drun mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif avec référence au dessin unique non limitatif annexé. dans lequel: - la figure I montre schématiquement un dispositif pour la mise en oeuvre du procédée régénération de boue de forage suivant l'invention - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un appareil rotatif pour la production de pulsations dans le courant de boue de forage non épurée. Le procédé proposé de régénération de boue de forage consiste en ce que la boue de forage non épurée, après avoir passé à travers des tamis vibrants (non représentés sur le dessin) pour entre débarrassée des grosses particules de schlamms (de plus de 1 mm), arrive dans un récipient I (figure 1), dans lequel on règle sa fluidité au moyen d'oscillations acoustiques créées à l'aide d'une pression variable obtenue en produisant des pulsations du courant de boue au moyen d'un appareil rotatif de pulsation 2 jouant le rtle non seulement d'un homogénéisateur actif mais aussi d'une pompe envoyant la boue dans un cyclone hydraulique 3 à travers une tubulure d'entrée 4. Dans le cyclone, la boue de forage est mise en mouvement rotatif. Pendant le mouvement rotatif de la boue 8 forage dans les parties cylindrique et conique du cyclone hydraulique 3, les particules de phase solide se séparent du liquide sous l'action des forces centrifuges et se déplacent vers les parois du cyclone hydraulique 3, où elles glissent par gravité vers une tuyère 5 pour être évacuées à travers l'orifice de déchargement. La boue de forage débarrassée de la phase solide sort du cyclone hydraulique 3 à travers une tubulure de sortie 6 et est dirigée vers le lieu de son utilisation. Pour augmenter le rendement du cyclone hydraulique 3 et améliorer la séparation de la phase solide d'avec le liquide, il faut que les pertes de charge dans le cyclone hydraulique 3 soient minimales, ce qui est assuré quand la fluidité de la boue est maximale, l'augmentation de la fluidité de la boue de forage a lieu lors de son passage à travers l'appareil rotatif de pulsation 2 (figure 2), qui est constitué par une commande 7 reliée à un corps 8 dans lequel sont placés coaxialement un rotor cylindrique 9 et un stator cylindrique 10. Sur l'arbre du rotor 9 est montée une roue à aubes Il destinée à aspirer la boue de forage non épurée dans l'appareil rotatif de pulsation 2 et à créer une pression à l'intérieur de l'appareil rotatif de pulsation 2.Les cylindres du stator 10 et du rotor 9 possèdent respectivement des saillies 12 et 13 alternant avec des fentes (non représentées sur le dessin). Pendant la rotation du rotor 9 par rapport au stator 10, il se produit un recouvrement alterné des fentes du stator 10 par les saillies 13 du rotor 9 et vice versa. Au moment du recouvrement complet des fentes, le mouvement du courant de boue de forage est interrompu, de sorte que la pression dans le corps 8 croit instantanément en provoquant un choc hydraulique. Au moment de l'ouverture complète des fentes du stator 10 et du rotor 9, la pression décroît brusquement jusqu'à une valeur inférieure à la pression atmosphérique. De la sorte, le changement périodique de la pression dans le courant de boue de forage provoque une pulsation dudit courant et crée des oscillations acoustiques.Tout ceci entraîne une intensification des processus physiques d'échange se déroulant dans le corps de l'appareil 2, tels que la dispersion des grandes particules de schlamms, la désagrégation des particules de phase solide qui se sont collées en formant des mottes sous l'action des forces de Van der Waals, la substitution et la redistribution des forces de liaisons superficielles entre les particules de phase solide et les molécules d'eau libre. Tout cela conduit à une augmentation de l'activité chimique d'adsorption des particules solides et à un accroissement de leur hydrophilité.Grâce à l'augmentation de leur activité chimique d'adsorption, les particules solides se lient avec les molécules d'eau libre de la boue de forage, ce qui augmente l'épaisseur des enveloppes hydratées des particules, qui font fonction, en quelque sorte de lubrifiant lors du frottement des particules l'une contre 11 autre, d'où une diminution des forces de frottement et par conséquent de la fluidité de la boue de- forage. Comme il a été dit plus haut, la fluidité de la boue de forage est caractérisée par sa viscosité conventionnelle. La plage optimale de la viscosité conventionnelle pour le fonctionnement le plus rationnel des installations d'épuration, en particulier des cyclones hydrauliques, est d'environ 25 à environ 40 s.Une viscosité conventionnelle inférieure à 25 s entraîne une de's- tructuration de la boue de forage, c'est-à-dire que celle-ci passe de l'état cendreux à l'état de liquide newtonien ordinaire, ce qui nécessite le rétablissement des propriétés structurales mécaniques de la boue de forage par son traitement chimique. Une viscosité conventionnelle de la boue de forage supérieure à 40 s entraîne une brusque diminution de sa fluidité ce qui aboutit à un accroissement des forces de résistance hydrauliques dans le cyclone hydraulique 3, à une perte de charge-et, par conséquent, à une diminution du rendementdu cyclone hydraulique 3. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Enpartioulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. REVENDICATIONS 1. Procédé de régénération de boue de forage, du type consistant à séparer sa phase solide d'avec sa phase liquide dans un champ de forces centrifuges, caractérisé en ce que, avant la séparation de la phase solide d'avec la phase liquide, on règle la fluidité de la boue de forage non épurée en créant dans celle-ci des oscillations acoustiques. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites oscillations acoustiques dans la boue de forage non épurée sont créées par une pression variable. 3. Procédé conforme à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on crée ladite pression variable dans la boue de forage non épurée en produisant des pulsations du courant de cette dernière. 4. Procédé conforme à l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'on crée les pulsations du courant de boue de forage non épurée en faisant passer celle-ci à travers un appareil rotatif de pulsation. 5. Boue de forage caractérisée en ce qu'elle est traitée par le procédé faisant l'objet de l'une des revendications 1 à 4.