Brevet FR2434977A1 — publié le 19800328

La présente invention se rapporte aux matériaux d'étanchéificationet a notamment pour objet un colmatant destiné a étanchéifier l'espace annulaire compris entre la colonne de tubage et les parois d'un puits lors de l'exploitation du pétrole par puits et galeries avec mise en oeuvre de chaleur. L'invention peut être mise en oeuvre avec le maximum d'efficacité dans l'exploitation du pétrole par puits et galeries à partir d'une couche pétro lifère avec forage de trous d'injection et d'exploitation montants exécutés à partir d'ouvrages situés dans la couche pétrolifère ou plus bas que celleci. L'invention peut toutefois être utilisée également dans d'autres branches de l'industrie exigeant l'emploi de matériaux d'étanchéification fluides)stables aux effets thermiques et présentant des propriétés calorifuges. L'utilisation de matériaux liquides solidifiables pour l'étanchéifi- cation des espaces annulaires compris entre les colonnes de tubage et les parois des trous dans les forages à haute température est extrêmement difficile à cause de la naissance de contraintes élevées dues à la température au sein desdits matériaux, ce qui entrasse leur désintégration et compromet 1' étanchéité. En outre la mise en oeuvre de matériaux solidifiables pour l'étanchéi- fication est limitée par les difficultés qui s' opposent à la supression de l'étanchéjté de l'espace annulaire entre-la colonne de tubage et les parois du trou dans des buts technologiques. On connatt déjà un colmatant destiné à étanchéifier l'espace entre les colonnes de tubes de cuvelage et les tubes de "lift" (procédé d'ascension du pétrole dans le puits par injection d'un fluide) dans les trous, et composé d'hydrocarbures additionnés d'un agent epaississant tel qu'un silicate de magnésium. La teneur en silicate de magnésium des hydrocarbures liquides est de 1 à 10% en poids. La masse volumique d'un tel colmatant ne dépasse pas 1017 kg/m . Un inconvénient de la composition de ce colmatant tient à ce que sa masse volumique est inférieure a la masse volumique de l'eau de gisement. Pour cette raison, sa mise en oeuvre pour l'étanchéification de l'espace annulaire compris entre la colonne de tubage et les parois du trou de forage dans les trous montants est limitée, car dans ce cas l'eau de gisement se déplace vers la bouche du trou en chassant le colmatant fluide de la bouche vers le fond du trou. On connais un colmatant fluide destiné à l'étanchéification de l'espace annulaire entre le tubage et les parois du trou, et qui est une suspension à base d'hydrocarbures liquides contenant un alourdissant minéral. A titre d'alourdissant la suspension contient de la silice broyée ultra-fine à dimensions des particules inférieures à 0,1 micron, qui se distingue par une faible conductivité thermique, dispersée au sein du pétrole brut. La proportion de silice au sein de la suspension est de 18 à 120 g/l. La masse volumique d'un colmatant de ce genre est de 988 kg/m . Un inconvénient de ce colmatant fluide tient à sa masse volumique insuffisante. Pour cette raison, ce colmatant ne permet pas de réaliser l'étanchéification de l'espace annulaire compris entre la colonne de tubage et les parois du trou montant, à cause de son déplacement de la bouche du trou jusqu'au fond du trou par la vapeur condensée au cours de l'utilisation du trou en tant que trou d'injection pour l'injection de vapeur dans la couche pétrolifére, ou par l'eau de gisement au cours de l'utilisation dudit trou comme trou d'exploitation pour l'extraction de l'huile brute, étant donné que la vapeur condensée et l'eau de gisement ont une masse volumique superieure à 988 kg/m . Ledit colmatant fluide ne permet pas non plus d'obtenir l'étanchéité de l'espace annulaire compris entre le tubage et les parois d'un trou montant au cours de l'extraction du pétrole à partir dudit trou, pour la raison que le flux de pétrole se déplace vers la bouche du trou montant à partir due l'espace annulaire compris entre les colonnes de tubes de cuvelage et de tubes de "lift" directement dans les tubes de "lift" en délavant (en entrainant) le colmatant fluide de faible masse volumique se trouvant dans l'espace annulaire auprès de la bouche du trou montant. En outre, ce colmatant fluide est insuffisamment :stable, la silice ayant une affinité insuffisante pour le pétrole, ce qui compromet la fiabilité de l'étanchéification des trous. On s'est donc proposé de créer un colmatant fluide dont le rapport des constituants permettrait d'en améliorer les propriétés d'étanchéification aux hautes températures et à des vitesses d'écoulement élevées du liquide dans le trou montant. Ce but est atteint du fait que dans le colmatant fluide du type comprenant des hydrocarbures liquides et un alourdissant, suivant l'invention,on utilise du dioxyde de titane en tant qu'alourdissant et on introduit les constituants du colmatant dans les proportions suivantes (X en poids): hydrocarbures liquides 60 à 80 dioxyde de titane 20 à 40. Le colmatant fluide est à base d'hydrocarbures liquides qui ne contiennent pas de coupe légere distillant à la-température du caloporteur injecté dans la couche pétrolifère. En règle générale, les hydrocarbures liquides de ce genre peuvent être du pétrole brut épais (de haute viscosité) proprement dit ou bien un pétrole brut quelconque, libéré, par distillation, des fractions légeres. La basse conductivité thermique des hydrocarbures liquides confere au colmatant fluide des propriétés calorifuges. I1 est bien connu que la conductivité thermique du pétrole est d'environ sept fois inférieure à celle des ciments généralement utilisés pour -l'etancheification (la cimentation) de l'espace annulaire des trous. L'augmentation du pourcentage d'hydrocarbures liquides au sein du colmatant fluide conforme à l'invention abaisse la conductivité thermique dudit colmatant fluide, tout en augmentant ses caractéristiques calorifuges. Le deuxieme constituant du colmatant fluide est le dioxyde de titane, qui est utilisé comme alourdissant. C'est une charge minérale présentant plusieurs propriétés intéressantes: 1. Passivité complete vis-à-vis des hydrocarbures liquides dans un intervalle de températures des plus larges. 2. Absence complète de phénomènes d'hydrolyse au contact du caloporteur (vapeur d'eau), de l'eau ou de solutions aqueuses de réactifs quelconques. 3. Grande masse volumique, qui permet de préparer des colmatants fluides avec une masse volumique supérieure à 1200 kg/m , tout en mainter- nant leur fluidité. Le type rutile du dioxyde de titane a une masse volumique de 4260 kg/m3, alors que le type anatase a une masse volumique de 3840 kg/m3. 4. Qualités hydrophobes de la surface des particules, conférant au dioxyde de titane une haute affinité pour le pétrole et augmentant de ce fait la stabilité de la suspension. La seule condition à laquelle doit satisfaire le dioxyde de titane pour la fabrication du colmatant fluide concerne sa granulation, qui ne doit pas dépasser 0,1 à 0,5 micron. La qualité, la blancheur, le pouvoir couvrant du dioxyde de titane, ainsi que son mode de préparation (par mise en oeuvre d'acide sulfurique ou de chlore) n'influent pratiquement pas sur les caractéristiques d'étanchéification du colmatant fluide. Cela permet d'utiliser, pour la préparation du colmatant fluide, du dioxyde de titane de qualité inférieure ou même du dioxyde de titane ne répondant pas aux normes, ainsi que de la matiere naturelle soumise à un broyage approprié. Une augmentation du pourcentage de dioxyde de titane dans le colmatant fluide dans les limites de 20 à 40% accroît très modérément sa conductivité athermique, mais augmente considérablement sa masse volumique et accroît ses propriétés d'étanchéification. L'ensemble des particularités caractérisant la composition chimique et la composition en phases du colmatant fluide conforme à l'invention lui assurent: a) un point de début d'ébullition du colmatant fluide de 200 à 2200C; b) une stabilité prolongée et la non-séparation (non-démixtion) du colmatant à une température inférieure au point de début d'ébullition; c) une conductivité thermique, pour une concentration moyenne du pétrole en dioxyde de titane de 30% en poids: 0,282 W/m.degré Kelvin; d) une masse volumique élevée et une forte viscosité, comme l'indique le tableau ci-apres: 3 #L dioxyde de Masse volumique, kg/m 2 Teneur en dioxyde de Nasse volumique, kg/m Viscosité, iii titane, 2 en poids 20 1075 56,4.106 40 1341 70,0. e) absence de toxicité. Ces caractéristiques du colmatant fluide permettent, lors de l'étan- chéification de l'espace annulaire compris entre la colonne de tubage et les parois des trous montants forés à partir d'ouvrages situés a mime la couche pétrolifère, de prévenir son évaporation lors de son échauffement par le caloporteur, d'assurer sa stabilité au cours d'une période prolongée et de maintenir pendant cette période ses hautes caractéristiques calorifuges et d'étanchéité. Cela permet d'étanchéîfier d'une manière sûre l'espace annulaire compris entre la colonne de tubage et les parois du trou dans les trous d'injection montants au cours de l'injection du caloporteur dans lesdits trous, de prévenir les éruptions du caloporteur desdits trous vers les ouvrages, et de réduire le dégagement de chaleur dans lesdits ouvrages par conduction, ce qui assure le maintien de l'atmosphère de la mine dans un état satisfaisant et la réduction des frais d'aérage de la mine. En outre, lors de l'étanchéification des espaces annulaires compris entre le tubage et les parois des trous d'exploitation montants le colmatant fluide conforme à l'invention, grâce à sa grande masse volumique et a sa viscosité suffisamnent élevée, ne se prête pas au délavage (ne se laisse pas entraîner par lavage) lors de l'extraction du pétrole de ces trous Tout cela assure une étanchéification fiable et un calorifugeage satisfaisant de l'espace annulaire compris entre le tubage et les parois des trous montants d'exploitation, prévient le dégagement d'une forte quantité de chaleur dans les ouvrages et la détérioration du régime des températures et des gaz de l'atmosphère de la mine. En outre, ce colmatant fluide n'est pas toxique et, pour cette raison, est inoffensif pour le personnel de service. I1 est possible de préparer le colmatant fluide conforme à l'invention par un procédé connu en soi et consistant notamment en ce qui suit: 1. On prépare les hydrocarbures liquides nécessaires à la préparation du colmatant fluide. A cet effet on utilise du pétrole brut épais, et si ce dernier contient des fractions légères, on les chasse par distillation jusqu'à obtention d'un dérivé de pétrole ayant un point de début d'ébul lition de 200 à 220ex. 2. On prépare le dioxyde de titane nécessaire à la préparation du colmatant. On utilise à cet effet un dioxyde de titane de départ d'une qualité quelconque et on le broie soigneusement jusqu'à l'obtention de particules dont les dimensions ne dépassent pas 0,1 - 0,5 micron. 3. Après la préparation des constituants de départ, on les dose en proportions requises par pesage et on les brasse soigneusement jusqu'à l'obtention d'une suspension homogène. D'autres caractéristiques et avantages du colmatant conforme à l'invention seront mieux compris à la lecture de la description d'exemples concrets mais non limitatifs de sa préparation. Exemple 1. Pour préparer le colmatant on prend 240 grammes de pétrole brut d'une viscosité à 20 C de 52,0.106 m/s et d'une masse volumique de 905 kg/m , ainsi que 60 grammes de dioxyde de titane qualité "pigment" (à raison de 20% de phase solide). On brasse énergiquement le pétrole brut et le dioxyde de titane "pigment" pendant 10 minutes en chauffant à 70"C. On obtient en définitive une suspension d'une viscosité à 200C de 56,4.106 m2/s et d'une masse volumique de 1075 kg/m3. Exemple 2. On prend 180 grammes de pétrole brut d'une viscosité à 200C de 52,0.106 m2/s et d'une masse volumique de 905 kg/m3 et 120 grammes de dioxyde de titane "pigment" (à raison de 40% de phase solide). On brasse activement le pétrole brut et le dioxyde de titane pendant 10 minutes sous chauffage à 700C. La suspension obtenue a une viscosité à 20 C de 70,0.106 m2/s et une masse volumique de 1332 kg/m . Les échantillons de colmatant fluide préparé suivant les exemples 1 et 2 ont été placés dans des bocaux, ont été recouverts d'une couche d'eau de gisement d'une masse volumique de 1050 kg/m3 et ont:été abandonnés pendant un an. On n'a pas constaté, au cours de cet essai, l'apparition de phase organique surnageante. Dans des échantillons analogues de suspensions de farine de barytine, de bentonite, de carbonate de calcium précipité chimiquement, de ciment Portland et d'autres poudres minérales, préparés à titre de comparaison, on a constaté une démixtion et la formation d'une phase organique surnageante après que les échantillons eurent été abandonnés pendant 1 à 4 jours seulement. Il est particulièrement avantageux d'utiliser le colmatant fluide conforme à l'invention pour l'étanchéification de.l'espace annulaire compris entre la colonne de tubage et les parois d'un trou montant à travers lequel on envoie dans la couche pétrolifère, par l'intermédiaire de tubes de "lift't, un caloporteur à température élevée (méthode d'exploitation thermique du pétrole par puits et galeries). Le colmatant fluide conforme à l'invention permet de réduire le chauffage par conduction de la couche pétrolifère à la bouche du trou et de prévenir les éruptions du caloporteur directement dans les ouvrages et les galeries, à travers les fissures de la couche pétrolifère près de la bouche du trou. Cela permet d'améliorer les conditions hygiéniques et sanitaires du travail dans les mines tout en réduisant à un minimum les frais d'aérage ainsi que d'abaisser~la consommation de caloporteur pour l'extraction du pétrole. En outre le colmatant conforme à l'invention est à l'étatliquide,ce quipermet de ltélimineréventuel-lemengnotammentlorsdu passage de l'injection de caloporteur au soutirage de liquide du trou à travers l'espace annulaire compris entre la colonne de tubage et les parois du trou, lors de l'exécution des travaux de désensablage par curage du trou à travers l'espace annulaire compris entre la colonne de tubage et les parois du trou, dans le cas où il est indispensable d'injecter dans le trou le caloporteur et, simultanement, un autre agent quelconque tel qu'un gaz, de l'eau, etc. à travers l'espace annulaire compris entre la colonne de tubage et les parois du trou. Bien entendu,-l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit qui n'a-été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, 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 des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Matériau d'étanchéification du type à base dthydrocarbures liquides et d'un agent alourdissant, utile notamment en tant que colmatant fluide dans l'exploitation des gisements de pétrole, caractérisé en ce que,à: titr-e d'alourdissant, il contient du dioxyde de titane. 2. Matériau d'étanchéification suivant la revendication 1, carac térisé en ce qu'il comprend (% en poids): hydrocarbures liquides 60 à 80 dioxyde de titane 20 à 40.