Brevet FR2518563A1 — publié le 19830624

La présente invention concerne les boues de forage de puits et en particulier des composés perfectionnés destinés à être utilisés dans la formation de telles boues L'invention concerne également un procédé pour fabriquer de tels composés et un procédé d'application de ces composés à des forages de puits. Des boues de forage sont utilisées dans toutes sortes d'opérations de forage d'exploration pour refroidir et lubrifier le trépan et pour évacuer les fragments de roche ou débris produits pendant le forage De plus, quand l'opération de forage est arrêtée, la boue maintient les débris-en suspension dans le sondage, de sorte qu'ils ne se déposent pas au fond, o ils pourraient bloquer le trépan En même temps, les propriétés de gel de la boue de forage colmatent les parois du trou, en empêchant son infiltration dans le terrain à travers les parois du trou et en empêchant des éboulements de paroi. Une boue de forage à l'eau couramment employée est formée de montmorillonite (bentonite) sodique argileuse, qui est un matériau naturel extrait du sol Bien que les produits courants à base de bentonite convienr nt très bien dans de nombreux cas, ils deviennent progressivement moins appropriés à mesure que les tempé- ratures sont plus élevées Laprofondeur jusqu'à laquelle les pro- duits existants à base de benionite peuvent être employés de manière efficace est donc limitée, étant donné que la température de la boue augmente dans tous les sondages avec la profondeur Par exemple, au- dessus de 150 'F ( 1210 C), il se produit progressivement une floculation thermique de la boue, s'accompagnant d'une augmentation nuisible de toutes les propriétés rhéologiques (c'est-à-dire de la viscosité apparente, de la viscosité plastique et des forces de gel). Cette élévation indésirable de la viscosité demande l'addition de grandes quantités d'amincissants chimiques pour main- tenir les propriétés rhéologiques de la boue de bentonite entre les limites désirées Cependant, l'effet de floculation thermique est si grave aux températures très élevées, c'est-à-dire au-dessus de 3000 F ( 148,90 C), quon n'utilise plus de boues à basé de bentonite sodique dans ce cas et qu'il faut recourir à d'autres systèmes. L'invention vise à éliminer les inconvénients men- tionnés ci-dessus et d'autres encore en apportant une boue de forage à base de bentonite qui est thermiquement stable dans une plage étendue de températures L'invention vise également à apporter un procédé de forage employant une telle boue Un autre but encore de l'invention est d'apporter un procédé pour fabriquer des composés pour la production d'une telle boue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre et de la figure unique annexée, qui est un graphique viscosité appa- rente/température de bentonites actuellement disponibles (courbe A) et du composé selon l'invention (courbe B). Succinctement, selon l'invention, un procédé de forage de puits utilisant une boue de forage dans le sondage est caracté- risé en ce que la boue est formée d'un composé constitué essentiel- lement d'un mélange de montmorillonite sodique et d'un minéral finement divisé, ou d'un mélange de minéraux finement divisés, ce minéral ou ces minéraux ayant des caractéristiques rhéologiques neutres ou relativement neutres. Le procédé selon l'invention pour fabriquer un composé destiné à être utilisé dans la production dtune boue de forage de puits consiste à mélanger de la montmorillonte sodique et un minéral finement divisé ou un mélange de minéraux finement divisés qui présente(nt) des caractéristiques rhéologiques neutres ou relativement neutres Le terme "minéral finement divisé" utilisé ici désigne des minéraux dont les particules ont un diamètre infé- rieur à 10 microns et, de façon prédominante, inférieur à 1 micron. Le minéral ou le mélange de minéraux finement divisé(s) est présent en quantité suffisante dans le composé pour que, dans une boue formée d'un tel composé, ce minéral ou ce mélange de minéraux empêche la floculatinn thermique des particules de montmorillonite sodique. L'addition d'un tel minéral ou mélange a pour effet que les pro- priétés théologiques initiales désirées de la boue sont maintenues aux températures élevées sans que le pouvoir de colmatage (pouvoir de limitation des-pertes par infiltration dans le terrain) de la boue de forage soit affecté de façon notable. La montmorillonite sodique du mélange peut être obtenue à l'état naturel ou être produite artificiellement par des techniques connues à partir de montmorillonite calcique Il est préférable que le minéral ou le mélange de minéraux du composé soit des minéraux ayant des particules en forme de plaquettes, lesquelles conserveront les propriétés de perte de filtrat de la boue de forage Des exemples de tels minéraux sont l'argile kaolinitique, l'argile halloysitique, l'argile illitique et l'argile chloriteuse Cependant, les minéraux peuvent aussi être d'autres minéraux en plaquettes, tels que le mica, la pyrophyllite ou le talc, ou peuvent comprendre de la silice finement divisee formée principalement de particules sphéroldales Ces minéraux peuvent également être à l'état naturel ou-Ptre formés de mélanges préparés à partir des matériaux indiqués ci-dessus. Un composé typique convenant à la productinn d'une boue de forage thermiquement stable contient de 75 à 80 % en poids de montmorillonite sodique et de 20 à 25 % en poids d'argile kaoli- nitique ou de tout autre minéral finement divisé Un composé qui s'est révélé particulièrement approprié pour la production d'une boue de forage thermiquement stable contient plus précisément 77 % de montmorillonite sodique et 23 % d'argile kaolinitique à par- ticules inférieures à 1 micron La boue de forage obtenue avec ce composé particulier est thermiquement stable sous toutes les températures jusqu'à environ 500 F ( 360 C). Le graphique annexe montre la différence de visco- sité entre les bentonites actuellement disponibles (courbe A) et le composé selon l'invention (courbe B) Il ressort clairement de ce graphique que la viscosité apparente des bentonites connues augmente avec la température et en particulier lorsque la tempé- rature dépasse environ 100 F ( 93,3 O C) En revanche, comme le montre la courbe B, une boue de forage formée à partir d'un compose selon l'invention possède une viscosité relativement cons- tante dans toute la plage des températures indiquées. Pour sa mise enceuvre, un composé selon l'invention peut simplement être mélangé avec de l'eau de la manière normale pour former la boue de forage désirée, laquelle est envoyée de la manière normale dans le sondage Jusqu'à une température de service d'environ 2607 F ( 126,70 C), on utilise la technologie normale de concentration de bentonite, avec addition de polymères chimiques pour conférer les propriétés désirées à la boue de forage. Au-delà d'environ 260 F ( 126,7 C), ces polymères commencent cependant. à se décomposer et la montmorillonite sodique commence à présenter une floctulation thermique A ce stade, il est important de doser convenablement la quantité de montmorillonite sodique dans le produit afin de doter la boue exactement des mêmes propriétés' rhéologiques que celles qui étaient nécessaires pour les températures plus basses (inférieures à 260 F ( 126,7 C)) plus haut dans le sondage. Le composé selon l'invention assure que les particules de montmorillonite sodique formant des flocons à ces températures sont diluées, de sorte que la viscosité reste sensiblement constante, sans qu'il soit nécessaire defaire appel à des polymères chimiques complexes et coûteux. Des pratiques industrielles normales avec addition de produits chimiques et/ou extrusion mécanique d'argiies peuvent être appliquées pour améliorer les propriétés de colmatage de base de la boue thermiquement stable produite par voie synthétique, afin d'obtenir les caractéristiques que doit avoir la boue de forage. Selon une variante de mise en oeuvre de l'invention, les constituantsséparés du composé peuvent être combinés simplement sur place et introduits dans le sondage Il est possible encore d'introduire chaque constituant du composé séparément dans le son- dage, jusqu'à obtention des rapports pondéraux désirés pour conférer les propriétés désirées à la boue de forage. L'invention apporte par conséquent une boue de forage qui est stable sous pratiquement toutes les températures et pres- sions rencontrées dans les forages de puits et qui est en outre - stable pendant de longues périodes De plus, la boue selon l'inven- tion réagit plus facilement aux additifs réactifs tels que les amincissants employés (si nécessaire) à des fins d'ajustement des caractéristiques de la boue Un autre avantage est que la caracté- ristique rendement/cohcentration du composé est relativement élevée avec les faibles concentrations de bentonite normalement employées dans les boues de forage. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et l'homme de l'art pourra y apporter diverses modifica- tions, sans pour autant sortir de son cadre. 2 '518563 R E V E N D I C A T IONS 1 Boue pour le forage de puits, caractérisée en ce qu'elle est formée d'un composé sous forme d'un mélange de montmorillonite sodique et d'un minéral finement divisé ou d'un mélange de minéraux finement divisés, ce minéral ou ces-minéraux ayant des caractéris- tiques rhéologiques neutres ou relativement neutres. 2 Boue selon la revendication 1, caractérisée en ce que le composé contient entre 75 et 80 % en poids de montmorillonite sodique et de 20 à 25 % en poids d'un minéral ou d'un mélange de minéraux finement divisé(s). 3 Boue selon la revendication 2, caractérisée en ce que le composé contient 77 % de montmorillonite sodique et 23 % d'argile kaolinitique. 4 Boue selon la revendication 2, caractérisée en ce que le minéral ou le mélange de minéraux est constitué d'argiles formées de façon prédominante de kaolinite, d'halloysite, d'illite ou chlorite, ou d'un mélange de ces matériaux Boue selon la revendication 2, caractérisée en ce que le minéral ou le mélange de minéraux est formé de pyrophyllite, mica ou talc. 6 Boue selon la revendication 2, caractérisée en ce que le minéral ou le mélange est ou contient de la silice finement divisée. 7 Boue selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le minéral ou le mélange de minéraux finement divisé(s) possède(nt) des particules en forme de plaquettes. 8 Procédé pour fabriquer un composé destiné à la production d'une boue de forage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il consiste à mélanger de la montmorlllonite sodique avec un minéral ou un mélange de minéraux finement divisé(s) et possédant des caractéristiques rhéologiques neutres ou relative- ment neutres. 9 Application d'une boue de forage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 à un procédé de forage de puits utilisant une boue de forage.