Brevet FR2518564A1 — publié le 19830624

La présente invention concerne les fluides utili- sés pour le forage, le renforcement et l'entretien des puits de forage, ces fluides étant dénommés ci-après "fluides pour puits" dans un but d'allégement du texte Elle se rapporte plus préc i sément à des émulsions eau dans huile (inverses) destinées à des opérations telles que travaux de reprise, fracturation, de finition, d'abandon, etc de puits de fo- rage. Les fluides pour puits à base d'huile trouvent u- ne application particulière dans les opérations de fractura- tion et de garnissage On soumet par exemple couramment les sables pétrolifères de faible perméabilité à une pression de fluide extrêmement élevée pour les dégager par fissura- tion, généralement le long des plans de stratification, et les fractures ainsi formées sont maintenues ouvertes par des agents de soutènement solides introduits avec le fluide de fracturation Ces fluides de fracturation-sont avantageu- sement à base d'huile présentant une faible perte à la fil- tration Les fluides à base d'huile sont couramment utili- sés comme fluides d'étanchéité pour remplir l'espace annu- laire entre le tubage et les parois du trou, le rôle de ces fluides étant de minimiser la corrosion et de conférer des propriétés de faible perte de fluide de manière que le flui- de de garnissage demeure en place pendant une longue pério- de. Des fluides pour puits à base d'émulsion inverse ont été mis au point pour remédier aux insuffisances des fluides simples à base d'huile qui ont été utilisés pendant longtemps pour les opérations d'entretien et de réparation des puits ci-dessus décrites Toutefois, de telles émulsions inverses, bien qu'elles remédient à de nombreuses insuffi- sances des fluides simples à base d'huile, ont pâti de cer- tains problèmes tels que, par exemple, la tendance de la phase huile à se séparer au moins partiellement de l'émul- sion Dans de nombreux systèmes-d'entretien et de réparation des puits à base d'émulsion inverse, il se pose en outre des problèmes de réglage de la sédimentation des matières soli- des. C'est par conséquent le but de la présente in- vention que de procurer un fluide pour puits amélioré du type à émulsion inverse, dans lequel la séparation de la phase huile, la sédimentation des matières solides, et/ou la perte en fluide soient diminuées parfois jusqu'à un mi- nimum. Dans son acception la plus large, l'invention a pour objet un fluide pour puits comprenant une phase oléagi- neuse liquide, autrement dit une phase huileuse, une phase aqueuse, un agent d'émulsion inverse approprié et une poly- oléfine solide sous forme de particules ayant un poids spé- cifique d'environ 0,9 g/cm 3 ou plus- La polyoléfine utili- sée est de préférence un polyéthylène haute densité, c'est- à-dire un polyéthylène ayant un poids spécifique-supérieur à environ 0,94 g/cm>. Le liquide huileux (phase huile) est habituelle- ment une huile-de pétrole (hydrocarbure) Le liquide hui- leux doit de préférence contenir au moins un constituant bouillant audessus de la gamme d'ébullition de 1 'essence, c'est-à-dire au-dessus d'environ 2000 C à la Dression atmos- phérique Les huiles ayant une teneur trop élevée en hydro- carbures très volatils dans la gamme des essences sont in- désirables à cause du danger d'incendie et de leur faible viscosité Il est préférable que le liquide huileux ait un point d'éclair supérieur à 600 C Des exemples non limita- tifs de liquides huileux appropriés pouvant être utilisés dans les fluides de puits selon la présente invention sont les suivants: brut étêté, gazole, kérosène, combustibles pour diesel, alkylats lourds, fractions d'alkylats lourds. Les huiles préférées sont en prédominance de nature paraf- finique puisqu'elles sont moins nuisibles vis-à-vis des composants en caoutchouc des pompes, conduites, etc Il est préférable que le liquide huileux ait une densité de l'ordre de 0,825 à 0,966 Les fluides pour puits à base d'émulsion inverse de la présente -invention contiennent, d'u- ne manière générale, comme fraction majeure, le liquide hui- leux qui constitue la phase continue et, comme fraction mi- neure, la phase aqueuse C'est ainsi que le rapport en vo- lume de la phase huileuse à la phase aqueuse peut se situer entre environ 99/1 et 1/1, de préférence entre environ /1 et 2/1 et mieux encore entre environ 10/1 et 2/1 La phase aqueuse peut être de l'eau ordinaire ou une solution dans l'eau d'un sel hydrosoluble formant une saumure, tel que le chlorure de sodium ou le chlorure de calcium La quantité de sel soluble dans l'eau dans la phase aqueuse dépend des conditions d'utilisation du fluide pour puits. Cependant il est courant d'utiliser des fluides dans les- quels la phase aqueuse est saturée en le sel hydrosoluble. Conformément à la présente invention, on a trou- vé que l'addition d'une quantité efficace d'une polyolé fine solide sous forme de particules à des fluides pour puits à base d'émulsion inverse produit des fluides faisant preu- ve d'une moindre séparation de la phase huileuse, d'une moin- dre sédimentation des matières solides et d'une moindre per- te de fluide Les polyoléfines utilisables dans les flui- des pour puits de la présente invention incluent le polyé- thylène, le polypropylène, les polybutènes, les polyiso- prènes ainsi que des interpolymères d'éthylène avec du pro- pylène, du butène ou de l'isoprène D'une manière générale, ces polyoléfines possèdent des poids moléculaires supérieurs à-6000 et ne contiennent aucune liaison insaturée dans les chaînes de polymère Ces polyoléfines possèdent générale- ment un poids spécifique de 0,90 kg/cm 3 ou plus, de préfé- rence de 0,93 g/cm 3 ou plus et mieux encore de 0,94 g/cm 3 ou plus Les polyéthylènes possédant le poids spécifique ci- té en dernier sont généralement désignés sous le nom de polyéthylènes haute densité et sont des polymères linéai- res isotactiques ayant un degré de cristallinité de 95 %. Les polyoléfines utilisées dans les fluides pour puits de la présente invention sont de nature particulaire, c'est-à dire que ce sont des solides finement divisés constitués de préférence par des particul'es de forme sensiblement sphéri- que dont le diamètre moyen est d'environ 15 et 40 microns. Une polyoléfine particulièrement préférée, utilisable dans les fluides pour puits de la présente invention est un po- lyéthylène haute densité linéaire connu sous la marque Super Dylan, SDP-113 (désigné ci-après par SDP-113) commercialisé par Atlantic Richfield Polymers Le SDP-113 possède les pro- priétés physiques suivantes: Poids spécifique; 0,947 g/cm 3 Indice de fluidité 0,4 g/10 min Point de fusion 126 C Diamètre moyen part 25 microns Pds spec apparent 0,32 g/cm 3 Limite élastique 10,0 kg/m 2 Aspect poudre blanche à écoulement libre La polyoléfine doit être présente dans les flui- des pour puits en une quantité efficace pour empêcher la séparation de l'huile à partir de l'émulsion inverse, réduire la parte fluide et aider au réglage de la sédimentation des matières solides lorsqu'elle est utilisée avec un agent ap- proprié de modification de la viscosité D'une manière géné- rale, la polyoléfine sous forme de particules est présente à raison d'environ 2,7 à 57,5 g/l. - Les fluides pour puits de la présente invention contiennent également un agent émulsionnant inverse tel que décrit dans les brevets US 2861042, 2946746, 3259572, 3346489, 3590005 ou 3654177 Comme émulsifiants eau dans huile typi- ques, on peut citer le type de-polyamide obtenu par réac- tion d'une polyamine avec des acides gras et un diacide ain- si que les émulsifiants eau dans l'huile anioniques décrits dans le brevet US 2861042 précité On peut éventuellement u- tiliser des mélanges de divers émulsifiants Lorsqu'il est utilisé, l'agent émulsifiant est présent dans le fluide pour puits à raison d'environ 5,5 à environ 57,5 g/l et de préférence à raison d'environ 7,5 à environ 40 g/l. Il est également souhaitable que les fluides pour puits de la présente invention contiennent un agent de ré- glage de la filtration pour empêcher les pertes en fluide. Bien que l'on puisse utiliser de nombreux agents de réglage de la filtration des boues tels que ceux décrits dans les brevets US 3168475 et 3494865, des colloides ligniteux-or- ganophiles préparés par réaction d'une lignite avec un sel d'ammonium quaternaire se sont révélés tout-à-fait ef fica- ces Des fluides pour puits contenant de tels agents de ré- glage de la filtration des boues inverses et la polyoléfine sous forme de particules sont particulièrement efficaces pour combattre la sédimentation des matières solides L'a- gent de réglage de la filtration est généralement présent à raison d'environ 2,75 à environ 57,5 g/l de fluide. Les fluides pour puits de la présente invention peuvent éventuellement contenir également des agents de mo- dification de la viscosité appropriés, tels que par exemple des argiles organophiles produites par réaction d'une argi- le de type smectite, par exemple la bentonite, et d'un sel d'ammonium quaternaire Ces agents de modification de la viscosité sont décrits dans le brevet US 4105578 Lorsqu'on les utilise, les modificateurs de viscosité sont présents dans les fluides à raison d'environ 1,4 à 11,5 g/l. Les fluides pour puits selon la présente inven- tion peuvent également contenir, avec avantage, de la chaux. Le terme "chaux" tel qu'utilisé ici englobe l'oxyde de cal- cium ainsi que l'une quelconque des diverses formes physi- ques et chimiques de chaux vive, ou de chaux hydratée La chaux est généralement présente dans les fluides en une quantité efficace allant jusqu'à environ 45 g/l. Les fluides pour puits selon la présente inven- tion peuvent également contenir avantageusement des char- ges comme la baryte, la quantité de ces charges présentes dans le fluide dépendant de l'environnement dans lequel il est utilisé Il est particulièrement avantageux lorsqu'on utilise une charge, d'employer dans les fluides un agent mo- dificateur de la viscosité (agent de suspension) tel que dé- crit ci-dessus. Les fluides pour puits selon la présente invention peuvent être préparés par des procédés bien connus de l'hom- me de l'art. Les exemples non limitatifs suivants sont desti- nés à mieux illustrer la présente invention Tous les ré- sultats d'essais ont été obtenus selon les normes A Pl (A Pl RP 13 B,-7 ème édition, avril 1978) Dans tous les cas, la polyoléfine utilisée était Super Dylan SDP-113. EXEMPLE i Des boues de base inverses ont été préparées en laboratoire par mélange des constituants suivants, dans- les proportions indiquées Huile diesel, litres 90,62 INVERMUL "L",( 1) kg 4,54 Chaux, kg 3,175 EZ MUL ( 2) kg 0,91 Eau, litres 22,25 ( 3) GELTONE kg O - 0,91 BAROID ( 4) kg 172,37 Ca C 12, kg 12,25 ( 1) et ( 2) Marques déposées d'émulsifiants in- verses commercialisés par NL BAROID, Houston, Texas, USA ( 3) Marque déposée d'un agent modifica- teur de viscosité à base d'un colloi- de organophile synthétique, commer- cialisé par NL BAROID, Houston, Texas, USA ( 4) Marque déposée d'une charge de baryte commercialisée par NL BAROID, Houston Texas, USA. Les boues de base telles que préparées ci-dessus ont servi à la préparation de 1,8 kg/cm 3 de boues émulsion- nées inverses auxquelles avait été incorporé du DURATONE, marque d'un agent de réglage de la filtration des boues, commercialisé par NL BAROID, Houston Texas USA ou du SDP- 113 Les boues ainsi préparées et les résultats d'essais concerne la séparation de l'huile, la perte en fluide, la sédimentation des matières solides et les propriétés rhé- ologiques sont indiquées dans le tableau 1. Ainsi qu'il ressort des valeurs portées dans le tableau 1, la polyoléfine sous forme de particules (SDP-113) est beaucoup plus efficace que les agents de réglage de la filtration des boues conventionnels (DURATONE) pour la ré- duction de la perte en fluide dans des boues émulsionnées inverses (comparer les résultats des échantillons A et B). EXEMPLE 2 Plusieurs des boues en émulsion inverse figurant au tableau 1 ont été soumises à un vieillissement statique dans les conditions indiquées dans le tableau 2 Ce ta- bleau donne également les résultats des mesures rhéologi ques, de la perte en fluide, de la séparation de l'huile et de la sédimentation des matières solides. Ainsi qu'il ressort des résultats du tableau 2, la perte en fluide des boues émulsionnées inverses conte- nant la polyoléfine (SDP-113) et après vieillissement sta- tique est de loin inférieure à celle des boues ne contenant pas de polyoléfine Comparer par exemple les résultats de l'échantillon de boue A aux résultats des échantillons B et E Ainsiqu'il apparaît également dans le tableau 2, il n'y a pas de séparation de phase huileuse (séparation d'huile en surface) sur des échantillons vieillis contenant la po- lyoléfine Enfin, les chiffres du tableau 2 montrent que l'addition de la polyoléfine aux boues émulsionnées inver- ses empêche la sédimentation des matières solides même après vieillissement des boues dans des conditions plut 8 t sévè- res. EXEMPLE 3 Pour démontrer l'efficacité de la présente inven- 8 2518564 ':, te invention avec une boue émulsionnée inverse de chantier typique, une boue inverse à 2,277 g/cm 3 (Hinojosa n i de Shell, Zapata County, Texas, E-896) a été diluée à 10 % a- vec un mélange 50/50 en volume d'huile diesel et d'eau pour produire une boue à 2,18 g/cm présentant un rapport huile- eau de 86/14 (en volume) Pour obtenir des résultats compa- ratifs, un échantillon de la boue d'origine à 2,277 g/cm (échantillon A) a été comparé à des échantillons de la boue à 2,18 g/cm 3 dont l'un (échantillon B) utilisait un agent modificateur de viscosité typique (GELTONE) et un deuxième échantillon (échantillon C), contenait du SDP-113 Le ta- bleau 3 ci-dessous montre les compositions des boues, les résultats des mesures de propriétés rhéologiques et les me- sures concernant la séparation de l'huile et des matières solides. Ainsi qu'il ressort des chiffres du tableau 3, l'échantillon C, qui contenait la polyoléfine, ne présen- tait pas de sédimentation des matières solides, alors que l'échantillon B contenant l'agent modificateur de visco- sité conventionnel normalement utilisé pour empacher la sé- paration-des matières solides dans des boues à base d'hui- le présentait une sédimentation modérée des matières soli- des A noter que la boue utilisée sur le terrain, non trai- tée, sans agent modificateur de viscosité ou de polyoléfi- ne (échantillon A) présentait une importante sédimentation des matières solides. TABLEAU 1 Repère de l'échantillon A B C D E Huile diésel, i 90,62 90,62 90,62 90,62 90,62 INVERMUL 'IL", kg 4,54 4,54 4,54 4,54 4,54 Chaux, kg 3,175 3,175 3, 175 3,175 3 e 175 DURATONE, kg 3,63 SDP-113, kg 3,63 3,63 3,63 1,81 EZ MUL, kg 0,91 0,91 0,9) 0,91 0,91 Eau, 1 22,25 22,25 22,25 22,25 22,25 GELTONE, kg 0,91 0,91 -0,45 0,91 BAROID, kg 172,37 172,37 172,37 172,37 172,37 Ca C 12 kg 12,25 12,25 12,25 12,25 12,25 Agi té, min 15 15 15 15 15 Temp ess OC 36,5 36,5 36,5 35 35 Visc plast Pals 10-3 38 35 26 32 26 Point écoult, Pa 4,4 6,8 O 1,0 3,4 Gel 10, s, Pa 2,9 3,4 0,5 1,0 2,4 U Gel 10 mn, Pa 4,9 4,9 0,5 1,5 3,4 t A TABLEAU 1 (suite) Repère de l'échantillon Stabilité, volts Sédimentation Malaxé, heures à 65,5 C Agité, mn Temp essai, C Visc plastique, Pa/s 103 Pt écoult plast, Pa Gel 10 s, Pa Gel 10 mn, Pa Stabilité, volts Filtrat, mlà 205 C 35 10 Pa. A néant B néant - D C sérieux E léger néant 6,8 4,4 6,3 7,3 4,4 ,4 1,12 7,3 ,3 0,3 7,8 1,07 54,5 7,3 4,4 6,3 O- 7,2 6,3 ,9 7,8 0,8 ,4 rv Ul Co en 0 S, Echantillon de boue (d'après tableau 1) Vieillissement à 205 C, s, 35 10 Pa Cisaillement kg/cm 2 Sédimentation, imm Séd dur rel. Stabilité, volts Séparation d'huile en surface, nmm TABLEAU 2 A 2,83 ferme Agité, mn Température d'essai, C Viscosité plastique, Pa/s 10-3 Point d'écoulement plastique, Pa Gel 10 sec, Pa Gel 10 min, Pa Stabilité, volts Filtrat, ml, 205, C, 35 105 Pa/s Gâteau mm 2,4 4,9 (émulsion 14 ml) 39,7 24,4 34,2 7,0 Tt huile 7,9 9,8 ,1 37,2 Tt huile 11, 1 B 9,57 o néant o E ,32 o néant o O FJ r%à N e Jn a Co os Repère de l'échantillon E-986, 1 Huile de diesel, 1 Eau, 1 INVERMUL "L"* kg Chaux, kg GELTONE, kg SDP-113 kg Agité, mn Température d'essai, C Viscosité plastique, Pa/s 103. Point d'écoulement plastique, Pa Gel 10 sec, Pa Gel 10 min, Pa Stabilité électrique, volts ( TABLEAU 3 A C 7,95 7,95 0,91 1,36 B 7,95 7,95 0,91 1,36 O 091 1,56 1,27 1,86 0,45 w 0,54 0,54 0,98 0,39 0,39 0,68 t N CO ou 0 % W TABLEAU 3 (suite) Repère de 1 'échantillon A B C Vieilli, h à 202 C 35 10 5 Pa 16 16 16 Cisaillement, Pa 3,9 6,74 5,86 Sédimentation, dureté mm 49 9,5 néant modérée Stabilité, volts 980 1080 1380 Sép huile surf mm 3 O O Agité, mn 5 5 5 Temp essai, C 38 38 38 Viscosité plastique, Pa/s 10 124 114 93 Pt écoult plastique, Pa 3,9 4,4 9,3 Gel 10 sec, Pa 3,9 3,9 4,9 Gel 10 min, Pa 4,9 10,7 12,2 Stabilité électrique,volts 1120 1040 1080 g/cm 3 un Pds spé g 2,277 2,18 2,18 oe REVENDICATIONS ,, 1 Fluide pour puits de forage à base d'émulsion inverse, comprenant une phase huileuse liquide, une phase aqueuse, le rapport en volume de la phase huileuse à la pha- se aqueuse se situant entre environ 99/1 et i/1, un agent émulsionnant inverse et une quantité efficace d'une polyo- léfine solide sous forme de particules ayant un poids spé- cifique d'au moins 0,90 g/cm 3 environ. 2 Fluide selon la revendication 1, comprenant en plus un agent modificateur de la viscosité. 3 Fluide selon lesrevendications 1 ou 2, carac- térisé en ce que le rapport en volume de la phase huileuse à la phase aqueuse est compris entre environ l O:l et 2:1. 4 Fluide selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que ladite polyoléfine est constituée par du polyéthylène ayant une densité supérieu- 3 3 re à 0,93 g/cm de préférence 0,94 kg/cm 3. Fluide selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que la polyoléfine sous for- me de particules présente une dimension moyenne de parti- cules d'environ l O à 40 microns. 6 Fluide selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, comprenant en outre un agent de réglage de la filtration. 7 Fluide pour puits de forage selon l'une quel- conque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la phase huileuse comprend une huile hydrocarbure dont une par- tie au moins bout au-dessusd'environ 200 Cetquiest unbrut étêté,du gazole, du kérosène, un combustible diesel, un alkylat lourd, des fractions d'alkylat lourd ou leurs mélanges. 8 Fluide selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce que la polyoléfine est pré- sente à raison d'environ 2,75 à 57,5 g/l.