Brevet FR2534268A1 — publié le 19840413

La présente invention concerne des fluides de complétion allégés. Les fluides de complétion sont employés dans l'industrie pétrolière, lorsqu'il s'agit de la reprise de l'exploitation de puits en voie d'épuisement. Leurs propriétés doivent obéir à des critères très stricts, et notamment ils ne doivent empêcher, du fait de leur pouvoir colmatant, la mise en communication du puits avec le réservoir et ne doivent pas présenter une action défavorable vis--vis du terrain, p,ex, ne pas causer le gonflement des argiles. La nature du fluide de complétion est choisie en fonction du gisement à exploiter. En ce qui concerne des fluides à base d'eau, on ajuste leur densité par addition de sels, tels que des chlorures et bromures alcalins9 à une valeur située entre i et plus de 2. On peut également les alourdir au moyen de solides destructibles à l'acide, tels que le carbonate de calcium. Parmi d'autres additifs, on utilise des agents viscosifiants et des réducteurs d'infiltration, afin d'éviter la pénétration du fluide de complétion dans la formation et d'assurer le maintien de solides en suspension. En émulsionnant du gazole dans l'eau, on peut atteindre une densité comprise entre 0,9 et 1. Il existe des cas, ou on recherche à abaisser encore davantage la densité du fluide de complétion. Ceci peut être effectué par l'emploi du gazole seul ou en émulsion dans l'eau. Dans aucun cas, on n'obtient une densité inférieure à ,85. La présente invention a pour objet des fluides de complétion, dont la densité se situe en dessous de 0,9 et qui sont caractérisés en ce qu'ils comprennent des microsphbres creuses en verre disperses dans un fluide porteur de densité appropriée, à base d'eau ou de gazole. Les microbilles creuses en verre employées présentent de préférence plus de 50% de billes ayant un diamètre compris entre 16 et 128 microns. Elles doivent en plus présenter une résistance à l'écrasement supérieure à l'indice 150, cet indice étant défini comme étant la pression en bars, à la quelle au plus 10% de billes sont écrasées. Les microsphères en verre ont déjà été employées pour alléger des ciments et notamment pour abaisser leur densité à une valeur de l'ordre de 1. Toutefois, le problème d'incorporation des billes creuses aux fluides de complétion se présente différemment pour plusieurs raisons. Les microsphères ayant une résistance à l'écrasement limitée, on peut craindre avec raison qu'une partie variable en proportion de billes ne soit écrasée sous l'effet de la pression hydrostatique et sous l'effet du pompage sous pression. Lorsqu'on a affaire à du ciment, dont les constituants présentent un poids spécifique supérieur à celui du verre, même la présence du verre écrasé en provenance de billes conduit à l'allègement du ciment. Il en est tout autrement, lorsque le fluide à alléger est de l'eau ou des hydrocarbures de densité gale ou inférieure b 1 Dans ce cas, il est à craindre, qu'au cours des opérations une grande quantité de billes soit écrasée et que la densité du fluide non seulement ne se trouve réduite, mais au contraire augmentée. Il pouvait donc exister un préjugé décourageant l'emploi de billes creuses pour l'allégement de fluides de complétion. En outre, le maintien d'une répartition homogène de billes creuses dans le ciment ne nécessite aucune précaution, compte tenu du comportement d'un fluide présentant la viscosité du ciment. Par contre, le maintien d'une répartition homogène de billes creuses exige l'ajustement au moyen d'agents viscosifiants de la viscosité du fluide de complétion à base d'eau ou de gazole. Il s'est avéré que les billes creuses de qualité de commerce résistent suffisamment à l'écrasement dans les conditions de leur utilisation pour l'allégement des fluides de complétion Ce sont des billes creuses formées d'une coquille de verre dérivé d'un borosilicate minéral. Leur masse volumique est de l'ordre de 0,37 à 3,38 Ieg/dm32 tandis que la pression exprimée en bars, au délia de laquelle 10% de billes sont écrasées, peut varier de 150 à 300. Les résultats des analyses granulométriques sont rapportés au tableau 1. Tableau 1. Taille des billes Pourcentage pondéral cumulé en microns 1ère mesure 2ème mesure 1 1,0 1,1 2 1,1 t,1 4 1,1 1,1 8 2,2 2,1 On voit, que 95% de billes sont comprises entre 16 et 128 microns. Pour mesurer la résistance de billes à la pression, on a préparé un fluide contenant 360 g/l de billes et 3 g/l d'un polymère utilisé pour maintenir les billes en suspension en augmentant la viscosité du fluide. Le fluide a été mis en cellule et la pression a été augmentée progressivement jusqu'à 280 bars.Des mesures de densité au picnomètre ont été faites à des différentes pressions et ont donné les résultats consignés au tableau 2. Tableau 2. Pressions en bars 0 100 200 250 280 Densité 0,72 0,73 0,75 0,76 0,78 % en poids cassé - 3,5 10 13,5 20 I1 résulte de ce tableau, qu'en remplissant un puits de 3000 m de profondeur avec ce type de fluide, une fois que tout le fluide sera passé par le fond, l'augmentation de la pression hydrostatique atteindra environ 10 bars du fait du pourcentage de microsphères écrasées.Dans le cas d'une application sur chantier, il suffira de tenir compte de ce pourcentage pour fixer la densité du fluide d'intervention. En recherchant une viscosité suffisante du fluide pour éviter une ségrégation de billes à la surface et un produit n'ayant pas d'effet colmatant, on a essayé des additifs déjà utilisés dans les fluides de complétion, du type HEC (hydroxyéthylcelluloses) et polymères naturels pour les fluides à base d'eau et des gélifiants spéciaux pour les fluides à base de gazole. Les résultats de ces essais sont présentés au tableau 3 donnant les valeurs de viscosité apparente (VA), viscosité plastique (VP), tension de cisaillement (YV), thixotropie (Gel O) et densité. Pour le fluide à base d'eau, l'additif donnant les meilleurs résultats est un polymère naturel du type XC polymère (essais n 7,8 et 9) à des concentrations comprises entre 3 et 5 g/l (densité obtenue 0,71), tandis que pour les fluides à base de gazole, l'addition en mélange de 6 pour mille en volume d'un gélifiant du type alkyl orthophosphate et de 0,65 pour mille d'un activateur du type aluminate de sodium donne une densité plus basse d'environ 0,65 (essais n 10 et 11). En ce qui concerne la ségrégation, sur les essais n 1 et 2 on note un déphasage de 25% après 3 heures de repos. Selon les essais n 4,5 et 6, le déphasage est de 50% après la même pé- riode. Sur l'essai n 9, on note un léger déphasage après 24 heures de repos. Les essais n 7 et 8 restent stables après le même temps. Pour les essais n 10 et 11, les pourcentages sont indiqués au tableau 4. Lors des essais de pompage ayant pour objet de déterminer la résistance de billes en dynamique et effectués au banc de forage avec une pompe à piston du type pompe à forage, la composition soumise aux essais était la suivante; eau '500 1 soude 0,3 kg agent antimoussant 50 cm3 microsphères 200 kg XC polymère 1,5 kg volume final 1 m3 La préparation du fluide a été effectuée en ajoutant dans l'eau circulant dans la pompe le polymère et la soude. Les billes ont été ajoutées avec la-pompe arrêtée, afin de ne pas perturber les mesures initiales sur le fluide. L'agitation pendant l'addition de microsphères a été réalisée à l'aide des deux mélangeurs à hélice dans un bac.Avant la remise de la pompe en marche, les caractéristiques du fluide ont été les suivantes densité (au picnomètre) 0,71 rhéologie mesurée à l'aide de viscosimètre à cylindres coaxiaux viscosité apparente 50 viscosité plastique 31 tension de cisaillement 38 Lors du pompage du fluide avec un débit de 400 1/min. avec retour sur le bac en passant par l'entonnoir de fabrication, pendant 60 minutes, on a prélevé des échantillons et effectué des mesures de densité et de rhéologie. Pendant cette heure de circulation, tout le fluide est passé 24 fois dans la pompe, ce qui représente pour une opération de complétion 24 cycles complets, soit environ 24 ou 48.heures de circulation, suivant que la durée du cycle est de 1 ou de 2 heures.Ces temps de circulation n'étant pratiquement jamais atteints en complétion, on peut considérer les conditions des essais comme étant très sévères. Les résultats de l'essai de pompage sont présentés au tableau 5. Il résulte de ce tableau, que la chute de viscosité due au cisaillement du polymère et l'augmentation de densité due à l'écrasement d'un certain nombre de billes, ont lieu dans les premières 5 minutes de circulation, de sorte qu'après, à l'erreur de mesure près, il n'y a pas eu d'évolu tion de ces phénomènes dans le temps. Contrairement à ce qu'on aurait pu prévoir, la casse de billes ne se poursuivant pas, la densité du fluide d'environ 0,76 restait constante. On a également prolongé l'essai de circulation à 2 heures avec un débit de 330 l/min. avec un volume de 1 m3 de fluide, ce qui représente un passage de fluide dans la pompe 40 fois, soit l'équivalent d'environ 3 jours de circulation sur un chantier. La densité du fluide n'a pratiquement pas varié. Tableau 3. w m~ I - - -r Produits Quantité A VP | YV Gel O Densité (1) 3 g/P 42 26 32 5 6 0,76 HEC n0 d (2) 5 gil 78 36 84 15 0,77 = Viscosité trop élevée pour lc 4-3 - T= - - 92 24 4 Q,76 cu cr Cs > HEC.nO 2 5 g/9 9% 30 10 0,79 7 7 gil 88 38 100 20 0s76 (1, (s xg 3 -g/l 3 g/% 80 55 50 li 0gus72 Xpoymre (8) 5 5 g/l 84 40 88 15 6,71 C polym & e q9)7 g/l XC polymère (9)2 g/l L30C w iscosifiant (10)6 cc/l ils0 L300 aJ ctivateur 0,65 cc/l 295 - 50 0,65 w iscosifiant '4 cc/l > 150 L300 ctivateur 0,45 ce 229 X 45 0,65 Tableau 4. 24 H 48 H 72 H n 10 5% 15% 25% n 11 30% 35% 35% Tableau 5. Temps de circulation VA VP YV Densité Initial 50 31 38 0,710 5' 33 19 28 0,756 10' 33 20 26 0,757 15' 33 20 26 0,768 30' 32 20 24 0,762 45' 32 20 24 0,763 60' 30 18 24 0,764 REVENDICATIONS. 1. Fluide de complétion de densité inférieure à 0,9, caractérisé en ce qu'il comprend des microbilles creuses en verre dispersées dans un fluide por teur de densité et de viscosité appropriées. 2. Fluide de complétion de densité d'environ 0,7 selon la revendication l, caractérisé en ce que le fluide porteur est à base d'eau. 3. Fluide de complétion de densité d-'environ 0,62 selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide porteur est à base de gazole. 4. Fluide selon l'une des revendicatiçns I à 3, caractérisé en ce que plus de 50% de billes ont un diamètre compris entre 16 et 128 microns. 5. Fluide selon l'une des revendications l à 4, caractérisé en ce que les billes utilisées présentent une résistance à l'écrasement supérieure à l'indice 150, l'indice de résistance à l'écrasement étant défini comme étant la pression en bars, à laquelle au plus 10% de billes sont écrasées. 6. Fluide selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la viscosité du fluide est ajustée par addition des agents viscosifiants choisis dans le groupe comprenant des esters de cellulose et des polymères pour les fluides à base d'eau et qui sont constitués par des agents géli fiants usuels pour les fluides à base de gazole. 7. Fluide allégé de complétion à base d'eau de densité d'environ 0,71 > carac térisé par la composition suivante, stable après le repos de 3 heures: microbilles 200 kg eau 500 l XC polymère 3 à 5 g/l. 8. Fluide allégé de complétion à base de gazole. de densité d'environ 0,65, caractérisé par la composition suivante, présentant au plus une ségré- gation de 5% après un repos de 24 heures : microbilles 200 kg gazole 500 1 gélifiant 6 cm3 activateur -0,65 cm3.