Brevet FR2532988A1 — publié le 19840316

La présente invention concerne l'isolation thermique des puits. Des puits sont mis en oeuvre notamment dans la prospection, l'exploitation et le traitement de formations géologiques renfermant des ressources naturelles telles que l'énergie thermique, des hydrocarbures (pétrole, gaz naturel), d'autres substances carbonées, ou toute autre substance du sous-sol dont l'extraction peut avoir un intéret technique et économique On sait que dans certains des domaines précités, il est important de pouvoir isoler thermiquement les puits.Cette isolation thermique est particulièrement souhaitable dans le cas de puits traversant une zone de permagel, ou encore dans la récupération assistée du pétrole, lorsqu'on réchauffe le gisement par injection de vapeur à température élevée au moyen d'une colonne (tubing). L'isolation thermique est aussi particulièrement souhaitable dans le cas des puits géothermiques émetteurs de vapeur ou d'eau chaude. Pour l'isolation thermique des puits, on a proposé antérieurement des méthodes qui consistent essentiellement à former sur la paroi externe de la colonne (tubing) un revêtement de sel inorganique, (brevet américain 3 451 479) ou une mousse de silicate de sodium (brevet américain 3 861 469), par évaporation d'une solution aqueuse. Il a encore été proposé dans l'art antérieur de réaliser la gélification d'une huile in situ, dans l'espace annulaire compris entre le tubage du puits (casing) et la colonne (tubing) placée dans le puits. Dans une méthode de ce type la gélification peut être réalisée par mélange de l'huile avec une argile organophile qu'il faut porter à une température supérieure à 100C (brevet américain 3 831 678) ou par réticulation d'un polymère succinique par la chaux à une température supérieure à 550C (brevet américain 4 258 791). I1 a encore été proposé une méthode comprenant la gélification d'une solution aqueuse de lignosulfonates à une température de 150 C à 316 C (brevet américain 4 296 814). Les diverses méthodes proposées présentent l'inconvénient d'être difficiles à mettre en oeuvre ; de plus, elles ne sont par toujours très efficaces. Enfin, il est en général difficile, lorsque leur présence n est plus souhaitée, d'évacuer hors de l'espace annulaire entre le tubage du puits et la colonne présente, les gels ou les mousses qui y ont été formés. On a maintenant découvert qu'il était possible d'éviter les inconvénients précités en mettant en oeuvre, selon l'invention, une méthode d'isolation thermique des puits qui consiste, d'une manière générale, à introduire dans l'espace annulaire compris entre le tubage (casing) du puits et la colonne de tuyaux (tubing) un fluide gélifié dont le seuil d'écoulement est d'une part suffisamment faible pour en permettre la mise en place (par exemple par coulée ou pompage) ou 1' évacuation par pompage ou par déplacement par un autre fluide approprié, lorsque ces opérations sont nécessaires 9 ledit seuil d'écoulement étant, d'autre part, suffisant pour que soient limités les mouvements de convection (flux de matière et de chaleur) au sein du fluide gélifié considéré, et que soit réalisée une bonne isolation thermique de la colonne intérieure. Le seuil d'écoulement d'un fluide est la pression minimale, exprimée par exemple en pascals, que l'on doit exercer sur ledit fluide à une température donnée pour provoquer un début d'écoulement. Les fluides préalablement gélifiés utilisés dans l'invention consistent essentiellement en des graisses, qui sont principalement constituées d'une huile minérale ou synthétique et d'un agent épaississant approprié. Les agents épaississants qui conviennent pour ces graisses sont plus particulièrement les savons de sodium ou de lithium, les savons complexes de calcium, d'aluminium, de sodium ou de lithium, les polyurées, l'alumine, le talc, le gel de silice (éventuellement rendu hydrophobe) les argiles (éventuellement modifiées pour les rendre hydrophobes), l'attapulgite, la chaux, le carbonate de calcium, les cendres volantes, les noirs de carbone et le graphite. Par savon complexe il faut entendre, soit un savon dans lequel le métal est lié à 2 acides différents, soit un savon dans lequel le cristal ou la fibre est formé par cocristallisation d'au moins deux constituants, par exemple un savon et un sel d'acide organique. Lorsque l'agent épaississant est un savon, on peut utiliser un savon préformé ou le former in situ dans l'huile au moment de la fabrication dé la graisse. Dans tous les cas, la nature de l'huile, la nature et la proportion de l'agent épaississant devront être choisies de manière telle que le seuil d'écoulement de la graisse ait une valeur convenable. Ainsi par exemple, pour unie graisse dans laquelle l'huile de base est une huile minérale dont la viscosité est de 70 mm2/s à 500 C et l'épaississant est un savon complexe de calcium, présent en une proportion de 13 WO en poids, la valeur du seuil d'écoulement est de 1' ordre de 75 Pa à 200 C. Par ailleurs, la graisse utilisée dans l'invention présente avantageusement un point de goutte (déterminé selon la norme ASTM D 2265) suoérienr è la température extérieure de la colonne ce qui permet d'éviter toute perte de gélification de la graisse au contact de la paroi chaude de la dite colonne. On peut utiliser par exemple des graisses dont le point de goutte est supérieur à 2500C. Enfin, la graisse choisie peut avoir une pénétrabilité (déterminée selon la norme française NF T 60-132 équivalente à la méthode ASTM D 217-68) allant de valeurs de l'ordre de 355 à 385 (grade 0) à des valeurs de l'ordre de 265 à 295 (grade 2). Si nécessaire, on peut renforcer le pouvoir isolant du fluide gélifié utilisé dans l'invention en y incorporant un agent gonflant (ou agent d'expansion) consistant par exemple en un composé diazoté tel que l'azodicarbonamideou l'azobis isohutyronitrile. Un tel agent gonflant peut être introduit en une proportion de C,1 à 1 % par rapport à la graisse. Sa présence donne lieu à la formation de bulles de gaz au sein de la masse gélifiée, lorsque celle-ci atteint une température suffisante. la température d'introduction du fluide préalablement gélifié dans l'espace annulaire du puits peut être quelconque, avantageusement entre 15 et 1500 C. L'exemple suivant illustre l'invention. EXEMPLE I On utilise une maquette constituée d'un élément de colonne (tubing) et d'un élément de tubage (casing) (0 de la colonne : 63 mm intérieur ; 74 mm extérieur - 0 du tubage : 227 mm intérieur ; 245 mm extérieur). Le tubage est entouré d'une couche isolante de vermiculite de 70 mm d'épaisseur. Une résistance électrique permet de chauffer la paroi interne de la colonne et de simuler ainsi le passage d'un fluide chaud. Des thermocouples placés sur la paroi externe du tubage permettent de mesurer sa température. Trois essais ont été effectués sur cette maquette, le premier sans isolation de la colonne, le deuxième avec isolation de la colonne par une couche de mousse de silicate de sodium, le troisième avec isolation de la colonne par remplissage de l'espace annulaire avec une graisse dans laquelle l'huile de base est une huile minérale et dont l'épaississant est un savon complexe de calcium. Cette graisse est introduite dans l'espace annulaire à 200 C. Elle a été préparée de la façon suivante Dans un cuiseur on verse 500 parties d'une huile minérale dont la viscosité à 500 C est de 70 mm2/s, puis 60 parties d'un mélange d'acides gras obtenu par hydrogénation des acides gras du suif. On chauffe un agitant a 800 C. Lorsque tout l'acide gras est dissous, on ajoute 38 parties d'acide acétique, puis 94 parties d'un lait de chaux composé de 32 parties de chaux éteinte et de 62 parties d'eau. Tout en agitant, on porte la température à 1000 C et la maintient pendant deux heures à cette valeur. On élève ensuite progressivement la température de façon à évaporer l'eau. On atteint finalement une température de 2100 C que l'on maintient pendant une heure à cette valeur. On continue l'agitation pendant le refroidissement et ajoute vers 1000 C un mélange de 5 parties de phenylo Dans la maquette les résultats suivants ont été obtenus, avec une température de la colonne de 3000 C de la colonne Température de la paroi Isolation de la colonne externe du tubage Aucune 121 C Mousse de silicate de sodium 1 950C Crasse (selon l'invention) 800C Ces essais montrent clairement l'excellent pouvoir isolant de la graisse utilisée selon l'invention, et l'amélioration obtenue par comparaison avec l'emploi d'une mousse de silicate de sodium selon l'art antérieur EXEMPLE Il Dans un malaxeur équipé d'un batteur et d'un racleur, on introduit 895 parties d'une huile minérale dont la viscosité à 50 C est de 70 mm2/s et 5 parties d'un additif antioxydant (phénothiazine). Tout en agitant et sans chauffer, on ajoute progressivement 100 parties de noir de carbone jusqu'à obtention d'une graisse dont la pénétrabilité à 250 C est de 325. On introduit la graisse ainsi obtenue dans l'espace annulaire de la maquette décrite dans l'exemple I, la température d'introduction étant de 300 C. Dans ces conditionswpour dne température de la colonne de 3000 C, la température externe du tubage est de 800 C comme dans le cas de l'isolation avec la graisse au savon complexe de calcium. REVENDICATIONS 1. - Méthode d'isolation thermique d'un puits muni d'untubage et dans lequel est placée une colonne de tubes, caractériséeen ce qu'on introduit dans l'espace annulaire compris entre ladite colonne et ledit tubage un fluide préalablement gélifié tel qu'il permette s mise en place par coulée ou pompage et qu'il s'oppose par la suite aux mouvements de convection. 2. - Méthode selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit fluide gélifié consiste en une graisse formée d'une huile minérale ou synthétique et d'un épaississant. 3. - Méthode selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite graisse présente un point de goutte supérieur à 2500 C. 4. - Méthode selon l'une des revendications 2 et 3 caractérisée en ce que ladite graisse présente une pénétrabilité à 250 C de 265 à 385. 5. - Méthode selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que ledit épaississant est choisi parmi les savons de sodium ou de lithium, et les savons complexes de calcium, d'aluminium, de sodium ou de lithium. 6. - Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit épaississant est choisi parmi les polyurées, l'alumine, le talc, les gels de silice, les argiles, 1'attapulgite, la chaux, le carbonate de calcium, les cendres volantes, les noirs de carbone et le graphite. 7. - Méthode selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'on incorpore au fluide gélifié un agent gonflant en une proportion de 0,1 à 1 % en poids. 8. - Méthode selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisée en ce qu'elle s'applique pour des températures allant de l'ambiance à environ 3000 C. 9. - Méthode selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'introduction du fluide gélifié dans l'espace annulaire est affectée à une température de 15 à 1500 C.