Brevet FR2538848A1 — publié le 19840706

L'invention concerne la réalisation de filtres à gravier ou d'éléments à filtres préfabriqués dans des puits d'injection de vapeur d'eau. L'invention concerne en particulier l'utilisation de granulés de bauxite frittée comme matière filtrante pour un filtre à gravier ou un élément préfabriqué à filtre à gravier placé dans un puits d'injection de vapeur d'eau. Des filtres à gravier sont utilisés dans l'industrie des puits de pétrole en tant que filtres de fond conçus pour empêcher la pénétration du sable d'une formation dans le sondage et les détériorations qui en résultent. Un filtre à gravier est mis en place par pompage vers le fond d'une boue de gravier autour d'une colonne perdue. Une fois en place, le gravier empêche toute migration du sablede la formation tandis que la colonne perdue retient le gravier. Un filtre préfabriqué est un filtre à gravier réalisé en surface, dans lequel le gravier est retenu entre deux crépines concentrique. Le filtre à gravier et le filtre préfabriqué peuvent être utilisés dans des sondages ouverts ou cuvelés. Ils ont été utilisés avec succès pendant de nombreuses années comme techniques de lutte contre le sable, l'utilisation du filtre à gravier étant le procédé le plus courant eut le plus efficace.Une application typique d'un filtre à gravier ou d'un filtre prd- fabriqué a lieu dans des puits produisant des fluides à partir de grès faiblement consolidé. Ces sables ne possèdent que peu ou pas de matières de cimentation et, à la suite d'un écoulement de fluide vers l'intérieur d'un sondage, la matière de la formation peut être aisément entrainée et peut provoquer de graves détériorations du sondage ou de la surface par érosion ou obturation. La matière filtrante habituelle d'un filtre à gravier ou d'un filtre préfabriqué est un gravier de silice préalablement calibré de façon que sa structure poreuse empêche le passage du sable de la formation. Sa surface est grattée de manière que les dépôts de sable non consolidé en soient éliminés, puis il est traité par criblage afin que l'on obtienne des particules de dimensions comprises dans une plage étroite. On a établi dans l'art antérieur des plages de dimensions primaire et secondaire et des tolérances acceptables pour ces plages, recommandées pour les filtres à gravier, en particulier lorsqu'ils sont utilisés dans des puits de production de pétrole. La durée de vie d'un filtre à gravier ou d'un filtre préfabriqué installé dans un sondage peut ne pas être indéfinie. Certaines défaillances sont attribuées à une mauvaise mise en place des filtres à gravier ou à une érosion des crépines des filtres préfabriqués. Deux menaces courantes pour un filtre à gravier ou un filtre préfabriqué sont le colmatage ou obturation et la dégradation ou la décomposition chimique du gravier constituant le filtre. Dans de nombreuses conditions de travail, une telle destruction ne constitue pas une menace, car les fluides produits ou injectés à travers le filtre ne sont pas corrosifs envers le gravier de silice. Cependant, une application importante du filtre à gravier (et, dans une moindre mesure, des filtres préfabriqués) réside dans des puits soumis à une injection de vapeur d'eau. Il a été démontré que les conditions existant dans des puits à injection de vapeur d'eau sont très favorables- à la dissolution du gravier de silice et à la défaillance résultante de la fonction de retenue du sable lorsque le puits est ensuite utilisé comme puits de production (voir Reed, M. G. ; "Gravel Pack and Formation Sandstone Dissolution during Steam Injection,", J. Pet. Tecs. (juin 1980) page 941 ; et McCorriston, L. L. et collaborateurs t "Study of Reservoir Damage Produced in Heavy Oil Formations. Due to Steam Injection", SPE Preprint 10077, SPE Fall Mtg., San Antonio, TX, 5-7 octobre 1981). La durée de vie, dans des puits thermiques, d'un filtre à gravier ou d'un filtre préfabriqué pourrait 8tre prolongée pour améliorer le bilan économique, si le gravier de silice pouvait être remplacé par un matériau plus résistant à la vapeur d'eau. Un inconvénient de l'utilisation du gravier de silice dans des puits thermiques est sa solubilité. Un produit de remplacement du gravier de silice devrait de préférence présenter toutes les caractéristiques avantageuses-pour retenir le sable, tout en étant moins soluble dans la vapeur d'eau devant être injectée à travers le filtre. Conformément aux constatations précédentes concernant l'art antérieur, l'invention a pour objet un matériau pour filtre à gravier ou un matériau destiné à être placé dans un filtre préfabriqué, qui est pratiquement insoluble aux conditions d'injection de vapeur d'eau de stimulation. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lequel - la figure 1 est une coupe longitudinale partielle d'une formation de terrain, illustrant l'environnement en surface et l'environnement souterrain de la présente invention ; - la figure 2 est une coupe longitudinale montrant une complétion souterraine d'un puits illustrant un filtre à gravier placé dans un puits à sondage non tubé - la figure 3 est une coupe longitudinale partielle montrant une complétion souterraine d'un puits et illustrant un filtre à gravier placé dans l'espace annulaire compris entre un cuvelage ou tubage et une colonne perdue ; et - la figure 4 est une coupe longitudinale partielle d'un filtre préfabriqué à gravier placé dans l'espace annulaire compris entre une crépine intérieure et une crépine extérieure. L'invention est utile dans l'environnement illustré sur la figure 1 où un puits 10 est représenté comme pénétrant dans une formation 12 de terrain jusqu'd une zone souterraine 14 contenant du pétrole. Le puits peut comporter un cuvelage ou tubage 16 cimenté en 18 le long de la formation et perforé en 20 à l'intérieur de la zone contenant du pétrole. Une colonne de prpduction 22 est disposée à l'intérieur du tubage 16 et est reliée, à la surface du sol, à une tête de puits 24,et elle est raccordée fonctionnellement, par son extrémité adjacente à la zone contenant du pétrole, à un filtre 26 à gravier. A la surface du sol, au-dessus de la tête de puits 24, la colonne 22 est équipée d'une vanne 28 et d'un dispositif 30 qui commande ltinJection de vapeur d'eau ou de fluides chauds provenant d'un générateur 32 de vapeur d'eau, ou bien la production de-fluides du puits vers un équipement 34 de traitement de la production. La figure 1 est destinée à illustrer l'environnement possible d'un champ pétrolier dans lequel de la vapeur d'eau et/ou des fluides chauds sont injectés dans une formation souterraine contenant du pétrole immobile (par exemple du pétrole brut lourd très visqueux), afin d'échauffer le pétrole et de le rendre plus mobile. Ces mêmes équipements de surface et souterrains sont ensuite utilisés pour la production de fluides à partir de la formation.Les fluides ainsi produits comprennent certains des fluides injectés et une partie du pétrole de la formation, à présent chauffé et rendu mobile. Il n'est pas rare que des formations contenant du pétrole immobile très visqueux soient constituées de grès faiblement consolidé. Ces sables se déplacent avec les fluides provenant de la formation et pénètrent dans le sondage. Dans les pires conditions, dessables obturent ou colmatent les perforations 20 traversant le tubage 16 et empêchent la poursuite de la production des fluides de la formation. Même dans le cas où les perforations ne sont pas obturées, l'entraînement des sables de la formation avec les fluides de production provoque parfois de graves détériorations aux formations et au sondage pendant la production et entraîne également une détérioration de l'équipement de surface en raison de la nature abrasive de ces sables. Il est donc souhaitable d'empêcher l'entraînement des sables de la formation avec les fluides produits. Il est connu depuis longtemps et depratique courante dans la production de pétrole par des procédés naturels ou classiques, de placer un filtre à gravier dans l'espace annulaire compris entre la colonne intérieure de production et le tubage perforé, ce filtre se présentant sous la forme d'un filtre préfabriqué ou d'un filtre placé à l'intérieur du puits. Les filtres à gravier peuvent également être placés dans des puits non tubés ou ouverts qu'ils remplissent en totalité au-dessous du tubage. Dans de tels filtres à gravier, le gravier est habituellement constitué de sables classés dont la distribution granulométrique est choisie afin d'empêcher tout mouvement des grains de sable de la formation. Lorsque la formation contenant du pétrole est constituée de grès non consolidés et si, par exemple, le pétrole contenu dans la formation est un pétrole brut très tourd qui ne s'écoule vers un puits de production que lorsqu'il est rendu mobile en étant chauffé, la pratique habituelle consiste à injecter de la vapeur d'eau ou d'autres fluides chauds dans la formation afin de rendre le pétrole brut mobile. Si un tel pétrole brut rendu mobile tend à entrainer avec lui les sables de la formation, l'espace annulaire du puits garni de gravier est alors nécessaire. Un tel filtre à gravier doit être mis en place avant que le puits soit stimulé par l'injection de vapeur d'eau ou autre fluide chaud, car il est pratiquement impossible de mettre en place le filtre à gravier dans une formation souterraine chaude. Il est apparu que les filtres à gravier classiques se dissolvent dans les fluides injectés en raison de la température élevée et de la nature corrosive de ces fluides injectés. De nombreux matériaux, que l'on pensait être totalement insolubles aux fluides d'injection, se sont révélé disparaître à peu près en totalité pendant les longues périodes d'injection de fluide ayant lieu dans les techniques de stimulation de champs de pétrole. Certains programmes de stimulation à la vapeur d'eau prescrivent l'injection de vapeur d'eau en continu pendant piu- sieurs années avant la mise en production des fluides des formations. La présente invention repose sur la constatation qu'il existe un matériau disponible permettant d'éviter la défaillance des matériaux classiques des filtres à gravier. Pour garnir l'espace annulaire d'un puits à injection de vapeur d'eau, il est souhaitable que le matériau filtrant ou matériau de garniture possède les caractéristiques suivantes : Plage de dimensions des particules entre - de 0,15 et 9,5 mm Rondeur ) 0,6* Sphéricité 1 0,6* Densité > 0,1 Résistance à l'écrasement > 1400 daN/m' Solubilité dans l'acide l'essai API ** Solubilité dans la vapeur d'eau insoluble * Echelle Krumbein, publiée dans "Stratigraphy and Sedimentation", 2ème édition, 1955 W. H. Freeman & Co., S.F., Californie. ** Pratiques recommandées pour les essais des sables utili sés dans les opérations de filtration à gravier (tenta tive). Un matériau satisfaisant ces critères est la bauxite frittée. Sa solubilité dans des conditions simulées d'injection de vapeur d'eau s'est révélé être 50 à 100 fois moindre que celle des sables de silice de la plus haute qualité actuellement utilisés dans l'industrie du pétrole. Les figures 2, 3 et 4 représentent chacune une installation typique de matériau filtrant à base de bauxite fritte dans un filtre à gravier d'une formation souterraine contenant du pétrole. La figure 2 représente la mise en place d'un filtre dans un sondage ouvert, audessous d'un puits tubé. La bauxite frittée 40 est mise en place de manière classique, par exemple en étant refoulée jusqu' l'emplacement souterrain 42, après que la colonne 22 a été mise en place à l'intérieur du tubage 16. L'extrémité inférieure de la colonne comporte une crépine 44 fendue, perforée ou enveloppée de fil métallique, permettant au fluide porteur de reculer vers la tête de puits en remontant le long de la colonne tandis que la bauxite frittée 40 reste dans la zone garnie.Un obturateur annulaire 46 est placé au-dessus de la zone garnie afin d'isoler l'espace annulaire situé au-dessus de cet obturateur de la zone 42 d'injection/ production. La figure 3 illustre un filtre à gravier placé dans un puits tubé. Le tubage 16 est perforé en 20 afin de s'ouvrir vers la formation 14 contenant du pétrole. A l'extrémité inférieure de la colonne intérieure 22, une crépine intérieure 50, présentant des fentes ou des perforations 52, est mise en place dans le tubage 16 et un obturateur annulaire intérieur 54 est placé à l'extrémité inférieure de la zone à garnir. Le matériau filtrant ou matériau 56 de garnissage est refoulé vers le bas le long de la colonne et à travers un outil de garnissage (non représenté) pour être mis en place dans l'espace annulaire compris entre la crépine intérieure et le tubage Lorsque le matériau filtrant a été mis en place, l'outil de garnissage est retiré et un obturateur annulaire 58 peut être mis en place à l'extrémité supérieure du filtre. La figure 4 représente un filtre préfabriqué 60 qui peut être mis en place dans un puits, soit à sondage ouvert comme montré sur la f-igure 2, soit à sondage tubé comme montré sur la figure 3. Le filtre préfabriqué comprend une crépine intérieure 62 qui peut être fendue, perforée ou entourée de fil métallique, et une crépine extérieure 64 qui peut également être fendue, perforée ou entourée de fil métallique. L'espace annulaire délimité à l'intérieur du filtre préfabriqué est rempli d'un matériau filtrant 66. Les crépines et le matériau filtrant forment un élément poreux et perméable permettant aux fluides de s'écouler vers l'intérieur de la crépine 62 et par la colonne 22 à laquelle le filtre est fixé. Le filtre préfabriqué est placé à l'intérieur du puits à proximité immédiate de la formation contenant du pétrole comme montré sur les figures 2 et 3. Le filtre préfabriqué 60 apporte l'assurance d'un positionnement convenable du matériau filtrant cependant, il constitue un élément de puits qui doit être descendu dans le puits etplacé dans la position souhaitée à proximité immédiate de la zone contenant du pétrole, ou dans la position où des matières doivent être injectées dans la formation. La bauxite frittée- constitue un matériau filtrant adapté à une utilisation dans une telle application. Ce matériau peut être produit dans des dimensions convenables afin de satisfaire la plage de calibrage dans laquelle il est recommandé d'utiliser des matériaux comme filtre à gravier dans des puits. La bauxite frittée peut supporter l'environnement caustique d'un puits à injection de vapeur doleau ainsi que l'environnement fluide que l'on trouve lorsque les fluides de la formation sont produits à travers le filtre. La plage préférée de dimensions des particules est comprise entre 0,15 et 9,5 mm. La bauxite frittée est disponible dans cette plage de dimensions. Le maté- riau du filtre doit avoir une rondeur et une sphéricité supérieures à 0,6, une densité supérieure à 0,1 et une résistance à la compression supérieure à 1400 daN/m2. La bauxite frittée est disponible dans le commerce auprès des -firmes The Norton Cômpany, the Carborundum Company et autres. Elle est produite par broyage de bauxite calcinée jusqu'à la dimension d'une poudre souhaitée, compactage de la poudre sous haute pression pour former des masses rondes agglomérées ayant les dimensions généralement souhaitées, et enfin chauffage des masses agglomérées à une température élevée pour lier les grains de poudre les uns aux autres par frittage. La densité de la bauxite frittée est comprise entre 3,50 et 3,75. La poudre de bauxite est frittée à des pressions habituellement d'environ~3500 daN/m2, c'est-à-dire bien au-dessus du critère de 1400 daN/m2 prévu pour les matériaux utilisés dans un filtre à gravier. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au filtre décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la compression d'un puits souterrain, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser des particules de matériau classées, insolubles dans des fluides de formation souterraine et dans des fluides caustiques à haute température. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière en particules est de la bauxite frittée. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière en particules est une matière résistant à la vapeur d'eau. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière en particules présente des dimensions de particules comprises entre moins de 0,15-mm et 9,5 mm. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules de matière présentent une rondeur supérieure à 0,6 et une sphéricité supérieure à 0,6. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière en particules présente une densité supérieure à 0,1, une résistance à la compression supérieure à 1400 daN/m2, et une solubilité dans l'acide inférieure à 1,0 % en poids, sur la base de l'essai de l'institut Américain du Pétrole (API). 7. Procédé pour réduire la dissolution d'un filtre constitué de particules de matière dans l'environnement d'un forage souterrain, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en place de la bauxite frittée dans le sondage souterrain, la bauxite constituant le filtre de matière en particules, et à introduire des fluides dans le sondage et à les faire sortir du sondage en les faisant passer à travers la bauxite frittée. 8. Filtre préfabriqué pour puits destiné à être utilisé dans un sondage souterrain, caractérisé en ce qu'il comporte une crépine intérieure (62), une crépine extérieure (64) délimitant un cylindre annulaire creux avec la crépine intérieure, et de la bauxite frittée (66) garnissant solidement le cylindre annulaire creux pour établir un trajet poreux et perable entre les crépines intérieure et extérieure.