Brevet FR2600664A1 — publié le 19871231

Procédé pour améliorer les propriétés physico-chimiques de solutions de polymères utilisées dans les Services Pétroliers. L'invention concerne le secteur technique des services pétroliers et o lus particulièrement des fluides de complétion i de fracturation. On sait que l'on utilise dans ce domaine des solutions de polymères et notamment des polysaccharides. Des exemples bien connus sont la gomme de guar, le xanthane, et leurs divers dérivés comme l'hydroxypropylguar (HPG). Ces solutions sont, en fonction de leur rôle, pompées au fond du puits sous de très fortes pressions et selon des techniques également bien connues. On adjoint en particulier des agents gélifiants, éventuellement à effet retard, pour obtenir à l'endroit d'application voulu une structure, non plus de solution, mais de gel plus ou moins reticulé. Lorsque de tels gels sont utilisés pour une opération de fracturation des roches du réservoir, on exige une excellente propriété "suspensoïde", c'est à dire la faculté pour le gel de retenir en dispersion (avec le moins possible de sédimentation) aussi stable que possible les particules de l'agent de soutènement (généralement de la bauxite ou du sable).On sait que cet agent a pour fonction de rester dans la fracture après la "casse" du gel et son évacuation, afin d'empecher la fracture de se refermer. I1 est donc essentiel que le gel "transporte" correctement l'agent de soutènement et le laisse en place à l'endroit prévu. Il est également essentiel lorsque l'on "casse" le gel par un agent approprié ("breaker") que le gel ne laisse pas subsister de résidus qui colmatent et endommagent la formation. Cependant, avec les polymères utilisés dans le secteur des services pétroliers, on rencontre très fréquemment des problèmes de sédimentation de l'agent de soutènement, et donc de mauvais placement de cet agent pouvant entraîner entre autres des problèmes de géométrie de fracture, ou encore d'endommagement du réservoir après la casse du gel. L'invention consiste à éliminer les microgels et les débris de la solution de polymère. La solution est bien entendu clarifiée, ce qui était prévisible. Par contre, on a remarqué que, de manière totalement surprenante, l'élimination des microgels et des débris provoque une remarquable amélioration des propriétés suspensoïdes et de transport de l'agent de soutènement, aussi bien en ce qui concerne la solution du polymère que le gel dont on provoque ultérieurement la formation. Cette amélioration est constatée quel que soit le polymère utilisé'. Les autres propriétés de la solution de polymère et du gel, notamment les propriétés rhéologiques, ne sont pas affectées de façon sérieuse par l'élimination selon l'invention des microgels et débris. L'art antérieur ne contient aucun indice permettant de relier la présence connue d'une très faible proportion de microgels et de débris dans la solution de polymère, notamment de xanthane à la propriété suspensoïde de cette solution et de son gel. I1 est également étonnant de constater que I'améliortion de plus de 150 % de la propriété suspensoïwe (cf exemples ci-après) obtenue selon l'inventi, ne s'accompagne pas d'une modification des propriétés rhéologiques dans le même sens et avec une intensité comparable. Au contraire, on verra ci-dessous que le plateau Newtonien des solutions traitees selon l'invention est abaissé d'environ 30 %. Ainsi, alors que l'on sait que propriété suspensoïde et propriétés rhéologiques sont liées, et que l'on s'attend donc à ce qu'elles évoluent dans le meme sens, le traitement selon l'invention les fait évoluer en sens inverse. L'abaissement du plateau Newtonien pouvait à cet égard etre prévu comme conséquence de la filtration selon'l'invention. La conséquence logique de cet abaissement était un amoindrissement de la propriété suspensoïde. Or le traitement selon l'invention augmente cette propriété avec un facteur de plus de 1,5. Ceci est contraire aux enseignements antérieurs. Le dispositif experimental qui a permis de mettre en évidence l'effet ci-dessus est représenté sur la Figure 3 annexée. Les références ont les significations suivantes. Un tube de sédimentation (3) est balayé par l'émission d'une source (1) d'Am 241. La source est placée en regard d'un photodétecteur (2) et son émission traverse le tube (3) pour aller frapper le détecteur. La source et le détecteur sont placés sur un socle (6) qui peut être animé d'un mouvement vertical par tout moyen comme par exemple un moteur (4) et un système à vis (5). On a utilisé pour les essais une solution de polymère à 0,55 % en poids dans l'eau distillée. On a observé la sédimentation dans le tube (3) de billes dispersées dans la solution. La sédimentation est suivie de façon simple et reproductible par mesure de l'atténuation des rayons traversant le tube. On a utilisé des billes consistant en microsphères de verre de diamètre 106-125/L, , en concentration de 10 t en poids/poids de la solution de polymère. On a effectué selon l'invention une centrifugation à 20.000 g durant 2 heures, sur des solutions de polymère dont la viscosité était de 0,5 Pa.s. On a utilisé des filtres de diamètre de pores suffisamment important pour ne pas etre trop voisin de la longueur de chaîne du polymère (1,2 + pour la gomme de guar hydroxyprop ylée ou HPG). On a comparé la solution initiale et la solkution ayant subi la centrifugation en termes de turbidité et de résidus solides après la casse du gel (casse provoquée par un agent oxydant, comme le persulfate d'ammonium, de manière connue en soi. Les résultats sont rassemblés dans le tableau ci-dessous (HPG) Eau Solution Solution pure initiale centrifugée Turbidité (mV) 1000 766 998 Résidus solides après casse 0 7 La turbidité est mesurée par l'intensité de la lumière traversant un volume standard de solution et détectée par un phototrode. Celui-ci produit un courant d'intensité (ou de voltage) inversement proportionnel à la turbidité. On a egalement étudié; dans une seconde série d'essais, les profils de sédimentation des billes de verre décrites ci-dessus selon que la solution de polymère avait été, préalablement à la dispersion des billez centrifugée ou non. On a utiles l'appareil représenté sur la Fig.3. La viscosit On déduit de la comparaison des Fig. 1 et 2 que la vitesse de sédimentation est 1,8 fois inférieure dans le cas de la solution préalablement filtrée. Ceci signifie que l'aptitude de la solution de polymère et du gel à garder l'agent de soutènement en suspension est considérablement améliorée. En d'autres termes, l'agent de soutènement sera placé dans la fracture de manière homogène, et en particulier sur toute la hauteur de la fracture. Ceci est capital pour le succès de l'opération de fracturation. En effet, si l'agent de soutènement a tendance à sédimenter, il va se trouver surtout dans la partie intérieure de la fracture (on rappellera que la fracture est sensiblement verticale et s'étend radialement autour du puits) et, au moment de la casse du gel, toute la partie supérieure de la fracture va se refermer sous la pression des roches. L'efficacité de la fracturation serait ainsi réduite, par exemple, de moitié. D'autres séries d'essais ont également été effectués sur la gomme xanthane, en utilisant le meme dispositif expérimental et le meme mode opératoire général que ci-dessus. Les résultats sont présentés sur les figures 4, 5 et 6 annexées. La figure 4 confirme que le traitement d'ultracentrifugation n'a pas d'influence néfaste sur la rhéologie, et ce en particulier pour les forts taux de cisaillement qui correspondent aux conditions normales d'opérations. La Fig. 5 représente la concentration sur la hauteur de la colonne d'essai et l'on voit que, tandis que cette concentration varie régulièrement avec le xanthanne normal, elle reste sensiblement instante sur toute la hauteur de la colonne avec la solution de xanthane centrifugée. Dans le premier cas, on a une sédimentation rapide, que l'on n'observe pas dans le second cas. La Fig. 6 est comparable à la Fig. 5. On a fait coïncider les deux courbes par chargement du temps après lequel on effectue l'observation. La coïncidence se produit lorsque l'on observe la colonne de gomme non traitée après 1500 s et celle de gomme traitée après 6 450 s : on en deduit donc que la sédimentation est environ 4 fois plus rapide lorsque la gomme n'a pas subi le traitement selon l'invention. Revendications 1 - Procédé pour améliorer les propriétés des solutions et gels de polymères utilisés dans les services pétroliers comme fluides de fracturation, et notamment en ce qui concerne la propriété dite "suspensoïde" et la proportion de "résidus après casse", caractérisé en ce qu'il consiste à éliminer les microgels et les débris des solutions de polymères avant la formation des gels. 2 - Procédé selon la revendication 1, caracterisé en ce que le polymère consiste en un polymère naturel. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le polymère consiste en polysaccharides tels que les gommes de guar et leurs dérivés corme l'hydroxypropylguar (HPG) ou tels que le xanthane et ses dérivés. 4 - Procédé selon l'une quelquonque des revendications 1 à 3 caradtérisé en ce que les microgels et débris sont éliminés par filtration ou centrifugation.