Brevet FR2622572A1 — publié le 19890505

Dispersant pour laitiers de ciment pétroliers, et laitiers correspondants. L'invention concerne les laitiers de ciment utilisés pour la cimentation de puits, notamment de puits pétroliers,d'eau, de gaz, géothermiques et analogues. L'homme de métier sait que par "cimentation" on entend le pompage du laitier dans le tubage du puits ("tubing") puis la remontée du laitier dans l'annulaire du puits où le ciment doit prendre et ainsi consolider le tubage. Les conditions de pression, de température et de pompage sont bien connues pour rendre une telle opération très délicate. On est donc amené à concevoir des laitiers de ciment très spéciaux contenant des additifs qui leur permettent d'être bien adaptés aux conditions particulieres imposées par chaque puits et la nature des formations géologiques traversées. On utilise ainsi couramment un dispersant consistant en un produit de condensation acide naphtalène-sulfonique/ formaldehyde. Ce dispersant bien connu (polynaphtalène - sulfonate ou "PNS") et notamment son sel de sodium ("Na PNS") donne entière satisfaction dans de très nombreux cas. On sait par ailleurs que la rhéologie d'un laitier dépend fortement du rapport eau/ciment. Si ce rapport décroit, on est amené à introduire un dispersant pour retrouver une viscosité acceptable, c'est-à-dire correspondant à un laitier qui soit pompable. On sait encore ajouter de la silice à un laitier de ciment pétrolier pour améliorer la résistance à la compression du ciment, notamment à haute température. La silice est connue pour augmenter la viscosité du laitier et impose donc un ajout supplémentaire de dispersants(s). Le tout est notamment fonction de la granulométrie de la silice introduite. Plus la silice introduite est fine, et plus la viscosité augmente fortement. Lorsque l'on utilise, soit pour alléger le laitier, soit pour prévenir la migration de gaz dans l'annulaire, ou pour renforcer la résistance à la compression de la micro-silice (dimension moyenne de particule comprise entre environ 0,05 pu et 5 lux), la dispersion correcte des particules de ciment et la viscosité du laitier deviennent un problème qui ne peut pas être résolu avec les dispersants connus comme le PNS. Par"micro-silice" on désignera dans tout le texte la micro-silice elle-même, ainsi que la silice colloldale, la fumée de silice, les terres de diatomées, les cendres volantes et produits particulaires analogues, présentant de manière tout à fait préférée une dimension de particule comprise entre env.O,let 2 pm, de préférence -0,1 pm. L'emploi de micro-silice étant techniquement très avan tageux, il existe un réel besoin dans l'industrie pétro lisere pour un laitier de ciment contenant la proportion requise de micro-silice (jusqu'à environ 30% BWOC, de préférence 158 BWOC - BWOC signifie "en poids de ci ment") et qui reste néanmoins utilisable sur le, terrain (c'est-à-dire dont les paramètres rhéologiques restent dans les limites bien connues permettant un pompage correct, un bon placement du laitier, un bon placement de la boue de forage, et de bonnes caractéristiques de cimentation telles que résistances mécaniques, liaisons avec le tubage, liaisons avec les roches etc... De tels laitiers n'ont pas pu être préparés avec les dispersants classiques, comme le PNS. Par contre il a été constaté qu'un dispersant relativement voisin chimiquement du PNS et obtenu par une synthèse analogue se comportait très différemment du PNS. Le dispersant employé selon l'invention consiste en un produit de condensation de mélamine sulfonate-formaldehyde (polymélamine-sulfonate que l'on désignera ici par "PMS"). Cette polyaminesulfonate peut être notamment sous forme du sel de sodium ("Na PMS"). Le sel de sodium est préféré, mais d'autres sels métalliques sont acceptables (potassium, calcium) ainsi que le sel d'ammonium. Le vocable ci-dessus recouvrira également l'acide polymélamine sulfonique. On constatera à la lecture du tableau ci-après qu'une solution auqueuse de PNS à 40% en poids s'avère être incapable de disperser un laitier de ciment à 1,94 kg/l (16,2 ppg - pounds per gallon) contenant 11% BWOC de microsilice, même lorsque ladite solution aqueuse de PNS est utilisée à raison de 26,6 1/t (= 0.3 gallon/sac de ciment = gal/sk). Au contraire, le même tableau montre qu'une solution aqueuse à 20% en poids de PMS est efficace (c'est-à- dire conduit à une rhéologie acceptable), et ce à une concentration inférieure (d'environ 8,9 à 13,3 l/t, soit environ 0.1 à 0.15 gal/sk). TABLEAU - Laitier de ciment API Classe G à 1,94 kg/l (16,2 ppg) (rapport ciment/eau) - Essai à 74 deg C ( 165 deg F-) - Contient : . 11% BWOC de micro-silice 5,3 l/t de retardateur de prise (0.06 gal/sk) - 0,9 l/t d'agent anti-mousse (0.01 gal/sk - un agent de contrôle du filtrat ( hydroxyéthylcellu lose) - FLAC (TM) = agent de contrôle du filtrat - Ty = seuil d'écoulement - PV = viscosité plastique - PMS 1 ="CHRYSO GT" commercialisé par la société Cordal - PMS 2 ="MELMENT L 10" commercialisé par la société SKW - * solution aqueuse à 20% en poids - ** solution aqueuse à 40% en poids TABLEAU (suite 1) essai: PMS 1 : PMS 2 : PNS : FLAC * * ** l/t gal/sk l/t gal/sk l/t gal/sk % BWOC 1 8,9 0,1 0,6 2 8,9 0,1 0,6 3 8,9 0,1 0,6 4 6,7 0,075 0,8 : 5 : : : : :13,3 : 0,15 : 0,8 6 26,6 0,3 0,8 7 13,3 0,15 0,8 : 8 :13,3 : 0,15 : : : : : 0,8 T A B L E A U (suite 2) rhéologie au rhéologie à filtrat essai mélange 74 C (165 F) Ty PV Ty PV ml/ Pa lbf/ cP Pa lbf/ cP 30 min 100ft (m.Pa.s) 100ft (m.Pa.s) (API) 1 N O N P O M P A B L E 2 6,9 14,4 89 5,6 11,8 70,6 3 11 22,9 94,7 6,5 13,6 78,3 4 N O N P O M P A B L E 5 N O N P O M P A B L E 6 N O N P O M P A B L E 7 16,3 34,1 129,3 8 16,8 99,3 68 8 11,5 24,0 127,2 6,3 13,1 91,7 56 REVENDICATIONS 1) Dispersant pour laitiers de ciment pétroliers et analogues caractérisé en ce qu'il consiste en un produit de condensation de mélamine-sulfonate et de formaldehyde (polymelamine sulfonate ou PMS) et notamment son sel de sodium (Na PMS). 2) Laitiers pour cimentation de puits pétroliers, de gaz d'eau ou geothermiques, caractérisés en ce qu'ils contiennent entre 8,9 et 13,3 1 d'une solution aqueuse à 20% en poids de PMS par t de ciment (env. 0,1 - 0,15 gal/sk). 3) Laitiers selon la revendication 2 caractérisés en ce qu'ils contiennent jusqu'à environ 30%, de préférence 15% de "micro silice" (micro silice, silice colloidale fumée de silice, terres de diatomées, cendres volantes, de dimension de particule comprise entre environ 0,05 et 5 pm, de préférence env.O,let 2,ut), en poids de ciment. 4) Laitiers selon la revendication 2 ou 3 caractérisés en ce qu'ils contiennent de plus des additifs classiques tels qu'anti-mousse, retardateur de prise et analogues. 5) Laitiers selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisés en ce que la dimension de particule de la micro silice est voisine de 0,1 pm. 6) Procédé de cimentation d'un puits pétrolier, de gaz, d'eau, geothermique ou analogue, caractérisé en ce que l'on pompe un laitier de ciment selon lune quelconque des revendications 2 à 5.