Brevet FR2641199A1 — publié le 19900706

- 1 - La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une cartouche filtrante utilisable notamment lors de la mise en production de réservoirs géologiques contenant du pétrole ou du gaz, pour éliminer des venues de sable dans le puits traversant des formations sableuses peu ou pas consolidées. Il est connu, pour mettre en production des réservoirs, d'utiliser un moyen mécanique, tels que des écrans artificiels à orifices calibrés, notamment des crepines, ou des empilages de graviers ayant une répartition granulometrique bien définie, selon la dimension des grains de sable de la formation géologique traversée par le puits. Une telle méthode, de mise en oeuvre délicate, est souvent utilisée pour équiper des puits neufs. Les cartouches filtrantes produites par le procéde selon l'invention, sont beaucoup plus faciles et moins onéreuses à utiliser que les écrans artificiels ou les empilages de graviers, notamment du fait de la moindre fragilité de ces cartouches et de l'infrastructure réduite pour leur mise en place. Un objet de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication de cartouches filtrantes de mise en oeuvre tres facile et fiable qui fournit un produit d'une qualité mécanique élevée et stable dans le temps, d'une grande perméabilité, d'une excellente inertie chimique et d'une grande stabilité thermique, répondant notamment aux exigences de production ou de traitement des puits de pétrole ou de gaz donnant lieu a des venues de sable. Ce résultat est atteint, selon l'invention, avec un procédé de fabrication de cartouche filtrante par polymérisation d'un hydrocarbure polyethylénique avec des éléments granulaires. Ce procédé comporte la préparation d'un mélange comportant ledit hydrocarbure et lesdits éléments granulaires, puis l'introduction du mélange dans un moule, ce moule étant formé par une première paroi poreuse et une deuxième paroi poreuse, ces parois étant reliées par une enveloppe, l'introduction du moule dans un four de manière à élever la température du mélange et transformer par une réaction de polymérisation thermique l'hydrocarbure en une matière liant les éléments granulaires du mélange, l'ensemble de la matière et des éléments granulaires formant la cartouche filtrante, et l'injection d'une composition gazeuse chimiquement inerte dans le moule par l'une desdites parois assurant une permeabilité suffisante de la cartouche filtrante. On entend par composition gazeuse chimiquement inerte, une composition gazeuse qui, dans les conditions opératoires du procédé, ne réagit pas avec l'hydrocarbure polyethylénique. Le gaz injecté pourra toutefois éventuellement contenir de l'oxygn e. l'état de traces. La composition injectée pourra être urn gaz naturel, de la vapeur d'eau humide, de l'azote, un gaz brûlé ou encore un méLange de ces gaz, tel notamment un mélange de gaz brûlé avec de la vapeur d'eau, ou toute autre combinaison de vapeur d'eau et de gaz inerte. L'injection de la composition gazeuse permet d'obtenir une perméabilité aux fluides du bloc comportant la matière polymérisee et les éléments granulaires, ces fluides pouvant être de l'eau, du pétrole ou du gaz naturel, de l'azote. La température du four et le temps de conservation du mélange de matière polymérisable et des éléments grar.ulaires est adapté pour que le degré d'avancement de la polymérisation de la matière soit suffisant. Selon une variante de mise en oeuvre du proceoe, on produit une cartouche filtrante notamment de forme cylindrique ayant un noyau central creux, en utilisant une première pari poreuse 264 11 9 9 - 3 - intérieure coaxiale ou concentrique a une deuxième paroi ooreuse externe et une enveloppe comportant un fond et un couvercle coopérant avec lesdites parois poreuses pour former un moule cylindrique creux ou annulaire, en injectant la composition gazeuse par l'une des parois poreuses et en extrayant la composition gazeuse par l'autre des parois poreuses. De préférence, l'injection s'effectue au travers du couvercle, puis au travers de la première paroi poreuse intérieure à la deuxième paroi poreuse qui lui est extérieure. On ne sortira pas du cadre de la présente invention en injectant la composition gazeuse d'abord à travers la deuxième paroi poreuse extérieure, des éléments granulaires imprégnés de matière polymérisable, puis à travers la première paroi poreuse interne. L'hydrocarbure polyethylénique pourra avantageusement être obtenu par polymérisation de dienes ou de trienes. Cet hydrocarbure pourra éventuellement être dilué par un solvant organique. Cet hydrocarbure polyéthylénique pourra être avantageusement du polybutaniène. Les solvants utilisés seront constitues, par exemple, par des hydrocarbures, tels que benzène, toluène, xylène, ou par une coupe pétrolière; la teneur en solvant sera avantageusement comprise entre O et 50 % pour conserver une qualité mécanique suffisante. Le catalyseur, additionné éventuellement à l'hydrocarbure polyéthylénique, pourra être au moins un élément du groupe constitué par le baryum, le zirconium, le cérium, le lanthane et les lanthanides, le vanadium, le manganèse, le fer, le cobalt, le zinc, le nickel, le ptomb et le cuivre. Les éléments d'un tel catalyseur seront utilisés sous forme de sels, tels que carboxylates, naphtenates, sulfonates, octoates..., mélangeables avec l'hydrocarbure. La teneur de la solution en chacun des métaux utilisés dans le catalyseur sera inférieure à 3 % poids et de préférence comprise entre 0,007 et 2 % poids. La composition exacte du catalyseur (métaux utilisés et teneurs en métaux) dépendra de la nature des éléments granulaires et des conditions opératoires de fabrication (pression, température...). 2 6 4 ? 1 9 9 -4- Le catalyseur pourra également renfermer un composé organique, tel qu'un peroxyde ou tout autre composé permettant la formation de radicaux libres. A ces composés peroxydiques, on pourra éventuellement ajouter des catalyseurs choisis dans le groupe précédemment défini, constitué par le baryum, le zirconium, le cérium, le lanthane et les lanthanides, le vanadium, le manganèse, le fer, le cobalt, le zinc, le nickel, le plomb, le cuivre. Parmi les composés peroxydiques, on pourra citer, à titre d'exemple, l'hydroperoxyde de t-butyle, le peroxyde de di-t-butyle, l'hydroperoxyde de cumène... La température du mélange placé dans le four et le temps de séjour dans le four, doivent être suffisants pour que l'hydrocarbure se polymérise efficacement et assure la cohésion des éléments granulaires. Cette température pourra être comprise entre 200 et 320 C et avantageusement entre 250 et 300 C. La composition gazeuse injectée pourra être froide ou chaude et son débit sera sensiblement compris entre 100 et 1000 l/min.m de surface de section du mélange d'éléments granulaires et de l'hydrocarbure au travers duquel est injectée la composition. Les éléments granulaires pourront comporter au moins un des matériaux suivants, du sable, des particules, telles des billes ou des microbilles, de verre, de silice, d'alumine, de carbure, comme le carbure de silicium. La qualité mécanique des surfaces de la cartouche pourra être adaptée aux exigences de fabrication, notamment la pression d'injection, ainsi qu'aux exigences d'utilisation, telles que les efforts ou les chocs produits lors de la mise en place des cartouches. A cet effet, l'une au moins des parois poreuses servant à la fabrication de la cartouche pourra faire partie 'intégrante de la cartouche. L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante, illustrée par la figure 1 annexée représentant la fabrication d'une cartouche filtrante cylindrique creuse 1 obtenue par polymération d'un hydrocarbure polyéthylenique mélangé avec des éléments granulaires. -- 5 -- Le mélange d'hydrocarbure éventuellement additionné de catalyseur et des éléments granulaires est introduit à l'intérieur du moule 2 comportant un fond circulaire 3 sur lequel on positionne une première paroi poreuse interne 4 et une deuxième paroi poreuse externe 5 que l'on recouvre d'un couvercle circulaire 6 une fois le moule rempli. Les parois poreuses sont obtenues par perforation de tubes à un calibre adapté à la taille des éléments granulaires. La partie centrale du couvercle 6 est percée et reliée par un conduit 7 à un générateur débitant une composition gazeuse traversant le moule 2 de l'intérieur vers l'extérieur, en passant successivement à travers la première paroi et la deuxième paroi. Les flèches représentées sur la figure 1 indiquent la circulation du gaz inerte dans le moule 2 et dans le four 8 dans lequel est placé le moule, ce four comportant des moyens de chauffage ayant la référence 9. L'efficacité du procéde selon l'invention est illustrée par les essais suivants, les caractéristiques de la mise en oeuvre de ces essais n'ayant aucun caractère limitatif. Essai n 1 Un mélange de sable de carrière ayant une granulométrie comprise entre 150 et 300 micromètres et de polybutaniène est tassé à la température ambiante dans un moule du type de celui représenté à la figure 1 et ayant une paroi poreuse interne d'un diamètre de 7,6 cm, une paroi poreuse externe d'un diamètre de 17,8 cm et dont la hauteur des parois est de 50 cm. La température du four étant consignée à 300 C, on injecte sous une pression de 100kPa un mélange gazeux contenant 15 % d'azote et 85 % de vapeur d'eau pendant 8 heures avec un débit de 25 litres par minute. La résistance à la compression du milieu effectuée sur un prélèvement de la cartouche filtrante obtenue après essai est de 6MPa. 26 4 1 199 -6- Essai n 2: Cet essai est préparé comme l'essai n 1 avec un mélange de sable de carrière et d'une composition contenant 72 % en poids de polybutadiènes, 5 % en poids d'octoate de cobalt et 3 % en poids d'octoate de zirconium et de 20 % en poids d'essence. Le moule étant placé à 250 C, on injecte une composition de gaz brûlé contenant 25 % en volume d'azote et 15 % en volume de dioxyde de carbone, pendant 10 heures, sous une pression de 1OOkPa, avec un debit de 25 litres par minute. Après l'essai, on constate que la résistance à la compression est de 5,5 MPa. Essai n 3: On opère comme dans l'essai n 2 en injectant une composition gazeuse comportant 1/15 en volume de dioxyde de carbone, 2/15 de vapeur d'eau et 12/15 d'azote, sous une pression de 1 bar pendant 10 heures, le four étant consigné à 250 C. Dans ces conditions, on constate que la résistance à la compression d'un échantillon prélevé dans la cartouche obtenue est de MPa. Essai n 4: On opère comme dans l'essai n 1, mais on utilise une composition à base de polybutadiène dilué, par 20 % en poids d'essence et additionné de 0,3 % en poids de cerium. On injecte de l'azote pendant 20 heures sous une pression de 100 kPa avec un débit de 30 litres/minute, le four étant consigné à 240 C. Dans ces conditions, on constate que la résistance à la compression d'un échantillon prélevé dans la cartouche obtenue est de MPa. Essai n 5: On opère comme dans l'exemple n 1, mais on utilise une composition contenant 78 % en poids de polybutadiène, 20 % en poids 264 1 199 -7- d'essence et 2 % en poids de peroxyde de di-t-butyle que l'on mélange au sable de carrière. On injecte de l'azote sous une pression de 100 kPa, à un débit de 30 litres/minute, pendant 60 heures, la température du four étant consignée à 200 C. Dans ces conditions, on constate que la résistance à la compression d'un échantillon prélevé dans la cartouche obtenue est de 2,5 MPa. 26 4 1 1 9 9 -8- R E V E N D I CATIONS 1. - Procédé de fabrication d'une cartouche filtrante par poLymérisation d'un hydrocarbure polyéthylénique avec des éléments granulaires, ce procédé comportant La préparation d'un mélange comportant ledit hydrocarbure et lesdits éléments granulaires, puis l'introduction du mélange dans un moule, ce moule étant formé par une première pçroi poreuse et une deuxième paroi poreuse, ces parois étant reliées à une enveloppe, caractérisé en ce qu'il comporte en outre l'introduction dudit moule dans un four de manière à élever la température du mélange et transformer par une réaction de polymérisation thermique ledit hydrocarbure en une matière liant lesdits éléments granulaires du mélange, l'ensemble de la matière et desdits éléments granulaires formant alors ladite cartouche filtrante, et l'injection d'une composition gazeuse chimiquement inerte dans ledit moule par l'une desdites parois. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première paroi poreuse est coaxiale ou concentrique à ladite deuxième paroi poreuse, en ce que ladite enveloppe comporte un fond et un couvercle coopérant avec lesdites parois -poreuses pour former un moule de forme annulaire et en ce que l'on injecte la composition gazeuse par ladite première paroi poreuse et l'on extrait la composition gazeuse par ladite deuxième paroi poreuse. 3. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que lesdits éléments granulaires comportent un des matériaux suivant, du sable, des particules, telles des billes ou des microbilles, de verre, de silice, d'alumine, de carbure, comme le carbure de silicium. 4. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit hydrocarbure polyéthylénique, tel que du polybutadiène, est obtenu par polymérisation de diènes ou de triènes. 5. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit hydrocarbure polyéthylénique est additionné d'un catalyseur renfermant au moins un élément du groupe 26 4 1 1 9 9 constitué par le baryum, le zirconium, Le cérium, Le lanthane et les lanthanides, le vanadium, le manganèse, le fer, le cobalt, le zinc, Le nickel, Le plomb et le cuivre. 6. - Procéde selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite composition gazeuse comporte un gaz choisi parmi un gaz naturel, de La vapeur d'eau humide, de l'azote, un mélange de vapeur d'eau et de gaz brûlé. 7. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la température du mélange placé dans le four est comprise entre 200 et 320 C et de préférence entre 250 et 300 C. 8. - Produit obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 7. 9. - Dispositif pour la fabrication d'une cartouche filtrante, caractérisé en ce qu'il comporte un four dans lequel on place un moule ayant une première paroi interne poreuse, une deuxième paroi externe poreuse, un fond et un couvercle définissant un volume annulaire, ledit fond ou ledit couvercle comportant une ouverture communiquant avec un générateur fournissant une composition gazeuse chimiquement inerte et adapté à produire un courant de ladite composition gazeuse de ladite paroi interne vers ladite paroi externe. 10. - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'une au moins desdites parois poreuses fait partie intégrante de ladite cartouche filtrante.