Brevet FR2729181A1 — publié le 19960712

si La présente invention concerne des opérations menées dans le but d'exploiter des gisements sousterrains contenant des hydrocarbures. Plus particulièrement, l'invention décrit un procédé pour contrôler les pertes par filtration d'un fluide de forage, de 1 0 conditionnement ou d'intervention mis en place dans un puits foré dans des formations géologiques. Les techniques conventionnelles de forage de puits, de conditionnement ou d'intervention dans ces puits comportent la circulation d'un fluide injecté vers le fond du puits par le canal d'un train de tubes composant la garniture de forage ou la garniture de production, le fluide remontant en direction de la surface dans l'annulaire défini par les parois du puits et l'extérieur de la garniture de tubes. Au cours de la remontée, une certaine quantité de fluide pénètre dans les formations géologiques poreuses ou fracturées. Cette quantité perdue de fluide est appelée perte par filtration ou filtrat. Il est généralement souhaitable de limiter la quantité de filtrat car celle-ci représente une consommation coûteuse de produits, des opérations de conditionnements supplémentaires dans l'installation de traitement des boues, et également des risques de déstabilisation des parois du puits ou de colmatage des zones géologiques productrices ou potentiellement productrices. On connait dans la profession de nombreux produits réducteurs de filtrat pour les fluides à base d'eau, qu'ils soient fluides de forage, fluides de conditionnement communément appelés fluides de "completion" ou fluides d'intervention dans un puits communément appelés fluide de "work over". On peut citer par exemple, l'utilisation de polymères organiques tels amidon ou CMC (carboxyméthylcellulose). On connait par le document US-4960876 la description d'un procédé d'obtention d'un polymère dérivé de gomme guar modifié hydrophobiquement ayant des capacités viscosifiantes ou stabilisantes de suspensions. Ainsi, la présente invention concerne un procédé utilisé dans un puits foré à travers au moins une formation géologique ayant une certaine pernméabilité. On effectue au moins l'une des opérations suivantes: forage d'un puits, conditionnement d'un puits, intervention dans un puits et on contrôle la perméabilité des parois dudit puits foré dans ladite formation par l'adjonction d'une quantité déterminée d'au moins un dérivé de gomme guar modifiée hydrophobiquement (HMG). Dans une variante, le dérivé de gomme guar est de la guar hydroxy propylée modifiée hydrophobiquement (HNMPG). La gomme guar modifiée peut comporter un radical alkyl hydrophobe comportant entre 10 et 32 atomes de carbone, et préférentiellement entre 18 et 28. La masse moléculaire de la gomme guar modifiée peut être inférieure à 2 000 000 daltons et préférentiellement comprise entre 50 000 et 1 600 000 daltons. Dans le procédé, le fluide peut comporter entre 0,5 et 30 grammes par litre de gomme guar modifiée hydrophobiquement et préférentiellement entre 1 et 15 g/l Le fluide peut comporter au moins un polymère choisi dans le groupe constitué par i 5 le xanthane, le scléroglucane, le wellane, le gellane, la cellulose hydroxy éthylée (HEC), la CMC, la gomme de Guar, les polyacrylamides et leurs dérivés anioniques. L'invention concerne également un fluide à base d'eau destiné au forage, au conditionnement d'un puits ou aux interventions dans un puits, comportant une quantité déterminée d'au moins un dérivé de gomme guar modifiée hydrophobiquement. Le filtrt de ce fluide est contrôlé par l'adjonction d'une quantité déterminée d'au moins un dérivé de gomme guar modifiée hydrophobiquement (HMG). Dans une variante, le dérivé de gomme guar est de la guar hydroxy propylée modifiée hydrophobiquement (HMPG). La viscosité du fluide peut être principalement contrôlée par l'adjonction d'au moins un polymère choisi dans le groupe constitué par le xanthane, le scléroglucane, le wellane, le gellane, la cellulose hydroxy éthylée (HEC), la CMC, la gomme de Guar, les polyacrylamides et leurs dérivés anioniques. Le fluide peut comporter au moins un électrolyte à des concentrations pouvant atteindre la saturation. L'électrolyte peut être choisi dans le groupe constitué par le chlorure, le bromur, le carbonate, l'acétate, le formiate, de sodium, de potassium, de calcium, de magnésium et de zinc dans la mesure o ils constituent des sels solubles. Le fluide peut comporter entre 0,5 et 30 g/l de HMG et entre 0,5 et 20 g/l de polymère viscosifiant. Le fluide peut comporter entre 0,5 et 10 g/l de HMG, entre 2 et 4 g/l de polymère viscosifiant, préférentiellement du xanthane, entre 10 et 100 g/l de KCI ou de NaCI et entre O et 30 g/l d'argile réactive. Les dérivés de gommes guars modifiés hydrophobiquement découlent principalement des dérivés de gomme guar classiquement utilisés comme la guar hydroxy éthylée ou hydroxy propylée, la guar cationique ou la gomme guar dépolymérisée. Ces dérivés peuvent être modifiés chimiquement par l'incorporation de groupements alikyles par réaction chimique affectant certains motifs glycosidiques. Ces dérivés de gomme guar modifies hydrophobiquement sont décrits dans le document US-A-4960876. La gomme guar est un polymère naturel constitué d'unités monomères de Dmannose reliées entre elles par des liaisons P 1-4 pour former la chaîne principale sur laquelle sont branchées des unités de D-Galactose par des liaisons t 1-6. Ce dérivé est fonctionnalisé par réaction d'un époxyalkyle en milieu basique selon le procédé d6crit dans le document US-A-4960876 permettant le greffage de 0.01 à 2% de fonctions époxyalkyles de C22 à C28. La gomme Guar HMG, hydrosoluble peut être préparée à partir d'un dérivé de la gomme guar par incorporation chimique d'une longue chaîne époxyalcyle entre C10 et C32, de préférence entre 18 et 28 atomes de carbone pour le motif hydrophobe. Le taux de motifs hydrophobes peut varier de 0,01 à environ 5%. Le polymère HMG peut avoir un taux de substitution molaire de motif hydrophile d'au moins 0,7, de préférence entre 0,7 et 4, entre 0,01 et 2% de substituants hydrophobes par unité anhydroglycosidique, un rapport molaire entre les substituants hydrophiles et hydrophobes compris entre 35/1 et 40000/1. Le motif hydrophile peut être de type hydroxyéthyle, hydroxypropyle, hydroxybutyle, ou un substituant carboxy ou aminé. Le motif hydrophobe peut être de type alkyle, alkylényle linéaire ou branché comprenant de 10 à 32 atomes de carbone. Le polymère selon l'invention comportant des motifs hydrophiles hydroxypropyle est appelée HMPG. La demanderesse a mis en évidence que le polymère HMG, défini plus haut, a de bonnes qualités pour contrôler la filtration d'un fluide de forage, de "completion" ou de "work-over", fluides dont la phase liquide continue est aqueuse. Le fluide en circulation ou mis en place par circulation dans le puits peut comporter des produits viscosifiants à base d'argiles réactives et/ou de polymères de nature spécifique pour réaliser notamment la fonction de viscosifiant. Un fluide de "completion" ou fluide de conditionnement d'un puits, est un fluide déplacé dans un puits pour être mis en place dans un puits de production. Au cours de son déplacement ou de sa mise en place ce fluide est. en contact pendant une durée plus ou moins longue avec la formation géologique productrice ou potentiellement productrice. Il en est de même pour un fluide d'intervention ou dit de "workover". Les caractéristiques physiques et/ou chimiques de ces fluides sont contrôlées et ajustées en fonction de la nature de la formation géologique et des effluents présents, des conditions de fond et des différents rôles que peuvent réaliser de tels fluides, par exemple de 1 5 nettoyage, de stabilisation, de contrôle des pressions, etc...De plus, ces fluides doivent autant que possible ne pas modifier la productivité de la couche géologique productrice. Aussi, il sera préféré que ces types de fluides contiennent peu ou pas de solides, bien que dans certains cas la présence de solides réactifs ou inertes soit inévitable. Dans tous les cas, le contrôle de la filtration est un paramètre très important. Les fluides selon la présente invention peuvent également être mis en place ou déplacés dans le puits sous forme de "spacer" ou volume de fluide déplacé par un autre fluide de composition différente, ou intercalé entre deux autres fluides. Une variante de l'invention concerne les fluides pour les forages dits "slim-hole' (petit diamètre de forage) ou les forages fortement déviés. Ces fluides pour les applications précitées sont préférentiellement déterminés pour posséder les caractéristiques suivantes: - avoir une viscosité faible aux forts taux de cisaillement, afin de réduire les pecs de charge, - former un gel au repos pour maintenir les déblais en suspension lors des arrits de circulation, - contenir une teneur maximale en solides qui peuvent avoir tendance à former des dépots ou des amalgames notamment sous l'action de la centrifugation provoquée par la rotation du train de tiges dans un trou de faible diamètre relativement à la dimension du train de tiges, ou sous l'action de la gravité dans le cas des puits horizontaux. Or, sans solide ou avec très peu de solides par rapport aux forages conventionnels, il est connu que le contrôle de la filtration est très délicat. Donc, les fluides en circulation dans de telles conditions parficulières ne comportent généralement pratiquement pas de colloides argileux réactifs comme viscosifiant de base mais des polymères spécifiques. Il est connu que ces fluides dits "sans solide" ou 'sans apport de solide" présentent des difficultés pour avoir de bonnes caractéristiques de filtration, particulièrement aux moyennes ou hautes températures, avec les produits conventionnels de réduction du filtrat. Par contre, la HMG utilisée selon la présente invention révèle de bonne capacité pour contrôler la filtration, en particulier en combinaison avec certains des polymères viscosifiants et ce d'autant que la température augmente. Ceci n'est généralement pas le cas pour les dérivés de polymères naturels classiquement utilisés comme réducteur de filtrat dans les formulations de fluides de forage ou de compléton. Les essais suivants vont mettre en évidence les caractéristiques du HMG dans 1 5 diverses conditions d'utilisations et selon des procédures de tests conventionnels. Le polymère testé est du HMPG, produit actuellement disponible sur le marché pour des applications différentes, notamment papier, peinture... et dont la masse moléculaire est estimée entre 50 000 et 1 600 000. Les tests de filtration ont été exécutés selon les normes API (American Petroleum Institute) en vigueur: API RP23 B I section 3Filtration-Juin 1990. Les filtrats sont donnés en millilitre (ml), la viscosité plastique VP en mPa.s, la contrainte seuil YV (Yield Value) en lb/lOOft2 (on multipliera par 0,4788 pour obtenir YV en Pa) et l'épaisseur du cake en millimètre. Différentes formulations de fluides ont été testées, avec ou sans ajout d'alourdissants de type barytine, le viscosifiant est en général un polysaccharide du type xanthane ou scléroglucane. Les formulations selon l'invention ont été comparées à des formulations classiques contenant des réducteurs de filtrat connus dans la profession, tels la CMC (carboxy méthyl cellulose) basse viscosité qui peut être actuellement considérée comme un des meilleus produits disponibles avec, pour certaines applications, la HEC (cellulose hydroxy éthylée), le PAC (cellulose polyanionique) de masse moléculaire plus élevée que celle de la CMC, la gomme guar, produit précurseur de la gomme guar modifiée hydrophobiquement. Essai 1: Comparaison de l'efficacité du HMPG avec des réducteurs de filtrat classi ues. pour différentes densités de fluides Conditions: Standard API, température ambiante (25 C). Formulation de base FB: Xanthane 2 g/1, KCI 50 g/l d=1,03- barytine 30 g/l Additif à FB Filtrat 30 min VP YV Cake CMC basse vis. 10 g/l 10 8 5 respectivement commercialisés par les sociétés DOWELL-IDF et Aqualon. Remarques: Pour la formulation de faible densité, les caractéristiques de filtration en présence de HMPG sont du même ordre de grandeur que celles de la CMC Basse viscosité qui est actuellement considérée comme un des meilleurs produits disponibles. L'ajout de barytine à la formulation étudiée précédemment permnnet d'augmenter la densité du fluide à 1,2. Le filtrat 30' est alors faible (10 ml). Comparativement, une formulation à base de CMC donne également un filtrat faible (- 6 ml) mais avec une forten viscosité plastique (14). Essai 2: Influence de la température pour différentes densités de fluides Conditions: Standard API, dans une cellule de test HP/HT avec une pression de bar et une contre-pression de 15 bar. Formulation de base FB: Xanthane 2-g/1, KCI 50 g/l, a) Température de filtration: 90 C et d=1.03 (barytine 30 g/l) Additif à FB Filtrat 30 min Cake CMC basse vis. 10 g/l 19.4 -1.5 Guar 2 g/l 51.5 CMC basse vis. 10 g/l >250. - Guar 2 g/I 124.5 formation de cake dans ces conditions. c) Température de filtration 90 C et d=1.2 (barytine 210 g/I) Additif à FB Filtrat 30 min Cake CMC basse vis. 10 g/I 20.6 pas de tenue HMPG 2 g/I 22.7 -8 d) Température de filtration 120 C et d=1.2 (barytine 210 g/I) Additif à FB Filtrat 30 min Cake CMC basse vis. 10 g/i co - HMPG 2 g/I 28.8 est confirmé par l'essai 3. Essai 3: Influence du vieillissement en température (120 C) Conditions: Dans une cellule de test HP/HT avec une pression de 35 bar et une contrepression de 15 bar, mais après un vieillissement de 16 heures à une température de C. Formulation de base FB: Xanthane 2 g/l, KCI 50 g/l Température de filtration 120 C-et d=1.03 (barytine 30g/1) Additif à FB Filtrat 30 min VP YV Cake CMC basse vis. 10 g/I co 8 5 HMPG 2 g/l 69.8 6 7 -1.5 HMPG 2g/1 (*) 71.6 6 6 -2 (*) après vieillissement Remarques: Les valeurs de viscosité plastique et yield value indiquées dans le tableau précédent correspondent aux caractéristiques des formulations avant filtration, qui sont semblables pour les trois formulations. On observe ainsi un maintien des propriétés de la formulation à base de HMPG même après vieillissement, aussi bien en terme de filtration que de propriétés rhéologiques Essai 4: Formulations avec solides Conditions: Standard API, température de 30 C. Formulation de base FB: Argile Green Bond 30 g/l, NaCI 10 g/l Additif à FB Filtrat 30 min VP YV Cake 1) sans additif 36.5 9.5 - 2.8 2) CMC 3 g/I 13 1.5 3) Xanthane 2 g/I et HMPG 2 g/! 11.8 25 39 2.5 Remarques: Une certaine quantité d'argile peut être utilisée en association, par exemple avec du xanthane. Le niveau de filtrat obtenu reste faible. Les différents essais de la présente description confirment que les formulations de fluide adaptées au forage, au conditionnement de puits ou d'intervention, contenant préférentiellement un polymère viscosifiant en solution aqueuse, éventuellement des particules solides réactives et/ou inertes, peuvent avoir une bonne caractristique de filtration en utilisant une quantité efficace de HMG comme réducteur de filtrat. On sait que les polymères réducteurs de filtrat, telles la CMC ou la HEC, dispersent et homogénéisent la suspension par adsorption sur les particules solides, les rendant ainsi plus négatives et donc plus répulsives. Il se forme ensuite par filtration de cette suspension homogène un cake ayant une structure assez régulière et par conséquent relativement imperméable. De plus, la perméabilité du cake peut être encore diminuée par du polymère libre qui gélifie dans les pores du cake. Le polymère HMG joue notamment un tel rôle ou un rôle équivalent. Mais la structure particulière de la HMG, et par exemple de la HMPG, de la présente invention est aussi susceptible de former une structure tridimensionnelle ordonnée sans nécessiter, por former un cake de faible perméabilité, d'avoir un support de particules solides comme de l'argile ou de la baryte. De plus, la stabilité en température de la structure de la HMG permet 1 0 son application dans les domaines d'intérêt de la profession, en particulier dans les puits hautes températures. Les avantages et les fonctions de la HMG se retrouvent dans les polymères de cette classe pour des masses moléculaires inférieures à environ 2000000 daltons. Dans le cadre d'applications spécifiques dans lesquelles les fluides ne contiennent 1 5 pratiquement pas de solides réactif, par exemple les applications "slim hole" ou forage dévié, fluides de "completion" ou de "workover", l'association du HMG comme réducteur de filtrat associé à un polymère viscosifiant, par exemple le xanthane, donne aux fluides de bonnes caractéristiques de filtration même à des hautes températures. 1 1 REVENDICATIONS 1) Procédé utilisé dans un puits foré à travers au moins une formation géologique ayant une certaine perméabilité, caractérisé en ce que l'on effectue au moins l'une des opérations suivantes: forage d'un puits, conditionnement d'un puits, intervention dans un puits, et en ce que l'on contrôle la perméabilité des parois dudit puits foré dans ladite formation par l'adjonction d'une quantité déterminée d'au moins un dérivé de gomme guar modifiée hydrophobiquement (HMG) dans un volume de fluide à base d'eau déplacé dans le puits au cours de ladite opération. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dérivé de gomme guar est choisi parmi le groupe constitué par de la guar modifiée hydrophobiquement, i motif hydrophile de type hydroxy éthyle, hydroxy propyle, hydroxy butyle, un substituant carboxy et un substituant aminé, et leur mélange. 3) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la gomme guar modifiée comporte un radical alkyl hydrophobe comportant entre 10 et 32 atomes de carbone, et préférentiellement entre 18 et 28. 4) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la masse moléculaire de la gomme guar modifiée hydrophobiquement est inférieure à 2000000 daltons et préférentiellement comprise entre 50000 et 1600000 daltons. ) Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit fluide comporte entre 0,5 et 30 grammes par litre de gomme guar modifiée hydrophobiquement et préférentiellement entre 1 et 15 g/l. 6) Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit fluide comporte au moins un polymère choisi dans le groupe constitué par le xanthane, le scléroglucane, le wellane, le gellane, la cellulose hydroxy éthylée (HEC), la CMC, la gomme de Guar, les polyacrylamides et les dérivés anioniques des polyacrylamides. 7) Fluide à base d'eau destiné au forage, au conditionnement d'un puits ou aux interventions dans un puits, caractérisé en ce que son filtrat est contrôlé par l'adjonction d'une quantité déterminée de dérivé de gomme guar modifiée hydrophobiquement (HMG). 8) Fluide selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit dérivé de gommine guar est de la guar hydroxy propylée modifiée hydrophobiquement (HMPG). 9) Fluide selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que sa viscosité 1 0 est principalement contrôlée par l'adjonction d'au moins un polymère choisi dans le groupe constitué par le xanthane, le scléroglucane, le gellane, le wellane, la cellulose hydroxy éthylée (HEC), la CMC, la gomme de Guar, les polyacrylamides et les dérivés anioniques des polyacrylamides. 1 5 10) Fluide selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un électrolyte à des concentrations pouvant atteindre la saturation. 1) Fluide selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit électrolyte est choisi dans le groupe constitué par le chlorure, le bromure, le carbonate, l'acétate, le formiate, de sodium, de potassium, de calcium, de magnesium et de zinc dans la mesure o ils constituent des sels solubles. 12) Fluide selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte entre 0,5 et 30 g/l de HMG et entre 0,5 et 20 g/l de polymère viscosifiant. 13) Fluide selon l'une des revendications 7 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte entre 0,5 et 10 g/l de HMG, entre 2 et 4 g/l de polyrnmère viscosifiant, préférentiellement du xanthane, entre 10 et 100 g/l de KCI ou de NaCI et entre 0 et 30 g/l d'argile réactive.