Brevet FR2774692A1 — publié le 19990813

La présente invention concerne le domaine des boues de forage. La majorité des bentonites pour boues de forage disponibles sur le marché sont des bentonites calciques rendues artificiellement sodiques par échange des ions calcium naturellement présents dans la structure, par des ions sodium, en général par un traitement au carbonate de sodium en usine. Les boues de forages préparées avec une bentonite sodique ont en effet des propriétés rhéologiques bien supérieures à celles de boues préparées avec une bentonite calcique. Cependant, les caractéristiques rhéologiques des boues se dégradent au contact du calcium venant soit de la chaux du ciment, au cours d'un bétonnage par exemple, soit du calcium disponible dans le terrain comme du gypse par exemple. Pour remédier à la détérioration des caractéristiques rhéologiques is de la boue de forage au cours des travaux, on la traite habituellement au bicarbonate de sodium lorsqu'il y a pollution par la chaux du ciment ou au carbonate de sodium lorsqu'il y a pollution par le gypse. On élimine ainsi les ions calcium libres et mobiles de la boue de forage par précipitation de carbonate de calcium. Ce traitement a l'inconvénient d'être provisoire, car le calcium en réserve dans le ciment ou dans le gypse passe en solution au fur et à mesure de la précipitation de carbonate de calcium. Pour maintenir des caractéristiques rhéologiques convenables, une surveillance constante de la boue et une addition permanente de bicarbonate ou de carbonate de sodium sont nécessaires au cours des travaux. De plus, le traitement de la boue au carbonate ou au bicarbonate de sodium est parfois suivi d'un épaississement et d'une rigidification indésirables de la boue due à une pollution par l'ion carbonate. Un traitement complémentaire au polyacrylate de sodium, qui est un dispersant-fluidifiant, est alors nécessaire. La Demanderesse a trouvé, de manière inattendue, que l'incorporation de composés de type phosphonate dans les bentonites pour boues de forage permet de résoudre ces inconvénients. En particulier, cette incorporation permet: - le blocage des ions calcium libres sous forme de complexes solubles et stables; - la conservation ou la restitution de la fluidité initiale de la boue les phosphonates ont également, sur la boue, un effet dispersant- fluidifiant. Ainsi, selon un premier aspect, I'invention concerne une boue de forage à base de bentonite, qui comprend un composé de type phosphonate. Les bentonites pour boues de forage qu'il est possible d'utiliser 0o dans le cadre de l'invention comprennent toutes les bentonites couramment employées dans ce domaine. Les composés de type phosphonate à incorporer dans les boues de forage de l'invention répondent à la formule générale R2OA 12 1 R1 C- P=-O I I R3 OA dans laquelle: - R1, R2 et R3, indépendamment les uns des autres, représentent l'hydrogène; un hydroxy; un (C1-C8)alkyle éventuellement substitué par un groupe -NR4R5 ou par un phényle; un phényle; ou un groupe phosphono; - R2 et R3 peuvent également former, avec l'atome de carbone auquel ils sont liés, un phényle; - R4 et R5, indépendamment l'un de l'autre, représentent l'hydrogène; ou un (C1C8)alkyle éventuellement substitué par un amino; - chaque A représente indépendamment l'hydrogène; un atome de sodium; ou un atome de potassium. A titre d'exemple de composés de type phosphonate avantageux pour la mise en oeuvre de l'invention, on peut citer notamment les sels de sodium ou de potassium des acides suivants: - acide hydroxyéthylidène-1,1-diphosphonique - acide aminotriméthylènephosphonique - acide éthylènediaminetétraméthylènephosphonique - acide diéthylènetriaminepentaméthylènephosphonique - acide hexaméthylènediaminetétraméthylènephosphonique - acide octylphénylphosphonique De préférence, on utilise de 0,2 à 10 parties en poids de composé de type phosphonate pour 100 parties en poids de bentonite. Les boues de forage selon l'invention peuvent également contenir des additifs couramment utilisés dans ce domaine, comme par exemple du (bi)carbonate de sodium, à raison de 2 à 10 parties en poids d'additif pour 100 parties en poids de bentonite. La boue de forage conforme à l'invention peut être préparée en io mélangeant la bentonite et le composé de type phosphonate en présence d'eau. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la bentonite en poudre est prémélangée avec le composé de type phosphonate en poudre. On prépare alors la boue de forage à l'aide du mélange pulvérulent et d'eau. L'invention concerne également un procédé de forage dans lequel on met en oeuvre la boue de forage telle que définie précédemment. Les boues de forage selon l'invention possèdent des avantages essentiels par rapport aux boues conventionnelles: - elles permettent un traitement durable, - elles sont aussi efficaces en traitement préventif que curatif, - elles permettent de remplacer deux produits par un seul, - elles ont une durée de vie considérablement allongée. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples ci-après, donnés à titre purement illustratif. EXEMPLES Exemple 1: Utilisation de phosphonates en traitement préventif On prépare la boue de forage ayant la composition suivante: Eau 1000 litres Bentonite sodique 45 kg Phosphonate* 3 litres (soit 2,3 kg pour 100 kg de bentonite) * Solution d'acide hexaméthylenediaminetétraméthylènephosphonique, sel de potassium à 28 % (densité 1,24). La boue ainsi traitée préventivement garde ses caractéristiques rhéologiques au contact du ciment. Exemple 2: Utilisation de phosphonates en traitement curatif Soit une boue de forage dosée à 50 kg de bentonite par m3 d'eau. Après la perforation des panneaux secondaires d'une paroi moulée, le calcium solubilisé du béton des panneaux primaires a entraîné une dégradation des propriétés rhéologiques de la boue. A savoir: Filtrat 82 ml Cake 7 mm Viscosité MARSH > 120 s io Après traitement de la boue avec une solution d'acide diéthylènetriaminepentaméthylènephosphonique, sel de sodium (densité 1, 33), à raison de 2 litres par m3 (soit 1 kg de phosphonate pour 100 kg de bentonite), les caractéristiques sont redevenues normales: Filtrat 22 ml Cake 0,5 mm Viscosité MARSH 36 s Exemple 3: Traitement préventif de la bentonite sous forme de poudre On mélange 6 parties en poids d'acide diéthylènetriaminepentaméthylènephosphonique, sel de sodium avec 100 parties en poids de bentonite en poudre. Le mélange ainsi réalisé est utilisé pour fabriquer une boue de forage dosée à 40 kg de mélange par m3 d'eau. Les caractéristiques de la boue ne subissent aucune modification après addition de 5 kg/m3 de ciment Portland alors que la même boue non traitée a toutes ses caractéristiques dégradées. REVENDICATIONS 1. Boue de forage a base de bentonite, qui comprend un composé de type phosphonate. 2. Boue de forage selon la revendication 1, dans laquelle le composé de type phosphonate a la formule suivante R OA 12 1 R1 C-P=O I I R3 OA dans laquelle: - R1, R2 et R3, indépendamment les uns des autres, représentent l'hydrogène; un hydroxy; un (CI-C8)alkyle éventuellement substitué par un groupe -NR4Rs ou par un phényle; un phényle; ou un groupe phosphono; - R2 et R3 peuvent également former, avec l'atome de carbone auquel ils sont liés, un phényle; - R4 et R5, indépendamment l'un de l'autre, représentent l'hydrogène; ou un (C1C8)alkyle éventuellement substitué par un amino; - chaque A représente indépendamment l'hydrogène; un atome de sodium; ou un atome de potassium. 3. Boue de forage selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le composé de type phosphanate est choisi parmi les sels de sodium ou de potassium des acides suivants: - acide hydroxyéthylidène-1,1- diphosphonique - acide aminotriméthylènephosphonique 2s - acide éthylènediaminetétraméthylènephosphonique - acide diéthylènetriaminepentaméthylènephosphonique - acide hexaméthylènediaminetétraméthylènephosphonique - acide octylphénylphosphonique. 4. Boue de forage selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle le composé de type phosphanate est présent à raison de 0,2 à 10 parties en poids pour 100 partie en poids de bentonite. 5. Boue de forage selon l'une des revendications 1 à 4, qui est obtenue à partir d'un prémélange de la bentonite et du composé de type phosphonate. 6. Procédé de forage, dans lequel on met en oeuvre la boue de forage selon l'une des revendications 1 à 5.