Brevet FR2867466A3 — publié le 20050916

FR 2867466 A3 20050916 FR 0402636 A 20040315 Comment obtenir une structure poreuse de la pâte de ciment durcie aux propriétés de filtration et de résistance voulue dans des conditions de pression et de température élevée d'une coupe géologique est et constitue un problème relevant directement du rendement économique des travaux d'extraction de pétrole et de gaz et des travaux hydrogéologiques. Les principes théoriques se basent sur l'idée de l'expansion du mortier de ciment par un agent chimique au cours de la phase de durcissement de la pâte de ciment. Nous avons utilisé un produit "X" qui se transforme en produit "Y" dans un milieu liquide par réaction chimique. En fonction du schéma adopté de localisation et de la quantité de l'agent dans le mortier de ciment, on obtient une pâte de ciment durcie aux propriétés ( résistance et filtration) voulues. La coupe géologique d'un forage profond est caractérisée par une augmentation de la pression et de la température avec la profondeur. Compte tenu de ces paramètres, la pâte de ciment durcie poreuse a été élaborée dans un autoclave de manière à imiter les conditions propres à une coupe géologique réelle. Ci-dessous, les résultats des essais en laboratoire avec la perméabilité aux gaz, à la porosité ouverte et à la résistance limite à la compres- sion opérés sur des échantillons de pâte de ciment durcie: A) Tous les échantillons ( groupes de I O pour chaque type de condi- tions) sont représentés par des résultats ramenés à la moyenne et divisés en 5 groupes: 0,1/20; 5/30; 10/50; 20/70; 30/85 (MPa/ C). La part. de l'adjuvant, en pourcentage, dans le volume de l'échantillon constitue respectivement: 0,01-0,02; 0,08-0,1; 0,2-0,3; 0,4-0,6; 0,6-0,8. (%) B) La résistance limite à la compression en MPa varie ainsi: 2,1-1,8; 3,1-3,4; 5,0-5,7; 4,1-4,8; 2,1-2,4. Il est possible de constater qu'indépendamment à l'augmentation de l'agent chimique et respectivement de la valeur de la porosité ouverte dans les échantillons, la résistance limite à la compression relevée avec l'augmentation de la pression de fabrication depuis la valeur normale, en milieu ouvert et jusqu'à 10 MPa et ensuite à 50 C, augmente quasiment de 3 fois (5,5-5,7) MPa. En portant la pression à 20; 30 MPa, on constate une diminution de la résistance limite, respectivement à 4,1-4,8 et 2,1-2, 8 MPa. Ce phénomène serait probablement dû à des phénomènes de porosité secondaire et à des micro fissures apparaissant lors de la confection de la pâte de ciment sous pression. Les résultats de l'étude de la porosité ouverte des échantillons le confirment. C) La valeur de la porosité ouverte, suivant les conditions d'élaboration de la pâte de ciment, varie ainsi: 40,5; 43,0; 41,0; 42,0; 43,0 (%). On constate que pour les conditions de fabrication de la structure de 2867466 -2- ciment poreux fixées à 30 MPa et 85 C, lorsque la résistance limite des échantillons descend à des valeurs moyennes de 2,1-2,4 MPa, la valeur maximale de la porosité ouverte, pour chacune des séries d'expérimen- 45 tations, est de 43,0 %. D) La perméabilité aux gaz pour le Ile groupe d'échantillons est de 3,5-7, 0 x 10-15m2, et suivant les conditions d'élaboration, diminue par la suite jusqu'aux valeurs suivantes: 4,5-11,5 à 12,5-13,01 et jusqu'à 6,5- 12,5 (x 10-15m2) Conclusions: 1) Le fait d'ajouter un agent chimique dans le mortier de ciment permet indépendammant des paramètres de pression, selon une variation de 0,1 à 30 MPa, d'obtenir une structure poreuse stable de la pâte de ciment durcie aux propriétés de filtration etde résistance voulues. 2) La quantité et la taille du grain, la température et la durée de la réaction, cette dernière étant limitée par le temps de durcissement du ciment, sont les facteurs de réducton de la valeur de la porosité ouverte. 3) Le facteur pression contribue au renforcement du squelette de la structure de ciment ainsi qu'à valeurs critiques, à la constitution de la porosité 60 secondaire micro-fissurée. -1-REVENDICATIONS 1) Procédé de fabrication de la pâte de ciment utilisée dans les forages profonds, lors des travaux hydrogéologiques et des travaux d'extraction de pétrole et de gaz, dans des conditions de pressions et de températures élevées 2) Procédé caractérisé en ce qu'un agent chimique ajouté au mortier de ciment qui, par réaction chimique dans un milieu fluide - voir la revendication n 1- se transformant confère à la pâte de ciment, en expansion en se solidifiant, des propriétés de résistance et de filtration voulue. 3) Procédé selon la revendication n 2 et caractérisé en ce que la pâte de ciment durcie, élaborée dans un autoclave et créant ainsi des conditions caractéristiques propres à une coupe géologique réelle, présente une structure poreuse stable aux propriétés souhaitées ( résistance et filtration). 4) Pour la réalisation optimale de cette structure - voir les revendications n 2 - 3 - les paramètres de pression en valeurs de 0,1 à 30 MPa sont à appliquer - voir les résultats décrits dans la description concernant cette valeur, à savoir: - la température - la résistance Iimite à la compression - la valeur de la porosité ouverte - La quantité et la taille du grain, la température et la durée de la réaction ( celle-ci étant limitée par le temps 20 de durcissement du ciment) sont les facteurs de réduction de la valeur de la porosité ouverte. - la perméabilité aux gaz - facteur pression contribuant aussi au renforcement du squelette de la structure de ciment, de même aux valeurs critiques et à la constitution de la 25 porosité secondaire micro-fissurée.