CA2089340A1 - Compositions a base de scleroglucane et leur utilisation comme tampon de cimentation - Google Patents
Compositions a base de scleroglucane et leur utilisation comme tampon de cimentationInfo
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Abstract
18 UTILISATION DU SCLEROGLUCANE SEUL OU DES MELANGES DE SCLEROGLUCANE AVEC UN POLYALCOOL OU UN DIALDEHYDE COMME TAMPONS DE CIMENTATION AU COURS DES OPERATIONS DE FORAGE PETROLIER.
Description
2~8~3~
SOCIETE NATIONALE ELF AQUITAINE
COMPOSITION UTILISABLE COMME LAITIER DE CIMENTATIOON
~ENFERMANT DU SCLEROGLUCANE
. .
La présente invention concerne des compositions aqueuses à base de scléroglucane utilisables comme tampon de cimentation ou spacer dans le domaine du traitement des puits d'hydrocarbures.
Lors du forage de puits pétroliers, une suspension visqueuse, appelée boue, est injectée en permanence dans la formation. Les fonctions de cette boue sont multiples. Elle doit refroidir et lubrifier l'outil de forage, remonter à la surface des débris arrachés aux formations et également équilibrer la pression des pores des formations et ainsi éviter l'invasion du puits par les fluides de forage. On utilise des boues à l'eau ou à l'huile dont la densité doit être suffisamment élevée pour remplir ces rôles.
Au moment de la mise en place des tubes qui doivent cuveler le puits, on doit placer entre ces tubes et la paroi du puits du ciment afin de réaliser l'étanchéité de cet espace annulaire et ancrer les tubes. Les tubes sont vissés les uns aux autres et descendus dans le puits. Un mélange ciment-eau appelé laitier de ciment, ayant un volume correspondant à tout ou partie de l'espace annulaire compris entre la parois et 1~ puits est envoyé dans les tubes et refoulé à l'aide de pompes dans l'espace annulaire ou on le laisse prendre prise.
Pour assurer une bonne adhe-~ion au ciment, l'espace annulaire doit être debarrassé d'abord des débris de la formation suspendus dans la boue. Dans le cas de l'utilisation d'une boue à llhuile il est nécessaire d'éliminer la pellicule d'huile déposée sur les parois et qui emp~cherait l'adhésion du ciment.
Par ailleurs, dans la plupart des cas, la boue et le ciment renferment des constitua~t incompatibles.
2 ~
En industrie pétrolière, ces difficultes sont r~solues par l'utilisation d'un fluide, appelé tampon de cimentation ou spacer placé entre la boue et le ciment.
Ce tampon doit bien évidemment être compatible avec la boue d'une part et le ciment d'autre part. Sa densite doit être intermediaire entre celle de la boue et celle du laitier de ciment pour eviter que la boue et le ciment ne viennent en contact, assurer le bon déplacement de la boue et être facilement déplaçable par le laitier de ciment. La - 10 densité doit être suffisante pour maintenir la pression des fluides de la formation. La rhéologie doit être adaptée au mode de déplacement choisi ~ savoir le régime laminaire ou le r~gime turbulent.
Un tampon de cimentation est usuellement constitué
de plusieurs additifs ajoutés à un fluide de base qui peut être l'eau ou une huile, à savoir un viscosifiant qui lui confère ses caracteristiques rhéologiques de base, un alourdiss~nt pour obtenir la densite requise, un réducteur de filtrat pour eviter l'invasion du puits par le fluide de base du tampon et un détergent qui assure le nettoyage des tubes et des parois des formations géologiques traversées par le forage.
Le viscosifiant le plus généralement utilisé est l'hydroxyéthylcellulose (HEC). Le brevet européen EP-B-0049191 decrit la préparation de fluides visqueux pour desopérations de forage pétrolier, à partir de HEC dont la dispersion en milieu aqueux est facilitée par l'addition d'un alcool polyfonctionnel.
Cependant l'hydroxyéthylcellulose présente un sérieux inconvénient. La viscosité de ses solutions chute très brutalement avec l'augmentation de la température.
Ainsi pour une utilisation lQrs de forage de puits profonds et chauds, il est necessaire d'augmenter considerablement la concentration de l'hydroxyéthylcellulose dans la composition. Ces solutions très concentrées sont difficilement pompables à la tempèrature ambiante lors de leur pr~paration. L'utilisation de grandes quantites de viscosifiant nuit également à l'économie du procédé.
.. ~ . . _.. .. - -.
2~3~0 La demande de brevet européen EP-A-207536 décrit l'utilisation de biopolymères comme le scléroglucane ou le xanthane pour viscosifier des tampons de cimentation. Selon cette citation, le tampon de cimentation est composé d'un ~iopolymère, d'un agent alourdissant, d'un produit pour le contrôle de filtrat et d'un dispersant en milieu aqueux.
Nous avons trouvé maintenant qu'il était possible de réaliser des tampons de cimentation constitués essentiellement d'une dispersion de scléroglucane dans l'eau. ~'utilisation de scléroglucane permet de diminuer la concentration des autres constituants ou mêmes les supprimer, surtout si le scléroglucane utilisé est non-raffiné c'est-a-dire qu'il contient tout ou partie du mycélium l'ayant produit. D'autres avantages des tampons de lS cimentation renfermant du scléroglucane et surtout du scléroglucane non-ra~finé vont paraître au cours de la description.
L'invention a donc pour objet une composition utilisable comme tampon de cimentation au cours des opêrations de forage pétrolier caractérisé en ce qu'elle est essentiellement constituée de scléroglucane et d'eau.
Les scléroglucanes qui entrent dans la composition des tampons de cimentation selon l'invention sont des homopolysaccharides hydrosolubles non-ioniques de poids 25 moléculaires dépassant 500000. Les molécules sont constituées d'une chaine linéaire principale formée de motifs D-glucose liés par des liaisons bêta-1,3, et dont un sur trois est lie à un motif D-glucose latéral par une liaison bêta-1,6.
Ces polysaccharides sont obtenus par fermentation d'un milieu à base de sucre et de sels minéraux sous l'action d'un micro-organisme de type sclérotium. Une description plus complete des scléroglucanes et de leur préparation peut être trouvée dans la citation US 3301848.
Comme source de scléroglucane pour la préparation des compositions selon l'invention, on peut faire appel au scléroglucane isolé du milieu de fermentation se présentant ~8~3~
sous forme de poudre ou bien d'une solution concentrée dans un solvant aqueux hydroalcoolique.
Préferentiellement le scléroglucane entrant dans la composition est non-raffiné, c'est-à-dire qu'il contient tout ou partie du mycelium du champignon producteur.
Avantageusement, le scleroglucane utilisé contiendra plus de 15% en poids de mycelium l'ayant produit.
La présence de mycelium assure une plus grande viscosité à quantité égale de matière active. Le mycelium contribue d'autre part largement au contrôle de filtrat. En tapissant les parois de la formation il évite l'invasion du puits par le fluide de base du tampon. L'emploi d'un additif romme réducteur de filtrat est en général superflu.
Le tampon de cimentation est prépare en mélangeant, sous agitation, et à la température am~iante le scleroglucane à l'eau. La concentration en scléroglu~ane est fonction de la viscosite recherchée. La composition renferme en général lg/l à 20g/1 et de préférence 2g/1 à 6g/1 de scléroglucane. Ces chiffres ne tiennent pas compte du mycélium qui peut accompagner la matière active.
La dispersion de la poudre de scleroglucane peut être facilitée et la formation de grumeaux évitée en utilisant un scleroglucane modifié par un polyalcool ou un dialdéhyde.
En cas de modification par un polyalcool on prépare un mélange de polyalcool et de scléroglucane, ce dernier se présentant sous forme de poudre ou bien d'une solution aqueuse concentrée dans un solvant aqueux ou hydroalcoolique. Lorsque le scleroglucane est utilisé sous 3Q forme de poudre et le polyalcool est egalement solide, comme par exemple dans le cas du pentaerythritol, on doit en outre utiliser une faible quantité d'eau, de manière à ce que le mélange obtenu se présente sous forme d'une pâte homogène.
Le rapport pondéral entre llalcool et le scléroglucane doit être supérieur ` 1. En genéral de bons résultats sont obtenus lors que ce rapport est supérieur
SOCIETE NATIONALE ELF AQUITAINE
COMPOSITION UTILISABLE COMME LAITIER DE CIMENTATIOON
~ENFERMANT DU SCLEROGLUCANE
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La présente invention concerne des compositions aqueuses à base de scléroglucane utilisables comme tampon de cimentation ou spacer dans le domaine du traitement des puits d'hydrocarbures.
Lors du forage de puits pétroliers, une suspension visqueuse, appelée boue, est injectée en permanence dans la formation. Les fonctions de cette boue sont multiples. Elle doit refroidir et lubrifier l'outil de forage, remonter à la surface des débris arrachés aux formations et également équilibrer la pression des pores des formations et ainsi éviter l'invasion du puits par les fluides de forage. On utilise des boues à l'eau ou à l'huile dont la densité doit être suffisamment élevée pour remplir ces rôles.
Au moment de la mise en place des tubes qui doivent cuveler le puits, on doit placer entre ces tubes et la paroi du puits du ciment afin de réaliser l'étanchéité de cet espace annulaire et ancrer les tubes. Les tubes sont vissés les uns aux autres et descendus dans le puits. Un mélange ciment-eau appelé laitier de ciment, ayant un volume correspondant à tout ou partie de l'espace annulaire compris entre la parois et 1~ puits est envoyé dans les tubes et refoulé à l'aide de pompes dans l'espace annulaire ou on le laisse prendre prise.
Pour assurer une bonne adhe-~ion au ciment, l'espace annulaire doit être debarrassé d'abord des débris de la formation suspendus dans la boue. Dans le cas de l'utilisation d'une boue à llhuile il est nécessaire d'éliminer la pellicule d'huile déposée sur les parois et qui emp~cherait l'adhésion du ciment.
Par ailleurs, dans la plupart des cas, la boue et le ciment renferment des constitua~t incompatibles.
2 ~
En industrie pétrolière, ces difficultes sont r~solues par l'utilisation d'un fluide, appelé tampon de cimentation ou spacer placé entre la boue et le ciment.
Ce tampon doit bien évidemment être compatible avec la boue d'une part et le ciment d'autre part. Sa densite doit être intermediaire entre celle de la boue et celle du laitier de ciment pour eviter que la boue et le ciment ne viennent en contact, assurer le bon déplacement de la boue et être facilement déplaçable par le laitier de ciment. La - 10 densité doit être suffisante pour maintenir la pression des fluides de la formation. La rhéologie doit être adaptée au mode de déplacement choisi ~ savoir le régime laminaire ou le r~gime turbulent.
Un tampon de cimentation est usuellement constitué
de plusieurs additifs ajoutés à un fluide de base qui peut être l'eau ou une huile, à savoir un viscosifiant qui lui confère ses caracteristiques rhéologiques de base, un alourdiss~nt pour obtenir la densite requise, un réducteur de filtrat pour eviter l'invasion du puits par le fluide de base du tampon et un détergent qui assure le nettoyage des tubes et des parois des formations géologiques traversées par le forage.
Le viscosifiant le plus généralement utilisé est l'hydroxyéthylcellulose (HEC). Le brevet européen EP-B-0049191 decrit la préparation de fluides visqueux pour desopérations de forage pétrolier, à partir de HEC dont la dispersion en milieu aqueux est facilitée par l'addition d'un alcool polyfonctionnel.
Cependant l'hydroxyéthylcellulose présente un sérieux inconvénient. La viscosité de ses solutions chute très brutalement avec l'augmentation de la température.
Ainsi pour une utilisation lQrs de forage de puits profonds et chauds, il est necessaire d'augmenter considerablement la concentration de l'hydroxyéthylcellulose dans la composition. Ces solutions très concentrées sont difficilement pompables à la tempèrature ambiante lors de leur pr~paration. L'utilisation de grandes quantites de viscosifiant nuit également à l'économie du procédé.
.. ~ . . _.. .. - -.
2~3~0 La demande de brevet européen EP-A-207536 décrit l'utilisation de biopolymères comme le scléroglucane ou le xanthane pour viscosifier des tampons de cimentation. Selon cette citation, le tampon de cimentation est composé d'un ~iopolymère, d'un agent alourdissant, d'un produit pour le contrôle de filtrat et d'un dispersant en milieu aqueux.
Nous avons trouvé maintenant qu'il était possible de réaliser des tampons de cimentation constitués essentiellement d'une dispersion de scléroglucane dans l'eau. ~'utilisation de scléroglucane permet de diminuer la concentration des autres constituants ou mêmes les supprimer, surtout si le scléroglucane utilisé est non-raffiné c'est-a-dire qu'il contient tout ou partie du mycélium l'ayant produit. D'autres avantages des tampons de lS cimentation renfermant du scléroglucane et surtout du scléroglucane non-ra~finé vont paraître au cours de la description.
L'invention a donc pour objet une composition utilisable comme tampon de cimentation au cours des opêrations de forage pétrolier caractérisé en ce qu'elle est essentiellement constituée de scléroglucane et d'eau.
Les scléroglucanes qui entrent dans la composition des tampons de cimentation selon l'invention sont des homopolysaccharides hydrosolubles non-ioniques de poids 25 moléculaires dépassant 500000. Les molécules sont constituées d'une chaine linéaire principale formée de motifs D-glucose liés par des liaisons bêta-1,3, et dont un sur trois est lie à un motif D-glucose latéral par une liaison bêta-1,6.
Ces polysaccharides sont obtenus par fermentation d'un milieu à base de sucre et de sels minéraux sous l'action d'un micro-organisme de type sclérotium. Une description plus complete des scléroglucanes et de leur préparation peut être trouvée dans la citation US 3301848.
Comme source de scléroglucane pour la préparation des compositions selon l'invention, on peut faire appel au scléroglucane isolé du milieu de fermentation se présentant ~8~3~
sous forme de poudre ou bien d'une solution concentrée dans un solvant aqueux hydroalcoolique.
Préferentiellement le scléroglucane entrant dans la composition est non-raffiné, c'est-à-dire qu'il contient tout ou partie du mycelium du champignon producteur.
Avantageusement, le scleroglucane utilisé contiendra plus de 15% en poids de mycelium l'ayant produit.
La présence de mycelium assure une plus grande viscosité à quantité égale de matière active. Le mycelium contribue d'autre part largement au contrôle de filtrat. En tapissant les parois de la formation il évite l'invasion du puits par le fluide de base du tampon. L'emploi d'un additif romme réducteur de filtrat est en général superflu.
Le tampon de cimentation est prépare en mélangeant, sous agitation, et à la température am~iante le scleroglucane à l'eau. La concentration en scléroglu~ane est fonction de la viscosite recherchée. La composition renferme en général lg/l à 20g/1 et de préférence 2g/1 à 6g/1 de scléroglucane. Ces chiffres ne tiennent pas compte du mycélium qui peut accompagner la matière active.
La dispersion de la poudre de scleroglucane peut être facilitée et la formation de grumeaux évitée en utilisant un scleroglucane modifié par un polyalcool ou un dialdéhyde.
En cas de modification par un polyalcool on prépare un mélange de polyalcool et de scléroglucane, ce dernier se présentant sous forme de poudre ou bien d'une solution aqueuse concentrée dans un solvant aqueux ou hydroalcoolique. Lorsque le scleroglucane est utilisé sous 3Q forme de poudre et le polyalcool est egalement solide, comme par exemple dans le cas du pentaerythritol, on doit en outre utiliser une faible quantité d'eau, de manière à ce que le mélange obtenu se présente sous forme d'une pâte homogène.
Le rapport pondéral entre llalcool et le scléroglucane doit être supérieur ` 1. En genéral de bons résultats sont obtenus lors que ce rapport est supérieur
3.
21~3 ~ f~
La pâte est géneralement composée de 10 ~ 30% poids, de preférence 10 à 20% poids de scléroglucane, de 70 ~ 90%
poids de polyalcool et de 0 a 10% d'eau.
Les alcools utilises pour modifier le scléroglucane sont :
- d'une part, les alcools dont le nombre d'atomes de carbone est compris entre 2 et 6, et dont le nombre de groupes hydroxyles est aussi compris entre 2 et 6, parmi lesquels ont peut citer l'éthyl~ne glycol, le propylène glycol, la glycérine, l'hexyléne glycol, le néopentylglycol, le penta~rythritol, le sorbitol, le diéthylène glycol, le dipropylène glycol ;
- d'autre part, les alcools contenant un atome d'azote, dont le nombre d'atomes de carbone est compris entre 2 et 9, et dont le nombre de groupes hydroxyles est compris entre 1 et 3, tels que les éthanolamines, les propanolamines, les isopropanolamines.
Ces alcools peuvent aussi être utilisés sous forme de l'un de leur monoether dont le nombre de carbone de la chaine alkyle du monoether est compris entre 1 et 4, tels que le méthylglycol, 1'éthylglycol, le propylglycol, le butylglycol, le méthoxy-l-propanol-2, le méthoxy-2 propanol-l.
En cas de modification du scléroglucane par un dialdéhyde, telle que décrite da~s le brevet franSais 2633940 on mélange le scléroglucane sous forme de poudre, de solution ou de suspension avec 0,5 a 10~ poids de dialdéhyde. Le scleroglucane utilisé sous forme de poudre reste sous cette forme même apres le traitement, ce qui facilite grandement son transport et son stockage.
Parmi les dialdéhydes on utilise de préférence le glyoxal.
La dispersion de ces poudres est rapide et sans formation de grumeaux. Elle s'effectue quelle que soit la teneur en sels de l'eau utilisée. Avec le matériel de dispersion couramment disponible sur les sites de forage, le developpement de viscosité est pratiquement instantané dans 6 2~3 1&
les fluides basiques. Il reste le plus souvent inférieur ou égal à 30 minutes dans les autres.
L'eau entrant dans la composition du tampon de cimentation peut être de l'eau douce, de l'eau de mer, ou une saumure. La saumure peut renfermer des ions alcalins ou alcalino-terreux, comme le sodium, le potassium ou le calcium. La viscosité de la composition n'est pas affectee par ces ions, même à concentration élevée. Ainsi la qualité
de l'eau utilisée n'affecte pas la viscosité de la composition. Elle est ~galement insensible à la présence d'ions dans la formation.
Il peut être nécessaire d'ajouter à la composition un alourdissant comme le sulfate de baryum. Pour maintenir en suspension l'alourdissant, il est nécessaire de viscosifier les tampons de cimentation à base d'HEC à la bentonite. Les compositions aqueuses de scleroglucane ont le comportement d'un fluide à seuil. La viscosité de la composition est maintenue jusqu'aux très faibles taux de cisaillement. Ainsi le sulfate de ba~yum reste en suspension dans la composition même a l'arrêt. Il est donc possible de préparer ces compositions à l'avance et de les stocker jusqu'à l'utilisation, sans sédimentation.
Si les compositions sont utilisées lors d'un forage à boue à l'huile, on ajoutera avantageusement a la composition un tensioactif. Ce tensioactif stabilise la rhéologie du m~lange tampon de cimentation-boue à l'huile formé à l'interface et surtout assure un bon nettoyage des parois du puits.
Le scléroglucane est compatible avec les tensioactifs usuels. La viscosité de la composition n'est pas affectée par la présence du tensioactif.
La composition selon l'invention a des caractèristiques rhéologiques très bien adaptées à
l'utilisation comme tampon de cimentation. Elle associe un comportement pseudoplastique très marqué et un seuil d'écoulement remarquablement élevé. En assurant une basse rhéologie aux forts cisaillements, elle facilite le pompage et le placement du fluide dans le puits. Cette faible 7 2~3~
rheologie n'entrafne pas la sédimentation de l'alourdissant grâce au seuil d'écoulement élevé du produit. Les caracteristiques rhéologiques de la composition garantissent également un excellent deplacement des boues de forage et une parfaite isolation du bouchon de ciment.
La viscosité des compositions selon l'invention est très peu affectée par la température; elle est pratiquement constante jusqu'à 130-C. Ainsi les caractéristiques rheologiques mesurées en surface sont représentatives de celles obtenues en fond de puits. Comparée à l'HEC dont la chute de viscosité à température élevée doit être compensée par une viscosité très élevée en surface, l'utilisation des compositions selon l'invention réduit les pertes de charge pour une même rhéologie au fond. Elle évite également la surconsommation du viscosifiant, nécessaire dans le cas d'~EC pour compenser la dégradation due à la temp~rature.
Les compositions selon l'invention sont parfaitement compatibles avec les deux fluides avec lesquels elles entrent en contact lors de leur utilisation, la boue de forage et le laitier de ciment. L'utilisation des compositions selon l'invention comme tampon de cimentation permet une bonne cimentation des puits et une bonne adhésion du ciment aux parois.
Gr~ce ~ leur comportement rhéologique particulier, leur bonne stabilité thermiqus et leur compatibilité avec divers contaminants, les compositions selon l'invention conviennent également à d'autres types de fluides utilisés lors des forages pétroliers, comme les fluides de test, les fluides de fracturation, les fluides de complétion ou les fluides de post-cimentation.
L'invention est illustrée par les exemples suivants donnés à titre non limitatifO
Le scleroglucane utilisé est fabriqué par SANOFI BIO
INDUSTRIES (France~ à partir d'une souche Sclérotuum Rolsfii. Deux qualités de scléroglucane sont disponibles:
une qualité raffinée contenant moins de 10% de mycélium, commercialisée sous le nom d'ACTIGUM CSII et une ~ualité non raffinée comprenant de l'ordre de 25% de résidus de - ,, . , . . . . ~ -2~8~3~ 1~
mycelium, commercialisee sous le nom d'ACTIGUM CS6. Tous les essais qui suivent ont été effectués avec de l'ACTIGUM CS6, soit non traité, soit traité au polyalcool, soit traité au glyoxal. L'ACTIGUM CS6 traité au glyoxal est commercialisé
par SANOFI BIO INDUSTRIES sous le nom d'ACTIGUM CS6SR.
L'hydroxyéthylcellulose utilisée est commercialisee par HERCULES, sous le nom de NATROSOL 250 HHR-P.
Dispersion du scleroqlucane On a comparé la dispersion de l'ACTIGUM CS6SR et de l'ACTIGUM CS6. Dans une eau douce à 20~C dont le pH a éte préalablement porté à 9,5 par addition de soude, on ajoute de l'ACTIGUM CS6SR sous très faible agitation (moteur IKA DW
20 DZM, équipé d'une pale T3/B, fonctionnant à 600t/mn). On constate une dispersion immédiate de la poudre sans aucune formation de grumeaux. Le développement complet de la iO viscosité du polymère est rapide La même opération est reproduite dans une eau dont le pH n'a pas été modifié. La dispersion de l'ACTIGUM CS6SR est également excellente. On constate simplement un développement plus lent de la viscosité.
Dans une eau douce à 20C dont le pH a été
préalablement porté à 9,5 par addition de soude, on ajoute de l'ACTIGUM CS6 dans les mêmes conditions d'agitation que précédemment. on constate une abondante formation de grumeaux. La mise en oeuvre d'un mélangeur Hamilton Beach est nécessaire pour obtenir une parfaite dispersion de l'ACTIGUM CS6.
Le tableau I permet de comparer les developpements de viscosité obtenus en fonction du temps au cours des trois essais précèdents. La concentration est de 5g/1 de scléroglucane. Les mesures rhéhologiques sont effectuees au moyen d'un visco~imètre Brookfield LVT muni d'un adaptateur UL fonctionnant à 30t/mn. On constate que l'ACTIGUM CS6SR
est bien adaptee à la préparation de tampons de cimentation qui sont le plus souvent basiques.
On a comparé également la dispersion de l'ACTIGUM
CS6 modifie au polyalcool et de l'ACTIGUM CS6. L'ACTIGUM CS6 modifié au polyalcool se présente sous la forme d'une pâte homogène. Le produit utilisé dans cet exemple est constitue de 15% d'ACTIGUM CS6, 10% d'eau et de 75% de propylèneglycol.
2 ~ A ~,~
Dans une eau douce ~ 20 C, on ajoute de l'ACTIGUM CS6 modifié au polyalcool 50us agitation (moteur IKA DW 20 DZM
équipe d'une p~le T3/B). La suspension est agitée a la vitesse de 600 t~mn durant 15 mn puis 2000t/mn durant les cinq suivantes. On reproduit la même opération avec l'ACTIGUM CS6. on constate une abondante formation de grumeaux.
Le tableau 2 permet de comparer les développements de viscosité obtenus en fonction du temps au cours des deux essais précédents. La concentration est de 5g~1 de scléroglucane. Les mesures rhéologiques sont effectuées au moyen d'un viscosimètre Brookfield LVT muni d'un adaptateur UL fonctionnant a 30 t/mn. On constate que la modification de l'ACTIGUM CS6 par le propylèneglycol améliore considérablement la dispersion du polymère.
_ ~ TABLEAU I
Temps mn . 5 1015 20 30 60 _ .. _ ..
ACTIGUM CS6SR lo 120 150 170 185 235 ._ _ . .,, _ . __ _ I ACTICDM CS6 15 50 115 ~ 175 230 Développement de viscosité (mPa.s) avec le temps de deu~
dispersions d'ACTIGUM CS6SR et d'une dispersion dlACTIGUM
CS6 (concentration : 5g/1).
Temps mn 1 2 3 I10 15 ¦20 . . ... __ _ .~ _ modifié
.__ . _ .~
_ _ _ ._ .
Développement de viscosité (mPa S) av c le temps d'une dispersion d'ACTIGUM CS6 modifié au propylèneglycol et d'une dispersion d'ACTIGUM CS6 (concentration : 4g/1).
:~
2 ~ 8 .~ ~ 4 !) Compatibilité du sc~l~ro~lucane avec les electrolytes On a comparé les viscosités développées par l'ACTIGUM CS6 SR dans des eaux différemment chargées en electrolytes. Les suspensions ont été préparées selon la méthode décrite dans l'exemple 1 et comparées dans les mêmes conditions. Les mesures rhéologiques sont effectuées à 20 C
au moyen d'un rhéomètre FANN 35.
Le tableau 3 permet de comparer les lectures FANN
des diffèrentes suspensions pour une meme concentration de l'agent viscosifiant (6g~1). On constate une excellente tenue rheologique. Par rapport à l'eau douce, les différents électrolytes utilises sont pratiquement sans influence sur la viscosité développée par le scléroglucane.
Mesure6 Eau Eau NaCl NaCl KCl FANN douce de me~ 60g/1 120g/1 60g/1 120g/1 5g/1 600t/mr 26 27 28 28 24 24 25 300t/mr 20 21 21 21 20 19 19 200t/mr 18 19 18 18 17 17 17 100t/m~ 15 16 15 15 15 14 14 60t/mn 14 14 14 14 14 13 13 30t/mn 13 13 12 12 12 12 j 11 Compatibilité de l'ACTIGUM CS6SR c Lvec le~ ; élect; -olytes (concentration : 6 g/l) Exemple 3 Pouvoir de_suspension du scléroglucane On a préparé selon la méthode décrite dans l'exemple 1 deux suspensions d'ACTIGUM CS6SR, l'une à la concentration de 2g/1, l'autre de 4g/1. Les deux suspensions sont préparees dans de l'eau douce dont le pH a été préalablement porté à g,5 par ajout de soude. Les densites de ces deux suspensions sont ensuite ajustees à 1,7 par addition de sulfate de baryum. Le tableau 4 décrit les caractéristiques rheologiques à 20-C des deux fluides obtenus, mesurées au moyen d'un rhéomètre FANN 35. Après 24 heures au repos et en l'absence de toute agitation, on ne constate aucune - . ..... ........ . . .
12 2 ~
sedimentation de la sulfate d~ baryum. Le scléroglucane procure donc aux spaceurs de cimentation un excellent pou~oir de suspension. Comme on a constaté également l'absence de gel, un arrêt de circulation prolongé pendant la cimentation ne s'opposera pas à la remise en circulation du spaceur.
Mesures FANN Concentration en scléroglucane 2g/1 4g/1 ._ _ _ _ _ . .__ 600 ~/mn 35 50 300 t/mn 2Z 33 200 t/mn 16 27 100 t/mn 10 20 60 t/mn 8 18 30 t/mn 6 15 6 t/mn 4 11 3 t/mn 10 ._ Caractéristiques rhéologiques à 20~C de deux suspensions d'ACTIGUM CS6SR et de sulfate de baryum à la densité de 1,7.
On a compare également les pouvoirs de suspension de l'ACTIGUM CS6SR et de l'hydroxyéthylcellulose.
L'hydroxyéthylcellulose est couram~ent utilisé pour le controle rhéologique des tampons de cimentation. On a préparé selon la méthode décrite dans l'exemple 1 une suspension d'ACTIGUM CS6SR à la concentration de 5g/1 dans une eau dont le p~ a ~t~ prèalablement porté à 9,5. On a préparé dans la meme eau une suspension d'hydroxyéthyl-cellulose a la concentration de 5g/1 en utilisant la méthode décrite dans l'exemple 1 pour la mise en suspension de l'ACTIGUM CS6 (mélangeur Hamilton Beach)~ Par addition de sulfate de baryum, on prépare a partir de chaque suspension, un fluide de densité 1,3 et un autre de densité 1,6. Les differents fluides sont ensuite maintenus à 90~C durant 16 heures en l'absence de toute agitation.
13 2 ~
La figure 1 permet de comparer le taux de suspension enregistre dans les quatre fluides. Il apparaît que le sulfate de baryum a totalement sédimenté dans les deux suspensions d'hydroxyéthylcellulose. Par contre des suspensions de scléroglucane n'ont pas sédimentés. Il est ainsi démontré que le scléroglucane conserve son pouvoir de suspension en température.
Exemple 4 Compatibilité du scléroglucane et des tensio-actifs On a prépare selon la méthode décrite dans l'exemple 1 une suspension d'ACTIGUM CS6SR a la concentration de 3g/1 dans une eau douce dont le pH a été préalablement porte a 9,5 par ajout de soude. La densité de cette suspension est ajustée à 1,70 par addition de baryte. On incorpore ensuite à ce fluide 3% en volume du detergent D607 de la société
Dowell-Shlumberger. Le detergent D 607 est couramment utilisé dans les tampons de cimentation. Il assure le nettoyage de l'espace à cimenter, notamment lors des forages effectués avec des boues à l'huile. Après un stockage de deux heures en l'absence de toute agitation, on n'observe aucune sédimentation de la baryte. Ce résultat démontre la bonne compatibilite du scléroglucane et du detergent D 607 ~ui peut ~tre incorporé sans risque dans un tampon au scléroglucane.
Comportement rhéoloqique du scléroglucane On compare le comportement rhéologique de deux suspensions d'ACTIGUM CS6SR et d'une suspension d'hydroxyéthylcellulose. Les deux suspensions de scléroglucane sont préparées selon la méthode décrite dans l'exemple 1, l'une à la concentration de 4g/1, l'autre à la concentration de 6g/1 et dans une eau douce dont le pH a été
préalablement porté a 9,5. On a préparé dans la même eau une suspension d'hydroxyéthylcellulose à la concentration de 5g/1 en utilisant la méthode décrite dans l'exemple 1 pour la mise en suspension de l'ACTIGUM CS6 (mélangeur Hamilton Beach).
2 ~ f'J
Les mesures rheologiques sont effectuées à 20C au moyen d'un rheomètre Carri-Med (viscosimètre à contrainte imposée).
La figure 2 permet de comparer les comportements rhéologiques des trois suspensions. On constate que les suspensions de scléroglucane possèdent, au contraire de l'hydroxyéthylcellulose, un comportement pseudoplastique très marqué, caracterisé par une contrainte réduite aux forts taux de cisaillement. Elles possèdent également un seuil d'écoulement remarquablement élevé qui est totalement absent dans le cas de l'hydroxyéthylcellulose. Ces deux propriétés sont particulièrement recherchées en forage-complétion.
Tenu_ en température du scléroqlucane On a comparé les viscosités développées par l'ACTIGUM CS6SR entre 25 et 140-C à celles developpées par 1'hydroxyéthylcellulose dans les mêmes conditions. La suspension d'ACTIGUM CS6SR est préparée selon la méthode décrite dans l'exemple 1 avec une eau douce dont le pH est ajusté à 9,5 par ajout de soude. On a préparé dans la même eau la suspension d'hydroxyéthylcellulose selon la méthode décrite dans l'exemple 1 pour la mise en suspension de l'ACTIGUM CS6 (mélangeur Hamilton Beach). Les caractéristiques respectives d'ACTIGUM CS6SR et d'hydroxy-éthylcellulose sont ajustees de telle manière que les viscosités des cleux suspensions soient identiques à 25~C et de l'ordre de celles appliquées dans les tampons de cimentation (8g/1 pour la suspension d'ACTIGUM CS6SR et 4g/1 pour la suspension d'hydroxyéthylcellulose). Les deux suspensions sont comparées dans les mêmes conditions. Les mesures rhéologiques sont effectuées au moyen d'un rhéomètre FANN 70 au taux de cisaillement de 340 s-l.
Le tableau 5 permet de comparer les lectures FANN
des deux suspensions entre 25 et 140DC. On constate une très forte chute de rhéologie avec la température pour la suspension d'hydroxyéthylcellulose alors que la suspension -- --2~3/~
de scleroglucane manifeste une excellente stabilité de sa rhéologie jusqu'à 130-C.
Cette propriété est particulièrement recherchée en forage-complétion car elle assure la maîtrise de la rheologie du tampon de cimentation durant la circulation et en fond de puits.
Suspension ACTIGUMHydroxyéthyl-CS6SR cellulose __ _ Température ~C Viscosit mPa.s -_ _ _. _ _ 46,5 6 120 46,5 3 130 43,5 3 140 4,5 3 . _ _ .__ .. . _ Tenue en température d'une suspension d ACTIGUM CS6SR (8g/1 et d'une suspension d'hydroxyéthylcellulose (4g/1~.
Com atibil~té du ecl~rccL__ane avec les laitiers de ciment On a comparé les viscosites développées par differents mélanges d'une suspension d'ACTIGUM CS6SR et d'un laitier de ciment. La suspension d'ACTIGUM CS6SR est préparée dans une eau douce dont le p~ a été ajusté à 9,5 par ajout de soude selon la méthode décrite dans l'exemple 1, avec une concentration de 3g/1. La suspension d'ACTIGUM
CS6SR est mélangée en proportions variables a un laitier de ciment de densité d=1,9.
16 20~
Les differents fluides sont compares dans les memes conditions. Les mesures rh~ologiques sont effectuées ~ 20-C
au moyen d'un rhéomètre FANN 35.
Le tableau 6 permet de comparer les lectures FANN
des differents mélan~es laitier de ciment-suspension de scléroglucane. On constate une excellente compatibilité des composants des deux suspensions. Toutes les rhéologies des melanges sont intermédiaires entre celle de la suspensions d'ACTIGUM CS6SR et celle du laitier de ciment.
TABL. ~AU 6 Mesures A A/B A/a A/B B
FANN _ __75/25 50/50 25/75 _____~
600 t/mn 14 24 21 41 183 300 t/mn 9 12 11 23 103 15200 t/mn 7 9 8 15 80 100 t/mn 5 6 6 13 55 60 t/mn 4 4 6 10 44 30 t/mn 4 3 5 9 39 6 t/mn 3 3 4 6 19 Z03 t/mn _ _ I 6 13 Compatibilité d'une suspension d'ACTIGUM CS6SR à la concentration de 3g/1 (A) et d'un laitier de ciment de densite d=1,9 (B) .
.
21~3 ~ f~
La pâte est géneralement composée de 10 ~ 30% poids, de preférence 10 à 20% poids de scléroglucane, de 70 ~ 90%
poids de polyalcool et de 0 a 10% d'eau.
Les alcools utilises pour modifier le scléroglucane sont :
- d'une part, les alcools dont le nombre d'atomes de carbone est compris entre 2 et 6, et dont le nombre de groupes hydroxyles est aussi compris entre 2 et 6, parmi lesquels ont peut citer l'éthyl~ne glycol, le propylène glycol, la glycérine, l'hexyléne glycol, le néopentylglycol, le penta~rythritol, le sorbitol, le diéthylène glycol, le dipropylène glycol ;
- d'autre part, les alcools contenant un atome d'azote, dont le nombre d'atomes de carbone est compris entre 2 et 9, et dont le nombre de groupes hydroxyles est compris entre 1 et 3, tels que les éthanolamines, les propanolamines, les isopropanolamines.
Ces alcools peuvent aussi être utilisés sous forme de l'un de leur monoether dont le nombre de carbone de la chaine alkyle du monoether est compris entre 1 et 4, tels que le méthylglycol, 1'éthylglycol, le propylglycol, le butylglycol, le méthoxy-l-propanol-2, le méthoxy-2 propanol-l.
En cas de modification du scléroglucane par un dialdéhyde, telle que décrite da~s le brevet franSais 2633940 on mélange le scléroglucane sous forme de poudre, de solution ou de suspension avec 0,5 a 10~ poids de dialdéhyde. Le scleroglucane utilisé sous forme de poudre reste sous cette forme même apres le traitement, ce qui facilite grandement son transport et son stockage.
Parmi les dialdéhydes on utilise de préférence le glyoxal.
La dispersion de ces poudres est rapide et sans formation de grumeaux. Elle s'effectue quelle que soit la teneur en sels de l'eau utilisée. Avec le matériel de dispersion couramment disponible sur les sites de forage, le developpement de viscosité est pratiquement instantané dans 6 2~3 1&
les fluides basiques. Il reste le plus souvent inférieur ou égal à 30 minutes dans les autres.
L'eau entrant dans la composition du tampon de cimentation peut être de l'eau douce, de l'eau de mer, ou une saumure. La saumure peut renfermer des ions alcalins ou alcalino-terreux, comme le sodium, le potassium ou le calcium. La viscosité de la composition n'est pas affectee par ces ions, même à concentration élevée. Ainsi la qualité
de l'eau utilisée n'affecte pas la viscosité de la composition. Elle est ~galement insensible à la présence d'ions dans la formation.
Il peut être nécessaire d'ajouter à la composition un alourdissant comme le sulfate de baryum. Pour maintenir en suspension l'alourdissant, il est nécessaire de viscosifier les tampons de cimentation à base d'HEC à la bentonite. Les compositions aqueuses de scleroglucane ont le comportement d'un fluide à seuil. La viscosité de la composition est maintenue jusqu'aux très faibles taux de cisaillement. Ainsi le sulfate de ba~yum reste en suspension dans la composition même a l'arrêt. Il est donc possible de préparer ces compositions à l'avance et de les stocker jusqu'à l'utilisation, sans sédimentation.
Si les compositions sont utilisées lors d'un forage à boue à l'huile, on ajoutera avantageusement a la composition un tensioactif. Ce tensioactif stabilise la rhéologie du m~lange tampon de cimentation-boue à l'huile formé à l'interface et surtout assure un bon nettoyage des parois du puits.
Le scléroglucane est compatible avec les tensioactifs usuels. La viscosité de la composition n'est pas affectée par la présence du tensioactif.
La composition selon l'invention a des caractèristiques rhéologiques très bien adaptées à
l'utilisation comme tampon de cimentation. Elle associe un comportement pseudoplastique très marqué et un seuil d'écoulement remarquablement élevé. En assurant une basse rhéologie aux forts cisaillements, elle facilite le pompage et le placement du fluide dans le puits. Cette faible 7 2~3~
rheologie n'entrafne pas la sédimentation de l'alourdissant grâce au seuil d'écoulement élevé du produit. Les caracteristiques rhéologiques de la composition garantissent également un excellent deplacement des boues de forage et une parfaite isolation du bouchon de ciment.
La viscosité des compositions selon l'invention est très peu affectée par la température; elle est pratiquement constante jusqu'à 130-C. Ainsi les caractéristiques rheologiques mesurées en surface sont représentatives de celles obtenues en fond de puits. Comparée à l'HEC dont la chute de viscosité à température élevée doit être compensée par une viscosité très élevée en surface, l'utilisation des compositions selon l'invention réduit les pertes de charge pour une même rhéologie au fond. Elle évite également la surconsommation du viscosifiant, nécessaire dans le cas d'~EC pour compenser la dégradation due à la temp~rature.
Les compositions selon l'invention sont parfaitement compatibles avec les deux fluides avec lesquels elles entrent en contact lors de leur utilisation, la boue de forage et le laitier de ciment. L'utilisation des compositions selon l'invention comme tampon de cimentation permet une bonne cimentation des puits et une bonne adhésion du ciment aux parois.
Gr~ce ~ leur comportement rhéologique particulier, leur bonne stabilité thermiqus et leur compatibilité avec divers contaminants, les compositions selon l'invention conviennent également à d'autres types de fluides utilisés lors des forages pétroliers, comme les fluides de test, les fluides de fracturation, les fluides de complétion ou les fluides de post-cimentation.
L'invention est illustrée par les exemples suivants donnés à titre non limitatifO
Le scleroglucane utilisé est fabriqué par SANOFI BIO
INDUSTRIES (France~ à partir d'une souche Sclérotuum Rolsfii. Deux qualités de scléroglucane sont disponibles:
une qualité raffinée contenant moins de 10% de mycélium, commercialisée sous le nom d'ACTIGUM CSII et une ~ualité non raffinée comprenant de l'ordre de 25% de résidus de - ,, . , . . . . ~ -2~8~3~ 1~
mycelium, commercialisee sous le nom d'ACTIGUM CS6. Tous les essais qui suivent ont été effectués avec de l'ACTIGUM CS6, soit non traité, soit traité au polyalcool, soit traité au glyoxal. L'ACTIGUM CS6 traité au glyoxal est commercialisé
par SANOFI BIO INDUSTRIES sous le nom d'ACTIGUM CS6SR.
L'hydroxyéthylcellulose utilisée est commercialisee par HERCULES, sous le nom de NATROSOL 250 HHR-P.
Dispersion du scleroqlucane On a comparé la dispersion de l'ACTIGUM CS6SR et de l'ACTIGUM CS6. Dans une eau douce à 20~C dont le pH a éte préalablement porté à 9,5 par addition de soude, on ajoute de l'ACTIGUM CS6SR sous très faible agitation (moteur IKA DW
20 DZM, équipé d'une pale T3/B, fonctionnant à 600t/mn). On constate une dispersion immédiate de la poudre sans aucune formation de grumeaux. Le développement complet de la iO viscosité du polymère est rapide La même opération est reproduite dans une eau dont le pH n'a pas été modifié. La dispersion de l'ACTIGUM CS6SR est également excellente. On constate simplement un développement plus lent de la viscosité.
Dans une eau douce à 20C dont le pH a été
préalablement porté à 9,5 par addition de soude, on ajoute de l'ACTIGUM CS6 dans les mêmes conditions d'agitation que précédemment. on constate une abondante formation de grumeaux. La mise en oeuvre d'un mélangeur Hamilton Beach est nécessaire pour obtenir une parfaite dispersion de l'ACTIGUM CS6.
Le tableau I permet de comparer les developpements de viscosité obtenus en fonction du temps au cours des trois essais précèdents. La concentration est de 5g/1 de scléroglucane. Les mesures rhéhologiques sont effectuees au moyen d'un visco~imètre Brookfield LVT muni d'un adaptateur UL fonctionnant à 30t/mn. On constate que l'ACTIGUM CS6SR
est bien adaptee à la préparation de tampons de cimentation qui sont le plus souvent basiques.
On a comparé également la dispersion de l'ACTIGUM
CS6 modifie au polyalcool et de l'ACTIGUM CS6. L'ACTIGUM CS6 modifié au polyalcool se présente sous la forme d'une pâte homogène. Le produit utilisé dans cet exemple est constitue de 15% d'ACTIGUM CS6, 10% d'eau et de 75% de propylèneglycol.
2 ~ A ~,~
Dans une eau douce ~ 20 C, on ajoute de l'ACTIGUM CS6 modifié au polyalcool 50us agitation (moteur IKA DW 20 DZM
équipe d'une p~le T3/B). La suspension est agitée a la vitesse de 600 t~mn durant 15 mn puis 2000t/mn durant les cinq suivantes. On reproduit la même opération avec l'ACTIGUM CS6. on constate une abondante formation de grumeaux.
Le tableau 2 permet de comparer les développements de viscosité obtenus en fonction du temps au cours des deux essais précédents. La concentration est de 5g~1 de scléroglucane. Les mesures rhéologiques sont effectuées au moyen d'un viscosimètre Brookfield LVT muni d'un adaptateur UL fonctionnant a 30 t/mn. On constate que la modification de l'ACTIGUM CS6 par le propylèneglycol améliore considérablement la dispersion du polymère.
_ ~ TABLEAU I
Temps mn . 5 1015 20 30 60 _ .. _ ..
ACTIGUM CS6SR lo 120 150 170 185 235 ._ _ . .,, _ . __ _ I ACTICDM CS6 15 50 115 ~ 175 230 Développement de viscosité (mPa.s) avec le temps de deu~
dispersions d'ACTIGUM CS6SR et d'une dispersion dlACTIGUM
CS6 (concentration : 5g/1).
Temps mn 1 2 3 I10 15 ¦20 . . ... __ _ .~ _ modifié
.__ . _ .~
_ _ _ ._ .
Développement de viscosité (mPa S) av c le temps d'une dispersion d'ACTIGUM CS6 modifié au propylèneglycol et d'une dispersion d'ACTIGUM CS6 (concentration : 4g/1).
:~
2 ~ 8 .~ ~ 4 !) Compatibilité du sc~l~ro~lucane avec les electrolytes On a comparé les viscosités développées par l'ACTIGUM CS6 SR dans des eaux différemment chargées en electrolytes. Les suspensions ont été préparées selon la méthode décrite dans l'exemple 1 et comparées dans les mêmes conditions. Les mesures rhéologiques sont effectuées à 20 C
au moyen d'un rhéomètre FANN 35.
Le tableau 3 permet de comparer les lectures FANN
des diffèrentes suspensions pour une meme concentration de l'agent viscosifiant (6g~1). On constate une excellente tenue rheologique. Par rapport à l'eau douce, les différents électrolytes utilises sont pratiquement sans influence sur la viscosité développée par le scléroglucane.
Mesure6 Eau Eau NaCl NaCl KCl FANN douce de me~ 60g/1 120g/1 60g/1 120g/1 5g/1 600t/mr 26 27 28 28 24 24 25 300t/mr 20 21 21 21 20 19 19 200t/mr 18 19 18 18 17 17 17 100t/m~ 15 16 15 15 15 14 14 60t/mn 14 14 14 14 14 13 13 30t/mn 13 13 12 12 12 12 j 11 Compatibilité de l'ACTIGUM CS6SR c Lvec le~ ; élect; -olytes (concentration : 6 g/l) Exemple 3 Pouvoir de_suspension du scléroglucane On a préparé selon la méthode décrite dans l'exemple 1 deux suspensions d'ACTIGUM CS6SR, l'une à la concentration de 2g/1, l'autre de 4g/1. Les deux suspensions sont préparees dans de l'eau douce dont le pH a été préalablement porté à g,5 par ajout de soude. Les densites de ces deux suspensions sont ensuite ajustees à 1,7 par addition de sulfate de baryum. Le tableau 4 décrit les caractéristiques rheologiques à 20-C des deux fluides obtenus, mesurées au moyen d'un rhéomètre FANN 35. Après 24 heures au repos et en l'absence de toute agitation, on ne constate aucune - . ..... ........ . . .
12 2 ~
sedimentation de la sulfate d~ baryum. Le scléroglucane procure donc aux spaceurs de cimentation un excellent pou~oir de suspension. Comme on a constaté également l'absence de gel, un arrêt de circulation prolongé pendant la cimentation ne s'opposera pas à la remise en circulation du spaceur.
Mesures FANN Concentration en scléroglucane 2g/1 4g/1 ._ _ _ _ _ . .__ 600 ~/mn 35 50 300 t/mn 2Z 33 200 t/mn 16 27 100 t/mn 10 20 60 t/mn 8 18 30 t/mn 6 15 6 t/mn 4 11 3 t/mn 10 ._ Caractéristiques rhéologiques à 20~C de deux suspensions d'ACTIGUM CS6SR et de sulfate de baryum à la densité de 1,7.
On a compare également les pouvoirs de suspension de l'ACTIGUM CS6SR et de l'hydroxyéthylcellulose.
L'hydroxyéthylcellulose est couram~ent utilisé pour le controle rhéologique des tampons de cimentation. On a préparé selon la méthode décrite dans l'exemple 1 une suspension d'ACTIGUM CS6SR à la concentration de 5g/1 dans une eau dont le p~ a ~t~ prèalablement porté à 9,5. On a préparé dans la meme eau une suspension d'hydroxyéthyl-cellulose a la concentration de 5g/1 en utilisant la méthode décrite dans l'exemple 1 pour la mise en suspension de l'ACTIGUM CS6 (mélangeur Hamilton Beach)~ Par addition de sulfate de baryum, on prépare a partir de chaque suspension, un fluide de densité 1,3 et un autre de densité 1,6. Les differents fluides sont ensuite maintenus à 90~C durant 16 heures en l'absence de toute agitation.
13 2 ~
La figure 1 permet de comparer le taux de suspension enregistre dans les quatre fluides. Il apparaît que le sulfate de baryum a totalement sédimenté dans les deux suspensions d'hydroxyéthylcellulose. Par contre des suspensions de scléroglucane n'ont pas sédimentés. Il est ainsi démontré que le scléroglucane conserve son pouvoir de suspension en température.
Exemple 4 Compatibilité du scléroglucane et des tensio-actifs On a prépare selon la méthode décrite dans l'exemple 1 une suspension d'ACTIGUM CS6SR a la concentration de 3g/1 dans une eau douce dont le pH a été préalablement porte a 9,5 par ajout de soude. La densité de cette suspension est ajustée à 1,70 par addition de baryte. On incorpore ensuite à ce fluide 3% en volume du detergent D607 de la société
Dowell-Shlumberger. Le detergent D 607 est couramment utilisé dans les tampons de cimentation. Il assure le nettoyage de l'espace à cimenter, notamment lors des forages effectués avec des boues à l'huile. Après un stockage de deux heures en l'absence de toute agitation, on n'observe aucune sédimentation de la baryte. Ce résultat démontre la bonne compatibilite du scléroglucane et du detergent D 607 ~ui peut ~tre incorporé sans risque dans un tampon au scléroglucane.
Comportement rhéoloqique du scléroglucane On compare le comportement rhéologique de deux suspensions d'ACTIGUM CS6SR et d'une suspension d'hydroxyéthylcellulose. Les deux suspensions de scléroglucane sont préparées selon la méthode décrite dans l'exemple 1, l'une à la concentration de 4g/1, l'autre à la concentration de 6g/1 et dans une eau douce dont le pH a été
préalablement porté a 9,5. On a préparé dans la même eau une suspension d'hydroxyéthylcellulose à la concentration de 5g/1 en utilisant la méthode décrite dans l'exemple 1 pour la mise en suspension de l'ACTIGUM CS6 (mélangeur Hamilton Beach).
2 ~ f'J
Les mesures rheologiques sont effectuées à 20C au moyen d'un rheomètre Carri-Med (viscosimètre à contrainte imposée).
La figure 2 permet de comparer les comportements rhéologiques des trois suspensions. On constate que les suspensions de scléroglucane possèdent, au contraire de l'hydroxyéthylcellulose, un comportement pseudoplastique très marqué, caracterisé par une contrainte réduite aux forts taux de cisaillement. Elles possèdent également un seuil d'écoulement remarquablement élevé qui est totalement absent dans le cas de l'hydroxyéthylcellulose. Ces deux propriétés sont particulièrement recherchées en forage-complétion.
Tenu_ en température du scléroqlucane On a comparé les viscosités développées par l'ACTIGUM CS6SR entre 25 et 140-C à celles developpées par 1'hydroxyéthylcellulose dans les mêmes conditions. La suspension d'ACTIGUM CS6SR est préparée selon la méthode décrite dans l'exemple 1 avec une eau douce dont le pH est ajusté à 9,5 par ajout de soude. On a préparé dans la même eau la suspension d'hydroxyéthylcellulose selon la méthode décrite dans l'exemple 1 pour la mise en suspension de l'ACTIGUM CS6 (mélangeur Hamilton Beach). Les caractéristiques respectives d'ACTIGUM CS6SR et d'hydroxy-éthylcellulose sont ajustees de telle manière que les viscosités des cleux suspensions soient identiques à 25~C et de l'ordre de celles appliquées dans les tampons de cimentation (8g/1 pour la suspension d'ACTIGUM CS6SR et 4g/1 pour la suspension d'hydroxyéthylcellulose). Les deux suspensions sont comparées dans les mêmes conditions. Les mesures rhéologiques sont effectuées au moyen d'un rhéomètre FANN 70 au taux de cisaillement de 340 s-l.
Le tableau 5 permet de comparer les lectures FANN
des deux suspensions entre 25 et 140DC. On constate une très forte chute de rhéologie avec la température pour la suspension d'hydroxyéthylcellulose alors que la suspension -- --2~3/~
de scleroglucane manifeste une excellente stabilité de sa rhéologie jusqu'à 130-C.
Cette propriété est particulièrement recherchée en forage-complétion car elle assure la maîtrise de la rheologie du tampon de cimentation durant la circulation et en fond de puits.
Suspension ACTIGUMHydroxyéthyl-CS6SR cellulose __ _ Température ~C Viscosit mPa.s -_ _ _. _ _ 46,5 6 120 46,5 3 130 43,5 3 140 4,5 3 . _ _ .__ .. . _ Tenue en température d'une suspension d ACTIGUM CS6SR (8g/1 et d'une suspension d'hydroxyéthylcellulose (4g/1~.
Com atibil~té du ecl~rccL__ane avec les laitiers de ciment On a comparé les viscosites développées par differents mélanges d'une suspension d'ACTIGUM CS6SR et d'un laitier de ciment. La suspension d'ACTIGUM CS6SR est préparée dans une eau douce dont le p~ a été ajusté à 9,5 par ajout de soude selon la méthode décrite dans l'exemple 1, avec une concentration de 3g/1. La suspension d'ACTIGUM
CS6SR est mélangée en proportions variables a un laitier de ciment de densité d=1,9.
16 20~
Les differents fluides sont compares dans les memes conditions. Les mesures rh~ologiques sont effectuées ~ 20-C
au moyen d'un rhéomètre FANN 35.
Le tableau 6 permet de comparer les lectures FANN
des differents mélan~es laitier de ciment-suspension de scléroglucane. On constate une excellente compatibilité des composants des deux suspensions. Toutes les rhéologies des melanges sont intermédiaires entre celle de la suspensions d'ACTIGUM CS6SR et celle du laitier de ciment.
TABL. ~AU 6 Mesures A A/B A/a A/B B
FANN _ __75/25 50/50 25/75 _____~
600 t/mn 14 24 21 41 183 300 t/mn 9 12 11 23 103 15200 t/mn 7 9 8 15 80 100 t/mn 5 6 6 13 55 60 t/mn 4 4 6 10 44 30 t/mn 4 3 5 9 39 6 t/mn 3 3 4 6 19 Z03 t/mn _ _ I 6 13 Compatibilité d'une suspension d'ACTIGUM CS6SR à la concentration de 3g/1 (A) et d'un laitier de ciment de densite d=1,9 (B) .
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Claims (11)
1 - Composition utilisable comme tampon de cimentation au cours des opérations de forage pétrolier caractérisée en ce qu'elle est essentiellement constituée de scléroglucane et d'eau.
2 - Composition selon la revendication 1 caractérisée en ce que le scléroglucane contient tout ou partie de mycélium l'ayant produit.
3 - Composition selon la revendication 2 caractérisée en ce que le scléroglucane contient plus de 15% poids de mycélium.
4 - Composition selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce qu'elle renferme 1g/1 à 20g/1 et de préférence 2g/1 à 6g/1 de scléroglucane.
5 - Composition selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que le scléroglucane est utilisé en mélange avec un polyalcool ou son monoether.
6 - Composition selon la revendication 5 caractérisée en ce que le mélange renferme 10 à 30% poids de scléroglucane, 70 à 90% de polyalcool et 0 à 10% d'eau.
7 - Composition selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que le scléroglucane est utilisé en mélange avec un dialdéhyde, de préférence le glyoxal.
8 - Composition selon la revendication 7 caractérisée en ce que le mélange renferme 0,5 à 10% poids de dialdéhyde.
9 - Composition selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisée en ce qu'elle renferme un alourdissant comme le sulfate de baryum.
10- Composition selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisée en ce qu'elle renferme un tensioactif.
11- Utilisation de la composition selon l'une des revendications 1 à 10 comme tampon de cimentation au cours de forages pétroliers.
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