Fluides de Forage

Thierry Maysounabe

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Dates Clés des Boues de Forage

1929 : premier contrôle de viscosité• Viscosification avec bentonite• ‘Dé-viscosification’ avec phosphates

1935 : viscosification des saumures• Apparition des attapulgites

1944 : inhibition gonflement des argiles• Apparition des boues à la chaux

1955 : formulation des fluides• L’ère empirique est terminée

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Rôle des Fluides de Forage Fonctions Primaires :

• Contrôle des pressions• Protection des parois• Transport des déblais

Fonctions secondaires :• Refroidissement de l’outil• Lubrification de l’outil et de la garniture• Maintien des déblais en suspension dans l’annulaire• Séparation des déblais en surface• ‘Allègement’ de la garniture et des tubages• Transmission de la puissance hydraulique de l’outil• Protection des zones productrices• Vecteur d’informations vers la surface (formations, fluides, accidents, …)

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Interactions Boues/Roches

Instabilité des parois liée à :• Résistance des roches insuffisante pour

supporter les contraintes• Augmentation des contraintes internes

dues à l’adsorption d’eau (autofissuration)• Diminution de la résistance des roches du

fait de l’adsorption d’eau

Roches particulièrement sensibles :• Argiles et Marnes• Sables non consolidés• Le sel : plasticité quand T

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Délitage des roches fracturées

Par action du train de tiges

Par effet piston

Par action hydraulique de la boue

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Nettoyage du puits

Définition du Nettoyage puits :• Nettoyage du front de taille• Remontée des déblais• Élimination des déblais en surface

3 paramètres ‘fluide’ :• Vitesse dans l’annulaire• Viscosité• Densité

2 paramètres ‘puits’ :• Géométrie des déblais• Profil du trou

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Propriétés clés des boues

Densité

Rhéologie

Filtration

Chimie

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L’objectif STRESS

S ticking

T emps perdu

R éservoir endommagé

E ruption

S outenir les parois

S auvegarde de l’environnement

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Principaux types de boues

Boues à l’air

AirAzote

Gaz naturel

sec humide mousse

Boues à l’eau

NaturellesArgiles

PolymèresPAC

Lignosulfonate

douce mer salée

Inhibées : • chaux• gypse• sels

Boues à l’huile

BrutGazole

Basse teneur en aromatiques

Alternatives : • LAO• PAO• LAB

• Esther• Ether• sans aromatiques

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Choix du type de fluide : en fonction du problème à traiter

Argiles à Haut Pouvoir de Dispersion• Définition :

• Fort caractère colloïdal• Dispersion rapide et en grande quantité

• Boues de Forage adaptées :• Boues à l’huile• Boues au KCl• Boues au gypse• Boues à haute teneur en dérivés ligneux• Boues polyacrylates• Boues PHPA

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Choix du type de fluide (2)

Argiles Gonflantes• Définition :

• Sensibilité à l’hydratation par le filtrat• Sensibilité à l’eau dispersée et non liée

• Boues de Forage adaptées :• Boues à l’huile• Boues au KCl• Boues au gypse• Boues à haute teneur en dérivés ligneux

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Choix du type de fluide (3)

Argiles Fluantes• Définition :

• Argiles sous compactées

• Boues de Forage adaptées :• Boues à l’huile• Boues au KCl (pour la partie gonflante)• Boues alourdies

Argiles Boulantes• Définition :

• Structure schisteuse fragile mais pas colloïdale

• Type de Boues de Forage indifférent mais :• Écoulement laminaire• Faible cisaillement à la paroi• Filtrat contrôlé

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Choix du type de fluide (4)

Gypse & Anhydrite• Boues de Forage adaptées :

• Traitement au Na2CO3 si épaisseurs faibles

• Boues rouge calcique (FCl)• Boues au gypse• Boues salées saturées

Sels & Sels Complexes• Boues de Forage adaptées :

• Boues salées saturées (NaCl)• Boues à l’huile (sels complexes)

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Choix du type de fluide (5)

Températures élevées :• Boues de Forage adaptées :

• Boues à l’huile• Boues à haute teneur en dérivés ligneux• Boues polyacrylates

NB : Utilisation d’attapulgite au lieu de bentonite

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Boues à l’eau douce

Boue naturelleBoues

bentonitiques

Boues calciquesFluides à faible

teneur en solides

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Boues à l’eau salée

Boues à l’eau de mer

Boues salées saturées

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Boues à l’air : des fluides spéciaux

Forage à l’airForage à la

mousse légère

Forage à la mousse compacte

Forage à la boue aérée

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Types de boues-

Synthèse

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Types de boues : Synthèse

Composition moyenne

( / m 3 )bentonite : 50 - 100 kg

FCL : 20 - 40 kgsoude : 2 - 4 kg pH > 9.0 bonne puits 6000 m

CMC : 0 - 5 kg T < 220°C [Cl-] : 50 - 70 g/l large domaine d'application(LC : 10 - 20 kg)

(antimousse : 0.1 - 0.3 %)bentonite : 50 - 70 kg

FCL : 12 - 15 kgsoude : 3 - 4 kg pH > 9.0 bonne gypse ou anhydrite

CMC : 5 - 10 kg T < 200°C [Cl-] : jusqu'à 70 g/l argilesgypse : 5 - 10 kg faiblement salinifères

(LC)sel : 350 kgargile : 50 kg d > 1.20 bonne : gypse, anhydrite argiles peu dispersantes

amidon : 30 - 40 kg corrosive moyenne : argiles argiles moyennement dispersantechaux : 0 - 10 kg T < 150°C

sel : 350 kgargile : 50 kg

amidon : 20 - 30 kg d > 1.20 soude : 4 - 6 kg corrosive bonne argiles très dispersantesFCL : 30 - 45 kg T > 140°CLC : 10 - 15 kg

(conversion boue saturée salée)

Bou

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Type de boue Caractéristiques Stabilité aux contaminants Domaine d'utilisation

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Types de boues : Synthèse (2)

Composition moyenne

( / m 3 )polymères : 4 kg

chlorure chromique : 1 - 2 kgsoude : 8 - 10 kg faible teneur en solides moyenne formations peu problématiques

bactéricide : 0 - 0.5 kg d < 1.03 amélioration ROP

bentonite : 15 kg filtrat > 12 cm3

(FCL + CMC)

bentonite : 40 - 60 kg pH : 8.5 - 9.0 faible boue de démarrageCMC : 0 - 5 kg T < 150°C peu de risques de contamination

bentonite : 40 - 60 kg

tanin : 2 - 4 kg pH < 11 moyenne profondeur < 3000 m

soude : 0.5 - 1 kg filtrat : 2 - 4 cm3 calcium : 300 g/l ; chlorure : 20 g/l gypse, anhydrite, argiles

CMC : 1 - 5 kg T < 150°Chuile : 715 leau : 205 l

CaCl2 : 55 kg O/W = 80/20 puits fortement déviés

émulsifiant : 15 l PV : 16-18 excellente puits haute pressionreducteur de filtrat : 18 l YP : 16 - 18 puits haute température

chaux : 30 kg ES : 600 formation fragileviscosifiant : 15 kg

(mouillant = f(solides) )(alourdissant = f(densité) )

Type de boue Caractéristiques Stabilité aux contaminants Domaine d'utilisation

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