N° d'ordre

Christine Rapporteur

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8

• redaction


• mémoire

i N° d'ordre : THESE présentée pour obtenir LE TITRE DE DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE École doctorale : Science des Procédés Spécialité : Génie des Procédés et de l'Environnement Par KHODJA Mohamed Ingénieur en Génie des procédés chimiques à l'Université des sciences et de Technologie Houari Boumediene d'Alger – Algérie Master Géosciences Environnement et Risque, Université Louis Pasteur Strasbourg - France LES FLUIDES DE FORAGE : ETUDE DES PERFORMANCES ET CONSIDERATIONS ENVIRONNEMENTALES Soutenue le Vendredi 15 Février 2008 devant le jury composé de : BOURGEOIS Florent Président LGC/ENSIACET-INP Toulouse DALMAZZONE Christine Rapporteur IFP Rueil-Malmaison Paris VAN DAMME Henri Rapporteur ESPCI Paris BERGAYA Faïza Co-Directrice de thèse CRMD/Orléans CANSELIER Jean Paul Directeur de thèse LGC/ ENSIACET-INP Toulouse DUPLAY Joëlle Examinatrice CGS/ULP Strasbourg COHAUT Nathalie Invitée CRMD/Orléans FERFERA Fethi Invité Sonatrach/CRD Boumerdès Algérie

• sujet sur le forage pétrolier


• importance de l'endommagement


• fluides de forage


• filtration


• silicates de sodium


• based fluids

Sujets

• Redaction
• Mémoire
• Sonatrach
• Invitee
• Bourgeois
• Institut de France
• Toulouse
• Orleans
• Bertrand

Informations

• Publié par: profil-feym-2012
• Publié le: 01 février 2008
• Nombre de lectures: 65
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

N° d’ordre :


THESE

présentée

pour obtenir

LE TITRE DE DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL
POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE


École doctorale : Science des Procédés

Spécialité : Génie des Procédés et de l’Environnement


Par

KHODJA Mohamed
Ingénieur en Génie des procédés chimiques à l’Université des sciences et de Technologie Houari Boumediene d’Alger – Algérie
Master Géosciences Environnement et Risque, Université Louis Pasteur Strasbourg - France




LES FLUIDES DE FORAGE : ETUDE DES PERFORMANCES
ET CONSIDERATIONS ENVIRONNEMENTALES



Soutenue le Vendredi 15 Février 2008 devant le jury composé de :



BOURGEOIS Florent Président LGC/ENSIACET-INP Toulouse
DALMAZZONE Christine Rapporteur IFP Rueil-Malmaison Paris
VAN DAMME Henri rteur ESPCI Paris
BERGAYA Faïza Co-Directrice de thèse CRMD/Orléans
CANSELIER Jean Paul Directeur de thèse LGC/ ENSIACET-INP Toulouse
DUPLAY Joëlle Examinatrice CGS/ULP Strasbourg
COHAUT Nathalie Invi t ée CRMD/Orléans
FERFERA Fethi Invité Sonatrach/CRD Boumerdès Algérie


i RESUME

Résumé

Lors des forages pétroliers, la traversée des formations argileuses pose des problèmes
dont la résolution est étroitement liée à la compréhension des interactions argile -fluide de
forage. Vu les imperfections des fluides à base d'eau (WBM) face aux problèmes des
argiles, les systèmes de fluides émulsionnés à base d'huile (OBM) ont apporté des
améliorations significatives. Cependant, la pollution qu’ils engendrent rend indispensable
un traitement des boues usagées. Au cours de ce travail, nous avons voulu confronter le
maximum de données de laboratoire à des données effectives de chantier et ce, dans
l’espoir d’apporter une contribution à la résolution des problèmes réels.

Trois systèmes modèles de fluides du type WBM on été sélectionnés : ils conti ennent, en
plus des polymères conventionnels (xanthane et cellulose polyanionique), des inhibiteurs
de gonflement et de dispersion des argiles (polyacrylamide partiellement hydrolysé,
silicates de sodium, polyalkylèneglycols). La comparaison de leurs performances, grâce à
l'utilisation d'une nouvelle méthode basée sur la filtration sur pastilles compactées, a été
discutée :
- du point de vue macroscopique par l'analyse de leurs caractéristiques
rhéologiques et de filtration, le suivi des interactions argile-fluide par l'étude des
propriétés électrocinétiques, granulométriques et de rétention des polymères,
- et à l'échelle microscopique par diffraction X in-situ (wet cell) et par diffraction de la
lumière.
Les caractéristiques rhéologiques et de filtration ont été corrélées aux propriétés
électrocinétiques et complétées par l'étude des propriétés interfaciales et de mouillage. Le
système aux silicates présente les meilleures performances en termes d'inhibition.

L'étude de la stabilité des systèmes émulsionnés (OBM) a porté sur l'influence du type et
de la concentration des tensioactifs, de la proportion de phase dispersée et de la présence
d’autres additifs. La concentration optimale est celle donnant un compromis entre une
stabilité électrique acceptable, un pourcentage d’émulsion élevé et une meilleure
résistance à la centrifugation. Le suivi de la variation de la phase émulsionnée, de la
stabilité électrique et de la distribution granulométrique a permis de classer les différents
émulsifiants. Parallèlement aux mesures rhéologiques, l'analyse des structures formées
(émulsion-argile organophile) par diffusion des neutrons aux petits angles (SANS) a
permis d'expliquer les mécanismes de stabilisation. Une nouvelle formulation
d'émulsifiants, proposée pour un essai sur chantier, a donné des résultats encourageants
par rapport aux formulations commerciales.

Au niveau du réservoir, l’impact des fluides de forage est appréhendé par l’étude des
processus d’endommagement de la roche. Un de nos objectifs était de corrél er les
résultats globaux obtenus pour la formulation complète avec l'endommagement induit par
les additifs seuls. Les essais réalisés ont montré l'influence de la nature, de la composition
chimique, et de la granulométrie des additifs. Vu la complexité des phénomènes mis en
jeu, la prévision de l'endommagement par une tentative de modélisation a décelé des
liens entre les propriétés des fluides utilisés, les caractéristiques de la roche et
l'importance de l'endommagement induit. La filtration statique favor ise la formation du
"cake" alors que la filtration dynamique contribue à l'invasion du filtrat.

Sur le plan environnemental, en plus des pertes de circulation des fluides pendant et
après le forage, le bourbier, en tant que collecteur des produits liquide s et solides issus du
forage, représente une grande source de pollution et de danger. Le diagnostic des
techniques de traitement utilisées a montré des imperfections majeures pouvant induire
des nuisances pour la santé humaine, l'écosystème et l'environnement. Le présent travail
s’est focalisé sur quelques éléments de réponse à l'équation performance -coût-
environnement, en proposant un traitement biologique.
Les fluides de forage : Etude des performances et Considérations environnementales
RESUME

Abstract

In petroleum drilling operations, crossing shale formations poses problems whose solutio n
is strongly related to the understanding of shale-drilling fluid interactions. Due to the lack of
performances of water-based fluids (WBM) faced with shale problems, emulsified oil-
based fluids (OBM) afforded significant improvements. However, the main t echnical
difficulty lies in the treatment of the pollution generated by these emulsions. The present
work intends to compare a maximum of laboratory data with actual field data and,
hopefully, will bring a contribution to resolve practical problems.

Three WBM model systems were chosen: to conventional polymers (xanthan and
polyanionic cellulose) shale swelling and dispersion inhibitors (partially hydrolyzed crylamide, sodium silicates, polyalkyleneglycols) were added. Thanks to the use of a
new compacted pellet-based filtration technique, their performances were discussed:
- from the macroscopic point of view, through the analysis of their rheological and
filtration characteristics and the consideration of shale-fluid interactions by the
study of electrokinetic properties, particle size distribution and polymer retention,
- and, on the microscopic scale, by in situ X-ray diffraction (wet cell) and light
diffraction.
Rheological and filtration parameters were correlated with electrokinetic properties and
confirmed by the variations of interfacial and wetting characteristics. The silicate system
shows the best inhibition performances.

The study of OBM stability concerned the influence of surfactant type and concentration,
dispersed phase ratio and other additives. The optimum surfactant concentration is that
yielding a compromise between high electrical stability, high emulsion ratio and good
resistance to centrifugation. The various emulsifiers were classified according to the
variation of emulsion volume, electrical stability and drop size distribution. Parallel to
rheological measurements, the analysis of the structures appearing in emulsion -
organoclay mixtures by small angle neutron scattering (SANS) allowed to explain the
mechanisms of emulsion stabilization. A new emulsifier mixture, proposed for a full-scale
field test, yielded encouraging results, compared with those of commercial formulations.
In the reservoir, the effect of drilling fluids was apprehended by a formation damage study.
Our objective was to correlate the global results obtained by a whole drilling fluid system
with the damage generated by individual components. The tests showed the influence of
the nature, composition and particle size of additives used in fluids. Due to the complexity
of the phenomena involved, an attempt to model and predict damage showed some links
between fluid properties, porous medium characteristics and induced damage ratio. Static
filtration favors cake formation whereas dynamic filtration contributes to filtrate invasion.

As regards environme