CA1113234A - Micro-emulsions suitable for use as spacers in brorchole cementing - Google Patents

Micro-emulsions suitable for use as spacers in brorchole cementing

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CA1113234A
CA1113234A CA307,876A CA307876A CA1113234A CA 1113234 A CA1113234 A CA 1113234A CA 307876 A CA307876 A CA 307876A CA 1113234 A CA1113234 A CA 1113234A
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Canada
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well
cementing
oil
surfactant
cement
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CA307,876A
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Jean Carriay
Jacques De Lautrec
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  • Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
  • Soil Conditioners And Soil-Stabilizing Materials (AREA)

Abstract

La présente invention a trait à un procédé pour la cimentation d'un puits pétrolier foré en présence d'une boue a base d'huile, et caractérisé en ce qu'il comprend la mise en place de tubes dans le puits ainsi que l'injection d'une micro-émulsion comprenant par poids de 10 à 20% d'un tensioactif amphotère, de 10 a 15% d'au moins un co-tensio-actif; de 3 a 45% d'un hydrocarbure ou d'un mélange d'hydrocarbure, et de 30 a 80% d'eau à une hauteur d'au moins 100 mètres, dans l'espace annulaire compris entre les tubes et la paroi du puits, en avant du coulis de ciment destiné a la cimentation du puits. Une telle cimentation permet notamment une étanchéité entre les diverses formations de terrain et un ancrage des tubes.The present invention relates to a method for cementing an oil well drilled in the presence of an oil-based mud, and characterized in that it comprises the placing of tubes in the well as well as the injection of a microemulsion comprising by weight from 10 to 20% of an amphoteric surfactant, from 10 to 15% of at least one co-surfactant; from 3 to 45% of a hydrocarbon or a mixture of hydrocarbons, and from 30 to 80% of water at a height of at least 100 meters, in the annular space between the tubes and the wall of the well, in front of the cement slurry intended for the cementing of the well. Such cementing allows in particular a seal between the various formations of ground and an anchoring of the tubes.

Description

.
~ 'invention a trait à l'amélioration de la qualité
de la cimentation d'une colonne da~s un puits de forage pétrolier l~r~qu'une boue à base d'huile a été employée au cour~ dudit forage.
~ ors d'un forage d'un puits, on emploie une boue, qui dans certain~ cas, peut être une boue ~ base d'huile, ce qui inclut les émulsions à pha~e disper~ée aqueuse et phase continue `
huile ~ orsque le forage e~t arrivé ~ une cote convenable, une colonne de tubes vissés e~t descendue et positionnée dan~ ( ! ;
Ie puits est évidemment empli de boue, ~'opération suivante . -consi~te ~ pomper un coulis de ciment ~ traver~ le~
tubes, qui sont en général remplis de boue, et à refoulerle coulis de ciment dans l'annulaire compris entre la colonne et les paroi~ du puits et à lais~er ce coulis faire pri~e a~in de cimenter cette colonne aux terrains avoisinants.
Ce qui est recherché dans une telle cimentation, c'e~t ~ -d;'une part une étanchéité entre le~ diverse~ formation~ de terrain~
traversé~ et d'autre part un ancrage des tube~. Pour cela, il importe entre autre que l'aunneau de ciment adhère fortement aux ;, .
parois du puits et ~ la colonne. ;~
Or ~i o~ emploie une boue ~ ba~e d'huile, la cimentation doit se faire en présence de cette boue. Il se pose alor~ deux problèmes qui sont lié~ à la présence de cette boue à base d'huile:
.
d'une part le couli~ de ciment et la boue peuvent se mélanger9 -former un ma~na difficilement déplaçable a~ec les techniques mise~
en oeuvre, d'autre part, le~ paroi~ du puit~ qui ont été imprégnées et sont recou~ertes d'un film de boue à huile qui empêche le ciment d'adhérer correctement.
~0 Ces deux problèmea peuvent etre ré~o~us par l'utili~a-tion d7un tampon de flulde placé entre la boue et le oimentJ Ce . .:
.''.

' tampon est connu dans l'industrie pétrolière sous le nom de Spacer ?>, pour tenir son role ce tampon doit avoir:
- Une viscosite et une densite suffisantes pour évitex que la boue et le ciment ne viennent en contact.
- Des caractéristiques telles, qu'il élimine la pelli- -cule d'huile déposée sur les parois du sondage par la boue.
L'invention permet de réaliser ces deux conditions par l'utilisation de micro-émulsions et l'application d'un volume déterminé de ces micro-émulsions comme spacers.
La présente invention a pour objet un procédé pour la cimentation d'un puits pétrolier foré en présence d'une boue à base d'huile et caractérisé en ce qu'il comprendo (1) la mise en place de tubes dans le puits;
.
~ 'invention relates to quality improvement of cementing a column in an oil well l ~ r ~ that an oil-based mud was used in the course of said drilling.
~ when drilling a well, a mud is used, which in some ~ cases, can be a mud ~ oil base, which includes emulsions with aqueous pha ~ e disper ~ ée and continuous phase `
oil ~ when drilling has arrived ~ a suitable rating, a column of screwed tubes e ~ t lowered and positioned dan ~ (!;
Ie well is obviously filled with mud, ~ 'next operation . -consi ~ te ~ pump a cement slurry ~ cross ~ the ~
tubes, which are generally filled with mud, and to push back the cement grout into the ring finger between the column and the walls of the well and leave this grout to be made in ~ of cement this column to surrounding land.
What is sought in such cementing, it is ~ t ~ -on the one hand, a seal between the ~ diverse ~ formation ~ of the field ~
crossed ~ and on the other hand an anchor of the tube ~. For this, he It is important, among other things, that the cement lining strongly adheres to ;,.
well walls and ~ the column. ; ~
Or ~ io ~ uses a mud ~ ba ~ e of oil, cementing must be done in the presence of this mud. It arises then ~ two problems related to the presence of this oil-based mud:
.
on the one hand the cement couli ~ and the mud can mix9 -form a ma ~ na difficult to move a ~ ec techniques put ~
in use, on the other hand, the ~ wall ~ of the well ~ which have been impregnated and are covered with a film of oil mud which prevents the cement to adhere properly.
~ 0 These two problems can be re ~ o ~ us by the utility ~ a-tion of a flulde pad placed between the mud and the oimentJ Ce . .:
. ''.

'' buffer is known in the petroleum industry as Spacer?>, To hold its role this buffer must have:
- Viscosity and density sufficient to prevent mud and cement from coming in contact.
- Features such that it eliminates dandruff -cule of oil deposited on the walls of the borehole by mud.
The invention makes it possible to achieve these two conditions by the use of microemulsions and the application of a volume determined of these microemulsions as spacers.
The subject of the present invention is a method for cementing an oil well drilled in the presence of a oil-based mud and characterized in that it comprises (1) placing tubes in the well;

(2) l'in]ection d'une micro-émulsion comprenant par poids-(a) de 10 a 20~ d'un tensio-actif amphotere; `
(b) de 10 a 15~ d'au moins un co-tensio-actif;
(c) de 3 a 45% d'un hydrocarbure ou d'un mélange ~ .
d'hydrocarbures ; et ` ' (d) de 30 a 80% d'eau à une hauteur d'au moins environ 100 metres dans l'espace annulaire entre le tube et la paroi du puits, en avant du coulis de ciment dcstiné à la cimentation du ,.~., , puits. ~-L'un des types de micro-émulsions utilisables conformé- ~ -ment à l'invention est essentiellement constitué~
- d'un tensio-actif amphotère 10 à 20~ en poids - d'un ou plusieurs co-tensio-actifs 10 à 15~ -:~:

2.~4 '..
- d'u~ hydrocarbure.ou mélange d'hydroGarbures 3 a 45% en poids .:
- d'eau a sa}inité variable 30 à 80~
.j - . .
Le rôle de cette micro-émulsion est d'inverser la mouillabilité des parois du sondagei en fait, d'eliminer la ;~ . -pellicule d~huile et de rendre les terrains mouillables a : :
., .
l'eau afln de permettre au ciment dont la phase continue est -; : de l'eau, d'adhérer fortement aux formations.
~. .
Le tensio-actif amphotere est choisi dans le ~roupe `` .~.
des béta;nes et notamment des alcoyldiméthylbeta;nes associé
a un ou plusieurs co-tenslo-actifs choisis dans le groupe des alcools aliphatiques a chalne courte ayant de 1 a 10 :
atomes de carbone, et/ou des glycols tels que l'éther mono-butylique de l'éthylene glycol. (B.E.G.) ~-L'hydrocarbure ou le mélange d'hydrocarbures peut être .
,~
choisi dans le groupe du pétrole brut, du fuel-oil, du gas-oil, des fractions plus ou moins raffinées du pétrole brut. : ~
, :

20 - ` '`
', ~'' . .
, . . ' , ~
; .~ .
,: :
; `,` ' .' , . ' . ~ ~.

~ 2a - ~

L~

A titre d'exemple~ explicatifs mai~ non limitatifs on donne 3 compositions~de microémulsions utilisable~ comme "~pacers". ;~
~a b~taine choisie dans les exemples eat le chlorure d~acétyldiméthyldodecylammonium ~ous forme de sel sodique, vendue ~ou8 le nom d'AMPHOSO~ DMC/MCA 35.
E~EMPIæ I~ -On mélange par addition ~ucc~s~ive et agitation - AMPHOSO~ DMC/MCA 35 1~,6 % en po~d~ -.G. 1~ %
. - Gas-Oil 4,7 %
- Eau saturée en NaCl 64,6 %
EXEMPIæ II
On procède comme dan~ l'exemple I avec:
- AMP~OSO~ DMO/MCA 35 15~4 % en poid~
- B.E.G. 14 % " "
- Gas-Oil 15 %
- ~au salée à 200 g NaCl/l 55,6 %
~es pourcentage~ dJAMPHOSO~ se réfarent à la matière ~ active du produit qui dans llétat où il est livré contient 35% de ~:
: 20 matière active.
Ces microémulsions présentent les caractéri3tiques suivante~:
- densité : de 0,98 à 1,10 - viscosité apparente : 17 ~ 20 cp.
- ~isco~ité plastique : 17 à 20 cp.
- ~tabilité en eau ~alée et chlorurée calcique - stabilité a de~ températures allant jusqu'~ lOO C.
~e procédé d'application des microémulsions conformes l~in~e~tion, en tant que spacer~ consi~te ~ injecter la microé-~0 mul~ion dan~ les tubes avan-t le coulis de ciment. ~e vclume néces-sair~ doit ~tre tel que la hauteur d'annulaire occupée par le * marque de commerce --3-- :

~ ~ ? ~ .

.
spacer ~oit d~au moins 1.00 m~tres. Ain~i dans l~annulaire le .
- couli~ de ciment pOUS9~ devant lui un bouchon de microémulsion .qui prépare les ~urfaces à cimenter.
Ilefficacité de ltapplication de~ microémul~ions con-f.ormes à l'invention en tant que spacer~ est déteminée par la mesure de l'adhérence ciment-terrain. I,es -tests effectués au laboratoire afin de déterminer l'efficacité des microémulsions ont été conduit~ de la façon suivante:-- 1) - Sur un échantiilon de te-rrain, de forme cylin- :
drique ~diamétre ~ mm, hauteur 23 mm), on fil- .
tre de la boue ~ base dlhuile sous une pres~ion différentielle de 10 kg/cm2 pendant 150 minutes, en agitation et à une température de 25C à 30C.
a boue est remplacée par la microémulsion ;
.la filtration dure 20 mn dans les m~me~ ~
conditions ;
(2) the in] ection of a microemulsion comprising by weight-(a) from 10 to 20 ~ of an amphoteric surfactant; ``
(b) from 10 to 15 ~ of at least one co-surfactant;
(c) from 3 to 45% of a hydrocarbon or a mixture ~.
hydrocarbons; and ``
(d) 30 to 80% water at a height of at least about 100 meters in the annular space between the tube and the wall of the well, in front of the cement grout used for cementing ,. ~.,, well. ~ -One of the types of microemulsions which can be used in accordance with ~ -ment to the invention is essentially constituted ~
- an amphoteric surfactant 10 to 20 ~ by weight - one or more co-surfactants 10 to 15 ~ -: ~:

2. ~ 4 '..
- u ~ hydrocarbon. or mixture hydroGarbons 3 to 45% by weight.:
- water has its variable inity 30 to 80 ~
.j -. .
The role of this microemulsion is to reverse the wettability of the walls of the sounding, in fact, to eliminate the; ~. -oil film and make the grounds wettable to:
.,.
water to allow the cement whose continuous phase is -; : water, strongly adhere to training.
~. .
The amphoteric surfactant is chosen from the ~ group ``. ~.
beta; nes and in particular alkyl dimethylbeta; nes associated has one or more co-surfactants selected from the group short-chain aliphatic alcohols having from 1 to 10:
carbon atoms, and / or glycols such as mono- ether ethylene glycol butyl. (BEG) ~ -The hydrocarbon or mixture of hydrocarbons can be.
, ~
chosen from the group of crude oil, fuel oil, diesel, more or less refined fractions of crude oil. : ~
,::

20 - `` '' ', ~'' . .
, . . ', ~
; . ~.
,::
; `,` `
. ' ,. '. ~ ~.

~ 2a - ~

L ~

For example ~ explanatory may ~ non-limiting on gives 3 compositions ~ of microemulsions usable ~ as "~ pacers". ; ~
~ ab ~ tin chosen in the examples eat the chloride acetyldimethyldodecylammonium ~ or form of sodium salt, sold ~ ou8 the name of AMPHOSO ~ DMC / MCA 35.
E ~ EMPIæ I ~ -Mix by addition ~ ucc ~ s ~ ive and stirring - AMPHOSO ~ DMC / MCA 35 1 ~, 6% in po ~ d ~ -.G. 1 ~%
. - Gas-Oil 4.7%
- Water saturated with NaCl 64.6%
EXAMPLE II
We proceed as dan ~ Example I with:
- AMP ~ OSO ~ DMO / MCA 35 15 ~ 4% by weight ~
- BEG 14% ""
- Gas-Oil 15%
- ~ salted at 200 g NaCl / l 55.6%
~ es percentage ~ dJAMPHOSO ~ refer to the material ~ active product which in the state it is delivered contains 35% of:
: 20 active ingredient.
These microemulsions have the characteristics next ~:
- density: from 0.98 to 1.10 - apparent viscosity: 17 ~ 20 cp.
- ~ isco ~ plasticity: 17 to 20 cp.
- ~ water stability ~ reamed and chlorinated calcium - stability at ~ temperatures up to ~ 100 C.
~ e process for applying conformal microemulsions l ~ in ~ e ~ tion, as a spacer ~ consi ~ te ~ inject the micro-~ 0 mul ~ ion dan ~ the tubes before the cement grout. ~ e vclume needed sair ~ must ~ be such that the annular height occupied by the * trademark --3--:

~ ~? ~.

.
spacer ~ must be at least 1.00 meters. So in the ring finger on.
- couli ~ cement pOUS9 ~ in front of him a microemulsion plug.
prepares the ~ urfaces to be cemented.
Effectiveness of the application of ~ microemul ~ ions f.ormes to the invention as a spacer ~ is determined by the measurement of the cement-ground adhesion. I, are tests carried out at laboratory to determine how effective microemulsions have was conducted ~ as follows: -- 1) - On a sample of te-rrain, of cylindrical form:
drique ~ diameter ~ mm, height 23 mm), we wire-.
be oil-based mud under pressure differential of 10 kg / cm2 for 150 minutes, with stirring and at a temperature of 25C to 30C.
the sludge is replaced by the microemulsion;
filtration lasts 20 minutes in the same ~ ~
conditions;

- 3) - ~a microémulsion e~t remplacée par un couli3 de ciment; la filtration dure 30 mn dans les m~mes :~ ~.
condition~ .
- 3) - ~ a microemulsion e ~ t replaced by a couli3 of cement; filtration lasts 30 min in the same m ~: ~ ~.
condition ~.

- 4) - ~'échantillon du terrain est mis dans un moule . cylindrique de diamètre inférieur 33 mm et la face exposée durant les filtrations e~t cimentée. - 4) - ~ 'sample of the ground is put in a mold . cylindrical with a smaller diameter 33 mm and the face exposed during filtration and cemented.

- 5) - Apras 7 jour~ de durci~ement du ciment sous eau, à 25 C - 30 C, pre~sion atmosphérique on ~:
démoule et on mesure la force nécessaire à
rompre par cisaillement, la liaison entre ter-rain et ciment. ;
Cette force ramenée à l'unité de sur~ace mesure l~adhérence du ciment au terrain~ Elle e~t de l~ordre de: ~ -3 kgf/cm2 ~orsque le ciment e~t direotement .

~4--lié au terrain 1 kgf/cm2 ~or~qu~une boue à ba~e d~huile a circulé avant le couli~ de ciment.
3 kgf/cm2 ~orsqu'~ pr~s une boue ~ huilep~un des microémulsions a circulé avant le couli~ de ciment.
Comme on peut le constater ce type de microémulsion permet dtobtenir de trè~ bonae~.adhérences lentre un coulis de ci-ment et de~ échantillon~ de terr~in très diver~ ayant ~ubi le~ pas- ; ;
~age d~une boue à l'huile~
~ 'invention ne se limite pas aux microémulsion~ compor~
tant des tensio-acti~s amphotères. ;:~
Divers melanges de tensio-actifs peuvent 8tre utilisés en fonotion de la spécifité de la boue, du oiment ou du terrain.

-5~
- 5) - After 7 days ~ hardening of the cement under water, at 25 C - 30 C, atmospheric pre ~ sion on ~:
unmold and measure the force required to break by shear, the bond between ter-rain and cement. ;
This force reduced to the unit of sur ~ ace measure the adhesion of the cement to the ground ~ It is the order of: ~ -3 kgf / cm2 ~ when cement is used.

~ 4--linked to the land 1 kgf / cm2 ~ gold ~ qu ~ a mud at ba ~ ed ~ oil a circulated before the cement couli ~.
3 kgf / cm2 ~ when ~ ~ a sludge ~ oilp ~ a microemulsions circulated before the cement couli ~.
As we can see this type of microemulsion allows to obtain very ~ bonae ~. adhesions between a grout of ci-ment and ~ sample ~ of terr ~ in very diver ~ having ~ ubi le ~ pas-; ;
~ age of ~ oil mud ~
~ 'invention is not limited to microemulsion ~ compor ~
so many amphoteric surfactants. ;: ~
Various mixtures of surfactants can be used depending on the specificity of the mud, the oiment or the ground.

-5 ~

Claims (7)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme suit: The embodiments of the invention, about which an exclusive right of property or privilege is claimed, are defined as follows: 1. Procédé pour la cimentation d'un puits pétrolier fore en présence d'une boue à base d'huile, et caractérisé
en ce qu'il comprend:
1) la mise en place de tubes dans le puits;
2) l'injection d'une micro-émulsion comprenant par poids (a) de 10 à 20% d'un tensio-actif amphotère;
(b) de 10 à i5% d'au moins un co-tensio-actif;
(c) de 3 à 45% d'un hydrocarbure ou d'un mélange d'hydrocarbures ; et (d) de 30 à 80% d'eau à une hatlteur d'au moins environ 100 mètres dans l'espace annulaire entre le tube et la paroi du puits, en avant du coulis de ciment destiné à la cimentation du puits.
1. Method for cementing an oil well drills in the presence of an oil-based mud, and characterized in that it includes:
1) placing tubes in the well;
2) injection of a microemulsion comprising by weight (a) from 10 to 20% of an amphoteric surfactant;
(b) from 10 to 15% of at least one co-surfactant;
(c) from 3 to 45% of a hydrocarbon or a mixture hydrocarbons; and (d) 30 to 80% water at a height of at least about 100 meters in the annular space between the tube and the wall of the well, in front cement grout for cementing of Wells.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tensio-actif amphotère est la bétaine. 2. Method according to claim 1, characterized in what the amphoteric surfactant is betaine. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérise en ce que ledit tensio-actif est une alcoyldiméthylétaïe. 3. Method according to claim 2, characterized in that said surfactant is an alkyl dimethyletai. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tensio-actif amphotère est le chlorure d'acétyl-dodécylammonium sous forme de sel sodique. 4. Method according to claim 1, characterized in what the amphoteric surfactant is acetyl chloride dodecylammonium in the form of sodium salt. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérise en ce que les co-tensio-actifs sont choisis parmi le groupe comprenant les alcools aliphatiques à chaîne courte ayant de 1 à 10 atomes de carbone. 5. Method according to claim 1, characterized in what co-surfactants are chosen from the group including short chain aliphatic alcohols having 1 to 10 carbon atoms. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le co-tensio-actif est le glycol.
6. Method according to claim 1, characterized in that the co-surfactant is glycol.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le glycoL est l'ether monobutylique de l'éthylène glycol.

.
7. Method according to claim 6, characterized in what glycoL is ethylene monobutyl ether glycol.

.
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