COULIS DE CIMENT ALLEGE UTILISABLE POUR LA CIMENTATION DES PUITS DE PRODUCTION D'HYDROCARBURES.LIGHT CEMENT GROUT FOR USE IN CEMENTING HYDROCARBON WELLS.
La présente invention concerne les compositions appelées "laitier de ciment" par les pétroliers et "coulis de ciment" par les cimentiers. Elle a plus particulièrement pour objet un coulis de ciment allégé, apte à être utilisé pour la cimentation des puits de production d'hydrocarbures naturels (pétrole ou gaz).The present invention relates to compositions called "cement slag" by petroleum companies and "cement slurry" by cement manufacturers. It more particularly relates to a lightened cement grout, suitable for being used for the cementing of wells for the production of natural hydrocarbons (oil or gas).
On sait que cette cimentation s'effectue entre la partie extérieure du tubage et la paroi du puits, en vue, d'une part, de supporter l'ensemble des tubes, _d'autre part, de prévenir le passage de liquide ou de gaz sous pression provenant des couches souterraines dans lesquelles est pratiqué le forage. II est particulièrement important que les ciments utilisés dans ce but présentent, après durcissement, une rapide et excellente résistance à la compression, afin de présenter des caractéristiques mécaniques satisfaisantes.It is known that this cementing takes place between the external part of the casing and the wall of the well, with a view, on the one hand, to supporting all of the tubes, on the other hand, preventing the passage of liquid or gas under pressure from the underground layers in which drilling is carried out. It is particularly important that the cements used for this purpose exhibit, after hardening, a rapid and excellent resistance to compression, in order to have satisfactory mechanical characteristics.
Par ailleurs, il est souvent nécessaire qu'ils soient étanches aux gaz, afin de s'opposer efficacement au passage de gaz, sous pression élevée, présents dans les couches forées, qui risquent de migrer à travers le ciment, au cours même de la prise de celui-ci.Furthermore, it is often necessary for them to be gas-tight, in order to effectively oppose the passage of gas, under high pressure, present in the drilled layers, which risk migrating through the cement, even during the taken of it.
Il est cependant fréquent que les couches forées aient une résistance mécanique trop faible pour que l'on puisse utiliser des ciments ayant une masse spécifique élevée, de l'ordre de 1,6 à 1,9 g/cm3, et l'on doit dans ce cas avoir recours à des ciments dits "allégés", dont la densité peut être comprise entre 1 et 1,6, dans lesquels sont incorporées des charges d'all gement inertes ou actives.However, it is common for the drilled layers to have too low a mechanical strength for cements having a high specific mass, of the order of 1.6 to 1.9 g / cm 3 , to be used, and must in this case use so-called "light" cements, the density of which can be between 1 and 1.6, in which inert or active lightening charges are incorporated.
De nombreux types de charges ont été proposés dans la technique.Many types of fillers have been proposed in the art.
C'est ainsi que l'on a suggéré d'utiliser des microsphères creuses de verre contenant de l'air ou un gaz inerte. De telles charges présentent toutefois des risques sérieux pour les pompes et les systèmes d'injection, car elles peuvent éclater ou imploser. De plus, la densité
réelle du coulis de ciment est difficile à ajuster. Enfin, de tels produits allégeants sont coûteux.It has thus been suggested to use hollow glass microspheres containing air or an inert gas. However, such charges pose serious risks to pumps and injection systems, as they can burst or implode. In addition, the density cement grout is difficult to adjust. Finally, such lightening products are expensive.
On a aussi proposé d'utiliser comme charges d'allégement des silicates, mais ces composés ont une faible résistance à la compression.It has also been proposed to use silicates as lightening fillers, but these compounds have a low resistance to compression.
Il a enfin été envisagé d'incorporer au coulis de ciment des composés aptes à produire in situ un gaz, qui y forme des bulles. Cette solution est envisageable pour des zones à faible profondeur et ce procédé est plus coûteux, mais il est difficile à mettre en oeuvre, car le diamètre des bulles de gaz ne peut pas être contrôlé efficacement et les bulles facilitent la fissuration du ciment.Finally, it has been envisaged to incorporate into the cement slurry compounds capable of producing a gas in situ, which forms bubbles there. This solution is possible for shallow areas and this process is more expensive, but it is difficult to implement, because the diameter of the gas bubbles cannot be effectively controlled and the bubbles facilitate cracking of the cement.
Dans tous les cas, l'étanchéité aux gaz des ciments allégés par ces moyens pose de sérieux problèmes que l'on a cherché depuis longtemps à résoudre.In all cases, the gas tightness of cements lightened by these means poses serious problems which have been sought for a long time to be resolved.
C'est ainsi que FR-A-2 587 988 propose d'utiliser, dans un laitier de ciment hydraulique contenant comme charge d'allégement des granulats légers tels que des microsphères creuses, un agent d'étanchéité constitué par des particules de poussière de silice, représentant de 5 à 100% en poids du ciment hydraulique. Ces particules de silice peuvent être des produits secondaires provenant de fours électriques utilisés pour la production de silicium ou de ferrosilicium. La présente invention s'intéresse également à des coulis de ciment allégés contenant de fines particules de silice et elle vise à améliorer la résistance à la compression des ciments obtenus à partir de ces coulis et à supprimer ou à limiter le retrait de ces ciments. Un but de l'invention est, par conséquent de proposer une formulation de coulis de ciment allégé, d'une densité comprise entre 1,20 et 1,70, ayant de hautes performances mécaniques et dont la résistance à la compression, notamment, variable, avec la densité, puisse atteindre et dépasser 15 MPa pour une densité de 1,40 et 30 MPa pour une densité de 1,60, après 24 heures et à une température de 60°C.FR-A-2 587 988 thus proposes to use, in a slag of hydraulic cement containing as lightening charge light aggregates such as hollow microspheres, a sealing agent constituted by dust particles of silica, representing from 5 to 100% by weight of the hydraulic cement. These silica particles can be secondary products from electric furnaces used for the production of silicon or ferrosilicon. The present invention also relates to lightened cement grouts containing fine silica particles and it aims to improve the compressive strength of the cements obtained from these grouts and to eliminate or limit the shrinkage of these cements. An object of the invention is, therefore, to propose a formulation of light cement grout, with a density between 1.20 and 1.70, having high mechanical performance and whose compressive strength, in particular, variable , with the density, can reach and exceed 15 MPa for a density of 1.40 and 30 MPa for a density of 1.60, after 24 hours and at a temperature of 60 ° C.
Un autre but de l'invention est de proposer un coulis
allégé de ce type qui soit étanche aux gaz, même sous forte pression, lors de sa mise en place dans un forage pétrolier.Another object of the invention is to provide a grout lightened of this type which is gas tight, even under high pressure, during its installation in an oil drilling.
L'invention a également pour but de proposer un coulis allégé de ce type qui soit compatible avec les additifs et adjuvants usuels de la technique.The invention also aims to provide a lightened grout of this type which is compatible with the usual additives and adjuvants of the art.
L'invention a également pour but de proposer un coulis allégé de ce type pouvant être utilisé à haute température (au-dessus de 110°C) sans ajout d'adjuvant silicieux, produit habituellement utilisé pour éviter le phénomène de diminution des résistances mécaniques, phénomène observé avec les ciments de type Portland.The object of the invention is also to propose a lightened grout of this type which can be used at high temperature (above 110 ° C.) without the addition of siliceous adjuvant, a product usually used to avoid the phenomenon of reduction in mechanical resistance, phenomenon observed with Portland type cements.
L'invention a enfin pour but de proposer un coulis allégé de ce type dont les propriétés rhéologiques soient proches de celles des coulis de ciment usuels et permettent ainsi son injection et sa mise en place dans des puits d'hydrocarbures par les moyens habituellement utilisés dans la technique.The invention finally aims to provide a lightened grout of this type whose rheological properties are close to those of conventional cement grouts and thus allow its injection and its establishment in hydrocarbon wells by the means usually used in the technique.
A cet effet, contrairement aux enseignements de la technique antérieure mentionnée ci-dessus, la présente invention n'utilise plus des microparticules de silice comme agent d'étanchéité du ciment, mais comme charge d'allégement du coulis, la fonction d'étanchéification étant assurée par une polyethylene imine, comme enseigné dans la demande de brevet français FR-A-2 569 759, au nom de la Demanderesse, ce composé agissant en outr'e comme plastifiant au sein du coulis.To this end, contrary to the teachings of the prior art mentioned above, the present invention no longer uses silica microparticles as a cement sealing agent, but as a load for lightening the grout, the sealing function being provided by a polyethylene imine, as taught in french patent application FR-a-2569759, in the name of the Applicant, this compound acting outr e as a plasticizer within the grout.
L'invention a par conséquent pour objet un coulis allège de ciment comprenant un ciment hydraulique, de l'eau et des additifs usuels de ciment, caractérisé en ce qu'il comprend entre 5 et 65% et, de préférence, entre 25 et 40%, rapporté au poids de ciment, de fumées de silice et de 1 à 25% et de préférence, de 5 à 15%, rapporté au poids d'eau, d'au moins une polyethylene imine liquide, ayant une masse moléculaire comprise entre 600 000 et 1 000 000, ou d'au moins un dérivé d'une telle polyethylene.The invention therefore relates to a lightened cement grout comprising a hydraulic cement, water and usual cement additives, characterized in that it comprises between 5 and 65% and, preferably, between 25 and 40 %, based on the weight of cement, silica fumes and 1 to 25% and preferably 5 to 15%, based on the weight of water, of at least one liquid polyethylene imine, having a molecular weight of between 600,000 and 1,000,000, or at least one derivative of such polyethylene.
L'invention a également pour objet un procédé de
cimentation d'un puits de production d'hydrocarbures, caractérisé en ce que l'on prépare un laitier de ciment tel que défini ci-dessus et en ce qu'on l'injecte dans le puits, à la périphérie des tubes et sur au moins une partie de la longueur de ceux-ci, entre eux et le terrain contigu.The invention also relates to a method of cementing of a hydrocarbon production well, characterized in that a cement slag as defined above is prepared and that it is injected into the well, at the periphery of the tubes and on minus part of their length, between them and the adjoining terrain.
Au sens de la présente demande, on entend par fumées de silice des microparticules récupérées dans les fumées émises par les fours électriques de fabrication du silicium et de ses alliages, notamment les ferrosiliciums, et dont la teneur en silice est de l'ordre de 85 à 98%. Ces particules ont une dimension maximum comprise entre 0,01 micron et 1 micron, avec une taille moyenne de quelques dixième de microns et une surface spécifiqueFor the purposes of the present application, the expression “silica fumes” is understood to mean microparticles recovered from the fumes emitted by electric furnaces for manufacturing silicon and its alloys, in particular ferrosilicon, and the silica content of which is around 85 98%. These particles have a maximum size of between 0.01 micron and 1 micron, with an average size of a few tenths of a micron and a specific surface
1} comprise entre 15 et 25 m /g, certaines de ces particules pouvant être soudées entre elles pour former de petits amas.1} between 15 and 25 m / g, some of these particles can be welded together to form small clusters.
Le ciment utilisé pourra être de tout type utilisé habituellement dans les forages pétroliers. Ce sera le plus usuellement un ciment P0RTLAND artificiel.The cement used can be of any type usually used in oil drilling. It will most usually be an artificial P0RTLAND cement.
On pourra utiliser indifféremment de l'eau douce ou de l'eau de mer pour préparer le coulis allégé conforme à la présente invention, les proportions exactes des différents constituants étant simplement ajustées en fonction du type d'eau utilisé.It is possible to use either fresh water or sea water to prepare the lightened grout in accordance with the present invention, the exact proportions of the various constituents being simply adjusted according to the type of water used.
La polyethylene imine sera de préférence incorporée sous forme d'une solution aqueuse.The polyethylene imine will preferably be incorporated in the form of an aqueous solution.
Les fumées de silice étant très difficilement manipulables à l'état brut, du fait de leur très faible densité et de leur volatilité, on les utilisera avantageusement soit sous forme d'une suspension stable, par exemple à 50% en poids de silice, soit sous une forme compactée par vibration ou sous pression, réduisant par exemple leur volume apparent d'un facteur de 2,5. Pour éviter une floculation des fumées de silice lors de l'ajout de la polyethylene imine, le laitier allégé sera de préférence préparé par un procédé comprenant les phases successives suivantes :
- incorporation de la poly thylene imine dans l'eau destinée au gâchage du ciment, de préférence en présence d'un produit antimoussant ;The silica fumes being very difficult to handle in the raw state, because of their very low density and their volatility, they will advantageously be used either in the form of a stable suspension, for example at 50% by weight of silica, or in a compacted form by vibration or pressure, reducing for example their apparent volume by a factor of 2.5. To avoid flocculation of the silica fumes when adding the polyethylene imine, the light slag will preferably be prepared by a process comprising the following successive phases: - incorporation of poly thylene imine in water intended for the mixing of cement, preferably in the presence of an anti-foaming product;
- incorporation des fumées de silice dans le mélange d'eau et de polyethylene imine pour y former une suspension ;- incorporation of the silica fumes in the mixture of water and polyethylene imine to form a suspension;
- redispersion des fumées de silice au sein du mélange résultant à l'aide de procédés ultrasoniques et mécaniques ; - incorporation éventuelle dans le mélange d'additifs usuels tels que produits dispersants et/ou retardateurs ; gâchage du ciment à l'aide du mélange ainsi , , -, realise.- Redispersion of the silica fumes within the resulting mixture using ultrasonic and mechanical processes; - possible incorporation in the mixture of usual additives such as dispersants and / or retardants; mixing the cement with the mixture thus,, -, carried out.
On notera qu'un tel procédé peut être mis en oeuvre très aisément sur les chantiers, à un coût peu élevé et généralement inférieur à ceux des procédés utilisés habituellement dans la technique.It will be noted that such a method can be implemented very easily on construction sites, at a low cost and generally lower than those of the methods usually used in the art.
Les essais effectués par la Demanderesse montrent que les compositions de coulis selon l'invention qui présentent la meilleure résistance à la compression par rapport à la densité recherchée sont celles comprenant entre 30 et 65% de fumées de silice, par rapport au poids de ciment, et 5 à 15% de polyethylene imine, par rapport au poids d'eau. C'est ainsi qu'un coulis de ciment comprenant du ciment PORTLAND, 30% de fumées de silice par rapport au poids du ciment, de l'eau et 10% de polyethylene imine par rapport au poids d'eau présente une résistance à la compression de 16 MPa (c'est-à-dire 2300 p.s.i.) ce qui est tout à fait remarquable. De même, une composition comprenant du ciment PORTLAND, 35% de fumées de silice par rapport au poids du ciment, de l'eau et 15% de polyethylene imine par rapport au poids d'eau présente une résistance à la compression de 17 MPa, soit 2400 p.s.i. Les exemples de tests qui vont suivre n'ont pas de caractère limitatif. Ils illustrent, d'une part, les avantages du coulis allégé du ciment de l'invention, par rapport à ceux de la technique antérieure, et, d'autre
part, une valorisation de ses propres qualités physiques.The tests carried out by the Applicant show that the grout compositions according to the invention which have the best compressive strength relative to the density sought are those comprising between 30 and 65% of silica fumes, relative to the weight of cement, and 5 to 15% polyethylene imine, based on the weight of water. Thus a cement slurry comprising PORTLAND cement, 30% of silica fumes relative to the weight of the cement, water and 10% of polyethylene imine relative to the weight of water has resistance to compression of 16 MPa (i.e. 2300 psi) which is quite remarkable. Likewise, a composition comprising PORTLAND cement, 35% of silica fumes relative to the weight of the cement, water and 15% of polyethylene imine relative to the weight of water has a compressive strength of 17 MPa, i.e. 2400 psi The examples of tests which will follow are not limiting. They illustrate, on the one hand, the advantages of the lightened grout of the cement of the invention, compared to those of the prior art, and, on the other hand part, a valuation of his own physical qualities.
Dans ces exemples, on se référera aux dessins annexés, dans lesquels :In these examples, reference will be made to the appended drawings, in which:
La figure 1 représente une courbe relative à des essais de compression sur des ciments conformes à l'invention ;FIG. 1 represents a curve relating to compression tests on cements in accordance with the invention;
La figure 2 est un schéma d'un appareil utilisé pour des essais de cheminement de gaz à travers le ciment;FIG. 2 is a diagram of an apparatus used for testing gas flow through the cement;
Les figures 3 à 8 sont des courbes relatives à d'autres essais.Figures 3 to 8 are curves relating to other tests.
Dans tous les exemples qui sont donnés ci-après, la polyethylene imine a un poids moléculaire de 800 000 et est utilisée sous la forme d'une solution aqueuse à 33 % en poids de polyethylene imine. I- EXEMPLES COMPARATIFSIn all the examples which are given below, the polyethylene imine has a molecular weight of 800,000 and is used in the form of an aqueous solution at 33% by weight of polyethylene imine. I- COMPARATIVE EXAMPLES
Exemple 1 On prépare deux coulis allégés de ciment, le premier, Ai, conforme à la technique antérieure, le second I_ , conforme à l'invention. Tous deux ont une densité de 1,4. Composition de AiExample 1 Two light cement grouts are prepared, the first, Ai, according to the prior art, the second I_, according to the invention. Both have a density of 1.4. Composition of Ai
- Ciment G : 411 g,- Cement G: 411 g,
- Bentonite- Bentonite
(incorporée dans le ciment à sec) : 4 g,(incorporated in dry cement): 4 g,
- Microsphères de verre : 102 g, - Dispersant : 0,7 ml,- Glass microspheres: 102 g, - Dispersant: 0.7 ml,
- Rétenteur d'eau : 2 g,- Water container: 2 g,
- Retardateur : 0,9 ml,- Self-timer: 0.9 ml,
- Eau douce : 322 ml. Composition de Bi - Ciment G : 267 g,- Fresh water: 322 ml. Composition of Bi - Cement G: 267 g,
- Suspension de fumées de silice: 232 g,- Suspension of silica fumes: 232 g,
- Polyethylene imine: 46 ml,- Polyethylene imine: 46 ml,
- Dispersant : 5 g,- Dispersant: 5 g,
- Retardateur : 4 g, - Eau douce : 291 ml.- Self-timer: 4 g, - Fresh water: 291 ml.
Les deux coulis de ciment de cette composition ont été testés selon les conditions de cimentation d'un tubage de 9" 5/8 à 2650m.
Les résultats des essais ont été les suivants :The two cement grouts of this composition were tested according to the conditions of cementing a casing of 9 "5/8 at 2650m. The results of the tests were as follows:
- Temps de pompabilisation ou simulation de mise en place du coulis :- Pump-down time or simulation of grout placement:
* Coulis Ai : 408 minutes; * Coulis Bi : 247 minutes;* Coulis Ai: 408 minutes; * Bi coulis: 247 minutes;
- Test de filtration selon la norme API :- Filtration test according to API standard:
* Coulis A : 282 ml/30 minutes;* Coulis A: 282 ml / 30 minutes;
* Coulis Bi : 16 ml/30 minutes;* Bi coulis: 16 ml / 30 minutes;
- Résistance à la compression, après 24 et 48 heures, à 63°C, sous une pression simulée de 2500 p.s.i (17,50 MPa):- Resistance to compression, after 24 and 48 hours, at 63 ° C, under a simulated pressure of 2500 p.s.i (17.50 MPa):
- Coulis Ai : 3 MPa (525 p.s.i.) et 8,9 MPa (1300 p.s.i. ) ;- Grout Ai: 3 MPa (525 p.s.i.) and 8.9 MPa (1300 p.s.i.);
- Coulis Bi : 19,8 MPa (2870 p.s.i.) et 28,2 MPa (4080 p.s.i.). Nota : Dans ce dernier essai, on observe, pour le coulis Ai, une diminution de volume des éprouvettes fabriquées et une augmentation de la densité mesurée du coulis (1,50 contre 1,40).- Bi grout: 19.8 MPa (2870 p.s.i.) and 28.2 MPa (4080 p.s.i.). Note: In this last test, we observe, for the grout Ai, a decrease in volume of the test pieces manufactured and an increase in the measured density of the grout (1.50 against 1.40).
Exemple 2 On a préparé deux coulis de ciment allégés, l'un, A2, d'un type connu en soi, l'autre, B2, conforme à l'invention, tous deux d'une densité de 1,4. Composition de A2Example 2 Two light cement grouts were prepared, one, A 2 , of a type known per se, the other, B2, according to the invention, both with a density of 1.4. Composition of A2
- Ciment G - 409 g, - Bentonite : 4 'g,- Cement G - 409 g, - Bentonite: 4 'g,
- Microsphères de verre creuses : 102 g,- Hollow glass microspheres: 102 g,
- Rétenteur d'eau : 2 g,- Water container: 2 g,
- Dispersant : 0,7 ml,- Dispersant: 0.7 ml,
- Retardateur : 0,9 rai, - Eau douce: - 322 ml.- Self-timer: 0.9 rai, - Fresh water: - 322 ml.
Composition de B2Composition of B2
- Ciment : 285 g,- Cement: 285 g,
- Fumées de silice: 85 g,- Silica fumes: 85 g,
- Polyethylene imine: 47 ml, - Eau douce: 423 ml.- Polyethylene imine: 47 ml, - Fresh water: 423 ml.
Les ciments obtenus à partir de ces compositions ont été testés à 52°C, sous 9,6 MPa (1400 p.s.i.) après 24 heures, 48 heures et 72 heures.
Les résultats obtenus sont rassemblés dans le Tableau I suivant :The cements obtained from these compositions were tested at 52 ° C, under 9.6 MPa (1400 psi) after 24 hours, 48 hours and 72 hours. The results obtained are collated in the following Table I:
TABLEAU ITABLE I
Composition Résistance à la compressionComposition Compressive strength
Après 24h Après 48h Après 72hAfter 24h After 48h After 72h
Composition 4,2 MPa 8,9 MPa 9,5 MPa (608 p.s.i.) (1300 p.s.i.) (1380 p.s.i.)Composition 4.2 MPa 8.9 MPa 9.5 MPa (608 p.s.i.) (1300 p.s.i.) (1380 p.s.i.)
Composition 7,7 MPa 12,3 MPa 13,3 MPa B2 (1120 p.s.i.) (1780 p.s.i.) (1930 p.s.i.)Composition 7.7 MPa 12.3 MPa 13.3 MPa B 2 (1120 psi) (1780 psi) (1930 psi)
Ces résultats montrent que la résistance à la compression du ciment allégé B2 conforme à l'invention est très supérieure à celle du ciment allégé A2 de la technique antérieure.These results show that the compressive strength of the lightened cement B2 according to the invention is much higher than that of the lightened cement A2 of the prior art.
On a également déterminé le filtrat obtenu avec ces deux coulis de ciment à 52°C, sous une pression de 6,9 MPa (1000 p.s.i.) pendant 30 mn (essai suivant la norme).The filtrate obtained was also determined with these two cement slurries at 52 ° C, under a pressure of 6.9 MPa (1000 p.s.i.) for 30 min (test according to the standard).
Avec le coulis A2, on a obtenu un filtrat de 282ml, ce qui est très supérieur à la limite supérieure de 100 ml considérée comme mauvaise. Avec le coulis B2 conforme à l'invention, on a recueilli un filtrat de 78 ml.With the A2 grout, a 282 ml filtrate was obtained, which is much higher than the upper limit of 100 ml considered as bad. With the slurry B2 according to the invention, a 78 ml filtrate was collected.
Exemple 3Example 3
On a également réalisé trois autres coulis allégés de laitier d'un type connu C , C2 et C3, contenant respectivement de la bentonite, de la bentonite préhydratée et du silicate de soude, et un coulis conforme à l'invention. Ces quatre coulis de ciment avaient une densité de 1,4.Three other low-fat slags of a known type C, C2 and C3 were also produced, containing bentonite, pre-hydrated bentonite and sodium silicate, respectively, and a slurry according to the invention. These four cement grouts had a density of 1.4.
Composition de CiComposition of Ci
- Ciment G : 285 g,- Cement G: 285 g,
- Bentonite : 71 g,- Bentonite: 71 g,
- Eau douce : 483 ml.
Composition de C2- Fresh water: 483 ml. Composition of C2
- Ciment G :- Cement G:
- Bentonite :- Bentonite:
- Eau douce : Composition de C3- Fresh water: Composition of C3
- Ciment G :- Cement G:
- Silicate de soude :- Sodium silicate:
- Eau de mer : Composition de C- Sea water: Composition of C
- Ciment G :- Cement G:
- Fumées de silice :- Silica fumes:
- Polyethylene imine- Polyethylene imine
- Eau douce :
- Pure water :
On a testé la résistance à la compression des quatre ciments obtenus à partir de ces coulis, au bout de 24 heures, à une température de 60°C et à la pression atmosphérique. ,The compressive strength of the four cements obtained from these grouts was tested after 24 hours at a temperature of 60 ° C and at atmospheric pressure. ,
Les résultats obtenus apparaissent dans le Tableau II ci-après :The results obtained appear in Table II below:
TABLEAU IITABLE II
On a aussi déterminé le filtrat obtenu avec ces différents coulis de ciment à 52°C, sous une pression de 6,9 MPa (1000 p.s.i.) à 52°C. The filtrate obtained was also determined with these various cement grouts at 52 ° C, under a pressure of 6.9 MPa (1000 psi) at 52 ° C.
Les résultats obtenus sont rassemblés dans le Tableau III ci-après :The results obtained are collated in Table III below:
TABLEAU IIITABLE III
Ces résultats montrent à nouveau la nette supériorité du coulis de ciment conforme à l'invention.These results again show the clear superiority of the cement grout according to the invention.
EXEMPLE 4EXAMPLE 4
On a réalisé des coulis d'une densité de 1,58 à base de bentonite préhydratée (composition Di) de silicate de soude (composition D2) et un coulis conforme à l'invention (composition D).Grouts with a density of 1.58 were produced based on prehydrated bentonite (composition Di) of sodium silicate (composition D2) and a grout according to the invention (composition D).
COMPOSITION D-,COMPOSITION D-,
- Ciment G : 504 g,- Cement G: 504 g,
- Bentonite préhydratée : 10,1 g,- Pre-hydrated bentonite: 10.1 g,
- Eau douce : 435 ml. COMPOSITION D2 - Fresh water: 435 ml. COMPOSITION D 2
- Ciment G : 485 g,- Cement G: 485 g,
- Silicate de soude (0,36g/s) 15,5 ml,- Sodium silicate (0.36 g / s) 15.5 ml,
- Eau de mer : 430 ml.
11 COMPOSITION D- Sea water: 430 ml. 11 COMPOSITION D
- Ciment G : 413 g,- Cement G: 413 g,
- Fumées de silice : 145 g,- Silica fumes: 145 g,
- Polyethylene imine : 40 ml, - Eau douce : 362 ml.- Polyethylene imine: 40 ml, - Fresh water: 362 ml.
On a testé la résistance à la compression des trois ciments obtenus à partir de ces coulis au bout de 24 heures à une température de 60°C et à la pression atmosphérique. Les résultats suivants ont été obtenus :The compressive strength of the three cements obtained from these grouts was tested after 24 hours at a temperature of 60 ° C and at atmospheric pressure. The following results were obtained:
- Composition Di : 7,98 MPa (1160 p.s.i.)- Composition Di: 7.98 MPa (1160 p.s.i.)
- Composition D2 : 7,49 MPa (1090 p.s.i.)- Composition D 2 : 7.49 MPa (1090 psi)
- Composition D : 31,4 MPa (4550 p.s.i.)- Composition D: 31.4 MPa (4550 p.s.i.)
Ces résultats montrent que la résistance à la compression du ciment allégé D, conforme à l'invention, est très supérieure a celle des ciments allégés D et D2. II- EXEMPLES DE VALORISATIONThese results show that the compressive strength of light cement D, according to the invention, is much higher than that of light cements D and D2. II- EXAMPLES OF RECOVERY
Réalisation de coulis et densité 1,20 conformes à l'invention, comprenant de l'eau douce ou de l'eau de mer, er* variant la teneur en fumées de silice.Production of grout and density 1.20 in accordance with the invention, comprising fresh water or sea water, er * varying the content of silica fumes.
EXEMPLE laEXAMPLE the
- Ciment G : 131 g,- Cement G: 131 g,
- Suspension de fumées de silice* : 92 g,,- Suspension of silica fumes *: 92 g ,,
- Polyethylene imine : 75 ml, - Eau douce : 416* ml,- Polyethylene imine: 75 ml, - Fresh water: 416 * ml,
- Dispersant : 2 g.- Dispersant: 2 g.
* à 50% de fumées de silice* 50% silica fumes
EXEMPLE 2aEXAMPLE 2a
- Ciment G : 120 g, - Suspension de fumées de silice* : 120 g,- Cement G: 120 g, - Suspension of silica fumes *: 120 g,
- Polyethylene imine : 74 ml,- Polyethylene imine: 74 ml,
- Eau douce : 400 ml,- Fresh water: 400 ml,
- Dispersant : 1,8 g.- Dispersant: 1.8 g.
* à 50% de fumées de silice EXEMPLE 3a* at 50% of silica fumes EXAMPLE 3a
- Ciment G : 116 g,- Cement G: 116 g,
- Suspension de fumées de silice : 82 g,- Suspension of silica fumes: 82 g,
- Polyethylene imine : 82 ml,
- Eau de mer 422 ml,- Polyethylene imine: 82 ml, - Sea water 422 ml,
- Dispersant 1,7 g.- Dispersing 1.7 g.
EXEMPLE 4aEXAMPLE 4a
- Ciment G : 107 g,- Cement G: 107 g,
- Suspension de fumées de silice : 107 g,- Suspension of silica fumes: 107 g,
- Polyethylene imine : 81 ml,- Polyethylene imine: 81 ml,
- Eau de mer : 406 ml,- Sea water: 406 ml,
- Dispersant : 1,5 g.- Dispersant: 1.5 g.
Les résistances à la compression de ces différentes compositions, après 24 heures et 72 heures, à une température de 60°C, sont données dans le Tableau suivant:The compressive strengths of these different compositions, after 24 hours and 72 hours, at a temperature of 60 ° C., are given in the following table:
TABLEAU IVTABLE IV
III- Réalisation de coulis de densité 1,30 conformes à l'invention comprenant de l'eau douce ou de l'eau de mer.III- Production of grout density 1.30 in accordance with the invention comprising fresh water or sea water.
EXEMPLE lbEXAMPLE 1b
- Ciment G :- Cement G:
- Fumées de silice :- Silica fumes:
- Polyethylene imine :- Polyethylene imine:
- Eau douce :- Pure water :
- Dispersant :- Dispersant:
EXEMPLE 2bEXAMPLE 2b
- Ciment G :- Cement G:
- Fumées de silice :- Silica fumes:
- Polyethylene imine :- Polyethylene imine:
- Eau de mer :- Sea water :
- Dispersant :
On a testé la résistance à la compression des deux ciments obtenus à partir de ces coulis, au bout de 24 heures, à une température de 60°C et à la "pression atmosphérique. RESULTATS- Dispersant: The compressive strength of the two cements obtained from these grouts was tested after 24 hours at a temperature of 60 ° C. and at " atmospheric pressure. RESULTS
- Composition 1 : 5,2 MPa (755 p.s.i.)- Composition 1: 5.2 MPa (755 p.s.i.)
- Composition 2 : 6,9 MPa (1000 p.s.i.)- Composition 2: 6.9 MPa (1000 p.s.i.)
IV- Réalisation de coulis de densité 1,20 à 1,60 conformes à l'invention, comprenant de l'eau douce. Composition Ci de densité 1,20IV- Production of grouts with a density of 1.20 to 1.60 in accordance with the invention, comprising fresh water. Composition Ci of density 1.20
- Ciment G : 133.g,- Cement G: 133.g,
- Fumées de silice : 46,8 g,- Silica fumes: 46.8 g,
- Polyethylene imine : 57 ml,- Polyethylene imine: 57 ml,
- Dispersant : 2 g,- Dispersant: 2 g,
- Eau douce : 482 ml. Composition C de densité 1,30- Fresh water: 482 ml. Composition C of density 1.30
- Ciment G : 184 g,- Cement G: 184 g,
- Fumées de silice : 73,5 g,- Silica fumes: 73.5 g,
- Polyethylene imine : 50 ml,- Polyethylene imine: 50 ml,
- Dispersant : 3,7 g,- Dispersant: 3.7 g,
- Eau douce : 457 ml. Composition C3 de densité 1,40- Fresh water: 457 ml. Composition C3 of density 1.40
- Ciment G : 264 g,- Cement G: 264 g,
- Fumées de silice : 106 g,*' " - Polyethylene imine : 47 ml,- Silica fumes: 106 g, * '" - Polyethylene imine: 47 ml,
- Dispersant : 5,2 g,- Dispersant: 5.2 g,
- Eau douce : 4'20 ml* Composition C( de densité 1,50- Fresh water: 4 '20 ml * Composition C ( density 1.50
- Ciment G : 345 g,- Cement G: 345 g,
- Fumées de silice : 121 g,- Silica fumes: 121 g,
- Polyethylene imine : 43 ml,- Polyethylene imine: 43 ml,
- Dispersant : 6,9 g,- Dispersant: 6.9 g,
- Eau douce : '392 ml. Composition C de densité 1,60- Fresh water: ' 392 ml. Composition C of density 1.60
- Ciment G : 413 g,- Cement G: 413 g,
- Fumées de silice : 145 g,- Silica fumes: 145 g,
- Polyethylene imine : 40 ml,- Polyethylene imine: 40 ml,
- Dispersant : 6,2 g,
- Eau douce : 362 ml.- Dispersant: 6.2 g, - Fresh water: 362 ml.
Ces compositions ont été soumises à des essais de résistance à la compression à 60°C au bout de 24 heures et de 72 heures. Les résultats de ces essais en fonction de la densité apparaissent sur la Figure 1 des dessins annexés.These compositions were subjected to compressive strength tests at 60 ° C after 24 hours and 72 hours. The results of these tests as a function of density appear in Figure 1 of the accompanying drawings.
V- Tests d'étanchéité aux gazV- Gas tightness tests
Les laitiers de ciment ont été testés dans un appareil simulant le cheminement de gaz. Cet appareil est représenté schématiquement sur la Figure 2 des dessins annexés.The cement slags were tested in a device simulating the gas path. This device is shown schematically in Figure 2 of the accompanying drawings.
Il comprend une chemise métallique 1, fermée à la partie inférieure par une roche perméable 2 permettant l'écoulement du filtrat et l'application d'une pression de gaz (hélium) par le conduit 3. La chemise 1 est remplie de coulis 4 et fermée par un piston 5 chargé de transmettre la pression hydrostatique 6. En 7 se trouve un système de détection de gaz, relié à une formation perméable à basse pression. La pression hydrostatique, la pression de formation supérieure et la pression de gaz sont appliquées successivement, puis l'arrivée de pression de gaz est fermée, ainsi que celle simulant la pression de formation supérieure. On vérifie l'existence d'un cheminement de gaz par l'éventuelle baisse de pression d'h lium en 3, simulant la pression de zone à gaz, et l'augmentation de pression de formation supérieure ou pression aquifère en 8.It comprises a metal jacket 1, closed at the bottom by a permeable rock 2 allowing the flow of the filtrate and the application of a gas (helium) pressure through the conduit 3. The jacket 1 is filled with grout 4 and closed by a piston 5 responsible for transmitting the hydrostatic pressure 6. At 7 is a gas detection system, connected to a formation permeable at low pressure. The hydrostatic pressure, the upper formation pressure and the gas pressure are applied successively, then the gas pressure inlet is closed, as well as that simulating the upper formation pressure. The existence of a gas path is verified by the possible drop in helium pressure in 3, simulating the gas zone pressure, and the increase in upper formation pressure or aquifer pressure in 8.
Des essais de cheminement de gaz ont été effectués avec cet appareil sur différentes compositions de coulis conformes à l'invention, dans diverses conditions de pression et de température, après des durées variables.Gas tracking tests were carried out with this apparatus on different grout compositions in accordance with the invention, under various conditions of pressure and temperature, after variable times.
Les résultats de ces essais sont représentés sur les Figures 3 à 8, qui se rapportent aux essais suivants : Figure 3The results of these tests are shown in Figures 3 to 8, which relate to the following tests: Figure 3
Composition testée : coulis de ciment de densité 1,40, comprenant du ciment de classe G, de l'eau, 35 % de fumées de silice, rapporté au poids de ciment, et 10 % de
polyethylene imine (rapporté au poids d'eau), additionnés d'un retardateur et d'un dispersant. Conditions de l'essai :Composition tested: cement grout density 1.40, comprising class G cement, water, 35% silica fumes, based on the weight of cement, and 10% polyethylene imine (based on the weight of water), added with a retarder and a dispersant. Test conditions:
- Pression hydrostatique : 1,8 MPa - Pression de la formation supérieure ou pression de la zone aquifère : 0,6 MPa- Hydrostatic pressure: 1.8 MPa - Pressure of the upper formation or pressure of the aquifer zone: 0.6 MPa
- Pression de la formation inférieure ou pression de la zone à gaz : 1,6 MPa- Pressure of the lower formation or pressure of the gas zone: 1.6 MPa
- Température de la formation ou température du ciment : 49 °C.- Formation temperature or cement temperature: 49 ° C.
Figure 4Figure 4
- Composition testée : identique à la figure 3, excepté la concentration en polyethylene imine qui est de 15 % du poids d'eau. - Conditions de l'essai : identiques à la Figure 3.- Composition tested: identical to FIG. 3, except the concentration of polyethylene imine which is 15% by weight of water. - Test conditions: identical to Figure 3.
Figure 5Figure 5
Composition testée : identique à la figure 4.Composition tested: identical to FIG. 4.
Conditions de l'essai : identiques à la figure 4, excepté la température du ciment qui est de 80 °C Figure 6Test conditions: identical to figure 4, except the temperature of the cement which is 80 ° C Figure 6
Composition testée : identique aux figures 4 et 5, excepté la teneur en polyethylene imine, qui est de 10 % du poids de l'eau.Composition tested: identical to FIGS. 4 and 5, except the content of polyethylene imine, which is 10% by weight of the water.
Conditions de l'essai : identiques à la figure 5. Figure 7Test conditions: identical to Figure 5. Figure 7
Composition testée : identique à la figure 6, excepté la densité du coulis qui est de 1,60Composition tested: identical to Figure 6, except the density of the grout which is 1.60
Conditions de l'essai : identiques à la figure, 6.Test conditions: identical to the figure, 6.
Figure 8Figure 8
Composition testée : identiques à la figure 7.Composition tested: identical to Figure 7.
Conditions de l'essai : identiq-ues à la figure 7, excepté la température du ciment qui est 49 °C.Test conditions: identiq-ues in figure 7, except the cement temperature which is 49 ° C.
Dans tous ces essais (Figures 3 à 8), on ne constate aucune variation, au cours du temps, de la pression de la zone à gaz ou de la pression de la zone supérieure ou de la zone inférieure : aucun cheminement du gaz ne se produit donc.
VI- Réalisation de coulis de densité 1,40 conformes à l'invention pour des mesures de perméabilité.In all of these tests (Figures 3 to 8), there is no variation, over time, in the pressure of the gas zone or in the pressure of the upper or lower zone: no path of the gas therefore produced. VI- Production of grout of density 1.40 in accordance with the invention for permeability measurements.
Composition :Composition:
- Ciment G : 272 g, - Suspension 50/50 microsilice dans- Cement G: 272 g, - Suspension 50/50 microsilica in
1'eau : 190 g,Water: 190 g,
- Polyethylene imine : 47 ml,- Polyethylene imine: 47 ml,
- Dispersant : 4 g,- Dispersant: 4 g,
- Eau douce : 327 ml. On effectue avec cette composition un test de 72 heures à une température de 60°C, puis on pratique le carottage d'une eprouvette de 39 mm de diamètre et l'on mesure la perméabilité à l'eau distillée filtrée injectée sous une pression de 80 bars. On détecte une perméabilité inférieure à 0,001 millidarcy, alors qu'un ciment classique a une perméabilité de 0,004 millidarcy.- Fresh water: 327 ml. A 72 hour test is carried out with this composition at a temperature of 60 ° C., followed by coring of a 39 mm diameter test tube and the permeability to filtered distilled water injected under a pressure of 80 bars. A permeability of less than 0.001 millidarcy is detected, while a conventional cement has a permeability of 0.004 millidarcy.
VII- Réalisation de coulis de densité 1,40 conformes à l'invention, pour évaluation de la tenue en température test de résistance à la compression. Composition testée :VII- Realization of grout of density 1.40 in accordance with the invention, for evaluation of the temperature resistance test of compression resistance. Composition tested:
- Ciment G : 272,6 g,- Cement G: 272.6 g,
- Fumées de silice : 109,1 g,- Silica fumes: 109.1 g,
- Polyethylene imine : 44,5 ml, - Dispersant : 5,4 g; - Polyethylene imine: 44.5 ml, - Dispersant: 5.4 g ;
- Eau douce : 440 ml. . RESULTATS- Fresh water: 440 ml. . RESULTS
. Cette composition soumise à une température de 130°C* pendant 24 heures et 72 heures donne des résultats de résistance à la compression de très haute tenue,
comparatif à ceux obtenus à 60°C et sans modification dimensionnelle des éprouvettes testées.. This composition subjected to a temperature of 130 ° C. * for 24 hours and 72 hours gives very high resistance to compressive strength results, compared to those obtained at 60 ° C and without dimensional modification of the test pieces tested.
NOTANOTE
* Au dessus de 110°C, il est nécessaire d'ajouter du sable fin ou de la farine de silice pour éviter une chute des résistances à la compression.* Above 110 ° C, it is necessary to add fine sand or silica flour to avoid a drop in compressive strengths.
VIII- Réalisation de coulis de ciment conformes à l'invention pour évaluation de leur réactivité aux retardateurs. II est important, dans le domaine pétrolier, d'utiliser des retardateurs de prise pour pouvoir mettre en place le coulis de ciment dans les conditions de profondeur, température et pression des différents puits. Deux retardateurs courants, l'un liquide et l'autre solide, de type moyenne température, et un dernier liquide, de type haute température, ont été testés. Leur adaptabilite aux conditions d'utilisation est illustrée par les figures 9 à 11, qui se rapportent aux essais suivants: Figure 9VIII- Production of cement grout in accordance with the invention for evaluation of their reactivity to retarders. It is important, in the petroleum field, to use setting retarders in order to be able to set up the cement slurry under the conditions of depth, temperature and pressure of the various wells. Two common retarders, one liquid and the other solid, of medium temperature type, and a last liquid, of high temperature type, were tested. Their adaptability to the conditions of use is illustrated by Figures 9 to 11, which relate to the following tests: Figure 9
Composition testée :Composition tested:
- Ciment de classe G,- Class G cement,
- Eau douce,- Pure water,
- Fumées de silice: 35% (rapporté au poids de - ciment),- Silica fumes: 35% (based on the weight of - cement),
- Polyethylene imine: 10% (rapporté au poids d'eau),- Polyethylene imine: 10% (based on the weight of water),
- Dispersant en poudre : 1,5 %,- Powder dispersant: 1.5%,
- Retardateur liquide Conditions de l'essai : - Température : 54°C,- Liquid retarder Test conditions: - Temperature: 54 ° C,
- Pression : 43,5 MPa.- Pressure: 43.5 MPa.
La courbe représentée montre la variation de temps de pompabilite, exprimé en minutes, en fonction de la teneur en retardateur, exprimée en litres par tonne de ciment. Figure 10The curve shown shows the variation in pumpability time, expressed in minutes, as a function of the retarder content, expressed in liters per tonne of cement. Figure 10
Composition testée :Composition tested:
- Ciment de classe G,- Class G cement,
- Eau douce,
- Fumées de silice : 40% (rapporté au poids de ciment),- Pure water, - Silica fumes: 40% (based on the weight of cement),
- Dispersant en poudre : 2%,- Dispersant powder: 2%,
- Retardateur en poudre. Conditions de l'essai :- Powder retardant. Test conditions:
- Température : 54°C- Temperature: 54 ° C
- Pression : 43,5 Mpa.- Pressure: 43.5 Mpa.
La courbe représentée montre la variation du temps de pompabilite, exprimé en minutes, en fonction de la teneur en retardateur, exprimée en % en poids de ciment. Figure 11 Composition testée :The curve shown shows the variation in pumpability time, expressed in minutes, as a function of the retarder content, expressed in% by weight of cement. Figure 11 Composition tested:
- Ciment de classe G,- Class G cement,
- Eau douce , - Fumées de silice : 35% (rapporté au poids de ciment),- Fresh water, - Silica fumes: 35% (based on the weight of cement),
- Polyethylene imine : 10% (rapporté au poids d'eau),- Polyethylene imine: 10% (based on the weight of water),
- Dispersant en poudre : 2%,- Dispersant powder: 2%,
- Retardateur liquide. Conditions de l'essai :- Liquid retarder. Test conditions:
- Température 90°C,- Temperature 90 ° C,
- Pression : 69 MPa.- Pressure: 69 MPa.
La courbe représentée sur la figure montre la variation de temps de pompabilite, exprimé en minutes, en fonction de la teneur en retardateur de liquide, exprimée en litres par tonne de ciment.
The curve shown in the figure shows the variation in pumpability time, expressed in minutes, as a function of the content of liquid retardant, expressed in liters per tonne of cement.