FR2521582A1 - Fluide de forage et procede pour son utilisation - Google Patents

Abstract

FLUIDE DE FORAGE ET PROCEDE POUR SON UTILISATION. CE FLUIDE DE FORAGE EST A BASE D'HUILE ET SE CARACTERISE EN CE QU'IL CONTIENT UNE HUILE PRATIQUEMENT NON TOXIQUE A L'EGARD DE LA VIE MARINE ET EN TANT QU'AGENT GELIFIANT, UNE HECTORITE ORGANOPHILE. ON L'UTILISE POUR TRANSPORTER LES DEBLAIS HORS D'UN TROU DE SONDE SOUS-MARIN, ET SON ABSENCE DE TOXICITE PERMET DE REJETER LES DEBLAIS DIRECTEMENT DANS LA MER, SANS EPURATION PREALABLE.

Description

La présente invention se rapporte à un fluide de forage et å un procédé pour son utilisation.

Les fluides de forage sont utilisés pour transporter les déblais tels que les déblais de forage, à l'extérieur d'un trou de sonde au cours du forage du trou ou d'autres opérations exécutées à l'intérieur du puits. Ainsi, on fait circuler les fluides dans le puits, vers le bas, et ils transportent les déblais en mouvement ascendant dans le puits. Dans toute la présente demande, on utilise l'expression "fluides de forage" au sens général pour désigner les fluides (quelquefois appelés boues) conçus pour être utilisés au cours du forage proprement dit d'un puits de pétrole ou d'autres trous de sonde ainsi que les fluides conçus pour être utilisés à d'autres moments, par exemple pour reconditionner ou épuiser un puits, par exemple les autres fluides désignés quelquefois sous le nom de fluides de reconditionnement ou fluide de packer.

Les déblais entratnés hors du trou de sonde par les fluides de forage sont séparés du fluide en tête du puits et le fluide est recyclé. Les déblais peuvent être rejetés sur dépôt.

Les fluides de forage consistent en une phase liquide contenant fréquemment en dispersion une phase solide, par exemple un produit lourd tel qu'une barytine. La phase liquide peut consister en eau dans laquelle on a dissous ou dispersé des proportions mineures d'additifs, par exemple des agents gélifiants et des agents dispersants de types variés. Toutefois, on constate fréquemment qu'on obtient les meilleurs résultats, spécialement au cours du forage, lorsque la phase liquide comprend une huile et on désigne alors les fluides en question sous le nom de fluides ou boues de forage à base huile Ainsi, la phase liquide peut consister en huile ou en un mélange d'huile et d'eau, et par exemple en une émulsion du rype huile-dans-l'eau ou une émulsion du type eau-dans-l'huile.

On a ddjà proposé de nombreuses huiles pour l'utilisation dans la phase liquide des boues de forage. Ainsi, on a déjà proposé d'utiliser des huiles végétales ou d'autres huiles comestibles, mais les huiles minérales sont en général considérées comme plus satisfaisantes et plus intéressantes par leur prix. On a proposé des huiles minérales de types variés. Un exemple typique d'une telle proposition consiste en le brevet britannique n 1 467 841, dans lequel on indique que l'huile peut consister en gazole, pétrole brut, kerosène, ou autres hydrocarbures aliphatiques ou leurs mélanges.

Une autre proposition du meme genre consiste en le brevet des
Etats-Unis d'Amérique n 2 969 321 dans lequel les huiles proposées sont des pétroles bruts étetés, des gazoles, du kérosène, des huiles diesel, des alkylats lourds et des fractions d'alkylats lourds.

Malgré ces nombreuses propositions, huile est en général choisie en premier lieu en fonction des facilités d'approvisionncnent et du bas prix et en gdnéral, dans la pratique, lthuile utilisée est du gazole.

Quoique dans la pratique réelle, on utilise du gazole, trouve dans a littérature technique quelques exemples d'huiles particulieres autres que les gazoles. Ainsi, par exemple, on mentionne diverses huiles asphaltiques, paraffiniques et naphténiques dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2 698 833, et dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 840 460, on donne à titre d'exemple une base huileuse consistant en un mélange d'huile de saindoux sulfurée, de paraffine chlorée et d'une huile minérale naphténique.Les huiles données en exemple dans le brevet des
Etats-Unis d'Amérique n 2 698 833 apparaissent en général peu satisfaisantes tenu compte des normes de sécurité actuelles en raison de leur point d'inflammation en général bas, et l'huile donnée en exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 840 460 est coûteuse et présente d'autres inconvénients associés à l'utilisation d'huilz autres que les huiles minérales.

Lorsque les déblais de forage ou autres déblais sont sépares du fluide de forage, par exemple en tête du puits, les déblais séparés sont toujours souillés par la phase liquide de la boue de forage et par conséquent par l'huile s'il s'agit d'une boue de forage a base d'huile. Lorsque le forage est réalisé en mer, le traitement des déblais souillés peut susciter des problèmes. Si l'huile est toxique à l'égard de la vie marine et si les déblais souillés sont simplement rejetés dans la mer, ces déblais provoquent une pollution inacceptable de la mer.On a constaté que le gazole était toxiqué à l'égard de la vie marine, de sorte que les déblais souillés de gazole doivent être lavés avant rejet, ce qui exige des appareillages supplémentaires sur la plate-forme de forage et conduit à la production de lavages souillés d'huile qui doivent eux-memes être séparés ou traités avant de pouvoir être rejetés.

Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 594 317, on discute des problèmes soulevés par les rdglements antipollution concernant l'utilisation d'huile dans les boues de forage et on indique qu'il est devenu nécessaire de trouver des matières autres que les huiles, mais possédant les propriétés d'une huile dans les boues de forage Dans ce brevet, on prophase d > ti- liser l'alcool décylique en tant que composant d'une boue à base aqueuse. Bien qu'il puisse éviter les problèmes de pollution, le décanol ne constitue pas une solution satisfaisante et rentable au remplacement de l'huile dans les boues de forage, spécialement dans les trous de forage les plus difficiles où le gommage par exemple du conduit de forage constitue un risque particulier.

Des essais récents effectués aux Etats-Unis d'Amérique ont montré que l'huile combustible lourde qu'on peut obtenir dans des raffineries des Etats-Unis d'Amérique sous la marque commerciale Mentor 28 pouvait être utilisée à la place du gazole en tant qu'huile dans un liquide de forage à base d'huile et que le liquide obtenu était moins toxique l'égard de la vie marine que les fluides à base de gazole.

La demanderesse a également découvert que certaines autres huiles, spécialement des huiles naphténiques à faible teneur en composants aromatiques, avaient une toxicité basse et acceptable, et étaient en fait moins toxiques que l'huile Mentor 28 trouvée aux Etats-Unis d'Amérique.

Les caractéristiques de viscosité exigées des boues classiques sont bien connues et la viscosité de l'huile contenue dans la base huileuse d'une boue de forage à base d'huile est très importante en ce qu'elle détermine la viscosité de la boue.

Les gazoles sont considérés comme ayant des propriétés de viscosité particulièrement appropriées et c'est à l'une des raisons pour lesquelles on les a si souvent utilisés.

Une pratique courant consiste a régler les propriétés rhéologiques des fluides de forage b base d'huile et autres par introduction d'agents gélifiants. On a déjà proposé des matières variées en tant qu'agents gélifiants. Les plus souvent utilisés sont des bentonStes, par exemple le produit existant dans le commerce sous la dénomination DMB (drilling mud bentonite, bentonite pour boue de forage) et les produits désignés sous les marques DMS,
Sedapol 155 ou Sedapol 44, ou Claytone 34, Claytone 40, Claytone 1MG et Perchem A2/31/1.

On a maintenant trouvé avec surprise que les agents gélifiants efficaces avec le gazole et d'autres huiles minérales classiques tétaient efficaces lorsque l'huile minérale était une huile non toxique, telle que définie ci-dessus, spécialement l'une des huiles v toxicité et viscosité particulièrement basses, telles que décrites ci-apres. Il semble que les composants ou les fractions contenant des composants qui contribuent à la toxicité du gazole peuvent également contribuer aux propriétés gélifiantes, de sorte que leur absence conduit à des propriétés de gélification assez mauvaises lorsqu'on utilise les agents gélifiants couramment utilisés comme les bentonites.Il est possible que des fractions ou composants de fractions manquant dans les huiles non toxiques puissent interférer avec les propriétés gélifiantes des agents gélifiants classiques.

Quelle qu'en soit la cause, on a trouvé que, pour parvenir à de bonnes propriétés de gélification avec les huiles non toxiques, il était nécessaire de choisir un type particulier d'agents gélifiants si l'on voulait parvenir à des résultats satis frisants pour des doses économiques. On a en particulier choisi en tant qu'agents gélifiants des hectorites organophiles.

En conséquence, un fluide de forage à base d'huile selon l'invention contint, en tant qu'huile de sa base huileuse, une huile minérale non toxique telle que définie ci-dessus et, en tant qu'agent gélifiant, une hectorite organophile. Le fluide convient tout spécialement au transport des déblais hors d'un trou de sonde sous-marin, avant rejet des déblais dans la mer, encore souillée de l'huile.

L'hectorite organophile utilisée comme agent gélifiant peut être présente à l'état de sel d'un cation minéral, mais elle est de préférence présente a l'état de sel d'ammonium quaternaire d'hectorite.

L'agent gélifiant peut consister en une hectorite naturelle ou en une hectorite synthétique, telle que décrite par exemple dans le brevet britannique n 1 054 111. S'il s'agit d'une hectorite synthétique, celle-ci contient de préférence des cations d'ammonium organique échangeables, tels que décrits dans le brevet britannique n 1 121 501.

Les matières préférées peuvent être décrites comme des hectorites de tétraalkylammonium, tellesque décrites dans le brevet britannique n 1 121 501. De 1 à 3 groupes alkyles consistent de préférence en groupes alkyles b chatne courte (par exemple en
C1-C8, de préférence en C1-C3, par exemple méthyle) et de 1 à 3 des groupes alkyleisont de préférence des groupes alkyles à channe longue (par exemple C10-C25, couramment en C14-C22, plus spécialement en Cl8).

Une matière préférée consiste en l'hectorite de diméthyldioctadécylammonium, de préférence la Bentone 38 ou 1'Imvitone 1 ou l'Imvitone 2, qui sont des dérivés de llhectorite naturelle.

L'huile peut être plus visqueuse que le gazole et peut consister par exemple en le Mentor 28. De préférence, cependant, l'huile de la base huileuse doit avoir b 50C, et en général également a 200C, une viscosité inférieure celle du gazole. Ce point est particulièrement important en raison des basses températures ambiantes rencontrées dans de nombreuses opérations de forage offshore et des difficultés qui résultent des visccsités à l'entonnoir et des viscosités plastiques des boues, lesquelles peuvent 8tre trop fortes à température ambiante, sauf si l'on a utilisé des huiles très très basse viscosité.En général, la viscosité à 50 C est inférieure à 15 x 10-6 m2/s, de préférence inférieure 9 10 x 10 6 m2/s et, par exemple, de 1 A 7 x 10-6 m2/s
La viscosité a 200C doit etre basse, en général inférieure a 15 x 10-6 m2/s, de préférence inférieure à lOx 10-6m2/s et mieux encore inférieure à 8 x 10-6 m2/s. Elle est normalement d'au moins 1, couramment de 3 a 8 et fréquemment de 4 à à 7 x 10-6 m2/s.

L'huile de la base huileuse 'a en général à 40 C une viscosité inférieure à 6 x-10 m2/s et de préférence inférieure à 5,5 x 10-6 m2/s. La viscosité se situe fréqueament dans l'intervalle de 1 9 5,5 et par exemple de 3 à 5 x 10 6 m2/s. Toutefois, il existe des indications selon lesquelles on obtient les meilleurs résultats aux valeurs très basses et de préférence de 1,2 à 3,8 x 10-6 m2/s.

L'huile a de préférence une viscosité à 1000C allant de 0,6 à 2,5, en général de 0,7 à 1,4 x 10-6 m2/s. Toutes les mesures de viscosité dont les résultats sont donnés dans la présente demande sont les valeurs de viscosité cinématiques obtenues par le mode opératoire de la norme américaine ASTM 445/1P71.

La toxicité peut être observée par l'effet d'une quantité déterminée de l'huile dans l'eau de mer sur les crevettes grises (Crangon Crangon). On maintient des crevettes en bonne santé dans de l'eau de mer aérée à 150C en présence d'une concentration déterminée de l'huile et on observe la mortalité des crevettes au bout de durées variées. Dans cet essai, le gazole provoque une forte mortalité, par exemple plus de 50% et souvent 90 à 100% à une concentration de 100 1/1 au bout de 24 h. Les huiles utilisées dans la présente invention ne provoquent pratiquement pas de mortalité (par exemple moins de 10% et de préférence moins dé 1%) au bout de 24 h à des concentrations de 100 1/1, et de préférence également ne provoquent pratiquement pas de mortalité lorsqu'elles sont utilisées en quantité de 333 1/1 pendant 24 h. De préférence, la mortalité a 96 h et 100 1/1 est également basse, en général inférieure j 30X et de préférence inférieure à 15% et, de préférence également, la mortalité à 333Z1/1 à 96 h se situe dans le même intervalle et mieux encore au-dessous de 15%. En général la toxicité est telle que 50% au moins des crevettes grises survivent pendant au moins 5 jours à des concentrations d'huile d'au moins 333 1/1 et souvent d'au moins 1000)11/1. Un gazole typique, le gazole n 2, ne laisse que 50% de survivants après un délai de 5,6 h seulement à une concentration de 100 1/1.

La demanderesse pense que certains composés aromatiques à bas poids moléculaire sont dépourvus de toxicité et que celle-ci provient probablement de la présence de certains des composés aromatiques polycycliques ou de tous ces composés, l'expression polycyclique s'appliquant à au moins 4 cycles benzéniques et en général 5 cycles ou plus (spécialement le benzopyrène et le l,2,5,6-dibenzanthracène) et de certains composés à bas poids moléculaire, comme le toluène, les xylènes, les phénanthrènes et peut-être également les naphtalènes.

L'huile est de préférence pratiquement exempte de benzopyrène par exemple et d'autres composés aromatiques pouvant conduire a une toxicité. On veut dire par là que l'huile est totalement exempte de benzopyrène et d'autres composés toxiques ou ne contient ces composés qu'en quantité suffisamment faible pour que la toxicité de l'huile n'atteigne pas un niveau inacceptable.

En raison de la certitude sur la nature de certains des composés aromatiques contenus dans des huiles à teneur appréciable en ces composés, on préfère que la teneur en composés aromatiques de l'huile soit inférieure 5%, de préférence à 4% et mieux encore à 3,5%. La teneur en composés aromatiques d'une huile peut être déterminée par des méthodes expérimentales telles que les méthodes CSL 606-4, ASTM D2007 ou ASTM D2140-66. On peut la déterminer couramment en pourcentage en volume de l'huile dt aux composés aromatiques. On peut la déterminer en calculant la proportion des atomes de carbone de l'huile qui existe l1état de composés aromatiques, par rapport à la proportion totale des atomes de carbone contenus dans les hydrocarbures totaux de l'huile.

Avec de nombreuses huiles, il y a une augmentation importante de toxicité entre les huiles préférés utilises dans l'invention, couramment à une teneur en composés aromatiques de 0,2 à 3,5%, de préférence inférieure à 2,5X, et les huiles contenant des proportions plus fortes, par exemple 7 & 125 de composés aromatiques. Ainsi, par exemple, l'huile Mentor 28, aux Etats-Unis d'Amérique, semble contenir plus de 10% de composés aromatiques, d'où une toxicité supérieure à ce qu'on souhaiterait. Cependant, si l'huile est exempte de composés aromatiques toxiques, la teneur en composés aromatiques totaux peut être supérieure à 5X et peut adme atteindre 10 ou même 127..

entre 11,8 et 11,0, pouvant même descendre jusqu'à 10,0.

L'huile naphténique provenant d'un brut naphténique approprié peut avoir une teneur en composés aromatiques satisfaisnnte, suffisamment basse, mais si l'huile est obtenue par mélange, les huiles mélangées à l'huile naphténique ne doivent pas introduire des composants toxiques, c'est-à-dire que l'huile mélangée avec l'huile naphténique doit également être pratiquement exempte de composés aromatiques toxiques.

Des kérosènes et autres huiles paraffiniques peu odorants, a faible teneur en composés aromatiques, conviennent fréquemment.

L'huile minérale (ou mélange d'huiles minérales) est de préférence pratiquement incolore et pratiquement inodore.

Naturellerent, elle doit titre conforme au règlement de sécurité et, dans la pratique, cela signifie qu'elle doit avoir un point d'éclair d'au moins 600C et de préférence de 660C ou plus.

Le point d'ébullition initial de l'intervalle de distillation de l'huile utilisée comme base huileuse est de préféronce inférieur à 2500C. La densité APZ de l'huile est en général d'au orpins 15 et normalement inférieure à 35.

On trouve dans le commerce quatre huiles naphténiques convenant à l'utilisation dans l'invention, ce sont les huiles 60 Solvent Pale et KL 55 (également désignées sous le nom de
Prospect 5) de la firme J.O. Buchanan de Renfrew, Cosse, l'huile
POLY-X-HP35 de la firme Burmah-Castrol Company et l'huile Clairsol 350 de la firme Carless Solvants of Heckney Wick, Londres. On donne ciaprès les résultats typiques d'analyse de ces huiles.

60 Solvent Pale KL55
Densité A.P.I. à 15 C 30,2 32,2
Densité, g/cm3 à 15 C 0,875 0,864
Point d'éclair - coupelle fermée 145 C 1420C
Point de goutte -570C -540C
Coloration (Sabolt) 24 15
Viscosité, 10-6 m2/s à 40 C 7,7 6,6
Viscosité, 10-6 m2/s à 100 C 2-2,1 1,9-2,0
Les huiles préférées pour l'utilisation dans l'invention sont des huiles naphténiques ou paraffiniques à faible teneur en composés aromatiques.

Les huiles naphténiques peuvent dériver d'un pétrole naphténique et il semble que ces huiles puissent être beaucoup moins toxiques à l'égard de la vie marine que le gazole et l'huile Mentor 28 des Etats-Unis d'Amérique. L'huile naphténique peut être obtenue en mélangeant deux ou plusieurs huiles dont l'une au moins dérive en général d'un pétrole brut naphténique. Ainsi, par exemple, oR peut former un mélange d'une huile derivant d'un brut naphténique et d'une huile paraffinique à condition que huile finale mélangée puisse encore être classée comme huile naphténique.

Naturellement, lorsqu'on forme des mélanges, L'huile mélangée ne doit pas introduire des composants toxiques, comme on le verra plus en détail ci-après.

Le pétrole brut du Venezuela constitue un brut naphténique approprié en tant que source d'une partie ou de la totalité de l'huile nsphténique. L'huile peut avoir été hydrogénée en cours de production à partir d'un brut naphténique ou autre dans le but de convertir les composés aromatiques en naphtènes.

Les huiles naphténiques constituent une classe bien connue d'huiles qui se distinguent clairement des huiles paraffiniques. Elles se caractérisent en ce qu'elles contiennent moins de 707. environ de composés paraffiniques (aliphatiques) et contiennent une proportion importante de composés naphténiques '(cycloaliphatiques).Ainsi par exemple, au moins 25% et de préférence au moins 35 ou 40% de l'huile consistent en composé naphténique. I1 semble qu'on parvienne aux meilleurs résultats avec une huile contenant de 30 a 60%, de préférence de 45 à 60% de composés naphténiques, mais quelquefois on obtient de bons résultats a des proportions plus fortes (par exemple jusqu'd 70 a 80%) ou plus faibles (par exemple 25 & 30 et même jusqu'8 45%). De préférence, la teneur en hydrocarbure paraffinique ne dépasse pas 65% ou 70% au maximum. Les teneurs en hydrocarbures naphténiques et paraffiniques peuvent astre déterminées comme indiqué ci-dessus.

L'huile naphténique a de préférence un facteur de caractérisation inférieur à 12,0 et qui se situe de préférence
60 Solvent Pale KL 55
Distillation - point d'ébullition
initial 2750C 2940C
point d'ébullition
final 350 C 329 C(95%)
Point d'aniline 760C 80 C
Teneur en soufre 0,1-0,2% moins de 0,1
Teneur en paraffiniques 48,2% 33,9%
Teneur en naphténiques 48,5% 42,2%
Teneur en aromatiques (ASTN D2140) 3,2% 3,9%
Facteur de caractérisation 11,6 11,5
POLY-X-HP35
Coloration, Saybolt + 20
Densité à 200C 0,860
Viscosité cinématique à 20 C, 10-6 m2/s 6
Viscosité cinématique s 400C, 10-6 m2/s 3,6
Viscosité 100 C, 10-6 m2/s 1,1
Point d'éclair (PNCC), C 115
Point de goutte, C -66
Teneur en soufre, % 2,2
Point d'aniline 91 + 1. C
Teneur en aromatiques, atomes 6%
Atomes de carbone naphténiques 54 %
Atomes de carbone paraffiniques 40%
Clairsol 350
Propriétés Mode opératoire
typiques ~~~~~~~~~~~~~~~
Odeur bonne
Coloration incolore
Densité à 15 C 0,788 ASTM D1298
Intervalle de distillation, OC ASTM D 86
Point d'ébullition initial 200
Distillation 50% 221
Point sec 248
Point d'éclair, C 74 ASTM D 93
Indice Kauri-butanol 28 ASTM D1133
Clairsol 350
Propriétés Node
typiques opératoire
Teneur en aromatiques, en volume 0,2% CSL 606-4
Limite explosive inférieure on en volume dans l'sir) 0,6
Viscosité à 200C 2,3 x 10-6 m2/s
Limite explosive supérieure on en volume dans l'air) 7,1
Température d'auto-inflammation, OC 230
Teneur en naphténiques 40% en volume
Teneur en isoparaffines 20% en volume
Teneur en n-paraffines 40% en volume
Valeur Limite de seuil (TLV), ppm 200 par calcul
On peut utiliser d'autres huiles donnant à l'analyse des résultats analogues, spécialement d'autres solvants naphténiques présentant par exemple des caractéristiques semblables 9 celles du Clairsol 350.

On peut utiliser l'une quelconque de ces huiles individuellement ou former des mélanges de deux ou plusieurs de ces huiles ou d'une ou plusieurs de ces huiles avec une autre huile, par exemple une huile paraffinique. On forme un mélange approprié de 40 à 90, de préférence 60 a 80 parties en volume d'une huile naphténique avec une huile paraffinique, à condition que le mélange contienne encore suffisamment de composant naphténique pour pouvoir être classé comme huile naphténique.

On forme une huile appropriée à l'utilisation dans l'invention en mélangeant 70 parties en volume de l'huile 60 Solvent
Pale et 30 parties en volume de l'huile Clairsol 350. On obtient alors une huile naphténique mélangée qui possède les propriétés suivantes.

Propriétés typiques
Point d'aniline 75,4 C
Point d'éclair 960C
Point de goutte < -50 C
Viscosité à 400C 4,19 x 10-6 m2/s
Propriétés typiques
Intervalle de distillation
Point d'ébullition initial 214"C ébullition 10 2360C ébullition 509. 2920C ébullition 90% 3200C
Point d'ébullition final 335 C
Teneur en aromatiques estimée 2,37%
Densité 0,849
On peut utiliser d'autres huiles paraffiniques ou naphténiques ayant des propriétés analogues. Une telle huile consiste en le produit vendu sous la marque Lampeparafin par la firme
Norol de Norvège. Une autre consiste en l'huile paraffinique vendue sous la marque Mentor 28 en Grande-Bretagne.

La base huileuse du fluide de forage peut consister en l'huile minérale décrite ou en un mélange de l'huile minérale décrite et d'eau. Au moins 1% en volume du mélange doit consister en l'huile minérale et en général la quantité d'huile représente au moins 30X du volume total de l'eau et de l'huile, de préférence 51 A 99%, et mieux encore 60 b 95% d'huile, le solde b 100% en volume consistant en eau. Selon la nature des agents émulsionnants présents et les quantités d'huile et d'eau, le fluide peut consister en une émulsion eau-dans-l'huile ou en une émulsion huile-dans-l'eau.

L'eau utilisée pour former du fluide peut consister en eau douce ou en eau de mer et peut contenir en solution des sels tels que le chlorure de sodium ou le chlorure de calcium, jusqu'aux concentrations de saturation. Ainsi, le fluide peut consister en une émulsion huile-dans-l'eau dans laquelle l'eau est en fait une saumure. Un avantage de l'utilisation des huiles spécifiées réside en ce que les émulsions formées avec ces huiles ont tendance b être plus stables que les émulsions correspondantes formées avec d'autres huiles minérales relativement non toxiques comme les huiles paraffiniques de types variés.

Les fluides de forage peuvent contenir d'autres additifs de type courant pour les fluides de forage à base d'huile et ces additifs peuvent Oestre dissous ou dispersés dans la base hui leuse. Ainsi, ils peuvent contenir un ou plusieurs agents émulsionnants, par exemple les acides organiques polymérisés, tels que le produit vendu par la firme MILCHEM INCORPORATED sous la marque commerciale Carbo-tec L et les polymères d'amide solubles dans l'huile qui constituent des agents mouillants et des agents émulsionnants supplémentaires, par exemple le produit vendu par la firme
MILCHEM INCORPORATED sous la marque commerciale Carbo-Mul.La quantité des agents émulsionnants se situe en général entre 0,1 etlO % (des produits du commerce) en volume, de préférence entre 1 et 5% en volume par rapport au volume total d'huile et d'eau ou de 1 à 20%, de préférence de 2 à 5% par rapport à l'eau.

La boue peut contenir des polymères organiques à haut poids moléculaire et des agents de support minéraux, tels que les mélanges vendus par la firme NILCHEM INCORPORATED sous la marque commerciale Carbo-Trol. On peut dissoudre de la chaux hydratee dans l'eau.

Les fluides de forage contiennent en général une forte proportion d'un produit lourd tel que la barytine, l'oxyde de fer, la sidérite ou la calcite. La quantité de ce produit auxiliaire de lestage représente en général de 100 a 400 g pour 100 ml de fluide de forage, et, par exemple, de 90 a 230 kg par baril pétrolier de 160 1 environ. En général la quantité d'hectorite utilisée comme agent gélifiant, nécessaire pour parvenir aux propriétés optimales des fluides, est supérieure a la quantité d'hectorite ou d'un autre agent gélifiant qui serait nécessaire dans les fluides de forage classiques, et représente par exemple 1,5 & 2,5 fois la quantité nécessaire pour parvenir aux propriétés optimales lorsque l'huile de la base huileuse est du gazole.

La quantité d'hectorite utilisée comme produit auxiliaire gélifiant représente couramment de I å 10, de préférence de 1,25 a 4 g pour 100 ml du fluide. C'est-à-dire qu'on utilise d'environ 1,3 à 6,8, de préférence de 2,2 & 4 kg d'agent gélifiant par baril pétrolier d'environ 160 1 de fluide de forage.

Les exemples qui suivent illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée; dans ces exemples, les indications de parties et de pourcentage s'entendent en poids sauf mention contraire.

EXEMPLE i
On prépare un fluide de forage contenant 212 ml
de l'huile Pale Oil 60 décrite ci-dessus, 7 ml d'agent émulsion
nant du type tall-oil soufflé, 5 ml d'un polymère d'amide soluble
dans l'huile en tant qu'agent émulsionnant secondaire, 53 ml d'eau
contenant 25% de chlorure de calcium, 6 g de chaux hydratée, 7 g
d'un mélange de polymeres organiques à haut poids moléculaire et
d'agents de support minéraux, 358 g debarytne et 6 g d'hectorite
de diméthyldioc tadecylammonium.

On mesure ses propriétés avant et après laminage à chaud a 1220c pendant 17 h. (L/C). Cette boue est appelée boue n 1.

On prépare des boues de forage correspondantes n 2 à 6 avec la même
formule mais en remplaçant l'hectorite par des quantités égales de bentonites, à savoir les bentonites du commerce'Claytone 40, "Claytone 34; "Drilling Mud Bentonite,""Sedapol 44" et"Sedapol 155".

On détermine les propriétés de ces boues; les résultats obtenus
sont rapportés dans le tableau ci-après. SE est la stabilité élec
trique.

Boue n 1 L/C L/C 2 L/C 3 L/C
Poids de la boue 14,5 14,5 14,5 14,5 14,5 14,5 14,5
Propriétés d'écoulement, 49 49 65 49 49 49 49
température de l'essai, C
Lectures au viscosjmètre
Fann, 600 tr/min 223 226 125 198 164 176 232
300 tr/min 128 130 71 110 89 97 122
200 trlmin 95 94 52 89 63 70 85
100 tr/min 59 55 32 53 37 42 47
6 trlmin 16 13 9 13 7,5 10 7
3 tr/min 14 10 8 11 6 8 6
Viscosité plastique,
10@ Pa.s 95 96 54 88 75 79 110
Limite d'élasticité,
g/100 cm2 16,5 17 8,5 11 7 9 6
Forces en gel. g/100 cm2 8/ 6,5/ 4/ 6/ 3,5/ 4,5/ 4.2/
12,5 11,5 7,5 9,5 6,5 6,5 6
S.E., volts à 490C 1430 1160 2000+ 1100 1370 1230
Boue n 4 L/C 5 LIC 6 L/C L/C
Poids de la boue 14,5 14,5 14,5 14,5 14,5 14,5 14,5
Propriétés d'écoulement, 49 49 49 49 49 49 65 température de l'essai, C
Lectures au viscosimètre
Fann, 600 tr/min 211 185 162 170 199 172 129
300 tr/min 115 104 89 91 112 103 70
200 tr/min 84 74 64 64 82 74 51
100 tr/min 51 43 39 36 50 43 30
6 trîmin 12 10 9 6,5 12 8, 5 7
3 tr/min 10 8 7 5 10 7 6
Viscosité plastique,
10-3 Pa.s 96 81 73 79 87 69 59
Limite d'élasticité, g/100 cm2 4 11,5 8 6 17,5 17 5,5
Forces en gel, g/100 cm2 5,5/ 4/6 3,2/ 2,81 5/ 3,5/0,5 3,2/
6,5 5,5 4,5 7,5 6,7 5,5
S.E., volts à 490C 1460 1100 1300 1070 1450 1040
Les résultats rapportés dans le tableau ci-dessus montrent que la boue 1 présente le meilleur rapport viscosité plastique/limite d'élasticité avant et apres laminage à chaud, ce qui indique qu'elle a les meilleurs propriétés de gel avant utilisation et à l'utilisation en descente dans l'orifice.

Lorsqu'on a soumis l'huile de la boue I b l'essai de toxicité par le mode opératoire décrit plus haut, on a constaté qu'elle provoquait au bout de 96 h environ 3% de mortalité 9 333 1/1 et jusqu' & 15% de mortalité après 120 h. Dans les mêmes essais, le gazole n 2 provoque une mortalité de 93% au bout de 24 h et une mortalité de 100% au bout de 72 h à 100 1/1.

EXEMPLE 2
On prépare un fluide de forage, appelé boue 7, avec les mimes constituants que la boue 1 de exemple 1, sauf que l'huile utilisée est remplacée par l'huile du commerce POLY-X-HP35, la quantité de tall-oil soufflé servant d'agent émulsionnant est portée à 10 ml et a quantité d'agent émulsionnant secondaire réduite & 2 ml.

On prepare les boues 8 et 9 a partir des mêmes constituants que la boue 7, mais en remplaçant l'hectorite utilise comme agent gélifiant par le produit du commerce"Perchem A2/31/l"dans la boue 8 et le produit du commerce Claytone IMG"dans la boue 9. On détermine les propriétés de ces boues; les résultats sont rapportés dans le tableau suivant.

Dans ces essais, le laminage à chaud a duré 17 h è 1500C.

Les produits du commerce Perchem A2/31/1" et "Claytone IMG" sont des bentonites,
Boue n 7 L/C L/C
Poids de la boue 14,5 14,5 14,5
Propriétés d'écoulement, température de l'essai; C 49 49 60
Lectures au viscosimètre Fann 600 tr/min 105 145 98 300 trîmin 65 82 53 200 tr/min 51 59 37 100 trîmin 35 34 21
6 trlmin 13 4 2
3 tr/min 12 2,5 2
Viscosité plastique, 10 3 Pa.s 40 63 45
Limite d'élasticité, g/100 cm 12,5 9,5 4
Forces en gel, g/100 cm2 7/11,5 1,7/4,8 1/1,5
S.E., volts 2000+ 1210 1230 HT/HP à 1500C et 35 bars 1,8 cm3
Boue n 8 L/C L/C
Poids de la boue 14,5 14,5 14,5
Propriétés d'écoulement, température de l'essai, C 49 49 60
Lectures au viscosimètre Fann, 600 tr/min 74 103 70 300 trlmln 39 55 35 200 tr/min 28 37 24 100 tr/min 17 20 13
6 trîmin 4 2,5 2
3 tr/min 3 1,5 1,5
Viscosité plastique, 10 3 Pa.s 35 48 35
Limite d'élasticité, g/100 cm2 2 3,5 0
Boue n 8 L/C L/C
Forces en gel, g/100 cm2 2,5/4 1,2/1,8 1/2,5
S.E. volts 1460 1180 1250
HT/HP à 150 C et 35 bars 9,4 cm3
Boue n 9 L/C L/C
Poids de la boue 14,5 14,5 14,5
Propriétés d'écoulement, température de l'essai, C 49 49 60
Lectures au viscosimètre Fann, 600 tr/min 101 107 79 300 trlmin 61 56 41 200 tr/min 46 40 28 100 trîmin 31 22 15
6 tr/min 11 2,5 2
3 trlmin 10 2 1,5
Viscosité plastique, 10 10-3 Pa.s 40 51 38
Limite d'élasticité, g/100 cm2 10,5 2 1,5
Forces en gel g/100 cm2 6/9,5 1,5/2 1/1,5 S.E. volts 2000+ 1190 1080
3
HT/HP A 15O0C et 35 bars 21 cm
L/C - Laminage å chaud de 17 h 9 1500C.

I1 est encore clair ici que la boue 7 a les meilleures propriétés, par exemple les meilleurs rapports viscosité plastiquel limité d'élasticité avant et après laminage a chaud, et les meilleures valeurs HT/HP (perte en fluide à températures et pressions élevées).

On notera qu'on obtient les meilleurs résultats lorsque l'huile a une teneur en composés aromatiques inférieure à 15, de préférence à 5 et mieux encore inférieure à 1% en volume, la mesure étant faite par le mode opératoire de la norme américaine ASTM 2007 (spécialement lorsque l'huile est un solvant naphténique)ou, s'il s'agit d'une huile isolante, lorsque la teneur en composés aromatiques est inférieure a 5%, la mesure étant faite par le mode opératoire de la norme américaine ASTM 2041. Si la mesure est faite aux infrarouges, la teneur en composés aromatiques peut être inférieure à 10, de préférence inférieure à 6% et, par exemple, de 0,1 à 5% (comparativement a environ 12% pour l'huile du commerce" Mentor 2g' des Etats-Unis d'Amérique et 18 à 20% pour le gazole).

Claims (17)

REVENDICATIONS

1 - Fluide de forage à base d'huile, caractérisé en ce que l'huile de la base huileuse provoque une mortalité des crevettes grises inférieure à 10% A l'essai dans l'eau de mer aérée à 150C pendant 24 h a une concentration de 100 1/1 et en ce que le fluide comprend en tant qu'agent gélifiant une hectorite organophile.

2 - Fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hectorite est une hectorite de tétraalkylammonium, dans laquelle 1 A 3 des groupes alkylesconsistent en groupes cîkyle en

C1-C8 et 1 b 3 des groupes alkyles consistent en groupes alkyles en C10-C25*

3 - Fluide selon la revendication 2, caractérisé en ce que 1 a 3 des groupes alkyles sont des groupes alkyles en C1-C3 et 1 à 3 des groupes alkyles sont des groupes alkyles en C14-C22.

4 - Fluide selon l'une quelconque des revendications 1 A 3, caractérisé en ce que l'hectorite est une hectorite de diméthyldioctadécylammonium.

5 - Fluide selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caractérisé en ce que l'huile provoque une mortalité des crevettes grises inférieure à 5% d l'essai dans de l'eau de mer aérée à 150C pendant 24 h, & une concentration de 333Z1/1.

6 - Fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'huile du fluide de forage est une huile naphténique.

7 - Fluide selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'huile naphténique dérive d'un pétrole brut naphténique ou consiste en un mélange d'une huile dérivant d'un pétrole brut naphténique avec une huile paraffinique.

8 - Fluide selon l'une quelconque des revendications 1 & 7, caractérisé en ce que l'huile de la base huileuse a une teneur en composés aromatiques inférieure 5%.

9 - Fluide selon l'une quelconque des revendications 1 b 8, caractérisé en ce que l'huile de la base huileuse est pratiquement exempte de composés aromatiques polycycliquestoxiques.

10 - Fluide selon l'une quelconque des revendications 1 a 9, caractérisd en ce que l'huile est pratiquement exempte ce benzopyrène et de 1,2,5,6-dibenzanthracène.

ll - Fluide selon l'une quelconque des revendications 1 A 10, caracce risé en ce que l'huile est choisie dans le groupe formé par les huiles du commerce"60 Solvent Pale," "KL55", "POLY-X-HP35" et'Clairsol 350'et les huiles possédant pratiquement les mêmes propropriétés que ces dernières, et les mélanges de deux ou plusieurs de ces huiles.

12 - Fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'huile a une viscosité inférieure à 6 x 10-6 m/s A 400C.

13 - Fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'huile a une viscosité inférieure à 10 x 10-6 m2/s à 20 C.

14 - Fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'huile a une viscosité de 1 à 5,5 x 10-6 m2/s à 40 C et uen viscosité de 1 à 8 x 10-6 m2/s à 20 C.

15 - Fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que l'huile a une viscosité de 1 à 7 x 10-6 m2/s à 20 C, de 1 à 5 x 10-6 m2/s à 40 C et de 0,7 à 2,5 x 10-6 m2/s à 100 C.

16 - Fluide selon l'une quelconque des revendications 1 a 15, caractérisé en ce que l'huile présente à 20 C une viscosité inférieure à celle du gazole.

17 - Fluide selon l'une quelconque des revendications 1 a 16, caractérisé en ce que la base huileuse consiste en 30 à 100% en volume de l'huile naphténique et 70 à O % d'eau, et le fluide de forage comprend également des additifs pour fluides de forage choisis parmi les agents gélifiants, les agents émulsionnants, les agents de soutien, les agents de lestage et la chaux.

18 - Procédé pour transporter les déblais hors d'un trou de sonde sous-marin et rejeter les déblais dans la mer A l'état encore souillé par le fluide, caractérisé en ce que l'on utilise A cet effet un fluide de forage à base d'huile selon l'une quelconque des revendications 1 à 17.