CA1031153A - Well grouting processes - Google Patents
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- E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
- E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
- E21B33/13—Methods or devices for cementing, for plugging holes, crevices, or the like
- E21B33/14—Methods or devices for cementing, for plugging holes, crevices, or the like for cementing casings into boreholes
Abstract
PRECIS DE LA DIVULGATION:
Procédé de cimentation d'un puits traversant une formation qui renferme du gaz, permettant de réaliser une cimen-tation étanche empêchant que le gaz ne diffuse à travers le ciment. Selon ce procédé, on effectue la cimentation en injec-tant un lait de ciment auquel est incorporé un agent moussant qui coopère avec le gaz de la formation pour former un écran de mousse s'opposant à la migration ultérieure du gaz au cours de la prise en masse du lait de ciment, cet agent moussant étant constitué d'une solution aqueuse uniphasique renfermant un com-posé tensio-actif ionique et un composé tensio-actif non ionique. PRECISION OF DISCLOSURE:
Method of cementing a well crossing a formation which contains gas, making it possible to achieve a cement leak-tight seal preventing gas from diffusing through the cement. According to this process, cementing is carried out by injecting as a cement milk to which a foaming agent is incorporated which cooperates with the formation gas to form a screen foam opposing the subsequent migration of gas during solidification of the cement milk, this foaming agent being consisting of a single-phase aqueous solution containing a laid ionic surfactant and a nonionic surfactant compound.
Description
1031~;53 ~ a présente invention concerne un perfect~onnement aux proc~dés de cimentation des puits traversant des formations géologiques qui renferm2nt du gaz, perm~ttant de réaliser une cimentation étanche en empêahant que le gaz ne dif~use à travers le ciment, ou au contact du tubage ou de la paroi du puits.
La cimentation des tubages dans les puits de production ainsi que dans les puits creusés pour exploiter des stockages souterrains de gaz se révèle la plupart du temps défectueuse au niveau QU au-dessus des zones du sous-sol renfermant du gaz, celul-c~ diffusant à travers le ciment et remontant le lon~ du tubage.
La dif~usion du gaz à travers le ciment est due au fait que le lait de ciment, après quelques heures de prise, ne permet plus le maintien d'une presslon hydrostatlque sur le réservoir de ga~ de sorte que le gaz peut alors diffuser entre les grains de ciment, déplaçant l'eau non encore fixée et créant des canaux qui rendent la cimentation poreuse et non é-tanche au gaz.
II a déJà été proposé de réaliserJ préalablement à la cimentation de la zone annulaire comprise entre le tuDa~e eS la paroi du puits, la mise en place dans cette zone dtu~e solution moussante qui diffuse dans le sol au volsinage de la paroi du puits o~ elle crée, après in~ection d'un gaz au-xiliaire depuis la surface, une barrière de mousse susceptible de ~êner la dlffusion uers le puits du ~az de la formation.
Ce procéde ne semble pas apporter une solution entièrement satls-faisante au problème et sa mise en oeuvre présente par ailleurs l'lnconv~-nient de nécessiter une opérat$on particullère pour la formatlon de mousse dans le pults.
Cette mousse doit en effet, soit être formée en surface avant d'être inJectëe dans le puits, en utllisant une solution aqueuse qui contient un produit moussant et dans laquelle on introduit un ga3 auxiliaire comprir.~é, soit être formée in situ en réalisant su¢cessivement l'inJection de la , . . .
- 1 ... /--- ' '` 1031153 solution aqueuse renfermant le produit moussant dans l'espace annulaire, entre le tubage et la paroi du puits, puis le dépla-cement de cette solution par un gaz auxiliaire comprimé produi-sant la formation de mousse dans le sol au voisinage de la paroi du puits.
L'invention permet d'améliorer la qualité de la ci-mentation des puits en évitant les inconvenients des techniques antérieures.
Le procédé selon l'invention se distingue de la techni-que antérieure visant à créer une barrière de mousse dans le solau voisinage de la paroi du puits, en ce qu'un agent moussant n'empêchant pas la prise du lait de ciment et ne modifiant pas le temps de pompabilité du lait de ciment, ni les proprietés mécaniques du ciment mis en place, est incorporé au lait de ciment lui-même, de sorte que de la mousse se forme à l'intérieur même des pores du ciment en cours de prise, si du gaz tente de diffuser au travers de ce ciment avant sa prise complète.
Ce procédé est caractérisé en ce qu'on effectue la cimentation en injectant un lait de ciment auquel est incorporé
un agent moussant qui coopere avec le gaz de la formation pour former un écran de mousse s'opposant a une migration ultérieure du gaz a travers le lait de ciment, au cours de la prise en masse dudit lait de ciment.
La présence de mousse au sein des pores entraîne une forte réduction de la perméabilité au gaz et on parvient ainsi à empêcher le déplacement intergranulaire de l'eau par le gaz, en créant une barrière de mousse beaucoup plus ef~icace que ccl-le obtenue en suivant la technique anterieure.
On pourra avantageusement réduire le temps de prise du ciment en incorporant au lait un accélérateur de prise connu en soi.
Des cimentations parfaitement étanches au gaz ont pu ~ -2-1~)3115;~
être obtenues en utilisant comme agent moussant un mélange ren-fermant au moins un composé tensio-actif moussant ionique et au moins un composé tensio-actif non ionique en solution.
La cimentation étanche d'un puits, en utilisant le procédé selon l'invention pourra être réalisée au droit et au-dessus de la couche renfermant le gaz, sur une hauteur suffisan-te du puits de fac,on qu'un anneau de ciment ~tanche, de hauteur suffisante, s'oppose a la remontée du gaz le long du puits dans la zone annulaire cimentée comprise entre la paroi de ce dernier et le tubage.
` ` 1031153 Les composés tensio-actifs ioniques peuvent Aetre anioniques ou cationiques. Un composé tensio-acti~ anlonique utilisable en mélange avec un oomposé tensio-actif non ionique pour constituer l'agent moussant lncorporé au ciment pourra être choisi dans la liste non limitative suivante :
- sulfates d'alcools ~ras, - sulfates d'alcools gras polyéthox~lés, - sulfates d'all~ylphénols éthoxylés, - esters phosphoriques d'alcools gras éthoxylés.
Un composé tensio-actif catlonlque peut être un sel d'ammonium quaternaire.
.
Le composé tensio-actif non lonique en solution, àutiliser en mélange avec un ou plusieurs des composés cl-dessus, pourra 8tre choisi dans les familles sulvantes de produits tensio-actifs non ioniques :
- Alkylphenols éthoxylés, - Alcools ~ras éthoxylés, - Produits de condensation de l'oxyde d'éthylène avec des propylène glycols - Esters de sorbitol éthoxylés.
Le mélanse des agents tensio-actifs choisis ne dolt pas précipiter sous l'action des ions contenus dans le lait de ciment et dans le filtrat de la boue utills~épour le fonçage du puits.
, De très bons résultats ont été obtenus a~ec des a~ents moussants constltués de m~langeæ d'au moins un com~osé aliphatique oxy~thyl~n~ et d'au moins un sulfate d'alcool gras polyéthoxylé.
~ .
1 La concentration en poids d'agent moussant contenu dans la phase aqueuse du lalt de ciment sera généralement comprlse entre 0,1 et 5 ~
d'excellents résultats ayant été obtenus avec des teneurs de 0,5 ~ 2 %
en poids.
f ,, ,~ , ,i ' ' J
' .:
.
103ilS3 La mise en oeuvre des produits ~oussants sur le chantier se fera avec certaines précautions ; en effetJ une fois l'agent moussant mis en solution, il faut éviter toute agitation violente en présence dtair, de façon à ne pas diminuer la densit~ du lait de ci~ent par inclusion de bulles d'air.
. .
Dans ce but, o~ in~ectera de préférence l'agent moussant à l'aide d'une pompe doseuse dans le lait de ciment dé~à préparéJ c'est-à-dire en aval du point de mélange du ciment (déllvre par une trémie) avec l'eau de ~cha~e.
Plusieurs essais sur champ ont ét~ r~alisés suivant la mise en oeuvre ¢i-dessus. La ¢oncentration en a~ent moussant etait de 1 g.
Une diagraphie d'adherence du ciment réalisé selon le procedé de l'inventicn (Ligure 1) permet de ~uger la qualite de la ci~entation, no-tamment au drolt de la couche impré née de gaz. La diagraphie de la cimen-tation primaire classique d'un puits, dans la ~me formation, est donnée en référence (figure 2).
Les puits voisins, creusés dans la ~me formation géologique, sur lesquels ont porté les essais, traversaient une couche imprégnée de gaz située au dessus d'une couohe aquifère 2 et surmontée dlune couverture arg~leuse ~, elle-mame recouverte de sables argileux perméables 4 La dla6raphie est ef~ectuee au moyen d'une sonde emettant des ondes sonores qui sont d'autant mieux absorbées que l'adherence du cl~2nt est meilleure.
Sur les enregistrements des figures 1 et 2 appara~t l'amplitude A
en miIlivolts du si~nal recueilli par le récepteur de la sonde aux différen~s nivesux du puits.
Sur la diagraphie de la figure 2, cette amplitude devient élevée au droit de la couche de gaz 1, de la couve-rture argileu~e 3 et de la ba_e de la couche de sables argileux 4, ce qui témoigne d'une diffusion du gaz à travers le ciment. ~~~
. .
Au con~raire, en utilisant le procédé selon l~invention, on obtient une ci~entation imperméable au gaz, comme en témolgne la faible amplltude enregistrée au droit des m~mes zones. Cette faible amplitude oorrespond à
une forte absorptlon de l~énergie so re tout au lon~ ~e cette partie ci~entée du puits, ce qui prou~e la bonne adhérence du ciment et par con-s~quent son étanchéité au gaz.
, ' ~: , t , 5 .
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La cimentation des tubages dans les puits de production ainsi que dans les puits creusés pour exploiter des stockages souterrains de gaz se révèle la plupart du temps défectueuse au niveau QU au-dessus des zones du sous-sol renfermant du gaz, celul-c~ diffusant à travers le ciment et remontant le lon~ du tubage.
La dif~usion du gaz à travers le ciment est due au fait que le lait de ciment, après quelques heures de prise, ne permet plus le maintien d'une presslon hydrostatlque sur le réservoir de ga~ de sorte que le gaz peut alors diffuser entre les grains de ciment, déplaçant l'eau non encore fixée et créant des canaux qui rendent la cimentation poreuse et non é-tanche au gaz.
II a déJà été proposé de réaliserJ préalablement à la cimentation de la zone annulaire comprise entre le tuDa~e eS la paroi du puits, la mise en place dans cette zone dtu~e solution moussante qui diffuse dans le sol au volsinage de la paroi du puits o~ elle crée, après in~ection d'un gaz au-xiliaire depuis la surface, une barrière de mousse susceptible de ~êner la dlffusion uers le puits du ~az de la formation.
Ce procéde ne semble pas apporter une solution entièrement satls-faisante au problème et sa mise en oeuvre présente par ailleurs l'lnconv~-nient de nécessiter une opérat$on particullère pour la formatlon de mousse dans le pults.
Cette mousse doit en effet, soit être formée en surface avant d'être inJectëe dans le puits, en utllisant une solution aqueuse qui contient un produit moussant et dans laquelle on introduit un ga3 auxiliaire comprir.~é, soit être formée in situ en réalisant su¢cessivement l'inJection de la , . . .
- 1 ... /--- ' '` 1031153 solution aqueuse renfermant le produit moussant dans l'espace annulaire, entre le tubage et la paroi du puits, puis le dépla-cement de cette solution par un gaz auxiliaire comprimé produi-sant la formation de mousse dans le sol au voisinage de la paroi du puits.
L'invention permet d'améliorer la qualité de la ci-mentation des puits en évitant les inconvenients des techniques antérieures.
Le procédé selon l'invention se distingue de la techni-que antérieure visant à créer une barrière de mousse dans le solau voisinage de la paroi du puits, en ce qu'un agent moussant n'empêchant pas la prise du lait de ciment et ne modifiant pas le temps de pompabilité du lait de ciment, ni les proprietés mécaniques du ciment mis en place, est incorporé au lait de ciment lui-même, de sorte que de la mousse se forme à l'intérieur même des pores du ciment en cours de prise, si du gaz tente de diffuser au travers de ce ciment avant sa prise complète.
Ce procédé est caractérisé en ce qu'on effectue la cimentation en injectant un lait de ciment auquel est incorporé
un agent moussant qui coopere avec le gaz de la formation pour former un écran de mousse s'opposant a une migration ultérieure du gaz a travers le lait de ciment, au cours de la prise en masse dudit lait de ciment.
La présence de mousse au sein des pores entraîne une forte réduction de la perméabilité au gaz et on parvient ainsi à empêcher le déplacement intergranulaire de l'eau par le gaz, en créant une barrière de mousse beaucoup plus ef~icace que ccl-le obtenue en suivant la technique anterieure.
On pourra avantageusement réduire le temps de prise du ciment en incorporant au lait un accélérateur de prise connu en soi.
Des cimentations parfaitement étanches au gaz ont pu ~ -2-1~)3115;~
être obtenues en utilisant comme agent moussant un mélange ren-fermant au moins un composé tensio-actif moussant ionique et au moins un composé tensio-actif non ionique en solution.
La cimentation étanche d'un puits, en utilisant le procédé selon l'invention pourra être réalisée au droit et au-dessus de la couche renfermant le gaz, sur une hauteur suffisan-te du puits de fac,on qu'un anneau de ciment ~tanche, de hauteur suffisante, s'oppose a la remontée du gaz le long du puits dans la zone annulaire cimentée comprise entre la paroi de ce dernier et le tubage.
` ` 1031153 Les composés tensio-actifs ioniques peuvent Aetre anioniques ou cationiques. Un composé tensio-acti~ anlonique utilisable en mélange avec un oomposé tensio-actif non ionique pour constituer l'agent moussant lncorporé au ciment pourra être choisi dans la liste non limitative suivante :
- sulfates d'alcools ~ras, - sulfates d'alcools gras polyéthox~lés, - sulfates d'all~ylphénols éthoxylés, - esters phosphoriques d'alcools gras éthoxylés.
Un composé tensio-actif catlonlque peut être un sel d'ammonium quaternaire.
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Le composé tensio-actif non lonique en solution, àutiliser en mélange avec un ou plusieurs des composés cl-dessus, pourra 8tre choisi dans les familles sulvantes de produits tensio-actifs non ioniques :
- Alkylphenols éthoxylés, - Alcools ~ras éthoxylés, - Produits de condensation de l'oxyde d'éthylène avec des propylène glycols - Esters de sorbitol éthoxylés.
Le mélanse des agents tensio-actifs choisis ne dolt pas précipiter sous l'action des ions contenus dans le lait de ciment et dans le filtrat de la boue utills~épour le fonçage du puits.
, De très bons résultats ont été obtenus a~ec des a~ents moussants constltués de m~langeæ d'au moins un com~osé aliphatique oxy~thyl~n~ et d'au moins un sulfate d'alcool gras polyéthoxylé.
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1 La concentration en poids d'agent moussant contenu dans la phase aqueuse du lalt de ciment sera généralement comprlse entre 0,1 et 5 ~
d'excellents résultats ayant été obtenus avec des teneurs de 0,5 ~ 2 %
en poids.
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103ilS3 La mise en oeuvre des produits ~oussants sur le chantier se fera avec certaines précautions ; en effetJ une fois l'agent moussant mis en solution, il faut éviter toute agitation violente en présence dtair, de façon à ne pas diminuer la densit~ du lait de ci~ent par inclusion de bulles d'air.
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Dans ce but, o~ in~ectera de préférence l'agent moussant à l'aide d'une pompe doseuse dans le lait de ciment dé~à préparéJ c'est-à-dire en aval du point de mélange du ciment (déllvre par une trémie) avec l'eau de ~cha~e.
Plusieurs essais sur champ ont ét~ r~alisés suivant la mise en oeuvre ¢i-dessus. La ¢oncentration en a~ent moussant etait de 1 g.
Une diagraphie d'adherence du ciment réalisé selon le procedé de l'inventicn (Ligure 1) permet de ~uger la qualite de la ci~entation, no-tamment au drolt de la couche impré née de gaz. La diagraphie de la cimen-tation primaire classique d'un puits, dans la ~me formation, est donnée en référence (figure 2).
Les puits voisins, creusés dans la ~me formation géologique, sur lesquels ont porté les essais, traversaient une couche imprégnée de gaz située au dessus d'une couohe aquifère 2 et surmontée dlune couverture arg~leuse ~, elle-mame recouverte de sables argileux perméables 4 La dla6raphie est ef~ectuee au moyen d'une sonde emettant des ondes sonores qui sont d'autant mieux absorbées que l'adherence du cl~2nt est meilleure.
Sur les enregistrements des figures 1 et 2 appara~t l'amplitude A
en miIlivolts du si~nal recueilli par le récepteur de la sonde aux différen~s nivesux du puits.
Sur la diagraphie de la figure 2, cette amplitude devient élevée au droit de la couche de gaz 1, de la couve-rture argileu~e 3 et de la ba_e de la couche de sables argileux 4, ce qui témoigne d'une diffusion du gaz à travers le ciment. ~~~
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Au con~raire, en utilisant le procédé selon l~invention, on obtient une ci~entation imperméable au gaz, comme en témolgne la faible amplltude enregistrée au droit des m~mes zones. Cette faible amplitude oorrespond à
une forte absorptlon de l~énergie so re tout au lon~ ~e cette partie ci~entée du puits, ce qui prou~e la bonne adhérence du ciment et par con-s~quent son étanchéité au gaz.
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Claims (12)
1. Procédé de cimentation d'un tubage dans un puits traversant au moins une formation qui renferme du gaz, permet-tant de réaliser une cimentation étanche empêchant que le gaz ne diffuse à travers le ciment et dans lequel un ciment est pla-cé dans l'espace annulaire formé entre le puits et le tubage, caractérisé en ce qu'on effectue la cimentation en injectant un lait de ciment auquel est incorporé un agent moussant qui coopè-re avec le gaz de la formation pour former un écran de mousse s'opposant à une migration ultérieure du gaz à travers le lait de ciment, au cours de la prise en masse dudit lait de ciment.
2. Procédé de cimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on incorpore au lait de ciment un accéléra-teur de prise.
3. Procédé de cimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent moussant est constitué d'une solu-tion aqueuse uniphasique renfermant au moins un composé tensio-actif ionique et au moins un composé tensio-actif non ionique.
4. Procédé de cimentation selon la revendication 3, caractérisé en ce que le composé tensio-actif ionique est anio-nique.
5. Procédé de cimentation selon la revendication 3, caractérisé en ce que le composé tensio-actif ionique est catio-nique.
6. Procédé de cimentation selon la revendication 3, caractérisé en ce que le composé tensio-actif non ionique est choisi parmi les alkylphénols éthoxylés, les alcools gras étho-xylés, les produits de condensation de l'oxyde d'éthylène avec des propylène glycols, les esters de sorbitol éthoxylés.
7. Procédé de cimentation selon la revendication 4, caractérise en ce que le composé tensio-actif anionique est choi-si parmi les sulfates d'alcools gras, les sulfates d'alcools gras polyéthoxylés, les sulfates d'alkylphénols éthoxylés, les esters phosphoriques d'alcools gras éthoxylés.
8. Procédé de cimentation selon la revendication 5, caractérisé en ce que le composé tensio-actif cationique est choisi parmi les sels d'ammoniums quaternaires.
9. Procédé de cimentation selon l'une des revendica-tions 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le lait de ciment est préparé en réalisant tout d'abord un mélange de ciment et d'eau, puis en incorporant ledit agent moussant au fluide obtenu.
10. Procédé de cimentation selon l'une des revendica-tions 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit agent moussant est constitué par un mélange d'au moins un composé aliphatique oxy-éthyléné et d'au moins un sulfate d'alcool gras polyéthoxylé.
11. Procédé de cimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase aqueuse du lait de ciment con-tient de 0,1 à 5% en poids d'agent moussant.
12. Procédé de cimentation selon la revendication 11, caractérise en ce que la phase aqueuse du lait de ciment contient de 0,5 à 2 % en poids d'agent moussant.
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