Université Kasdi Mrebah-Ouargla Faculté des Hydrocarbures et des Energies Renouvelables et des sciences de la Terre et de l Univers Département de forage et mécaniques des chantiers pétroliers Module : Fluides de forage I-Introduction Les fluides de forage sont des fluides complexes classés en fonction de la nature de leurs constituants de base. Traditionnellement, ils ont été classés en trois catégories selon la nature de fluide de base utilisé dans leur préparation : l eau, l huile et l air. Les fluides à base d eau (water based mud) Les fluides à base d huile (oil based mud) Les fluides de forage gazeux. II. Les types de fluides de forage II.1. Les fluides à base d eau : Elles constituent le type de boues le plus utilisé dans le domaine du forage. Ce sont des fluides dont la phase continue est de l eau. Elles ont les avantages et les inconvénients suivants : Inconvénients : -Hydratation des argiles, -Dissolution des sels (chlorures les plus solubles), -Filtration dans les formations poreuses perméables (L eau mouille les roches et pénètre acilement dans les pores), -Endommagement des formations (colmatage, précipités), Avantages : -Sécurité, santé et environnement. En fonction de leur composition, ces boues se subdivisent en : ( tableau I ).
II.2. Les fluides à base d huile : Ce sont des fluides dont la phase continue est de l huile (pétrole, fuel, huile minéral, gazole,..) et la phase dispersée est de l eau. Elles ont les avantages et les inconvénients suivants : Avantages : -Permet de résoudre les problèmes rencontrés avec la boue à base d eau; -Pas d hydratation des argiles, -Pas de dissolution des sels, -Pas de filtration, -Pas d endommagement des réservoirs. -Lubrifiant réduction des frottements de la garniture sur les parois du puits ou diminution du couple de torsion et de l'usure de la garniture, -Caractéristiques plus faciles à maintenir, -Moins sensible aux contaminants. -Insensibilité aux contaminants habituels des boues à base d'eau (NaCl, CaSO 4, ciment, argile). -Excellentes caractéristiques de filtration statique en température et pression, cake très mince. -Réduction des risques de bourrage d'outil et d'accumulation des déblais sur les drill-collars et diminution du "pistonnage" lors des manœuvres. -Diminution du collage par pression différentielle. Inconvénients : -Polluant, Inflammable (risque d'incendie), -Santé du personnel, -Problèmes pour de propreté des zones de travail accidents -Coût de fabrication et de destruction généralement plus élevé que celui des boues à base d eau, -Difficulté pour "voir" les hydrocarbures (dans les déblais et avec certains outils de logging), -Détérioration des caoutchoucs ne résistant pas aux hydrocarbures. On distingue deux catégories de boues à base d huile : les boues conventionnelles ( 95 à98 % d huile) et les boues à émulsion inverse, tableau (II ).
l huile. Tableau II :types, caractéristiques, compositions et domaines d utilisation des boues à Classe de la boue Boues à l huile Type de la boue Boues conventionnelles Boues à émulsion inverse Caractéristiques de la boue composition Filtrat faible Huile 95-98 % Eau 2-5 % agent plastifiant agent émulsifiant agent fluidifiant alourdissant Filtrat faible Prix de revient mois élevé Huile 80 à 30 % Eau 20 à 70 % Cas principaux d utilisation Forage d une couche productrice Forage du sel massif Reprise et entretien du puits Argiles gonflantes et à fort pouvoir de dispersion Problèmes de coincement Forage d une couche productrice Problèmes de forage à haute température Problèmes de déviation Grande épaisseur de sels ou d anhydrite Forage dans des zones trop froides II.3. Les fluides à l air, à la mousse et aux boues aérées: II.3.1. forage à l air ou de gaz naturel Dans certaines régions à formations dures et sèches, on utilise de l air comprimé, d azote ou du gaz naturel comme fluide de forage. Cette méthode permet des vitesses d avancement très élevées mais les formations aquifères ont tendance à provoquer un bourrage de l outil et il se caractérise par l usure rapide de la garniture de forage. Il est recommandé dans le cas des pertes totales répétées de la boue ( l air réduit le cout du forage de 50 à 60 % par rapport au forage à la boue). II.3.2. forage à la mousse Il s agit d un mélange d air, d eau et d un agent moussant. Elles sont utilisées lorsque les terrains à traverser sont fracturées. Ces fluides de forage se caractérisent par leur excellent pouvoir de remontée les déblais cependant, le risque de cassage de la mousse est à redouter.
II.3.3. forage à la boue aérée Cette méthode implique l injection de très grosse quantité d air comprimé pouvant aller jusqu à 95 % dans la boue. Elle est utilisée afin de réduire la pression hydrostatique chaque fois qu on rencontre des problèmes sévères de pertes, qu on désire augmenter la vitesse d avancement et qu on veut réduire les frais.
Tableau I : types, caractéristiques, compositions et domaines d utilisation des boues à l eau. Classe de la boue Boues à l eau Type de la boue Composition Caractéristiques de la boue Boues naturelles Densité 1.16-1.2 Viscosité 36-42 Filtrat < 10 ml Boues bentonitiques Boues bentonitiques traité au mélange tanin-soude boue rouge Boues bentonitiques traité au mélange FCL-soude Boues à la chaux Boues au gypse Bentonite 50-80 kg CMC 0-5 kg Soude 2.4 kg Bentonite 40-60 kg Tannin 2-4 kg CMC 1-5 kg Soude 0.5-1 kg Bentonite 50-60 kg FCL 20-40 kg LC 10-20 kg CMC 0.5 kg Soude 2-4kg Bentonite 50-80 kg Chaux 8-15 kg Tanin 3-6 kg Amidon 1-15 kg Soude 3-6 kg Bentonite 50-70 kg Gypse 10-20 kg FCL 12-15 kg CMC 5-10 kg Soude 3-4 kg Densité 1.03-1.05 ( faible) Viscosité 40-70 s ( trop élevée) Filtrat 12-25 8.5<PH<9.5 Filtrat 2-4 cm 3 PH<11 PH>9 Bonne résistance en température 200 C Cas principaux d utilisation Forage de surface ; Forage à faible profondeur < 1500m Boues de démarrage Forage à faible profondeur < 1200m Forage à moyenne profondeur < 3000m 150 C < T <160 C Forage à grande profondeur et à T < 150 C Forage des couches à fortes pression Reforage de ciment PH>9 Bonne résistance en température 200 C Argiles à haute pouvoir de dispersion Forage à temp.> 150 C Forage des couches à fortes pression Argiles gonflantes Boues salées saturées Sel 300 kg Attapulgite 50 kg Amidon 20-30 kg Densité < 1.2 130 C < T <140 C corrosive Forage du sel massif et argile salifère Forage en cas de venue d eau salée Boues à eau de mer Bentonite 75-100 kg Attapulgite 30-80 kg FCL 15-25 kg CMC raffiné 1-5 kg Soude 5-10 kg LC 5-10 kg Boues émulsionnées Boue à l eau Huile 5-10 kg Densité 1.1-1.15 9.5<PH<10.5 Bonne résistance en température 200 C Celles de la boue base et : Diminution du filtrat Pouvoir lubrifiant Offshore Boues de démarrage Formations argileuses Ceux de la boue base et : Diminution de risque de coincement
On peut aussi adapter la classification suivante : Fluides à base d'eau a. boue naturelle eau douce eau de mer b. Boue bentonitique simple Bentonite (en eau douce) Attapulgite (en eau salée) c. boue bentonitique améliorée polymère tanins lignosulfonates d. Boue calcique : chaux gypse e. boue salée saturée f. boue à faible teneur en solides g. boue au biopolymère h. boue inhibitrice phosphate potassium magnésium calcium aluminium