Additifs pour boues de forage : types, rôles et gains en forage

Les additifs pour fluides de forage sont les produits chimiques et les matériaux incorporés à la boue de forage pour lui donner les propriétés dont le puits a besoin. Les principaux groupes sont les alourdissants, les viscosifiants, les réducteurs de filtrat (contrôle de la filtration), les fluidifiants et dispersants, les inhibiteurs d’argiles, les lubrifiants, les matériaux de colmatage des pertes de circulation, les produits de contrôle du pH et de l’alcalinité, et les produits chimiques spéciaux tels que les biocides, les antimousses et les capteurs.

Sentai, fabricant chinois d’éthers de cellulose et d’amidon, produit le groupe des polymères : cellulose polyanionique (PAC), CMC de forage et carboxyméthylamidon (CMS) pour le contrôle du filtrat et de la viscosité.

Ce que le fluide de forage doit accomplir

Le fluide de forage, ou boue, est pompé dans la garniture de forage, sort par l’outil et remonte en surface par l’espace annulaire. En chemin, il doit remplir plusieurs fonctions à la fois :

• Équilibrer la pression de formation par sa pression hydrostatique, afin que le pétrole, le gaz et l’eau restent dans la roche.
• Remonter les déblais de forage en surface et les maintenir en suspension à l’arrêt des pompes.
• Refroidir et lubrifier l’outil et la garniture de forage.
• Former un cake de filtration fin et peu perméable sur les formations perméables et limiter le filtrat qui y pénètre.
• Maintenir la stabilité des parois du puits, en particulier dans les argiles réactives.
• Transmettre la puissance hydraulique à l’outil et permettre les diagraphies et l’évaluation des formations.

Les boues à base d’eau utilisent de l’eau douce, de l’eau de mer ou de la saumure comme phase continue. Les boues à base d’huile et à base synthétique utilisent une base huile ou synthétique avec une saumure émulsionnée. La plupart des additifs ci-dessous sont utilisés dans les boues à base d’eau, qui sont le domaine d’action des polymères de cellulose et d’amidon.

Les principaux types d’additifs pour fluides de forage

La place de la PAC, de la CMC et de la CMS

Les éthers de cellulose et d’amidon sont les polymères de base des boues à base d’eau. Ils se dissolvent dans l’eau, portent une charge négative et sont fabriqués à partir de cellulose et d’amidon renouvelables. La cellulose polyanionique (PAC) est une carboxyméthylcellulose à degré de substitution plus élevé et plus uniforme, ce qui lui confère une meilleure tolérance au sel et à la dureté. La CMC technique de forage remplit les mêmes fonctions à moindre coût en eau douce. Le carboxyméthylamidon (CMS) est un éther d’amidon plus économique, utilisé principalement pour le contrôle du filtrat.

Le traitement typique sur chantier pour la PAC et la CMC est d’environ 1–6 kg/m³, soit à peu près 0.35–2.1 lb/bbl ; fixez la concentration finale par des essais pilotes sur votre boue. Les polymères cellulosiques sont généralement utilisés jusqu’à environ 120–150 °C en fond de puits et les dérivés de l’amidon jusqu’à environ 120 °C, selon la durée d’exposition, le pH et l’oxygène. Les puits plus chauds nécessitent généralement des polymères synthétiques réducteurs de filtrat haute température.

• PAC-LV, PAC-HV ou CMC technique dans les fluides de forage
• CMC ou CMS : coût et performances
• Grades PAC et CMC pour le forage
• Grades de carboxyméthylamidon (CMS)

Comment les additifs pour fluides de forage améliorent l’efficacité du forage

• Nettoyage du puits : les viscosifiants maintiennent les déblais en mouvement et en suspension, de sorte que l’outil fore de la roche neuve au lieu de rebroyer les déblais, et le risque de bourrage (pack-off) diminue.
• Contrôle de la filtration : un cake de filtration fin et lisse formé avec de la PAC, de la CMC ou de l’amidon diminue le couple et les frottements et réduit le risque de coincement par pression différentielle, l’un des coincements de garniture les plus coûteux.
• Stabilité des parois du puits : les inhibiteurs d’argiles limitent le gonflement et les éboulements, ce qui se traduit par moins de points de resserrement, de zones cavées et de manœuvres de réalésage.
• Friction réduite : les lubrifiants réduisent le couple et les frottements, ce qui compte surtout dans les puits déviés et horizontaux.
• Contrôle de la rhéologie : les fluidifiants maintiennent la viscosité et la force de gel assez basses pour limiter la pression de pompage et la densité équivalente de circulation (ECD).
• Prévention des pertes : les matériaux de colmatage obturent les fractures et les zones perméables, ce qui économise de la boue et du temps d’appareil.

L’essentiel de ces gains vient du maintien de la boue dans ses propriétés de conception lorsque les solides, les sels et la température évoluent en cours de forage. Les contrôles de boue de routine et les essais pilotes sur chaque nouveau lot d’additif comptent autant que le choix de l’additif.

Additifs pour fluides de forage plus respectueux de l’environnement

Là où les règles de rejet sont strictes, les opérateurs privilégient les boues à base d’eau et les additifs peu toxiques et facilement biodégradables. Les polymères dérivés de la cellulose et de l’amidon naturels, ainsi que la gomme xanthane, sont largement utilisés dans ces systèmes. Parmi les autres choix courants figurent l’inhibition au potassium au lieu d’une boue à base d’huile, les lignosulfonates et lignites sans chrome, et les lubrifiants à base d’esters ou d’huiles végétales à la place de l’huile minérale.

Dans l’Atlantique du Nord-Est, la Commission OSPAR tient une liste PLONOR des substances considérées comme présentant peu ou pas de risque pour l’environnement lorsqu’elles sont rejetées en mer ; la gomme xanthane en est un exemple. Les listes et les autorisations varient selon les régions : vérifiez donc la liste en vigueur et les exigences de votre autorité de réglementation pour chaque produit avant tout rejet.

Parmi les développements plus récents figurent des polymères synthétiques qui maintiennent le contrôle de la filtration au-delà de 150 °C, des additifs de colmatage pour les argiles microfracturées, ainsi que des lubrifiants et des inhibiteurs biodégradables.

Comment Sentai peut vous aider

Sentai fabrique la partie polymères de cette liste d’additifs : PAC-LV, PAC-HV, LV-CMC et HV-CMC techniques, CMC haute viscosité CMC-5000 à CMC-7000, et carboxyméthylamidon issu d’une ligne dédiée de 5 000 t/an. Indiquez-nous votre système de boue, la salinité, la dureté et la température de fond de puits : l’équipe d’application vous proposera des grades et des dosages de départ pour vos essais pilotes. Des échantillons gratuits de 100–300 g sont disponibles, et les grades industriels sont expédiés à partir d’une commande minimale de 1 t, avec un COA pour chaque lot.