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Aug 12, 2023

Améliorer les propriétés de filtration de la boue de tétroxyde de manganèse en utilisant des particules de perlite pour forer à grande échelle

Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 18445 (2022) Citer cet article 568 Accès aux détails des métriques Une caractéristique requise de toute formulation de forage est d'atténuer les dommages à la formation en ayant

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 18445 (2022) Citer cet article

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Une caractéristique requise de toute formulation de forage est d’atténuer les dommages causés à la formation en ayant d’excellentes propriétés de filtration et de gâteau de filtration. Le facteur clé pour prévenir et limiter les dommages à la formation est d'améliorer les qualités d'étanchéité du fluide de forage prévu. Dans cette étude, un nouvel agent de filtration appelé « perlite » a été introduit pour améliorer la capacité du gâteau de boue de tétroxyde de manganèse afin d'obtenir de meilleures caractéristiques d'étanchéité. Les particules de perlite ont été chargées dans une formulation contenant le tétroxyde de manganèse comme agent alourdissant. La boue de forage à base d'eau a été conçue à des densités élevées (14,25 et 17,2 ppg). De la perlite a été ajoutée à des concentrations variées pour atteindre des performances optimales. Le test de filtration a été effectué à une température du réservoir de 250 °F et à une pression différentielle de 300 psi pour former le gâteau de filtration. Les tests ont été réalisés en utilisant des carottes de grès présentant deux catégories de perméabilité différentes (perméabilités faibles et élevées) comme média de filtration. Cela a donné une image complète des performances de la perlite telles que mises en œuvre pour différentes propriétés de formation et compte tenu des propriétés du fluide de forage. La structure et la composition chimique du gâteau de filtration formé ont été évaluées à l'aide de rayons X à dispersion d'énergie électronique à balayage (SEM – EDS). Les résultats présentés illustrent comment la perlite était compatible pour être ajoutée aux agents alourdissants tétroxyde de manganèse dans la même formulation. De plus, il a la capacité d'améliorer les qualités d'étanchéité du gâteau de filtration, en réduisant le volume de filtration de 41 % et la perméabilité des couches interne et externe du gâteau de filtration de 58 % et 25 %, respectivement. De plus, l'analyse EDS a montré que les particules de perlite sont généralement concentrées dans la couche interne du gâteau de filtration.

L'optimisation de la formulation du fluide de forage est essentielle dans l'industrie pétrolière et gazière, car elle est considérée comme le sang nécessaire aux opérations de forage1. L'optimisation comprend la sélection des bons additifs avec la bonne quantité pour forer le puits de manière efficace et économique. Ces additifs assurent de nombreuses fonctions, notamment le contrôle de la pression de la formation, le nettoyage du puits de forage et la réalisation de la découpe, la formation d'un gâteau de filtration pour protéger la formation, etc.2,3. En fonction de la profondeur du puits, du type de formation et de la faisabilité, le besoin de ces additifs change4. Les scientifiques et les chercheurs ont proposé de nombreux additifs au fil des ans, par exemple en utilisant l'écorce de durian comme matériau à circulation perdue5, en utilisant différentes classes de liquides ioniques pour améliorer la rhéologie de la boue6,7, en mettant en œuvre des billes de polypropylène et de polyéthylène pour améliorer l'efficacité du transport de coupe8,9, 10,11,12, utilisant des nanomatériaux pour améliorer les propriétés du fluide de forage13,14,15, etc. L'un des additifs essentiels est le matériau alourdissant qui fournit la densité nécessaire dans la formulation de boue16. La quantité de matériau de pondération nécessaire change en fonction de nombreux facteurs, par exemple, le forage de puits profonds nécessite une densité élevée pour contrôler la pression de formation, ce qui se traduit par un dosage élevé du matériau de pondération en fonction de la gravité spécifique du matériau de pondération17. De plus, ils impactent les autres propriétés de la boue notamment la rhéologie, le comportement de filtration et le gâteau de filtration. Par conséquent, il est important de sélectionner le matériau alourdissant approprié dans la formulation de la boue.

La barytine, l'hématite, l'ilménite, la gelana et d'autres minéraux de pesée sont utilisés dans le secteur pétrolier et gazier18,19,20,21,22,23,24. De plus, certains de ces matériaux ont été micronisés pour améliorer leurs propriétés et réduire les problèmes associés tels que l'affaissement17,25,26,27,28. Il a été proposé d'utiliser du tétroxyde de manganèse (Mn3O4) comme matériau alourdissant. Il a une densité spécifique d'environ 4,8 g/cm3, une faible taille de particules autour de 1 μm et une forme sphérique29,30. Ces caractéristiques ont fait du Mn3O4 (Micromax) un bon candidat pour les fluides de forage et de complétion31. Al-Yami et al.32 ont formulé et étudié une formulation à base d'eau composée de KCl/Mn3O4 et l'ont comparée à deux des formulations existantes (c'est-à-dire KCl/BaSO4/CaCO3 et CHKO2/CaCO3). Ils ont constaté que la formulation Micromax présentait une meilleure stabilité thermique par rapport aux autres formulations avec de meilleures propriétés de filtration et rhéologiques. Moroni et al.31 ont utilisé le Mn3O4 comme agent alourdissant dans une émulsion inversée pour le fluide de complétion. Ils ont montré deux cas de terrain au Royaume-Uni où ils ont dû négocier entre l'utilisation de la saumure pour fournir une densité élevée et l'utilisation du pétrole pour stabiliser la formation de schiste. Dans le premier cas, ils avaient besoin de 1,95 SG de fluide de complétion pour exécuter une chaîne de complétion. Ils ont utilisé du Mn3O4 comme matériau alourdissant dans une émulsion inversée d'huile minérale, l'accent étant mis en laboratoire sur les propriétés d'affaissement sur 14 jours et les caractéristiques du film sur les outils de forage. Les résultats en laboratoire ont été excellents, ce qui a conduit à une mise en œuvre réussie sur le terrain. Le deuxième cas concernait un puits directionnel avec un problème de stabilité du forage lié à la production de sable délimité par des formations d'argile/schiste. La solution proposée consistait à installer des écrans de sable, pour obtenir un fluide non aqueux, libre et solide. Une émulsion inverse a été utilisée et du Mn3O4 a été ajouté pour atteindre la densité requise (c'est-à-dire 1,44 SG). Le fluide de complétion utilisé a contribué positivement au processus d’installation des tamis à sable. De plus, Micromax peut aider à minimiser l’affaissement d’autres fluides de forage tels que la barytine. Basfar et al.33 ont résolu le problème d'affaissement de la barytine dans le fluide d'émulsion inversée en utilisant un mélange de barytine et de Micromax. Ils ont étudié deux pourcentages différents de Micromax, dont 15 % en poids et 30 % en poids, et ils ont découvert que 30 % en poids est le pourcentage optimal qui élimine l'affaissement de la barytine. De plus, les autres propriétés du fluide de forage ont été améliorées, notamment la filtration, la rhéologie et la viscoélasticité. Ils ont également étudié la même solution pour l’affaissement de la barytine dans les fluides de forage à base d’eau34. Leurs résultats ont montré que 25 % en poids étaient capables d'éliminer l'affaissement de la barytine et d'améliorer les qualités globales du fluide de forage.