Caracterisation physico-chimique et rheologique des systemes argiles-polymeres : application aux fluides de forage dans le champ de hassi messaoud

Abstract

La maîtrise de la rhéologie des fluides de forage est un paramètre très important pour la réussite d'une opération de forage pétrolier et gazier. Par conséquent, concevoir des fluides de forage stables avec des propriétés rhéologiques appropriées est un grand défi pendant les opérations de forage des puits d’hydrocarbures. Les facteurs clefs qui affectent la stabilité et la rhéologie des boues à base d’eau sont la nature chimique des différents composants, la nature et la concentration des polymères et des électrolytes utilisés, la vitesse et le temps d’agitation ainsi que le pH et la température de ces suspensions. Cette thèse contribue à comprendre le comportement rhéologique des fluides de forage bentonitique, dont la bentonite est un matériau local (provenant des gisements Algériens de Maghnia), seule et en présence d’addit ifs tels que : un polymère non ionique (Poly-salt), un polymère anionique (le carboxymethylcellulose), un alourdissant (la barytine) et des sels (Chlorure de sodium, Chlorure de potassium et le Chlorure de baryum). Les données expérimentales obtenues en régime stationnaire et dynamique ont été couplées avec d’autres analyses (granulométriques, DRX, FRX et IR) afin de mieux interpréter et comprendre le lien entre les propriétés rhéologiques macroscopiques et la microstructure des suspensions étudiées.

Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la caractérisation des suspensions de bentonite locale de Maghnia (Algérie) où on a noté que les propriétés rhéologiques de ces suspensions présentent une amélioration en fonction de l’augmentation de la concentration en bentonite. Le comportement rhéologique de ces suspensions est très sensible au pH et à la température. Par conséquent, la bentonite de Maghnia est appropriée aux applicat ions de fluides de forage à base d’eau, car elles présentent des propriétés rhéologiques très intéressantes. Les essais rhéologiques des solutions de polymères (CMC et Poly-salt), montrent que les solutions de CMC présentent un comportement rhéofluidifiant (pour des concentrations inférieures à 3 %), et une contrainte seuil qui apparait avec l’augmentation de la concentration (plus de 2.5 %). Les solutions de Poly-salt montrent un comportement non newtonien avec une contrainte seuil, qui a été modélisée avec succès par le modèle de Bingham avec un caractère thixotrope qui s’accentue avec la concentration. Enfin, il a été montré que l’ajout des polymères (CMC et Poly-salt) dans la suspension de bentonite de Maghnia affecte ses propriétés rhéologiques en augmentant la contrainte seuil d’écoulement et l’indice de consistance des systèmes argile-polymère. Le changement des propriétés rhéologiques des suspensions de bentonite est gouverné principalement par la nature et la concentration des polymères utilisés. Il est à noter aussi que l’ajout des électrolytes aux systèmes (bentonite-Poly-salt) montre une dégradation des propriétés rhéologiques de ce fluide avec l’augmentation de la concentration (plus de 0.4 % de sel).