ADDITIF REDUCTEUR DE FILTRAT ET FLUIDE DE PUITSFILTRATE REDUCING ADDITIVE AND WELL FLUID
Les puits forés dans le sous-sol à de forte profondeur ou ayant uneWells drilled in the basement to a deep depth or having a
température de fond élevée requièrent des fluides de forage stables ethigh bottom temperature requires stable drilling fluids and
présentant des propriétés satisfaisantes vis-à-vis de l'environnement de fond,having satisfactory properties vis-à-vis the background environment,
notamment de la température. Les produits de la présente inventionincluding temperature. The products of the present invention
présentent des propriétés satisfaisantes de filtration et de viscosité jusqu'à deshave satisfactory filtration and viscosity properties up to
températures d'environ 200°C. Ils peuvent donc être avantageusement utiliséstemperatures around 200 ° C. They can therefore be advantageously used
dans des formulations de fluides de puits classiques ou contenant de faiblesin conventional or low well fluid formulations
teneurs en solide, ou encore pour les formulations alourdies à l'aide desolid contents, or even for formulations weighed down using
produits minéraux ou de sels solubles.mineral products or soluble salts.
Les produits connus qui sont généralement proposés pour les plusThe known products which are generally offered for the most
hautes températures contiennent généralement des fonctions de type AMPS,high temperatures generally contain AMPS type functions,
par exemple décrit dans le document US-A-5510436. Des travauxfor example described in document US-A-5510436. Works
complémentaires ont montré qu'à partir d'une certaine température et à lahave shown that from a certain temperature and at the
suite d'un certain temps de vieillissement, ces fonctions AMPS s'hydrolysentafter a certain aging time, these AMPS functions hydrolyze
avec la température rendant alors le produit très sensible à la dégradation
moléculaire par décarboxylation (On peut se référer à la publication SPE-with the temperature then making the product very sensitive to degradation molecular by decarboxylation (We can refer to the publication SPE-
28953- Oil Field Chemistry International Meeting; San Antonio, Feb. 1995).28953- Oil Field Chemistry International Meeting; San Antonio, Feb. 1995).
Les produits de la présente invention sont stabilisés par l'introduction deThe products of the present invention are stabilized by the introduction of
fonctions styrène sulfonate qui sont très stables vis-à-vis de la température.styrene sulfonate functions which are very stable with respect to temperature.
Ainsi, la présente invention concerne un copolymère d'acrylamide et deThus, the present invention relates to a copolymer of acrylamide and
styrène sulfonate contenant au moins 30% de fonctions styrène sulfonate. Lastyrene sulfonate containing at least 30% of styrene sulfonate functions. The
masse moléculaire peut être comprise entre 100000 et 107, et de préférencemolecular mass can be between 100,000 and 10 7 , and preferably
comprise entre 500000 et 5 106-between 500,000 and 5 10 6 -
Le copolymère est un produit ramifié avec un produit ramifiant.The copolymer is a branched product with a branching product.
L'agent de ramification peut être incorporé lors de la polymérisation, ilThe branching agent can be incorporated during the polymerization, it
s'agit alors d'agents covalents, ou après la polymérisation en post ramification.these are then covalent agents, or after the post-branching polymerization.
Les agents covalents peuvent être des monomères à insaturationThe covalent agents can be unsaturated monomers
diéthylènique (par exemple les esters de diacrylates, tels que les diacrylates dediethylenic (e.g. diacrylate esters, such as diacrylates of
polyéthylène glycols PEG) ou polyéthylènique, comme par exemple le N,N'polyethylene glycols PEG) or polyethylene, such as for example N, N '
méthylènebisacrylamide (MBA), ou encore un agent de ramification acryliquemethylenebisacrylamide (MBA), or an acrylic branching agent
connu, ou plus généralement une structure de type diallylamine, allyléther.known, or more generally a structure of the diallylamine or allylether type.
Les agents de post ramification peuvent être des sels de métalPost-branching agents can be metal salts
polyvalent, le formaldéhyde, le glyoxal.versatile, formaldehyde, glyoxal.
La présente invention sera mieux comprise et ses avantagesThe present invention will be better understood and its advantages
apparaîtront plus clairement à la lecture de la description des essais suivants.will appear more clearly on reading the description of the following tests.
Les copolymères (SI, S3a, S3b, S3c, S3d) testés dans les essais ci-aprèsThe copolymers (SI, S3a, S3b, S3c, S3d) tested in the tests below
ont la structure de formule générale suivante :
have the following general formula structure:
Les polymères utilisés (référencés en série SI) dans ces essaisThe polymers used (referenced in the SI series) in these tests
comparatifs avec un des produits selon l'invention (S3a, S3b, S3c, S3d) sont:Comparatives with one of the products according to the invention (S3a, S3b, S3c, S3d) are:
- des copolymères acrylamide/styrène sulfonate non ramifiés ayant un- unbranched acrylamide / styrene sulfonate copolymers having a
rapport molaire d'environ 50/50 et qui se présentent sous la forme de solutionsmolar ratio of about 50/50 and which are in the form of solutions
aqueuses renfermant 10 à 25 % de matières actives.aqueous containing 10 to 25% of active ingredients.
- des dérivés d'acrylamide (copolymère acrylamide/acrylate) fabriqués- acrylamide derivatives (acrylamide / acrylate copolymer) produced
par la société SNF Floerger- France,by the company SNF Floerger- France,
- des dérivés sulfonés (AMPS/vinylamide/acr lamide, par exemple,- sulfonated derivatives (AMPS / vinylamide / acramide, for example,
l'Hostadrill fabriqué par la société HOESCHT),the Hostadrill manufactured by the company HOESCHT),
- des dérivés cellulosiques (CMC) fabriqués par exemple par la société- cellulose derivatives (CMC) produced for example by the company
Aqualon ou Lamberti (Italie).Aqualon or Lamberti (Italy).
La série S 3 se différencie de la série SI par leur structure ramifiée.The S 3 series differs from the SI series by their branched structure.
Dans les quatre structures de produit (S3a, S3b, S3c, S3d), il y a deuxIn the four product structures (S3a, S3b, S3c, S3d), there are two
copolymères à longue chaîne peu ramifiés et deux autres à courtes chaînes decopolymers with long, little branched chains and two others with short chains of
ramification plus importante. Le ramifiant utilisé ici est le N,N'-Méthylène bismore significant ramification. The branching agent used here is N, N'-Methylene bis
acrylamide (MBA) de structure générale (CH2=CHCONH)2CH2. L'agent deacrylamide (MBA) of general structure (CH2 = CHCONH) 2CH2. Agent
transfert utilisé en synergie avec le ramifiant pour augmenter la ramificationtransfer used in synergy with the branching agent to increase branching
est l'hypophosphite de sodium (NaH2Pθ2).
is sodium hypophosphite (NaH2Pθ2).
Remarques : La masse moléculaire des échantillons S3c et S3d estNotes: The molecular weight of samples S3c and S3d is
difficile à mesurer du fait de la ramification de ces polymères même pour desdifficult to measure due to the branching of these polymers even for
concentrations élevées en LiN03 (jusqu'à 1 M). Il est cependant possiblehigh LiN03 concentrations (up to 1 M). It is however possible
d'estimer que la masse moléculaire de ces échantillons est comprise entre 2 etto estimate that the molecular mass of these samples is between 2 and
4x1 θ6 g/mole.4x1 θ6 g / mole.
Essai 1 : Etude de la stabilité en température des copolymèresTest 1: Study of the temperature stability of the copolymers
acrylamide/styrène sulfonate non ramifiés et ramifiés SI, S3a, S3b, S3c etunbranched and branched acrylamide / styrene sulfonate SI, S3a, S3b, S3c and
S3d, et comparaison avec un terpolymère AMPS/vinylamide/acrylamideS3d, and comparison with an AMPS / vinylamide / acrylamide terpolymer
(Hostadrill produit par le société Hoescht) et un polyacrylamide peu hydrolyse(Hostadrill produced by the company Hoescht) and a poorly hydrolyzed polyacrylamide
classique (2 % de fonctions acrylate, produit par SNF Floerger) :classic (2% acrylate functions, produced by SNF Floerger):
Les conditions de l'essai sont:The test conditions are:
Température de 180°C et vieillissement de 24 heures à 72 heures dansTemperature of 180 ° C and aging from 24 hours to 72 hours in
une cellule de tests HP/HT avec une contre-pression de 10 bar.an HP / HT test cell with a back pressure of 10 bar.
Solutions : Préparation et vieillissement dans l'eau désionisée entreSolutions: Preparation and aging in deionized water between
3000 et 10000 ppm de polymère. Désaération par stripping à l'azote des3000 and 10000 ppm of polymer. Deaeration by nitrogen stripping of
solutions jusqu'à des taux d'oxygène compris entre 5 ppb. et 50 ppb.
[η] est la viscosité intrinsèque du polymère obtenue à partir des mesuressolutions up to oxygen levels between 5 ppb. and 50 ppb. [η] is the intrinsic viscosity of the polymer obtained from the measurements
de viscosité relative à différentes concentrations et extrapolée à concentrationrelative viscosity at different concentrations and extrapolated to concentration
nulle. [η]/[ηjQ correspond à l'évolution de la viscosité intrinsèque aprèsnothing. [η] / [η j Q corresponds to the change in intrinsic viscosity after
vieillissement en température.temperature aging.
Caractérisations : Effectuées dans KC1 5 g/1 après addition des sels.Characterizations: Carried out in KC1 5 g / 1 after addition of the salts.
Remarques : On note que le polyacrylamide est totalement dégradé àRemarks: We note that the polyacrylamide is completely degraded at
100°C. Il y a perte de viscosité (il ne reste que 25% de la viscosité initiale) et100 ° C. There is a loss of viscosity (only 25% of the initial viscosity remains) and
hydrolyse des fonctions acrylamide (il y a 90% de fonctions carboxylates). Les
fonctions sulfonées du l'HOSTADRILL s'hydrolysent à partir de 150°C à courthydrolysis of the acrylamide functions (there are 90% of carboxylate functions). The sulfonated functions of the HOSTADRILL hydrolyze from 150 ° C short
terme et le polymère perd 50% de sa viscosité. Comparativement, lesterm and the polymer loses 50% of its viscosity. In comparison,
copolymères acrylamide/styrène sulfonate ramifiés conservent leurs fonctionsbranched acrylamide / styrene sulfonate copolymers retain their functions
sulfonées même après vieillissement à 180°C. De plus, les produits ramifiéssulfonated even after aging at 180 ° C. In addition, branched products
selon l'invention sont moins sensibles à l'hydrolyse.according to the invention are less sensitive to hydrolysis.
Essai 2 : Comparaison de l'efficacité des copolymères StyrèneTest 2: Comparison of the Efficiency of the Styrene Copolymers
Sulfonate/ Acrylamide ramifiés avec SI et des réducteurs de filtrat utilisésSulfonate / Acrylamide branched with SI and filtrate reducers used
pour les hautes températures, pour des fluides à base d'argile :for high temperatures, for clay-based fluids:
Conditions : Standard API, température ambiante (25 °C).Conditions: API standard, ambient temperature (25 ° C).
Formulation de base FB : argile GREEN BOND 30 g/1, Xanthane 2 g/1,Basic FB formulation: GREEN BOND clay 30 g / 1, Xanthane 2 g / 1,
NaCl 10 g/1 - d = 1.03NaCl 10 g / 1 - d = 1.03
*le cake de la formulation contenant l'HOSTADRILL est fluide et se rapproche plus d'une structure de gel que de cake à proprement dit.* the cake of the formulation containing HOSTADRILL is fluid and is more like a gel structure than a cake proper.
La viscosité plastique et la viscosité du filtrat sont exprimées enThe plastic viscosity and the viscosity of the filtrate are expressed in
centipoise (cP), la valeur de seuil, ou yield value (YV), est exprimée encentipoise (cP), the threshold value, or yield value (YV), is expressed in
livres/100 pieds carré, le filtrat 30' en millilitre (ml) et les épaisseurs de cakepounds / 100 square feet, filtrate 30 'in milliliter (ml) and cake thicknesses
en millimètre (mm).in millimeter (mm).
Le Xanthane de marque IDVIS et la CMC basse viscosité utilisés sontThe IDVIS brand Xanthane and the low viscosity CMC used are
commercialisés par la Société DOWELL-IDF.
Remarques : Les propriétés de filtration à 25°C de la formulationmarketed by the company DOWELL-IDF. Remarks: The filtration properties at 25 ° C of the formulation
contenant le copolymère acrylamide/styrène sulfonate ramifié sont similaires àcontaining the branched acrylamide / styrene sulfonate copolymer are similar to
celles de la CMC basse viscosité et de l'HOSTADRILL, à des valeurs dethose of CMC low viscosity and HOSTADRILL, at values of
viscosité plastiques moins importantes..lower plastic viscosity.
Essai 3 : Influence de la température :Test 3: Influence of temperature:
Conditions : Standard API, dans une cellule de test HP/HT avec uneConditions: Standard API, in an HP / HT test cell with a
pression de 50 bar et une contre-pression de 15 bar.50 bar pressure and 15 bar back pressure.
Formulation de base FB : argile GREEN BOND 30 g/1, Xanthane 2 g/1,Basic FB formulation: GREEN BOND clay 30 g / 1, Xanthane 2 g / 1,
NaCl 10 g/1 - d = 1.03.NaCl 10 g / 1 - d = 1.03.
Remarques : A 160°C, la formulation contenant l'HOSTADRILL Remarks: At 160 ° C, the formulation containing the HOSTADRILL
présente une perte de ses propriétés de filtration puisque le filtrat, trèsexhibits a loss of its filtration properties since the filtrate, very
visqueux, indique une dégradation du produit malgré une valeur de seuil (YV)viscous, indicates product degradation despite a threshold value (YV)
élevée. Comparativement, les formulations à base de copolymèrehigh. Comparatively, the copolymer-based formulations
acrylamide/styrène sulfonate ramifiés donnent des filtrats moins importants,branched acrylamide / styrene sulfonate give smaller filtrates,
même lorsque la concentration est diminuée au sein de la formulation, et aveceven when the concentration is decreased within the formulation, and with
des valeurs de seuil moins élevées et des viscosités de filtrat proches dulower threshold values and filtrate viscosities close to the
solvant. A 180°C, le filtrat brun et la gélification complète, aprèssolvent. At 180 ° C., the brown filtrate and the complete gelation, after
refroidissement, de la formulation contenant le HOSTADRILL, confirme lescooling, the formulation containing HOSTADRILL, confirms the
résultats obtenus à 160°C. Ceci n'a pas été observé avec les formulationsresults obtained at 160 ° C. This was not observed with the formulations
contenant les copolymères acrylamide/styrène sulfonate ramifiés mais unecontaining the branched acrylamide / styrene sulfonate copolymers but a
constance des filtrats 30' quelles que soient la température et la baisse de laconsistency of the filtrates 30 'whatever the temperature and the drop in
perméabilité des cakes à partir de 120°C. On notera la dégradation de la CMCpermeability of cakes from 120 ° C. Note the degradation of the CMC
basse viscosité à 160°C dans ce type de formulation.low viscosity at 160 ° C in this type of formulation.
Essai 4 : Comparaison de l'efficacité des copolymèresTest 4: Comparison of the effectiveness of the copolymers
acrylamide/styrène sulfonate ramifiés en température avec un homopolymèreacrylamide / styrene sulfonate branched in temperature with a homopolymer
styrène sulfonate :styrene sulfonate:
Conditions : Standard API, dans une cellule de test HP/HT avec uneConditions: Standard API, in an HP / HT test cell with a
pression de 50 bar et une contre-pression de 15 bar.50 bar pressure and 15 bar back pressure.
Formulation de base FB : argile GREEN BOND 30 g/1, Xanthane 2 g/1,Basic FB formulation: GREEN BOND clay 30 g / 1, Xanthane 2 g / 1,
NaCl 10 g/1 - d = 1.03.
NaCl 10 g / 1 - d = 1.03.
Remarques : L'utilisation d'un copolymère acrylamide/styrène sulfonateNotes: The use of an acrylamide / styrene sulfonate copolymer
ramifié permet de diminuer le volume filtré et l'épaisseur du cake de filtration.branched reduces the filtered volume and the thickness of the filter cake.
Comparativement, un homopolymère sulfoné donne de moins bons résultatsComparatively, a sulfonated homopolymer gives less good results
que les copolymères présentés ici.than the copolymers presented here.
Essai 5 : Influence du vieillissement en température (160°C)Test 5: Influence of temperature aging (160 ° C)
Conditions : Dans une cellule de test HP/HT avec une pression de 50 barConditions: In an HP / HT test cell with a pressure of 50 bar
et une contre-pression de 15 bar, mais après vieillissement de 16 heures à uneand a back pressure of 15 bar, but after aging for 16 hours at a
température de 160°C.temperature of 160 ° C.
Formulation de base FB : argile GREEN BOND 30 g/1, Xanthane 2 g/1,Basic FB formulation: GREEN BOND clay 30 g / 1, Xanthane 2 g / 1,
NaCl 10 g/1 - d = 1.03.NaCl 10 g / 1 - d = 1.03.
VA : viscosité apparenteVA: apparent viscosity
NAo : viscosité apparente initiale
Remarques : La ramification des copolymères acrylamide/styrèneNAo: initial apparent viscosity Remarks: The branching of the acrylamide / styrene copolymers
sulfonate permet une meilleure tenue en température des formulations, et desulfonate allows better temperature resistance of the formulations, and
conserver des propriétés de filtration tout à fait acceptables.maintain perfectly acceptable filtration properties.
Essai 6 :Test 6:
Comparaison de l'efficacité en dynamique d'une formulation à base deComparison of the dynamic efficiency of a formulation based on
copolymère Styrène Sulfonate/Acrylamide ramifié avec des formulationsBranched Styrene Sulfonate / Acrylamide copolymer with formulations
commerciales utilisées pour les hautes températures:commercial used for high temperatures:
m MMH, commercialisée par IDF-DOWELL,m MMH, marketed by IDF-DOWELL,
m THERMADRILL commercialisée par BAROÏD;m THERMADRILL marketed by BAROÏD;
Conditions : Vitesse de rotation 1000 RPM, dP = 35 bar, températureConditions: Rotational speed 1000 RPM, dP = 35 bar, temperature
ambiante (25°C). La méthodologie de la filtration dynamique a été appliquéeambient (25 ° C). The dynamic filtration methodology was applied
telle que décrite dans le document de Y. LI et al., Revue IFP, vol 52, no2,as described in the document by Y. LI et al., Revue IFP, vol 52, no2,
Mars-Avril 1997.March-April 1997.
Formulation de base FB : argile GREEN BOND 30 g/1, Xanthane 2 g/1,Basic FB formulation: GREEN BOND clay 30 g / 1, Xanthane 2 g / 1,
NaCl 10 g/1 - d = 1.03.NaCl 10 g / 1 - d = 1.03.
La viscosité plastique est exprimée en centipoise (cP), la valeur de seuil,The plastic viscosity is expressed in centipoise (cP), the threshold value,
ou yield value (YV) est exprimée en livres/100 pieds carré, le filtrat 30' en
millilitre (ml), la pente en cm/minute et la concentration organique totale desor yield value (YV) is expressed in pounds / 100 square feet, the filtrate 30 'in milliliter (ml), the slope in cm / minute and the total organic concentration of
filtrats (C.O.T) est exprimée en ppm de carbone.filtrates (C.O.T) is expressed in ppm of carbon.
Remarques : En filtration dynamique, la formulation contenant lesRemarks: In dynamic filtration, the formulation containing the
copolymères acrylamide/styrène sulfonate ramifiés possèdent les meilleuresbranched acrylamide / styrene sulfonate copolymers have the best
propriétés de filtration et contribuent à la diminution de la perméabilité desfiltration properties and contribute to the decrease in the permeability of
cakes d'où des concentrations en carbone plus faibles dans les filtrats,cakes resulting in lower carbon concentrations in the filtrates,
comparativement aux formulations commerciales.compared to commercial formulations.
Essai 7 : Comparaison de l'efficacité des copolymères StyrèneTest 7: Comparison of the Efficiency of Styrene Copolymers
Sulfonate/Acrylamide ramifiés avec des réducteurs de filtrat utilisés pour lesSulfonate / Acrylamide branched with filtrate reducers used for
hautes températures, pour des fluides à base de calcite et d'argile de charge, àhigh temperatures, for fluids based on calcite and filler clay, at
limiter l'endommagement des formations.limit damage to formations.
Conditions : Standard API, température ambiante (25°C).Conditions: API standard, ambient temperature (25 ° C).
Formulation de base FBI :Basic FBI formulation:
Xanthane 4 g/1, HYMOD PRIMA (ou HMP) 28 .5 g/1, NaCl 20 g/1,Xanthan 4 g / 1, HYMOD PRIMA (or HMP) 28 .5 g / 1, NaCl 20 g / 1,
KC1 20 g/1, IDCARB75 360 g/1 - NaOH 2M pour pH = 9.5 - d = 1.20.KC1 20 g / 1, IDCARB75 360 g / 1 - NaOH 2M for pH = 9.5 - d = 1.20.
La viscosité plastique est exprimée en centipoise (cP), la valeur de seuil, The plastic viscosity is expressed in centipoise (cP), the threshold value,
ou yield value (YV), le Gel 0 et le Gel 10 sont exprimés en livres/100 piedsor yield value (YV), Gel 0 and Gel 10 are expressed in pounds / 100 feet
carré, le filtrat 30' en millilitre (ml), les épaisseurs de cake en millimètre (mm)square, the filtrate 30 'in milliliter (ml), the cake thicknesses in millimeter (mm)
et la concentration organique totale des filtrats (C.O.T) est exprimée en ppmand the total organic concentration of the filtrates (C.O.T) is expressed in ppm
de carbone.of carbon.
L'HYMOD PRIMA, ou HMP, est une argile de charge commercialiséeHYMOD PRIMA, or HMP, is a filler clay marketed
par la société DOWELL-IDF, ainsi que la calcite IDCARB75 dont laby DOWELL-IDF, as well as IDCARB75 calcite, the
granulométrie varie de 0.1 à 10 μm.particle size varies from 0.1 to 10 μm.
Remarques : les formulations contenant l'HOSTADRILL ou lesNotes: formulations containing HOSTADRILL or
copolymères acrylamide/styrène sulfonate ont des propriétés de filtrationacrylamide / styrene sulfonate copolymers have filtration properties
comparables dans ces conditions, mais pour des viscosités plastiques moinscomparable under these conditions, but for plastic viscosities less
importantes pour ces dernières. On notera une concentration en carboneimportant for the latter. We will note a carbon concentration
croissante, de 700 à 1000 ppm, tout le long de la filtration pour la formulationincreasing, from 700 to 1000 ppm, throughout the filtration for the formulation
à base de CMC basse viscosité, non observée avec les formulations contenantbased on low viscosity CMC, not observed with formulations containing
les copolymères acrylamide/styrène sulfonate ramifiés.branched acrylamide / styrene sulfonate copolymers.
Essai 8 :Test 8:
Influence de la température (110°C):Influence of temperature (110 ° C):
Conditions : Standard API, dans une cellule de test HP/HT avec uneConditions: Standard API, in an HP / HT test cell with a
pression de 50 bar et une contre-pression de 15 bar.
Formulation de base FBI :50 bar pressure and 15 bar back pressure. Basic FBI formulation:
Xanthane 4 g/1, Hymod Prima ( HMP ) 28 .5 g/1, NaCl 20 g/1, KC1 20 g/1,Xanthan 4 g / 1, Hymod Prima (HMP) 28 .5 g / 1, NaCl 20 g / 1, KC1 20 g / 1,
IDCARB75 360 g/1 - NaOH 2M pour pH = 9.5 - d = 1.20.IDCARB75 360 g / 1 - 2M NaOH for pH = 9.5 - d = 1.20.
Remarques : A 110°C et dans ce type de formulation, l'HOSTADRILLRemarks: At 110 ° C and in this type of formulation, HOSTADRILL
perd ses propriétés de filtration (augmentation du filtrat 30' et de l'épaisseurloses its filtration properties (increase in filtrate 30 'and thickness
du cake) contrairement aux formulations contenant les copolymèrescake) unlike the formulations containing the copolymers
acrylamide/styrène sulfonate ramifiés. La forte épaisseur de cake observéebranched acrylamide / styrene sulfonate. The large cake thickness observed
pour la formulation renfermant la CMC basse viscosité confirme unefor the formulation containing the low viscosity CMC confirms a
dégradation du produit et la perte de ses propriétés, ce qui n'a pas été observédegradation of the product and loss of its properties, which has not been observed
pour les formulations contenant les copolymères acrylamide/styrène sulfonatefor formulations containing acrylamide / styrene sulfonate copolymers
ramifiés.
branched.