<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention est relative aux laits ou bouillies aqueuses de ciment et à un procédé de cimentation.
Il faut que l'eau soit retenue dans une bouillie de ciment pendant la coulée, de façon que la bouillie demeure à l'état ,fluide; d'autre part, cette bouillie doit pouvoir abandonner aisément l'eau après la coulée, de façon à sé- cher et à faire prise.
Par exemple, la perte d'eau subie par la bouillie lors de la cimenta- tion de puits de 'pétrole et lors des opérations de crépissage, d'tanchement ou de consolidation aboutit souvent à la déshydratation de la bouillie dans une me- sure où cette dernière fait prise ou se crevasse, prématurément.
La déshydratation prématurée'-,de la bouillie de ciment dans les puits de pétrole peut être causée par la pratique consistant à racler la boue de forage de la paroi du puits-, ce qui a pour conséquence de mettre à nu des terrains po- reux, qui absorbent l'eau. Ce problème se pose en particulier lorsqu'on traverse des sables pétrolifères, étant donné que la contamination artificielle de ces sabler par l'eau entraîne souvent le gonflement d'impuretés schisteuses dans le sable-, ce qui réduit'sensiblement la.perméabilité du sable. pétrolifère. La perte d'eau subie par le'lait conduit à l'imperméabilisation des terrains en ce qui concerne le passage du pétrole.
D'autre part, le canon perforateur de tubage pourrait ne pas être à même de transpercer le terrain situé au-delà de la bouillie, jusqu'à une profon- deur dépassant la zone de gonflement des impuretés schisteuses, ce qui entraîne- rait une baisse sensible du taux de production du puits.
Il est- donc évident que les matières qui sont hygroscopiques de par leur nature'ne donnent pas entière satisfaction lorsqu'elles sont employées dans ces bouillies aqueuses de ciment.
Par exemple, on a déjà proposé d'incorporer l'inuline dans les laits de ciment de type général actuellement employé. Toutefois, l'inuline, qui est un polymère' à poids moléculaire peu élevé (500 environ), est nettement hygroscopique et, tout en empêchant la perte d'eau combinée, de la bouillie, n'enraye pas la perte matérielle de l'eau libre. Etant donné ses effets hygroscopiques, la pré- sence de quantités même réduites d'inuline dans la bouillie est de nature à em- pêcher le séchage et la prise de cette dernière, après que celle-ci-a été coulée.
Un objet de la présente invention consiste à établir 'une nouvelle bouillie de ciment améliorée qui ne perd pas l'eau ni ne fait prise prématurément.
Un autre objet de l'invention consiste à établir une.nouvelle bouil- lie de ciment améliorée, dont les pertes' d'eau sont réduites au point que la con- tamination de la région qui entoure le coulis de bouillie, par'l'eau absorbée à partir de cette dernière, est évitée ou essentiellement empêchée.
Un autre objet de l'invention consiste à établir une bouillie de ci- ment appelée à être utilisée dans des puits de pétrole et qui ne subit pas une.; perte d'eau, dans une proportion capable de réduire dans une mesure appréciable le taux de production du puits.
Un objet subsidiaire de l'invention consiste à établir une bouillie de ciment contenant un adjuvant destiné à empêcher la perte d'eau et qui enraye l'élimination de l'eau hors de la bouillie, tout en ne retenant pas lui-même de l'humidité dans une mesure susceptible de gêner le séchage normal de la bouillie.
Divers autres objectifs et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit et des revendications y rattachées.
Les objectifs de la présente invention sont atteints en incorporant à la bouillie aqueuse de ciment une faible proportion de dextrane ou d'un mélange de dextrane et de fructose, produit naturellement par l'action exercée sur la saccharose par les microganismes qui opèrent la synthèse du dextrane.
<Desc/Clms Page number 2>
Le dextrane employé est dispersible dans l'eau et possède un poids mc léculaire compris entre 5.000 et celui du dextrane natif, produit par voie micro- biologique, et non hydrolysé, poids que l'on estime à plusieurs millions, les poi moléculaires étant déterminés par des mesures de diffusion de lumière.
Le dextrane est produit par biosynthèse, à partir de la saccharose, par des microrganismes des types Leuconostoc mesenteroides et dextranicum, à sa- voir, ceux qui portent les désignations ci-après suivant NRRL (Northern Régional
Research Laboratory) : Leuconostoc mesenteroides B-512, B-119, B-1146, B-1190, B-742, B-1191, B-1196, B-1208, B-1216, B-1120, B-1144, B-523 ; Streptobacterium dextranicum B-1254 et Betabacterium vermiforme B-1139.
Le mode opératoire préconisé consiste à introduire une culture du mi- crorganisme ou l'enzyme filtrée à partir de la culture, dans un milieu nutritif aqueux chargé de saccharose et contenant des sels inorganiques appropriés et des matières nitrées et à incuber la masse jusqu'à ce que le dextrane soit produit par biosynthèse avec un rendement maximum, après quoi on précipite le dextrane à partir du fermentat par une addition de cétone ou d'alcool aliphatique miscible à l'eau, on le purifie éventuellement de façon appropriée et on le réduit à l'éta de particules.
Le dextrane natif ainsi obtenu est normalement caractérisé par un poids moléculaire très élevé, estimé à plusieurs millions, et possède les carac- téristiques suivantes : a) les unités anhydroglucose sont liées principalement par les liai- sons uniques 1,6 ; b) le dextrane ne contient pas un groupe libre CH20H dans la structur de répétition et, sous ce rapport, diffère nettement des autres polysaccharides tels que l'amidon, la dextrine, l'inuline, la cellulose.
- c0 le dextrane est amorphe d) il ne réagit pas à l'essai à l'iode e) il est dispersible dans l'eau et est facilement soluble dans l'eau froide, même à l'état natif f) le dextrane est un produit bactérien g) il n'est pas sujet à l'action enzymique de l'amylase h) il résiste à la dégradation bactérienne amolytique par les enzymes i) antigène partiel (haptane) j) sa synthèse ne requiert pas la médiation de sucre phosphoryléo
Il peut être incorporé au lait de ciment, tout ayant un poids molécu- laire "antif" normalement élevé, ou bien, il peut, être partiellement hydrolyse, de façon à présenter un poids moléculaire quelconque compris entre le poids ini- tial et 5.000.
En outre, le dextrane peut être produit par biosynthèse, dans des conditions spéciales contrôlées dont le résultat est un dextrane natif obtenu par biosynthèse opérée dans les conditions courantes.
;L'inoculation du milieu nutritif chargé de saccharose par la bactérie
Leuconostoc ou son enzyme a pour résultat la production d'un mélange de fructose et de dextrane, la fructose étant un sous-produit de la conversion de la saccha- rose en dextrane. Dans les conditions courantes habituellement appliquées à l'exé cution de la-biosynthèse du dextrane et impliquant l'addition d'une cétone ou d'u alcool miscible à l'eau, au fermentât, le dextrane est précipité de façon essen- tiellement sélective, la fructose demeurant dans le fermentat.
Il a été constaté que le mélange de fructose et de dextrane produit
<Desc/Clms Page number 3>
naturellement par la synthèse brute du dextrane à partirde la saccharose est,par- ticulièrement indiqué comme adjuvant aux laits de ciment, afin d'éviter ou d'em- pêcher une perte d'eau à partir de ceux-ci.
Bien qu'il soit possible de récupérer le dextrane à partir du fermen- tat et de le mélanger avec une proportion convenable de fructose, cette dernière aussi récupérée séparément à partir du fermentat ou obtenue d'une autre source quelconque, il est préférable d'utiliser le mélange de fructose'et de,dextrane na- tif à poids moléculaire élevé, tel qu'il se présente dans,le fermentato Le rapport entre la fructose et le dextrane, dans un tel mélange, peut varier suivant la souche Leuconostoc avec laquelle,le milieu de saccharose,est inoculé et peut être de 0,5:2,0 à 2:0,5, en poids. De telles proportions peuvent être utilisées.
Le mélange est obtenu en.évaporant le fermentât jusqu'à ce que l'on obtienne une solution fortement concentrée contenant le mélange frouctose-dextrane, ou jusqu'à siccité, et en stabilisant le produit de la concentration par l'addition d'un agent bactériostatique approprié quelconque.
La bouillie peut être préparée en mélangeant les ,ingrédients secs qui comprennent le ciment hydraulique, des charges inertes telles que le sable qu le calcaire broyé, et le dextrane ou le mélange de dextrane et de fructose, avec ou sans adjuvants destinés à.retarder la.prise,, et en mélangeant ensuite le mélange sec avec l'eau, ou bien, les divers ingrédients peuvent être mélangés séparément avec 1 eau et ensuite combinés en vue de former la bouillie de ciment, en veillant à ce que le ciment hydraulique'soit mélangé à l'eau immédiatement avant la coulée de la bouillieo
Le terme "ciment hydraulique" désigne ici tous les mélanges connus généralement sous cette appellation, soit, la silice et l'alumine ou la chaux et des mélanges de chaux, de magnésie,
de silice et-d'alumine et d'oxyde de fre(la magnésie, par exemple, peut remplacer une partie de la chaux, tandis que l'oxyde de fer peut remplacer une partie de l'alumine-). Les ciments hydrauliques compren- nent les chaux hydrauliques, les ciments de grappiers, les ciments Pozzolane, les ciments naturels et les ciments Portland. Les ciments Pozzolane comprennent des ciments de laitier produits à partir de chaux éteinte et de laitier granulé de haut fourneau Le ciment Portland représente un ciment hydraulique particulière- ment favorable, étant donné ser ésistance plus élevée.
Le ciment peut contenir les adjuvants mineurs habituels des ciments hydrauliques, tels que le sulfate de cal- cium et/ou le chlorure de calcium, dans des proportions allant jusque 3% Dans la plupart des opérations de cimentation et d'étanchement de puits de pétrole, il est avantageux d'utiliser le ciment pur, en.vue d'une plus grande résistance;
cependant, on peut toujours incorporer des agrégats inertes, à condition'que la' proportion des additions ne réduise pas la rigidité mécanique de ciment au-dessous de la valeur requise. '
Dans les opérations effectuées dans des puits ouverts, il est générale- ment préférable d'utiliser un ciment pur ou 'sec", afin d'éviter la difficulté qui consiste-en ce que, là où l'on incorpore des charges'inertes, celles-ci ont ten- dance à se détacher des parois du puits, à se mélanger à la bouillie et à diluer celle-ci à un point tel, qu'il 'est préférable dé ne pas ajouter une charge à la bouillie appel,ée à être imprimée dans la paroi.
,
La proportion d'eau qui doit être ajoutée aux ingrédients secs, en vue de former la bouillie, n'est pas critique, à condition qu'il y ait une proportion d'eau suffisante pour'former une bouillie susceptible de pompageo Il n'y a pas lieu de prévoir un excès d'eau afin de compenser les pertes d'eau.
De faibles quantités de dextrane, en une proportion comprise entre
0,1% et 5% en poids,' basée sur le poids du ciment, ont pour effet de réduire la perte d'eau de bouillies aqueuses de ciment hydraulique, avec ou sans charges inertes. Le poids moléculaire détermine la proportion la plus efficace, de dextrane.
Ainsi, dans le cas de dextrane natif à poids moléculaire-élevé, produit par voie
<Desc/Clms Page number 4>
microbiologique et non hydrolysé, tel que le dextrane natif L. m B-512, une pro- portion telle que de 0,1 % à 0,5 % est efficace, tandis que, lorsqu'on emploie un dextrane d'un poids moléculaire moins élevé, tel qu'un dextrane partiellement hy- drolysé, il est préférable d'employer des proportions de 1,0 % à 3,0 % voire, jus- que 5,0 % La proportion de dextrane employée n'est pas critique.
Le fermentai séché, qui comprend le mélange stabilisé de fructose et de dextrane, peut être mélangé avec les ingrédients du ciment, ou bien, les fer- mentais hautement concentrés ou secs peuvent être ajouté's à la bouillie. Le fer- mentat est ajouté dans des proportions qui assurent, dans la bouillie, de 0,1 % à environ 5,0 % de préférence de 0,1 % à 0.5 % de.dextrane natif, sur la base du poids du ciment sec.
Le dextrane non hygroscopique à poids moléculaire élevé (minimum 5.000 et le dextrane natif présent dans le mélange dextrane-fructose, empêchent ou pré- viennent une perte d'eau dans la bouillie, étant donné l'effet d'enrayage exercé par les grandes molécules du dextrane; cependant, le dextrane n'a pas tendance à retenir l'humidité d'une manière tenace après que la bouillie a été coulée. Cet effet est dû aux dimensions'des molécules et non pas à une propriété hygrosoopi- que qui serait inhérente au dextrane à un degré quelconque. Toute tendance qu'au- rait la fructose, faisant.partie du mélange fructose-dextrane, à retenir l'eau, est neutralisée par le dextrane natif,, à poids moléculaire extrêmement élevé, as- socié à cette fructose.
Les exemples ci-après sont donnés uniquement afin de mettre l'inven- tion en évidence; ils ne sont pas limitatifs. '
EXEMPLE I.
Une bouillie de ciment Portland a été établie avec 8 lbs. de ciment par gallo de bouillie. On y a ajouté environ 0,5 % en poids (sur la base du ci- ment Portland sec') de dextrane natif L. m B-512. Le dextrane avait un poids molé- culaire estimé à plusieurs millions et était soluble dans l'eau froide.
L'efficacité du dextrane natif, en ce qui concerne l'enrayage des per- tes d'eau dans la bouillie, a été essayée conformément à la procédure d'essai pour - boues de forage, décrite dans le code 29 de l'American Petroleum Institute". La bouillie'n'a perdu que 15 cm3 environ d'eau en 5 minutes, alors qu'une bouillie analogue, mais ne contenant'pas de dextrane, a perdu 105 cm3 d'eau en 1 minute 15 secondes.
EXEMPLE II.
@
Le mélange de fructose et de dextrane préparé en inoculant un milieu nutritif contenant de la saccharose, avec du L. m. B-512 (culture entière) et en incubant la masse jusqu'à ce que la production de dextrane atteigne son rendement maximum, a été obtenu sous une forme sèche et stable, en concentrant le fermentat à siccité et en ajoutant un agent bactériostatique au résidu de la concentration.
Une proportion de produit sec et stable, suffisante pour fournir 0,5% de mélange fructose-dextrane (rapport entre la fructose et le dextrané de 1 :1 environ) sur la :base du poids du ciment, a été ajoutée à une bouillie de ciment Portland pré- parée comme dans l'Exemple 1. Soumise à l'essai prescrit (Exemple 1), la bouillie n'a montré qu'une perte d'eau négligeable en 5 minutes et une perte de 15 cm3 se lement en 10 minutes.
EXEMPLE III
On a procédé comme dans l'Exemple 1 sauf que l'on aemployé le dex- trane B-512 hydrolyse (poids moléculaire 20.000-2.000.000 moyenne 60.000-80.000) en une proportion d'environ 1,0% du poids du ciment, pour empêcher les pertes d'es dans une bouillie de ciment.
<Desc/Clms Page number 5>
EXEMPLE IV
On a procédé comme dans l'Exemple I, sauf que du dextrane natif B-523 a été incorporé à la bouillie en une proportion d'environ 0,8 % du poids du ciment.
EXEMPLE V
On a procédé comme dans l'Exemple I, sauf que du dextrane natif B-1146 a été incorporé à la bouillie en une proportion d'environ 2% du poids du ciment.
EXEMPLE VI
Une bouillie de ciment Puzzolane a été préparée avec 5 1bs de ciment de laitier par gallon de/bouillie et l'on y a ajouté 0,6% en poids (sur la base du ciment sec) de dextrance Lo m B-523 hydrolysé (poids moléculaire moyen d'en- viron 50000)o L'hydrolysat de dextrane empêche efficacement les pertes d'eau de la bouillie.
Dans chacun des Exemples donnés'ci-dessus, le dextrane ou le mélange de dextrane et de fructose peut être mélangé à sec au ciment et l'on peut y ajou- ter de l'eau ultérieurement, en vue de former la bouillie.
On obtient des résultats aussi favorables lorsque la bouillie contient d'autres dextranes natif's dispersibles dans 1 eau, ou leurs hydrolysats d'un poids moléculaire non inférieur à environ 5,000. ou lorsqu'on emploie le mélange, produit naturellement, de fructose et de dextraneo
La bouillie préparée selon l'invention ne contient pas de substances autres que le mélange de ciment, sauf les matières qu'il est de pratique courante d'incorporer dans de telles bouillies.
. La proportion de ciment par gallon de bouillie est généralement de 5 à 15 lbs
La bouillie de ciment préparée comme dans l'Exemple 1 ci-dessus, mais contenant 1% d'inuline, en vue d'empêcher la perte d'eau, perd beaucoup moins d'eau quel bouillie non traitée, mais présente l'inconvénient que l'humidité est attirée par l'inuline, vu sa nature hygroscopique, et est retenue par celle-ci après la prise du ciment,
Le dextrane, étant non hygroscopique et d'un poids moléculaire élevé, empêche la perte d'eau dans.la bouillie de ciment, en raison des dimensions des molécules ou par un 'blocage physique.
Les divers mécanismes par lesquels lé dex- trane et les mélanges fructose-dextrane, d'une -part et l'inuline, d'autre part, réduisent les'pertes d'eau de la bouillie, n'apparaissent pas si l'on considère le dextrane et 1-'inuline de façon superficielle. Tous deux sont des matières hy- droxylées Toutefois, dans le dextrane, les unités anhydroglucose qui se répètent sont reliées par des liaisons 1,6, et le dextrane ne contient pas le groupe CH20H 'dans la structure répétée 1,6, ce groupe libre étant caraotéristique pour l'amidon, la dextrine, l'inuline, la cellulose.
Les liaisons 1,6 prédominantes dans le dex- trane et l'absence du groupe libre CH20H dans la structure répétée exercent une influence sur le fait que contrairement à l'inuline, le dextrane est non hygrosco- pique. L'eau est cédée par le dextrane ou le mélange dextrane=fructose lorsque le ciment est appelé à faire prise.
La bouillie de ciment contenant le dextrane ou le mélange fructose- dextrane fait prise, en formant un ciment dur qui convient à la cimentation, à 1- étanchement, au crépissage ou à la consolidation des puits, après l'essai de perte d'eau. Ceci est à l'opposé du comportement de la bouillie ne contenant pas de dextrane ou de mélange dextrane-fructose
Il est bien entendu que les exemples et essais décrits ici ont été donnés uniquement à titre démonstratif et que divers changements et modifications peuvent être apportés aux détails de la,mise en oeuvre de l'invention, y compris
<Desc/Clms Page number 6>
le choix du dextrane et les proportions employées.
De tels changements et modifi- cations peuvent être apportés sans s'écarter de l'esprit de l'invention.
REVENDICATIONS
1) Procédé pour former une composition de ciment caractérisée en ce qu'elle retient dans sa masse suffisamment d'eau pour maintenir une bouillie flui- de, mais sans augmenter sensiblement le temps de prise pour le mélange de ciment, ce .procédé comprenant les dispositions qui consistent à mélanger l'eua et le ci- ment, pour former une bouillie fluide, et à ajouter à celle-ci une faible propor- tion d'une substance choisie dans le groupe consistant en (1) un dextrane disper- sible dans l'ean et ayant .un poids moléculaire compris entre 5.000 et celui du dextrane natif, produit par voie microbiologique et non hydrolysé et (2) des mé- langes de dextrane natif dispersible dans l'eau'et de fructose, produits par l'ac- tion des souches de Leuconostoc qui opèrent la synthèse du dextrane,
sur la sac- charose.
2) Ciment apte à former, après addition d'eau, une bouillie fluide et pompable, consistant essentiellement en un mélange de ciment hydraulique et d'une faible proportion, suffisante pour empêcher la perte d'eau dans la bouillie, d'une substance choisie dans le groupe consistant en (1) un dextrane dispersible dans l'eau et ayant un poids moléculaire compris'entre 5.000 et celui du dextrane na- tif, produit par voie microbiologique et non hydrolisé et (2) des mélanges de dex- trane natif dispersible dans l'eau et de fructose, produits par l'action de sou- ches de Leuconostoc, qui opèrent la synthèse du dextrane, sur la saccharose.
3) Ciment apte à former, après addition d'eau, une bouillie fluide et pompable, consistant essentiellement en un mélange de,ciment hydraulique et - dans le but d'empêcher une perte d'eau dans la bouillie - de 0,1 % à 5% en poids du ci- ment sec, de dextrane natif, produit par voie microbiologique et dispersible dans l'eau.
4) Ciment apte à former, après addition d'eau, une bouillie fluide et pompable, consistant essentiellement en un mélange de ciment hydraulique et - dans le but d'empêcher une perte d'eau dans la bouillie - d'un concentrât consistant essentiellement en un mélange de dextrane natif et de fructose, produit par l'ac- tion des souches de L'euconostc. qui opèrent la synthèse du dextrane, sur la sac- charose, en une proportion suffisante pour assurer la présence de 0.1 % à 5% en poids de dextrane, sur la base du poids du ciment sec.
Ciment apte à former, après 'addition d'eau, une bouillie fluide et pompable, consistant essentiellement en un mélange de ciment Portland et d'une faible propor'tion, suffisante pour empêcher une perte d'eau dans la bouillie, d'un< substance choisie dans le groupe consistant en (1) un dextrane dispersible dans. l'eau et ayant un poids moléculaire compris entre 5.000 et celui du dextrane natif, roduit par voie microbiologique et non hydrolysé et (2) des mélanges de dextrane' hâtif, dispersible dans l'eau, et de fructose, produits par l'action de souches de Leuconostoc, qui opèrent la synthèse du dextrane, sur la saccharose.
6) Ciment apte à former, à la suite d'une addition d'eau, une bouillie fluide et pompable, consistant essentiellement en un mélange de ciment Portland et dans le but d'empêcher une perte- d'eau dans l bouillie - de 0,1 % à 5% sur la base du poids du ciment sec, d'un dextrane natif, produit par voie micro biologique, dispersible dans l'eau.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.