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" Procède et composition permettant de terminer un puits de forage "
La présente invention concerne un procède d'achèvement d'un puits de forage pour consolider Ion couches souterraines traversées par des puits de forage verticaux, et des compositions destinée à être utilisées pour mettre en oeuvre ces procédés.
Plus particulièrement, la présente invention con- corne un prooddé d'achèvement et des compositions do ciment siliceux ayant los qualités normales d'un ciment, ainsi qu'un degré élevé de perméabilité après durcissement qui peut être obtenu aux tempe- raturas des couches en un temps raisonnable.
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Le forage du puits dans des couchée sou- torrainee dans le but de récupérer les fluides qui y sont contenus, comme le pétrole et le gais, Implique souvent la nécessité d'obtenir oos fluidoa à partir do couohoa souterraines qui sont friables. Ces couches souterraines sont souvent friables en rai- son de l'absence de matières liantes naturelles pour les particules de la couche, comme les particules de sable meuble, qui se répandent par conséquent dans le trou de forage dans une mesure telle que l'exploitation est empochée en raison de 1' écoule- ment de ces particules.
Le problème consistant 4 maîtriser la séparation et le mouvement défavorable des parti- oules non consolidées pendant les opérations d'ex- ploitation a nui à l'industrie pondant de nombreu- ses annéos, et on n'a pas trouvé de solution entiè. rement satisfaisante à oe problème, bien qu'on ait fait de nombreux essais. Une tentative générale de solution de ce problème est illustré, par la nombre dos dispositifs mécaniques qui ont été mis au point comme les tamis, les filtres, les chemises, les étranglements, etc., pour empêcher la généra- tion de ces particules défavorables, mais ils ont été généralement pou satisfaisants pour empocher l'écoulement de ces particules.
Une autre tentative générale de solution du problème a consisté à consolider la couche en plaçant un certain type d'agent ou de matière de liaison dans la couche par une opération de compares-* sion pour ne consolider en réalité que les parti-
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oulea meubleo de la couche voisine du trou de fo- rage. Ces matières, normalement à l'état liquide, comme des matières plastiques ou des silicates de sodium, sont injectées dans la couche pour lier les particules meubles.
Une autre tentative consiste à placer une masse ou barrage perméable dans la trou de forage et dans la couche adjacente qui comprend un agrégat au lieu de lier uniquement les particules de la couche, comme le placement d'un dépôt de aimant perméable Parmi les compositions de ciment per- méable utilisées, on peut citer celles comprenant du ciment "Portland", en particulier celles utili- sant un agrégat et un certain typo de composant ayant une perméabilité naturelle comme le "pozzolan", ot celles contenant un constituant dégageant un gaz dans le ciment pour créer la perméabilité dans des compositions autrement imperméables.
L'utilisation do ciments de silicate et en particulier do silicate de sodium en combinaison avec un traitement par un acide ot un lavago est bien connue pour former des compositions de ciment, mais ces silicates établis- sent normalement un bouchon ou barrage imperméable dans los réservoirs souterrains. On a également utilisé un silicate de sodium conjointement à un on- duisage mécanique de particules do graviers en com- binaison avec un traitement par un acide, ou con- jointement aux constituants naturels de la couche souterraine pour former un dépôt perméable pour ob- tenir le même type do barrage ayant une perméabilité réduite.
Il ont aussi bien connu d'utiliser
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certaines compositions de matière plastique dans dos systèmes à plusieurs phases pour obtenir des consolidations de couches souterraines de nature perméable En réalité, on n'a pas trouvé de solu- tion généralement acceptée aux problèmes consistant à fournir un ciment perméable destiné à être utilisé pour achever un puits dans un réservoir souterrain.
La présente invention décrite par la présente demande est en rapport avec une demande de Brevet des Etats-Unis d'Amérique n 75.654 du et concernant un ciment siliceux perméable. Cette demande de brevet précitée com- prend des matières différentes et diverses condi- tions proportionnelles pour les matières courantes, mais elle se distinguo principalement par le fait qu'une gamme complète de dimensions partioulaires, c'est-à-dire comprises entre 0,149 et 0,074 mm, doit être éliminée pour obtenir une composition ayant les caractéristiques voulues.
La présente demande indique l'inclusion d'une telle gamme de dimensions particulaires, tout en parvenant à des caractéristiques améliorées, en particulier une amé- lioration de la perméabilité de la composition dur- cie. D'autres avantages et caractéristiques ros- sortiront de la description qui va suivre.
La présente Invention se propose notamment de fournir : - un procédé do formation d'un barrage de consolidation dans une partie d'un trou do forage communiquant avec une couche souterraine friable au voisinage du trou de forage pour empêcher
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l'écoulement des particules de sable pendant les opération* d'exploitation ! - un procédé permettant d'établir une structure perméable dans les fissures s'éten- dant dans la couche souterraine entourant le trou de forage - un procédé pour appliquer des compositions de ciment siliceux perméable ayant la résistance h la traction, la stabilité, la perméa- bilité,
la durée do durcissement et l'aptitude au pompage voulues pour étre utilisées dans l'industrie du pétrole dans les opérations d'achèvement du puits et d'obstruction des fissures : - une composition pour former un barrage do consolidation dans une partie d'un trou de forage en communication avec une couche souter- raine friable d'une matière perméable qui peut ôtre mélangée à la surface dans un équipement classique et injectée dans la couche un vue d'uno réaction en une soûle phase sana qu'il soit nécessaire d'effec- tuer un lavage à l'acide, etc. ;
- une suspension d'un ciment sili- ceux soue forme d'une bouillie qui durcit en tant qu'une suspension stable sous forme solide et pré- sente de bonnes caractéristiques de perméabilité lorsqu'elle est durcie, et des objets conformé.}) fa- briqués à partir de cette dernière. D'autres avan- tages et caractéristiques de l'invention ressorti- ront de la description qui va suivre et des exem- ples d'application de l'invention.
D'une façon g6nérale, la présente inven
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tion peut être définie comme étant un procédé per- mettant d'achever un trou de forage souterrain tra- versant une couche friable en plaçant une suspen- sion dans une bouillie stable d'un ciment siliceux dans la trou de forago dans et au voisinage de la couche souterraine, la dite suspension comprenant un silicate, un agrégat siliceux d'une gamme de di- mensiona partioulaires choisie, un agent stabilisant, et de l'eau, avec un accélérateur dans certaine cas, la dite suspension restant intacte pendant la réaction de durcissement et après le durcissement présentant lea qualités nécessaires, en particulier la perméabilité, pour l'utilisation souterraine cornue décrit ci-après,
et les objets formés à par- tir de la suspension durcie.
La prooédé d'achèvement de la présente invention ce rapporte génáralement à l'achèvement des puits qui traversent les couches souterraines dans le but d'exploiter des fluides à partir des couchas, en particulier des hydrocarbures. Les opérations d'achèvement particulières auxquelles se réfère la présente invention sont celles dans les- quelles il est avantageux de placer un ciment sili- ceux perméable au voisinage et dans une couche tria- ble dans le but d'empêcher l'extraction des parti- cules de sable concurremment au fluide.
Le procédé est un procédé approprié destiné hêtre utilisé pour former une structure perméable consolidée dans et au voisinage d'une couche souterraine qui a été com- ploiement traversée par un sondage non tubé au fond du trou de forage, au cours des opérations de cimen-
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tation du tubage dans lesquelles le ciment est pompd dans le trou de forage et derrière le tubage pour maintenir le tubage et la couche souterraine en place, dans les cas de cimentation sous pression lorsqu'un tubage précédemment cimenté et un trou de forage.sont soumis à un dépôt ultérieur d'un ci- ment perméable dans et au voisinage de la couche souterraine, dans la mise en position de chemises,
et paiement dans les opérations de formations de fissures.
Après la préparation du trou de forage et de la couche souterraine environnante en vue de la. mise en oeuvre du procédé particulier d'achèvement du puits, comme l'extraction d'une partie du sable dans le cas do l'achèvement d'un trou de sondage non tubé ou comme la perforation du tubage et du ciment au cas où cela est nécessaire, le stade ini- tial du présent procédé consiste à mélanger une suspension dans une bouillie stable d'une composi- tion de ciment siliceux à la surface. On peut ef- fectuer ce mélange dans un appareil mélangeur appro- prié quelconque, normalement un équipement classique utilisé sur le terrain d'exploitation du pétrole étant satisfaisant.
Après l'incorporation des oona- tituants voulus dans une suspension dans une bouil- ].le stable d'un ciment siliceux, on pompe alors la suspension dans le trou de forage jusque la proton-, deur particulière et le déplace dans et au voisinage de la couche souterraine, après quoi on ferme le trou de forage pondant une période do temps appro- priée, de préférence de l'ordre de 24 heures, pour
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permettre h la suspension de durcir sous forme d'un ciment siliceux perméable. Ensuite, on remet le puits en exploitation et on extrait les fluides de la couche sans extraire concurremment de particules non consolidées.
Le procédé appliqué à l'achèvement d'un trou de sondage non tube nécessite l'enlèvement d'une partie de la couche non consolidée par des moyens classiques comme le reforage, le curage, etc., après quoi la suspension dans la bouillie stable du ciment siliceux est déplacée dans la cou- che souterraine en pompant ou déversant la suspen- sion dans le trou de forage suivant les conditions de pression. Après le durcissement de la suspen- sion pour former un ciment perméable, on peut recom- menoer l'exploitation à travers le bouchon, ou un trou peut être foré dans le bouchon perméable afin de faciliter l'exploitation.
L'application du présent procédé à une opération de formation de tubage en ciment nécessite le pompage de la suspension dans une bouillie stable du ciment siliceux vers le bas dans le puits de fo- rage, et vers le haut derrière le tubage oontigu à la couche souterraine.
Après qu'un temps de dur- oissoment suffisant s'est écoulé, on doit ouvrir le tubage en le perforant, en l'entaillant, etc., afin d'établir une communication entre l'intérieur du trou de forage et le ciment perméable durci pour ex- traire les fluides de la couche souterraine, ou on peut placer un tubage préalablement perforé conte- nant des bouchons dans le trou de forage, los par-
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forations se trouvant au voisinage de la couche appropria et Ion perforations étant bouchées par due bouchons amovible., comme des bouchons en alu- minium ou on magnésium,
qui peuvent être facilement dissous à partir des perforations avec un acide ou une soude caustique pour établir la communication nécessaire entre la trou de forage et le ciment perméable situé au voisinage de la couche. Il est aussi possible do placer simplemetn une quantité limitée de cette suspension à une profondeur choi- sie derrière le tubage en injectant une quantité réduite après une quantité initiale de ciment clas- nique et après cette dernière en injectant ensuite du ciment classique pour obtenir une mise en place choisie du ciment siliceu. perméable dans la couche d'exploitation précédemment friable.
En utilisant le présent procédé pour une opération de aimantation sous pression d'un trou de. forage tube, il est nécessaire que le tubage, et tout ciment de tubage précéderaient mis en place, soit perfora d'une façon classique avant d'injecter la suspension du ciment siliceux dans la bouillie stable dans le trou de forage. Une garniture doit être placée dans le trou de forage pour isoler la couche intéressante afin de pouvoir exercer des pressions suffisantes sur la suspension pour la dé- placer à travers les perforations et dans la couche souterraine sans remplir le trou de forage.
Il est aussi possible d'incorporer des chemises de tubage présentant un revêtement ou une gaine du ciment si- liceux perméable dans la colonne de tubage d'une fa-
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çon classique, en évitant ainsi d'extraire du sa ble meuble.
Le procédé de la présente invention ap- pliqué à une opération de formation de fissure peut aire mis en oeuvre en injectant une quantité de la suspension dans une bouillie stable du ciment si- licoux dans la couche souterraine après une opéra- tion de formation de fissure classique, de façon qu'une partie du fluide de formation de fissure soit déplacé* par la suspension.
On peut pomper la suspension dans la fissure soit de façon qu'elle remplisse sensiblement la fissure, soit de façon qu'elle remplisse une moins grande partie immédiat tement au voisinage du trou de forage, à savoir sur une distance de 1,5 à 6 mètres environ, après quoi la suspension peut durcir pour former un ciment si- liceux perméable et fournir un dépôt perméable pour maintenir la fissure ouverte pour extraire les fluides de la couche sans extraire simultanément du sable.
Afin de raioux comprendre la présente in- vention, on va décrire les caractéristiques néces- saires pour une composition de consolidation permé- able à utiliser dans des couches souterraines. Pour convenir à cette application, une composition doit présenter chacune des qualités susmentionnées sinon olle ne peut pas être utilisée dans les couches sou- terraines friables.
Le fait de ne pas remplir les conditions inhérentes en vue d'une utilisation dans une formation souterraine est la raison pour laquelle aucun procède et aucune composition destnés à être
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Utilisé** dans le domaine d'exploitation du pétrels n'a été mis au point avant la présente invention.
la condition initiale d'un tel procéda est d'avoir une composition de oiaent pompable, la durée de pompage de la composition de consolidât! on étant établie d'une façon très précise par le bulle.,. tin API RP-10B (1959) qui en principe est une com- binaison du temps de durcissement et de l'indice de viscosité mis en corrélation avec les diverses pro- fondeurs auxquelles la consolidation doit être et- fectués.
Il est essentiel qui la suspension d'une bouillie stable présente une viscosité inférieure à la viscosité maximum indiquée par le dit bulletin comme étant celle qui permet à la suspension d'être déversée dans le puits et dans la couche aux pro- fondeurs voulues avec l'équipement de poapago ac- tuellement disponible. Il a été déterminé que les condition? de pompage ne peuvent être satisfaites que ai la viscosité maximum du ciment est de 70 poi- ses environ ou moins pour la remontée et de 100 poi- ses au moins pour le pompage.
La durée de durcis- sement de la suspension utilisée dans le présent procédé doit obligatoirement être supérieure au temps nécessaire pour le pompage afin que la suspen- sien soit en place avant qu'il se produise une réac- tion de durcissement suffisante pour provoquer un$ augmentation de la viscosité de façon à dépasser le pouvoir de pompage.
Ceci permet a la suspension d'être refoulée par l'équipement de pompage et d'ê- tre déplacée dans la oouohe avant le moment o la viscosité augmente de façon à dépasser la capacité
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de l'équipement de pompage, en garantissant ainsi que la suspension puisse être sensiblement dépla- ode dans ou contre la couche souterraine pour évi- ter qu'une partie Indésirable de la suspension dur- oisae dans le trou de forage ou dans l'équipement*
La durée de durcissement est la période de temps nécessaire pour obtenir sensiblement l'a- chèvement de la réaction de liaison dans une mesure suffisante pour former un ciment siliceux stable qui résiste aux conditions d'exploitation normales,
Il existe d'autres ciments qui pourraient subir finalement une réaction de liaison suffisamment complète pour satisfaire aux autres conditions d'exploitation normale, mais la période de temps est un facteur critique. Il est évidemment impor- ,tant quo la suspension no durcisse pas trop rapide- ment, sans quoi il en résulte un remplissage du trou de forage et peut-être de l'équipement de pom- page avec cette composition de consolidation à l'é- tat durci, en nécessitant une opération d'élimina- tion coûteuse ou l'abandon de l'équipement en sur- face ou de celui se trouvant au-dessous de la sur- face. Inversement, il est nécessaire que le temps de durcissement ne soit pas trop long en raison du coût de la suspension provisoire des opérations d'achèvement ou d'exploitation.
Par conséquent, il est généralement admis que le temps de durcissement ne doit pas dépasser 72 heures, et de préférence le temps de durcissement doit être de moins de 24 heu- res afin de pouvoir reprendre une exploitation nor- mâle bans trop de frais et de retard.
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Apres la mise en place et le durcissement de la composition de ciment, il est obligatoire que le ciment ainsi obtenu présente une résistance et une stabilité suffisantes pour résister aux forcée) exercées par les pressions de la couche souterraine et aux caractéristiques d'érosion dos fluides de la couche pendant l'exploitation. Le ciment doit pré- senter une stabilité suffisante pour résister au passage de fluides quelconques, en particulier de l'eau et de la saumure qui peuvent venir à son con- taot pendant des périodes de temps prolongées, et doit rester chimiquement stable sans se désagréger dans une meaure appréciable.
La résistance de la composition durcie doit être suffisante pour réais. ter à toute pression exercée sur elle pendant les opérations d'exploitation ultérieures, d'une façon générale une résistance h la compression de l'ordre de 7 kg/cm au moins.
La principale condition de la composition de ciment do la présente invention est la perméabi0 lité, c'est-à-dire la faculté de permettre l'écou- lement des fluides dans son réseau de pores mutuel- lement reliés, la présente invention concerne une suspension d'une bouillie stable et une suspension solide ultérieure d'un ciment siliceux qui peut être placé au voisinage et dans les couches d'exploita- tion, et le fait de ne pas atteindre un passage suffisant des fluides à travers le ciment annule complètement tous les efforts précédents. Il est recommandé que la composition de ciment présente une perméabilité d'au moins 100 millidarcys et de
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préférence do 500 millidaroye ou plue.
Après avoir décrit les caractéristiques
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vouluou d'une telle composition de ciment perméable, on va décrire la composition de la présente inven- tion en détail oi-e.p1"ôe. L'agrégat siliceux inoor- poré dans la composition de ciment de la présente invention peut être un agrégat quelconque qui est une matière siliceuse solide ayant la répartition de dimension partioulaire voulue, de préférence au
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at'a, asana qu'il soit nécessaire qu'elle présente une forao de particule particulière quelconque.
La dimension part.ou.a3rn est critique, dans la mesure où une étroite gamme, comprise dans la Came plus étendue Mentionnée ci-après, de répartition de di-
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mensions particulaires augmente la perméabilité du ciment, et inversement une plus large gamme de di-
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mentions particulairos diminue le. perméabilité. La gamme des dimensions particulaires est critique dans la mesure où sensiblement la totalité des particules doit être comprise dans une gamme particulaire, maie il est inutile qu'une gamme intermédiaire comprise dans la gamme générale soit complètement éliminée ou absence de l'agrégat pour fournir la perméabilité
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xn5csaoeis.
D'une façon générale, la gamme des dimen- sions particulairea de l'agrégat est la gamme d'a- grégats dont la dimension partioulalre est inférieure à 4 mm et présente une quantité de matière .attisant. dans la gamme des dimensions particulaires comprises entre 0,149 et 0,074 mm pour former une suspension
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d'une bouillie stable en présence des autres conati-
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tuants.
De préférence, la gamme des dimensions par- ticulaires des agrégats est comprise entre 4 et
0,074 mm et tandis que la quantité comprise entre
0,149 et 0,074 mm peut varier dans une large mesu- re, elle constitue d'une façon générale au moins
10 % en poids environ de l'agrégat, et de préférence, de 20 à 50 % en poids de l'agrégat, bien qu'une quantité correspondant 4 100 de l'agrégat comprise entre 0,149 et 0,074 mm donne un ciment perméable satisfaisant. Une gamme de dimensions particulaires particulièrement efficace est celle dans laquelle la matière de l'agrégat présente une dimension par- tioulaire inférieure à 0,297 mm, ot supérieure ..
0,088 mm, 10 % en poids au moins et de préférence de 20 à 60 % en poids do l'agrégat ayant une dimen- sion particulaire inférieure à C,149 mm. Un agré- gat ayant une dimension partioulaire comprise dans une gamme étroite comprise dans la gamme générale ci-dessus comprenant de plus petites particules, comme celles do la gamme préférée, donne une bouil- lie moina visqueuse qu'un agrégat oouvrant d'une façon générale toute la gamme de dimension parti ou- laire, o'est-h-dire comprenant de plus grandes par- ticules,
attendu que la présence des particules plus grandes nécessite l'incorporation d'une plus grande quantité do particules de plus petite dimension pour obtenir la suspension qui assure une perméabi- lité sensiblement réduite.
L'invention décrit l'utilisation d'un agrégat ayant une répartition de dimension. particu- laires qui évite la nécessité d'éliminer sensible-
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mont les particules de l'agrégat comprises dans une gamme de dimensions particulaires intermédiaire de la gamme plus large, la seule condition étant que l'agrégat soit capable de former une suspension de bouillie stable en présence des constituants res- tants. Ceci élimine la nécessité de régler d'une façon sélective la répartition deu dimensions par- ticulaires par des opérations de tamisage ou de choisir plusieurs qualités de sable pour éliminer les gammes de dimensions particulaires spécifiques, par exemple celles comprises entre 0,149 et 0,074 mm.
Inversement, il est évident que l'on peut éliminer une gamme étroite de particules et conserver l'agrégat sous une forma utilisable, mais ceci diminue simplement la perméabilité de la com- position durcie en conséquence et ne sort pas du cadre de la présenta invention. En particulier, l'incorporation d'un agrégat ayant des dimensions particulaires inférieures h 0,149 mm doit compren- dre la répartition normale des particules comprise dans la gamme de 0,149 à 0,074 mm, au moins dans la mesure où une répartition normale des dimensions particulières se produit à moins de 0,149 mm, en n'éliminant pas cette gamme de dimension étroite en faveur des particules inférieures à 0,074 mm.
La quantité do l'agrégat à incorporer est la quantité comprise entre 45 et 75 % on poids environ de la suspension, de préférence entre 50 et 70 % en poids de cette dernière.
Le véhicule ou véhicule de suspension pour les autres constituants de la suspension de la bouillie
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stable est l'eau, qui peut être sensiblement une eau quelconque pourvu qu'elle ne contienne pas de matières étrangères de nature ou en une quantité susceptible d'affecter nuisiblement la réaction de liaison ou la durée de durcisooment voulue de la composition. La quantité d'eau à incorporer est comprise entre 15 et 30 % en poids environ de la suspension totale, de préférence entre 20 et 25 % en poids.
L'agent de liaison de la composition du ciment du procédé de la présente invention est le silicate de sodium ou le silicate de potassium, qui est traita de façon à lui conférer des carac- téristiques de solubilité dans l'eau. Les silicates de sodium (Na2O:SiO2) son les silicates préférés du point de vue économique et du fonctionnement.
Le silicate peut être obtenu dans le commerce sous forme de poudre à l'état hydrata, ou sous forme d'un liquide dans lequel l'eau a été précéderaient incorporée pour former une solution de diverses concentrations. La tome préférée est la forme hy- dratdo, étant donné qu'on peut alors mélanger la solution du silicate de sodium sur place avec une eau disponible quelconque, en évitant ainsi les in- convénients de la manipulation, du transport, etc., de l'eau et en outre l'utilisation de la forme de poudre permettant d'empaqueter préalablement tous los constituante.
Cette combinaison de l'eau et du silicate de sodium de la composition du ciment toux,* nit une solution aqueuse do silicate de sodium qui est le véhicule final de l'agrégat et autres consti-
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tuante solides. Le silicate de sodium est incorporé dans la composition en une quantité comprise entre
5 et 25 % en poids environ, de préférence entre 8 et 15 % en poids, ces poids étant mesurés en fonc- tion du silicate do sodium en poudre et sur la base do la totalité de la supension.
Touto utilisation du silicate dans une solution préalablement mélan- gée ou sous forme liquide nécessite que le soluté ou solvant de cette solution existe en dos quantités comprises dans les gammes indiquées séparément dans la présente demande pour le silicate do sodium et l'eau respectivement pour permettre de l'utiliser.
Une augmentation du rapport de l'oxyde de sodium au bioxyde de silicium dans le silicate aug- mente l'alcalinité, ce qui diminue la vitesse de la réaotion de liaison, en augmentant ainsi le temps do durcissement. Par conséquent, l'inverse permet, en faisant varier ces rapports, de régler la durée de pompage. Ceci est particulièrement avantageux au cas où un temps de pompage prolongé est néces- saire, comme la mise en place d'une plus grande quantité de la composition dans les Unités d'une seule cavité ou dans une couche souterraine située h une plus grande profondeur. Le degré d'alcalinité du silicate ost inversement proportionnel au rapport de Na2O à SiO2' le rapport 1:1 étant extrêmement alcalin.
Les silicates présentant une plus faible alcalinité ont une durée de durcissement plus courte en raison de la rapidité avec laquelle l'acide si- licique colloïdal précipite. L'inverse s'applique aux silicates ayant une alcalinité supérieure. Les
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silicates plus alcalins sont plus solubles, moins visqueux, et par conséquent nécessitent une durée de durcissement plus prolongée en raison de la né- cessité de la précipitation pour former la liaison finale. Une augmentation de l'alcalinité du sys- tème augmente la durée de pompage du système.
La gamme des rapporta de l'oxyde do sodium au bioxyde de silicium pour le silicate de la présente compo. sition est comprise entre 1:1,6 et 1:3,6 parties, de préférence entre 1:2,0 et 1:2,6 parties.
Cette composition de ciment comprend un agent stabilisant pour que la suspension durcie résiste à la décomposition provoquée par le passage des fluides de la couche souterraine, en particu- lier l'eau. Les agents stabilisants agissent sur les silicates de sodium pour former une liaison moins solublo, le silicate est légèrement soluble dans l'eau, de aorte que les agents stabilisants transforment les silicates en un silicate insoluble plus complexe. On peut utiliser un nom- bre quelconque de ces agents, mais on préfère les oxydes des métaux lourds comme le zinc, le plomb, le fer, etc., l'agent préféré étant l'oxyde do zinc.
Ces agents stabilisants à base d'oxydes métalliques doivent avoir une dimension partioulaire générale- ment comprise dans la gamme indiquée pour l'agré- gat, mais de préférence soue forme plus fine ou de poudre afin de maintenir la suspension et d'être suffisamment réactif pour effectuer la réaction de liaison.
L'agent stabilisant est incorporé on une quantité comprise entre 1,0 et 6,0 % environ, do
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préférence entre 2,0 et 4,0 %, on poids de la sus- pension, excepta que la quantité de l'agent stabi- lisant doit être réglée au cas où il est incorporé conjointement à une combinaison d'un stabilisant et d'un accélérateur, comme décrit ci-après. On peut incorporer de plus grandes quantités sans qu'on en tire un avantage appréciable, étant donné que la suspension ne peut contenir qu'une quantité limi- tée de l'agent, et tout excès est peu intéressant du point de vue économique et a tendance à diminuer la perméabilité de la composition durcie en raison de la dimension particulaire déterminée et de l'in- solubilité relative de la suspension.
Facultativement, un agent accélérateur peut être incorporé dans cette composition de ci- ment afin d'augmenter la vitesse de la réaction de liaison et de raccourcir ainsi et de régler la du- rée de durcissement nécessaire pour obtenir la masse perméable à des profondeurs particulières. Les accélérateurs pour la composition do ciment do la présente invention sont ceux qui dégagent de l'anhy- dride carbonique,à un faible débit, comme le bicar- bonate d'ammonium, le bicarbonate do sodium, et au- trea sels bicarbonates pour éviter un durcissement instantané tout on amenant la composition à pouvoir réagir a des températures inférieures et ainsi à de plus faibles profondeurs.
Cet agent doit avoir une dimension particulairo analogue 4 colle de l'agent stabilisant, et doitincorporer en une quantité com- prise entre 0 et 1,0% en poids environ de la sus- pension suivant les conditions particulières d'une
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composition donnée, do préférence entre 0,05 et 0,9 en poids.
En plus de l'amont stabilisant et de l'agent accélérateur décrits ci-dessus, il existe un groupe de matières qui fonctionnent oommo un agent stabilisant et accélérateur combinés. Ces agents combinés sont Ion silicofluoreures, comme le silicofluorure de sodium, qui ont une dimension paiticulaire analogue à celle de l'agent stabili- sant, la quantité à utiliser étant comprise entre 0 et 3,0 % en poids environ de la suspension sui- vant Ion caractéristiques individuelles de la cou- che de terrain, en particulier de 0,4 à 2,5 en poids.
Ces agents stabilisant, accélérateur et combiné peuvent être util sés individuellement ou en une combinaison quelconque afin d'obtenir une composition qui présente une stabilité suffisante et une durée de durcissement lui permettant d'être utilisée dans les conditions particulières de la couche souterraine à consolider. La quantité de matière nécessaire pour obtenir une suspension sta- ble lors du durcissement et la quantité de matière nécessaire pour obtenir la durée de durcissement voulue peuvent être facilement déterminées pour une application particulière par tâtonnements effectuée par un spécialiste en utilisant los renseignement$ et les données de la présente description.
La quantité totale de l'agent accéléra- tour présente dans la couche de terrain, unît tel quel, soit sous tome d'un agent stabilisant et ac- célérateur combiné, doit être suffisante pour four-
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nir non seulement la durcissement de la suspension en une période de temps voulue, maie pour fournir également une suspension qui présente les caracté- ristiques d'aptitude au pompage voulues.
Comme indication do la quantité de la matière accéléra- trice à incorporer dans une composition, on a mis au point un facteur, désigné ci-après par indice do profondeur (IP) pour fournir un moyen permettant de déterminer la quantité que fournira une suspen- sion dans une bouillie qui présente les caractéris- tiquas do pompage et de durcissement voulues pour une profondeur particulière.
D'une façon générale, le facteur IP peut être donné par l'équation aui- vante : : IP 3000 (Oxyde métallique a8an' aacdldrateur 3000 (Oxyde métallique x agent accélérateur
Na2O + agent accélérateur et stabilisant combiné)
Par conséquent, il est possible d'incorporer les facteurs connus dans l'équation ci-dessus afin de déterminer la quantité de l'accélérateur pour la composition nécessaire pour obtenir une composition utilisable ayant les caractéristiques voulues pour la profondeur indiquée, pour les cas où un agent accélérateur est nécessaire.
Les gammes dos quantités et des dimen- sions particulaires des divers constituants du ci- ment siliceux de la présente invention ont été don- nées dans la présente demande ; toutefois, il est nécessaire d'adapter la composition 4 un certain nombre de couches souterraines particulières.
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L'application de la composition à une couche sou- terrain. individuelle nécessite quo la composition soit considérée à la lumière des caractéristiques de la couche, en particulier la profondeur et la . durée et la température de pompage, écorne on peut facilement le déterminer d'après les données clas- siques disponibles sur le terrain. Il est évident que toutes les variables de réaction provoquées par les nombreux constituants de la composition du ci- ment dépendent sensiblement les unes des autres, et qu'un choix arbitraire d'un volume voulu d'un constituant particulier restreint les limites des gammes des autres matières à incorporer dans la composition.
Ces volumes et ces gammes peuvent être facilement déterminés par un spécialiste lors- qu'il connaît les caractéristiques de la couche souterraine, et on appliquant les données de la présente description, bien qu'on puisse utiliser lea estimations des processus de laboratoire oou- rants pour choisir la composition. lies données ci-après indiquées sur le Tableau 1 donnent des formulations de compositions particulières pour des compositions de la présente invention *
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EMI24.1
s " ua tC s cV ut t t t 1 t N 4 !t1 t! tr' t !'4 N 1! ttl tl !V !1J tV iW N 1,11 !' 10 ÇÎKB 3 tî >h 8 "± *l "î. *t t # w t-#vo ,C co i> S 3> |9+ l W *" ca a s ci .. c ci c i a a
EMI24.2
<tb>
<tb>
EMI24.3
S fi Yr, ' 00 ,0 11 N t M h t 6 w 11 cY Cd G' Ô 4,? C) ? O t O O O Ct Q 9t'-t-<ttt<to(jû!.)tfQ{t) '43 , V1 w "" w eM w :
IJ w QIa w lt w CT! w '^ w O w rs w C"' w r w C1 w w M w w r^ w 4S7 {-< OjDir'0(00?QCtJ?0{OOOOt- a i la u1 ux u a sr 1-4 'sV n.OtécVÔlplnJ cVplNtr1 NL-VN"NppN jjl 6 J t'V L11 N cY N N N N cV N iN N ç N ri4l i't''!otn'tt'Mu3t<'ot-(\;t r4 r4 C%j CY r4 Cu C,4 Cm cm 0 ry IN 0 (y rq ao r4 MN , cVt G? N N SV N t1t N N N N 11 cV C1 G1l N N N tV r catz iti *-'-*-<,' [ t^ w w 1 w Cf1 w 00 w .w.. w qp w O w i w O w Q w N w pn w t w â w C? w w tV I G4 0 t71 CQ (i G 71 fD D S71 C" ai CO t" 01 ti 07 QO ' lh if1 m Lf1 Lil ,,.
I11 lf1 p T D lf1 t'1 Co t- Ob t- 4b t- IN t- b MN m 1 MN M% K% b* t4l K% t(,% t4N tm t#% n n n n t(N õ 't ,a zon !4 'r'" r- "' er ,r, , w
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TABIEAU I (Suite)
EMI25.1
Echan- Na 20 Si02 Rapport Silicate Eau Agrégat Agent accélé- Agent stabilisant Agent statillon J- ,,1:a20:Si02 1- " rateur, 9G et accélérateur," bi1iR&nt," 0 ?' a2o ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
EMI25.2
<tb> 19 <SEP> 3,99 <SEP> 8,77 <SEP> 1:2,2 <SEP> 12,76 <SEP> 23,26 <SEP> 60,76 <SEP> 0,18 <SEP> 0,87 <SEP> 2,17
<tb> 20 <SEP> 3,72 <SEP> 8,91 <SEP> 1:2,4 <SEP> 12,63 <SEP> 24,14 <SEP> 60,14 <SEP> 0,09 <SEP> 0,86 <SEP> 2,15
<tb> 21 <SEP> 3,93 <SEP> 9,43 <SEP> 1:2,4 <SEP> 13,36 <SEP> 24,36 <SEP> 63,64 <SEP> 0,18 <SEP> 0,72 <SEP> 2,27
<tb> 22 <SEP> 3,76 <SEP> 9,02 <SEP> 1:
2,4 <SEP> 12,78 <SEP> 23,30 <SEP> 60,87 <SEP> 0,44 <SEP> 0,44 <SEP> 2,17
<tb> 23 <SEP> 3,76 <SEP> 9,02 <SEP> 1:2,4 <SEP> 12,78 <SEP> 23,30 <SEP> 60,87 <SEP> 0,87 <SEP> - <SEP> 2,17
<tb> 24 <SEP> 3,71 <SEP> 8,91 <SEP> 1:2,4 <SEP> 12,62 <SEP> 23,00 <SEP> 60,09 <SEP> 0,86 <SEP> - <SEP> 3,43
<tb> 25 <SEP> 3,71 <SEP> 8,91 <SEP> 1:2,4 <SEP> 12,62 <SEP> 23,00 <SEP> 60,08 <SEP> - <SEP> 0,85 <SEP> 3,43
<tb>
EMI25.3
26 3,76 9,03 1:2,4 12,79 23,32 60,92 0,09 ou70 2,18
EMI25.4
<tb> 27 <SEP> 3,76 <SEP> 9,03 <SEP> 1:2,4 <SEP> 12,79 <SEP> 23,32 <SEP> 60,92 <SEP> 0,26 <SEP> 0,43 <SEP> 2,16
<tb> 28 <SEP> 3,72 <SEP> 8,92 <SEP> 1:2,4 <SEP> 12,64 <SEP> 23,04 <SEP> 60,19 <SEP> - <SEP> 0,69 <SEP> 3,44
<tb> 29 <SEP> 3,94 <SEP> 8,68 <SEP> 1:2,2 <SEP> 12,62 <SEP> 23,00 <SEP> 60,08 <SEP> - <SEP> 0,86 <SEP> 3,43
<tb> 30 <SEP> 3,77 <SEP> 9,03 <SEP> 1:
2,4 <SEP> 12,80 <SEP> 23,34 <SEP> 60,98 <SEP> - <SEP> 0,70 <SEP> 2,18
<tb>
EMI25.5
31 3e72 8,92 lz2,4 12,64 23,04 60,19 0,69 - 3,44
EMI25.6
<tb> 32 <SEP> 3,77 <SEP> 9,03 <SEP> 1:2,4 <SEP> 12,80 <SEP> 23,34 <SEP> 60,98 <SEP> 0,70 <SEP> - <SEP> 2,14
<tb> 33 <SEP> 3,73 <SEP> 8,96 <SEP> 1:2,4 <SEP> 12,69 <SEP> 24,01 <SEP> 60,45 <SEP> 0,26 <SEP> 0,43 <SEP> 2,16
<tb> 34 <SEP> 3,72 <SEP> 8,93 <SEP> 1:2,4 <SEP> 12,65 <SEP> 23,06 <SEP> 60,24 <SEP> 0,17 <SEP> 0,43 <SEP> 3,44
<tb> 35 <SEP> 3,75 <SEP> 8,99 <SEP> 1:2,4 <SEP> 12,75 <SEP> 23,83 <SEP> 60,66 <SEP> 0,17 <SEP> 0,43 <SEP> 2,17
<tb> 36 <SEP> 3,77 <SEP> 9,06 <SEP> 1:2,4 <SEP> 12,83 <SEP> 23,39 <SEP> 61,08 <SEP> 0,09 <SEP> 0,44 <SEP> 2,18
<tb> 37 <SEP> 3,71 <SEP> 8,91 <SEP> 1:
2,4 <SEP> 12,62 <SEP> 23,00 <SEP> 60,09 <SEP> - <SEP> - <SEP> 4,29
<tb>
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Les renseignements ci-dessus du Tableau 1 indiquent le grand nombre de compositions rentrant dans le cadre de la présente description, Ces com- positions sont obtenues en pesant les quantités voulues des constituants h la foie à l'état humide et h sec, après quoi on place le composant humide dans un mélangeur mécanique classique, et on place les matières sèches dans le mélangeur dans un ordre quelconque, bien que l'agrégat soit versé de pré- ference dans le mélangeur en dernier.
Les matières sont maintenues dans le mélangeur jusqu'à ce qu'on obtienne un mélange homogène afin d'obtenir une suspension stable de la composition du ciment si- liceux. On dépose alors la composition dans l'é- quipoment de laboratoire nécessaire, c'est-à-dire qu'on place une partie dans une cuvette à bouillie d'un consistomètre pour évaluer les propriétés de la bouillie en mesurant la viscosité de pompage et la durée de pompage dans des conditions souterrai- nes simulées, et on place une autre partie de cette matière dans un moule pour obtenir une composition durcie.
On place le moule contenant la composition dans un équipement de cuisson classique où on régit la température et la pression afin que la matière puisse cuire pendant la période de tempe voulue.
A la fin de la cuisson nécessaire, on enlève le moule de l'équipement do cuisson, et on soumet alors la composition durcie à une série d'essais comme la résistance, la perméabilité et la stabilité au moyen de processus et d'un équipement de laboratoire clas- siques.
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Les renseignements quant aux propriétés physiques comme décrit ci-dessus des compositions indiquées sur le Tableau l sont donnés par le Ta-
EMI27.1
bleau Il ci-apréat
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TABLEAU II
EMI28.1
Echan- Profondeur de gon- Viscosité de Durcissement CaractéristiQues SfcalA lité Perméabilité tillon page saxisust (mètres) pompage (poises) 270C 38 C 6000 820C N .-....######.### ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ - ¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
EMI28.2
<tb> 1 <SEP> 600 <SEP> 9 <SEP> durci <SEP> durci <SEP> dure:
!. <SEP> durci <SEP> passable <SEP> 2480
<tb>
EMI28.3
2 600 11 x " 1590
EMI28.4
<tb> 3 <SEP> 600+ <SEP> 26 <SEP> " <SEP> " <SEP> bonne <SEP> 4750
<tb> 4 <SEP> 600 <SEP> 17 <SEP> durci <SEP> " <SEP> " <SEP> 1550
<tb> 5 <SEP> 600 <SEP> 17 <SEP> durci <SEP> " <SEP> 3440
<tb> 6 <SEP> 600 <SEP> 20 <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> 2105
<tb>
EMI28.5
7 900 14 durci " 11 tt # 2560 8 600 15 "" 11 " ..
2870
EMI28.6
<tb> 9 <SEP> 1200 <SEP> 17 <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> 2110
<tb> 10 <SEP> 1500 <SEP> 16 <SEP> " <SEP> " <SEP> 2110
<tb> 11 <SEP> 1200+ <SEP> 22 <SEP> durai <SEP> ' <SEP> " <SEP> " <SEP> 1750
<tb>
EMI28.7
12 1800+ 19 - # puanable 4-140
EMI28.8
<tb> 13 <SEP> 1200 <SEP> 27 <SEP> bonne <SEP> 2090
<tb>
EMI28.9
14 1200+ 16 durci " ' ' 2010 15 1800 13 " w p&888b1 3860
EMI28.10
<tb> 16 <SEP> 1800+ <SEP> 11 <SEP> durci <SEP> " <SEP> boni <SEP> 2610
<tb> 17 <SEP> 3000+ <SEP> 15 <SEP> 1145
<tb> 18 <SEP> 3000+ <SEP> 18 <SEP> " <SEP> " <SEP> 3694
<tb> 19 <SEP> 3000+ <SEP> 11 <SEP> durci <SEP> " <SEP> 1790
<tb>
<Desc/Clms Page number 29>
TABLEAU II (Suite)
EMI29.1
<tb> Bchan- <SEP> Profondeur <SEP> de <SEP> pompa- <SEP> Viscosité <SEP> de <SEP> Durcissement <SEP> Caractéristiques <SEP> Stabilité <SEP> Perméabilité
<tb> tillon <SEP> ge <SEP> maximum <SEP> (mètres} <SEP> pompage <SEP> (poises)
<tb>
EMI29.2
U3 ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ 27 C 38 oç 600C 82 C ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ 20 5000+ 20 dure! durci. bonne 2660 21 1800 19 # # 2050
EMI29.3
<tb> 22 <SEP> 1200+ <SEP> 33 <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> 1545
<tb> 23 <SEP> 1800 <SEP> 23 <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> 3850
<tb> 24 <SEP> 1200 <SEP> 22 <SEP> " <SEP> " <SEP> pensable <SEP> 2300
<tb> 25 <SEP> 1800 <SEP> 15 <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> 2660
<tb> 26.
<SEP> 3000+ <SEP> 15 <SEP> " <SEP> " <SEP> bonne <SEP> 3100
<tb> 27 <SEP> 1800+ <SEP> 6 <SEP> durci <SEP> <SEP> <SEP> <SEP> 2560
<tb> 28 <SEP> 3000 <SEP> 15 <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> 2700
<tb> 29 <SEP> 3000+ <SEP> 6 <SEP> passable <SEP> 3350
<tb> 30 <SEP> 3000+ <SEP> 5 <SEP> durci <SEP> " <SEP> bonne <SEP> 3150
<tb>
EMI29.4
3t 3000 14 3P2Y -32 3000+ 26 # # 3250 33 3000+ 25 " pltssa'b1.c 1560 34 3009 11 mm bonne 2920 35 3000+ 13 # # # 4420
EMI29.5
<tb>
<tb>
EMI29.6
36 3000+ 1 - " ffleable 1880
EMI29.7
<tb> 37 <SEP> 3000+ <SEP> 18 <SEP> " <SEP> 2320
<tb>
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D'après los résultats ci-dessus, on peut voir que les compositions de ciment de la présente invention fournissent un ciment perméable capable d'être utilisé dans les couchée souterraines,
et plus particulièrement, la présente invention décrit un ciment perméable ayant des caractéristiques de perméabilité très améliorées par rapport à la tech- nique antérieure.
Naturellement, l'invention n'est pas li- mitée aux formes de réalisation décrites et repré- sentées, et est susceptible de recevoir diverses variantes rentrant dans le cadre et l'esprit de l'invention.