FR3135262A1 - Composition cimentaire comprenant un micro-gel polymérique comme agent anti-migration de gaz - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne le domaine technique de la cimentation notamment dans la construction de puits de pétrole et/ou de gaz ou la géothermie. Plus précisément, la présente invention a pour objet une composition cimentaire et un procédé amélioré de cimentation grâce à l’introduction dans le ciment d’un micro-gel polymérique comme agent anti-migration de gaz.
Description
La présente invention concerne le domaine technique de la cimentation, notamment dans la construction de puits de pétrole et/ou de gaz ou la géothermie. Plus précisément, la présente invention a pour objet une composition cimentaire et un procédé amélioré de cimentation grâce à l’introduction dans le coulis de ciment d’un micro-gel polymérique comme agent anti-migration de gaz.
La cimentation d’un puits consiste à pomper un coulis de ciment de la surface vers le bas d’un tubage de manière à ce que le coulis de ciment retourne à la surface via l’espace annulaire entre le tubage et le trou de forage. L’un des objectifs de la cimentation d’un puits est d’isoler les différentes couches de formation souterraine traversées par le forage afin d’empêcher la migration des fluides (liquides ou gazeux) entre les différentes couches géologiques ou entre les couches et la surface. En particulier, il est essentiel d’un point de vue de sécurité d’empêcher toute remontée de gaz à travers l’espace annulaire entre la paroi du puits (trou de forage) et le tubage.
Lors de la phase de cimentation, les gaz sous pression qui se trouvent sous la surface de la terre peuvent migrer à travers les différentes couches de formation traversées par le forage et le ciment. C’est une phase critique qui dure plusieurs heures pendant laquelle le coulis de ciment ne se comporte plus comme un liquide mais ne se comporte pas encore comme un solide imperméable. Ce phénomène se produit à partir du moment où le coulis de ciment atteint un degré de prise tel que la pression hydrostatique de la colonne de ciment n’est plus suffisante pour empêcher les poches de gaz sous pression de se propager à travers le coulis. Le gaz peut alors circuler dans la colonne de ciment pendant la prise créant dans le ciment de multiples canaux pouvant atteindre la surface. Ce mouvement des gaz peut entraîner une perte de contrôle de la pression voir même provoquer une explosion, c’est pourquoi l’industrie a développé une série d’additifs destinés à maintenir l’étanchéité au gaz pendant toute la période de prise du ciment.
Parmi ces additifs, on trouve les latex, tel que le latex de caoutchouc naturel. Ils sont couramment utilisés depuis les années 1920 dans les ciments Portland, notamment en raison de l’amélioration des performances mécaniques du ciment. Une amélioration déterminante a eu lieu dans les années 80 lorsque Parcevaux et al. ont identifié le latex de styrène-butadiène comme un additif efficace pour prévenir la migration des gaz annulaires. Cette technologie est notamment décrite dans le document US 4,537,918 qui divulgue des compositions de laitier de ciment inhibant la fuite des gaz sous pression dans l’anneau cimenté, même à haute température à l’aide de latex styrène-butadiène.
Bien que les additifs basés sur un latex styrène-butadiène soient les additifs les plus fréquemment utilisés pour empêcher la migration des gaz, ces produits, bien qu’efficaces, nécessitent des concentrations élevées et sont relativement coûteux. De plus, ils nécessitent l’utilisation d’agents stabilisants afin d’empêcher leur coagulation dans le ciment, comme précisé dans les documents US 4,537,918 et US 4,151,150.
Le document FR 2 704 219 décrit un type d’agent de contrôle de perte de fluide, avec des propriétés anti-migration de gaz, pour les fluides de l’industrie pétrolière, en particulier pour les coulis de cimentation. De tels agents de contrôle de perte de fluide sont constitués de polymères obtenus par réticulation chimique d’un alcool polyvinylique (PVA).
Ces agents de contrôle de perte de fluide sont des polymères hydrosolubles et leur efficacité est généralement limitée car ils ne peuvent pas être utilisés à des concentrations élevées en raison de viscosités trop élevées du laitier au stade du mélange. L’efficacité de ces additifs est limitée en termes de reproductibilité, performances et de stabilité, en particulier à des températures supérieures à 50°C.
Le document US 4,569,395 propose d’ajouter au ciment un dérivé de cellulose (par exemple l’hydroxyéthyl de cellulose) pour permettre l’utilisation de PVA à des températures allant jusqu’à 95°C.
La formation de canaux gazeux constitue un problème très sérieux car il entraîne une fragilisation du ciment et des problèmes liés à la sécurité en surface.
Le nombre de tentatives pour résoudre ce problème est révélateur de sa gravité et reste une préoccupation majeure des industriels, et ce, depuis de nombreuses années.
Il existe encore des besoins pour des additifs plus efficaces pour rendre un ciment étanche aux gaz pendant sa prise, et restant utilisable quelles que soit les conditions de température et ne nécessitant pas d’additif complémentaire.
La Demanderesse a découvert, de manière surprenante, que l’utilisation de micro-gels spécifiques permettait aux ciments d’avoir des propriétés anti-gaz migration supérieures par rapport aux produits classiquement utilisés. Les micro-gels de l’invention présentent de bonnes performances quelles que soient les conditions de température, et nécessitent un dosage bien plus faible que les solutions de l’art antérieur.
L’utilisation de la composition cimentaire selon l’invention s’inscrit dans un principe général d’amélioration des performances de produits et plus particulièrement des propriétés agent anti-migration de gaz. Les meilleures performances des micro-gels polymériques selon l’invention permettent de réduire la quantité de produit nécessaire à l’application, ce qui implique donc une réduction des rejets de gaz à effets de serre, tels que le CO2, associés à la fabrication et à l’utilisation de polymères synthétiques.
La présente invention concerne une composition cimentaire comprenant :
- Un ciment ;
- Optionnellement au moins un additif de cimentation ;
- Un micro-gel polymérique ;
- De l’eau.
- Un ciment ;
- Optionnellement au moins un additif de cimentation ;
- Un micro-gel polymérique ;
- De l’eau.
La composition cimentaire peut être constituée de ces composés.
Dans cette composition cimentaire, le micro-gel polymérique comprend au moins un polymère structuré par au moins un agent de réticulation. Le polymère structuré est obtenu par polymérisation d’au moins un monomère en émulsion inverse (émulsion eau dans huile).
La présente invention concerne également un procédé de cimentation comprenant l’injection souterraine d’une composition cimentaire contenant un micro-gel polymérique comprenant au moins un polymère structuré, ledit polymère structuré étant obtenu par émulsion inverse.
Selon l’invention, le terme « agent anti-migration de gaz » désigne un additif capable de limiter la migration de gaz lors de la prise du ciment.
De manière générale, un agent de contrôle de filtrat (« Fluid Loss control agent » en anglais) permet de limiter la perte de fluide liquide lors de la mise en place du ciment (« Fluid Loss » en anglais), par exemple la perte d’eau au contact d’une zone poreuse comme une formation souterrain argileuse.
Dans la littérature, l’efficacité d’un agent anti-migration de gaz a été mesurée de la même manière que celle d’un agent de contrôle du filtrat. Ainsi, il peut être considéré, à tort, qu’un agent de contrôle de filtrat possède des propriétés anti-migration de gaz. Or, même s’il est vrai qu’un agent anti-migration de gaz aura pour effet de limiter la perte de fluide, un agent de contrôle du filtrat, lui, n’aura pas nécessairement d’effet sur la migration de gaz. Ainsi, mesurer l’efficacité d’un agent anti-migration de gaz par la mesure de la perte de fluide ne permet pas d’apprécier l’efficacité d’un agent anti-migration de gaz.
Afin de déterminer l’efficacité d’un agent anti-migration de gaz, on utilise un analyseur de la force du gel statique (« Static Gel Strength Analyzer » en anglais (SGSA)). Cet appareil mesure la force du gel en milieu statique (« Static Gel Strength » en anglais (SGS)) du ciment dans des conditions de haute température et de haute pression. L’instrument est équipé d’une carte processeur interne qui envoie et reçoit une impulsion ultrasonique à travers le coulis, puis effectue un post-traitement des données pour déterminer la force du gel en milieu statique en fonction du temps.
Une fois statique, le coulis de ciment développe une force de gel qui entraîne une perte de pression hydrostatique (pression exercée par le coulis de ciment sur les parois du puits (trou de forage) et du tubage). Lorsque la pression hydrostatique est inférieure à la pression interstitielle de la zone de forage, le gaz peut s’infiltrer et migrer vers une zone de pression inférieure, potentiellement jusqu’à la surface. Durant une période de transition, le coulis de ciment n’est plus un liquide capable de transmettre la pression hydrostatique et n’est pas encore un solide. Le coulis de ciment présente alors la structure d’un gel. La valeur de la force du gel en dessous de laquelle la pression hydrostatique devient inférieure à la pression interstitielle est appelée la résistance statique critique du gel (« Critical Static Gel Strength » en anglais (CSGS)). La valeur de la force du gel à partir de laquelle le gaz ne peut pas migrer à travers le ciment est considérée, par prudence, comme étant de 239 Pa (500 lb/100ft2). Ainsi, de manière générale, la période de transition entre le CSGS et 239 Pa doit être la plus courte possible pour éviter un risque de migration du gaz. D’un point de vue réglementaire et de sécurité, il est considéré que cette période de transition doit être inférieure à 45 minutes. Il est considéré que la gélification d’un coulis commence lorsque la CSGS est d’au moins 100lb/100ft2(100 lb/100ft2= 0,4788 Pa) alors que la fin du risque de migration du gaz est atteinte lorsque la CSGS est d’au moins 500lb/100ft2. L’homme du métier connait les appareils et méthodes de mesure qui restent classiques. Si nécessaire, l’homme du métier pourra se référer au document «Fluid Chemistry Drilling and Completion», Volume 1, Chapitre 5.
Par « polymère », on désigne un homopolymère ou un copolymère, un copolymère désignant un polymère préparé à partir d’au moins deux monomères différents. Il peut donc s’agir d’un copolymère d’au moins deux monomères choisis parmi les monomères anioniques, les monomères cationiques, les monomères non ioniques, les monomères zwittérioniques et leurs mélanges.
Par « micro-gel polymérique », on désigne un micro-gel comme décrit dans le document «Polymer Networks», Chapitre 8, p.227-275. Ce sont des polymères structurés de forme grossièrement sphérique dont les dimensions sont de l’ordre de la taille des molécules de polymères linéaires ou de polymères ramifiés. Les micro-gels sont des réseaux microscopiques dont les propriétés dépendent de leur densité de réticulation, de leur connectivité, de la présence de solvant, etc. Les micro-gels sont des particules de polymères qui ne sont pas solubles dans leur milieu.
Par « X et/ou Y », on entend selon l’invention « X », ou « Y », ou « X et Y ».
Font également partie de l’invention, toutes les combinaisons possibles entre les différents modes de réalisation divulgués, qu’il s’agisse de modes de réalisation préférés ou donnés à titre d’exemple. En outre, lorsque des plages de valeurs sont indiquées, les bornes font partie de ces plages. La divulgation inclut également toutes les combinaisons entre les bornes de ces plages de valeurs. Par exemple, les plages de valeurs « 1-20, préférentiellement 5-15 », impliquent la divulgation des plages « 1-5 », « 1-15 », « 5-20 » et « 15-20 » et des valeurs 1, 5, 15 et 20.
Le procédé selon l’invention permet d’obtenir des ciments de meilleure qualité grâce à une sélection sur la méthode de préparation du micro-gel polymérique et la chimie dudit micro-gel polymérique.
La présente invention concerne une composition cimentaire comprenant :
- Un ciment ;
- Optionnellement au moins un additif de cimentation ;
- Un micro-gel polymérique ;
- De l’eau.
- Un ciment ;
- Optionnellement au moins un additif de cimentation ;
- Un micro-gel polymérique ;
- De l’eau.
Dans cette composition cimentaire, le micro-gel polymérique comprend au moins un polymère structuré. Le polymère structuré est obtenu par polymérisation de monomère(s) en émulsion inverse.
Le ciment est avantageusement choisi parmi les mélanges à base de chaux ; de silice ; d’alumine ; de sulfate de calcium ; de ciment Portland ; de matériaux pouzzolaniques, tels que le laitier moulu et les cendres volantes, et leurs mélanges.
L’additif de cimentation est généralement choisi parmi ceux couramment utilisés dans le domaine d’application, on peut citer, de façon non limitative, les dispersants, les agents anti-perte de fluide, des retardants et leurs mélanges.
De manière générale, la composition cimentaire comprend avantageusement entre 100 et 100 000 ppm en poids de micro-gel polymérique, par rapport au poids total de la composition cimentaire, préférentiellement entre 500 et 50 000 ppm, encore plus préférentiellement 500 et 10 000 ppm.
La présente invention concerne également l’utilisation, pour former une composition cimentaire, d’un micro-gel polymérique comprenant au moins un polymère structuré par au moins un agent de réticulation,
le polymère structuré étant obtenu par polymérisation en émulsion inverse d’au moins un monomère.
le polymère structuré étant obtenu par polymérisation en émulsion inverse d’au moins un monomère.
La présente invention concerne également un procédé de préparation d’une composition cimentaire, comprenant le mélange des composés suivants :
- un micro-gel polymérique ;
- un ciment ;
- de l’eau ;
- optionnellement au moins un additif de cimentation ;
le micro-gel polymérique comprenant au moins un polymère structuré par au moins un agent de réticulation,
le polymère structuré étant obtenu par polymérisation en émulsion inverse d’au moins un monomère.
- un micro-gel polymérique ;
- un ciment ;
- de l’eau ;
- optionnellement au moins un additif de cimentation ;
le micro-gel polymérique comprenant au moins un polymère structuré par au moins un agent de réticulation,
le polymère structuré étant obtenu par polymérisation en émulsion inverse d’au moins un monomère.
Le micro-gel polymérique est un micro-gel polymérique synthétique. De préférence, il contient un polymère structuré obtenu par polymérisation d’au moins un monomère anionique et/ou d’au moins un monomère non ionique et/ou d’au moins un monomère cationique et/ou d’au moins un monomère zwitterionique et/ou d’au moins un monomère hydrophobe. De manière préférée, ces monomères présentent une seule insaturation éthylénique (double liaison entre deux atomes de carbone).
Dans un mode préféré, le micro-gel polymérique comprend au moins un monomère anionique et optionnellement au moins un monomère non ionique.
Avantageusement, le ou les autres monomères anioniques pouvant être utilisés dans le cadre de l’invention peuvent être choisis dans un large groupe. Ces monomères peuvent présenter une fonction vinylique notamment acrylique, maléique, fumarique, malonique, itaconique, ou allylique. Ils peuvent également contenir un groupe carboxylate, phosphonate, phosphate, sulfonate, ou un autre groupe à charge anionique. Des monomères préférés appartenant à cette classe sont, par exemple, l’acide acrylique, l’acide méthacrylique, l’acide itaconique, l’acide crotonique, l’acide maléique, l’acide fumarique, l’acide acrylamido undécanoïque, l’acide 3-acrylamido 3-méthylbutanoïque, l’anhydride maléique, l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (ATBS), l’acide vinylsulfonique, l’acide vinylphosphonique, l’acide allylsulfonique, l’acide méthallylsulfonique, le 2-sulfoéthylméthacrylate, le sulfopropylméthacrylate, le sulfopropylacrylate, l’acide allylphosphonique, l’acide styrène sulfonique, l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane disulfonique, leurs sels et leurs mélanges. Préférentiellement, il s’agit de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (ATBS) et/ou de ses sels.
Dans un mode particulier de l’invention, le ou les monomères anioniques peuvent être salifiés (sels).
Par salifié, on entend qu’au moins une fonction acide du monomère anionique est remplacée par un sel neutralisant la charge négative de la fonction acide. Autrement dit, la forme non salifiée correspond à la forme acide du monomère, par exemple R-C(=O)-OH dans le cas de la fonction acide carboxylique, alors que la forme neutralisée du monomère correspond à la forme R-C(=O)-O-X+, X+correspondant à un sel de charge positive. La neutralisation des fonctions acides du micro-gel polymérique peut être partielle ou totale.
La forme salifiée correspond avantageusement aux sels de métaux alcalins (Li, Na, K…), de métaux alcalino-terreux (Ca, Mg…) ou d’ammonium (par exemple l’ion ammonium ou un ammonium tertiaire). Les sels préférés sont les sels de sodium.
La salification peut se faire avant, durant ou après la polymérisation.
Le micro-gel polymérique comprend avantageusement entre 0 et 100 mol% de monomères anioniques, préférentiellement entre 20 et 100 mol%, plus préférentiellement entre 40 et 100 mol% et encore plus préférentiellement entre 50 et 100 mol%.
Le micro-gel polymérique comprend avantageusement au moins 30 mol% de monomères anioniques, plus préférentiellement au moins 50 mol%, plus préférentiellement au moins 70 mol%, encore plus préférentiellement au moins 90 mol% et encore plus préférentiellement il ne contient que des monomères anioniques. Le micro-gel polymérique peut donc être avantageusement un polymère d’au moins un monomère anionique sous forme acide et/ou salifiée.
Dans un mode particulier de l’invention, le micro-gel polymérique comprend avantageusement entre 0 et 100 mol% de monomères anioniques sous forme salifiée, préférentiellement entre 0 et 50 mol%.
Dans un mode particulier de l’invention, lorsque le monomère anionique est de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique, il s’agit de sa forme hydratée. La forme hydratée de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique est une forme particulière de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique qu’il est possible d’obtenir par cristallisation contrôlée du monomère d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique. Le document US 10,759,746 décrit la forme hydratée de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique.
Avantageusement, le ou les monomères non ioniques pouvant être utilisés dans le cadre de l’invention sont choisis dans le groupe comprenant l’acrylamide, le méthacrylamide, le N-isopropylacrylamide, le N,N-diméthylacrylamide, le N,N-diéthylacrylamide le N-méthylolacrylamide, la N-vinylformamide (NVF), le N-vinyl acétamide, la N-vinylpyridine et la N-vinylpyrrolidone (NVP), le N-vinyl imidazole, la N-vinyl caprolactame, le N-vinyl succinimide, l’acryloyl morpholine (ACMO), le chlorure d’acryloyl, le méthacrylate de glycidyle, le méthacrylate de glycéryle, la diacétone acrylamide, les hydroxyalkyl (meth)acrylate (alkyl en C1-C3), les aminoalkyl (meth)acrylate (alkyl en C1-C3), les thioalkyl (meth)acrylate (alkyl en C1-C3) et leurs mélanges. Préférentiellement, il s’agit d’acrylamide.
Le micro-gel polymérique comprend avantageusement entre 0 et 100 mol% de monomères non-ioniques, préférentiellement entre 0 et 80 mol%, plus préférentiellement entre 0 et 60 mol%, et encore plus préférentiellement entre 0 et 50 mol%.
Le micro-gel polymérique comprend avantageusement moins de 70 mol% de monomères non-ioniques, préférentiellement moins de 50 mol%, plus préférentiellement moins de 30 mol% et encore plus préférentiellement moins de 10 mol%.
Avantageusement, le ou les monomères cationiques pouvant être utilisés dans le cadre de l’invention peuvent être choisis, notamment parmi les monomères du type vinylique, notamment acrylamide, acrylique, allylique ou maléique possédant une fonction ammonium, avantageusement ammonium quaternaire. Des monomères préférés appartenant à cette classe sont, par exemple, l’acrylate de diméthylaminoéthyle (ADAME) quaternisé, le méthacrylate de diméthylaminoéthyle (MADAME) quaternisé, le chlorure de diméthyldiallylammonium (DADMAC), le chlorure d’acrylamido propyltriméthyl ammonium (APTAC), et le chlorure de méthacrylamido propyltriméthyl ammonium (MAPTAC) et leurs mélanges.
Le micro-gel polymérique comprend avantageusement entre 0 et 100 mol% de monomères cationiques, préférentiellement entre 0 et 80 mol%, plus préférentiellement entre 0 et 60 mol%, et encore plus préférentiellement entre 0 et 50 mol%.
Le micro-gel polymérique comprend avantageusement moins de 70 mol% de monomères cationiques, préférentiellement moins de 50 mol%, plus préférentiellement moins de 30 mol% et encore plus préférentiellement moins de 10 mol%.
L’homme du métier saura préparer les monomères quaternisés, par exemple au moyen d’halogénure d’alkyle de type R-X, R étant un groupement alkyle (avantageusement en C1-C3) et X étant un halogène (notamment le chlorure de méthyle). En outre, la présente invention couvre également les monomères de type DADMAC, APTAC et MAPTAC dont le contre-ion halogénure est le fluorure, le bromure ou l’iodure à la place du chlorure.
Avantageusement, le ou les monomères zwittérioniques pouvant être utilisés dans le cadre de l’invention peuvent être dérivés d’un motif de type vinylique, notamment acrylamide, acrylique, allylique ou maléique, ce monomère possédant une fonction amine ou ammonium (avantageusement quaternaire) et une fonction acide de type carboxylique (ou carboxylate), sulfonique (ou sulfonate) ou phosphorique (ou phosphate) et leurs mélanges. Des exemples de monomères zwittérioniques sont, par exemples, les dérivés d’acrylate de diméthylaminoethyl, tels que 2 - ((2-9 (acryloyloxy) éthyl) diméthylammonio) éthane-1-sulfonate, peuvent être mentionnés en particulier et d’une manière non limitante, le 3 - ((2- (acryloyloxy) éthyl) diméthylammonio) propane-1-sulfonate, le 4 - ((2- (acryloyloxy) éthyl) diméthylammonio) butane-1-sulfonate, [2- (acryloyloxy) éthyl] (diméthylammonio) acétate, les dérivés de méthacrylate de diméthylaminoethyl tels que le 2 - ((2- (méthacryloyloxy) éthyl) diméthylammonio) éthane-1-sulfonate, le 3 - ((2- (méthacryloyloxy) éthyl) diméthylammonio) propane-1-sulfonate, le 4 - ((2 - (méthacryloyloxy) éthyl) diméthylammonio) butane-1-sulfonate, le [2- (méthacryloyloxy) éthyl] (diméthylammonio) acétate, les dérivés de propylacrylamide diméthylamino tels que le 2 - ((3-acrylamidopropyl) diméthylammonio) éthane-1- sulfonate, le 3 - ((3-acrylamidopropyl) diméthylammonio) propane-1-sulfonate, le 4 - ((3-acrylamidopropyl) diméthylammonio) butane-1-sulfonate, le [3- (acryloyl) oxy) propyl] (diméthylammonio) acétate, le diméthylamino propyl méthylacrylamide, ou encore les dérivés tels que le 2 - ((3-méthacrylamidopropyl) diméthylammonio) éthane-1-sulfonate, le 3 - ((3-me diméthylammonio) propane-1-sulfonate 4 - ((3-methacrylamidopropyl) diméthylammonio) butane-1-sulfonate et le propyl [3- (méthacryloyloxy)] (diméthylammonio) acétate et leurs mélanges. Des exemples de monomères zwittérioniques utilisables sont également décrit dans le document FR3104578.
Avantageusement, le ou les monomères présentant un caractère hydrophobe pouvant être utilisés dans le cadre de l’invention peuvent être choisis parmi les groupes constitués par les esters de l’acide (méth)acrylique présentant une chaîne alkyle en C4-C30, arylalkyle (alkyl en C4-C30, aryl en C4-C30), propoxylée, éthoxylée, ou éthoxylée et propoxylée ; les dérivés du (méth)acrylamide présentant une chaîne alkyle en C4-C30, arylalkyle propoxylée (alkyl en C4-C30, aryl en C4-C30), éthoxylée, éthoxylée et propoxylée, ou dialkyle en C4-C30; les alkyl aryl sulfonates (alkyl en C4-C30, aryl en C4-C30), ou par les amides mono- ou di- substitués de (meth)acrylamide présentant une chaîne alkyle C4-C30, arylalkyle (alkyl C4-C30, aryl C4-C30), propoxylée, éthoxylée, ou éthoxylée et propoxylée ; les dérivés du (méth)acrylamide présentant une chaîne alkyle C4-C30, arylalkyle propoxylée (alkyl C4-C30, aryl C4-C30), éthoxylée, éthoxylée et propoxylée, ou dialkyle C4-C30; les alkyl aryl sulfonates (alkyl C4-C30, aryl C4-C30) et leurs mélanges. De manière générale, les groupes aryl sont avantageusement en C5-C30ou en C6-C30.
Le micro-gel polymérique comprend avantageusement moins de 10 mol% de monomères hydrophobes.
Dans un mode particulier de l’invention, le micro-gel polymérique peut comprendre au moins un monomère thermosensible. Par monomère thermosensible, on entend des monomères changeant les propriétés physiques du polymère en fonction de la température. On peut citer, par exemple, les groupes à température critique inférieure de solubilité (LCST de l’acronyme anglais « Lower Critical Solution Température »), par exemple un macromonomère à LCST, les groupes à température critique supérieure de solubilité (UCST de l’acronyme anglais « Upper Critical Solution Température »), par exemple un macromonomère à UCST. L’homme du métier connait ces types de monomères qui restent connus et classiques à ses connaissances générales, si besoin il pourra consulter le document WO2016162532.
Les quantités des différents monomère(s) seront ajustées par l’homme du métier afin de ne pas dépasser 100 mol% lors de la préparation du micro-gel polymérique.
Le micro-gel polymérique est structuré par au moins un agent de réticulation. Cet agent de réticulation est avantageusement choisi dans le groupe comprenant des monomères à insaturation polyéthylénique (ayant au minimum deux fonctions insaturées), comme par exemple les fonctions vinyliques, notamment allyliques, acryliques, ou parmi les monomères ayant au moins deux fonctions époxy. On peut citer par exemple le méthylène bis acrylamide (MBA), la triallyamine, le chlorure de tétraallylammonium, 1,2 dihydroxyethylène bis-(N-acrylamide) ou les (meth)acrylates plurifonctionnels, tels que les di(meth)acrylates de poly(éthylène glycol) (di(meth)acrylate de PEG). Préférentiellement, il s’agit du méthylène bis acrylamide.
La quantité d’agent de réticulation est avantageusement inférieure à 5 %, en poids par rapport au poids de monomère(s), plus préférentiellement inférieure à 1 %, encore plus préférentiellement inférieure à 0,5 %, et encore plus préférentiellement inférieure à 0,3 %. Selon un mode de réalisation particulier, elle est avantageusement au moins égale à 0,005 %, en poids par rapport au poids de monomère(s), plus préférentiellement au moins égale à 0,01%, et encore plus préférentiellement au moins égale à 0,05%.
Comme déjà indiqué, le polymère structuré est obtenu par émulsion inverse. La formation du polymère structuré dans la gouttelette de phase hydrophile contenant les monomères conduit à l’obtention d’un micro-gel polymérique.
Une émulsion consiste en un milieu diphasique et turbide. Elle peut être instable en l’absence de tensioactif (les tensioactifs regroupent les agents émulsifiants de type eau dans huile et les agents émulsifiants huile dans eau). Sous agitation, on observe des particules dispersées dans l’eau ou dans l’huile selon les cas, présentant une large distribution de taille autour d’une moyenne qui peut être de l’ordre du micromètre. Lors d’une polymérisation en émulsion, le monomère se trouve dispersé dans les grosses gouttelettes de l’émulsion (diamètre : environ 1 µm à 10 µm) ainsi que dans les petites micelles d’émulsifiant (diamètre environ 5 à 10 nm).
Cette technique de polymérisation, notamment en émulsion inverse, est bien connue de l’homme de métier. Elle consiste à mettre en émulsion une phase hydrophile comprenant le(s) monomère(s) et le(s) réticulant(s) dans une phase lipophile. Cette émulsification se fait grâce à un agent émulsifiant eau dans huile.
Une émulsion inverse comprend généralement au moins :
- une phase hydrophile comprenant le(s) monomère(s) et le(s) réticulant(s) ;
- une phase lipophile ;
- au moins un agent émulsifiant du type eau dans huile ;
- au moins un agent émulsifiant de type huile dans eau.
- une phase hydrophile comprenant le(s) monomère(s) et le(s) réticulant(s) ;
- une phase lipophile ;
- au moins un agent émulsifiant du type eau dans huile ;
- au moins un agent émulsifiant de type huile dans eau.
Une émulsion inverse comprend des gouttelettes (phase hydrophile) dispersées dans la phase lipophile.
Dans la présente invention, le terme "agent émulsifiant du type eau dans huile" désigne un composé capable d’émulsifier de l’eau dans une huile et un "agent émulsifiant de type huile dans eau" est un composé capable d’émulsionner une huile dans de l’eau. Généralement, on considère qu’un agent émulsifiant du type eau dans huile est un tensioactif ayant un HLB strictement inférieur à 8, et qu’un agent émulsifiant huile dans eau est un tensioactif ayant un HLB supérieur ou égale à 10. Un tensioactif ayant un HLB compris entre 8 et 10 est considéré comme un agent mouillant. L’homme du métier pourra se référer au document «Handbook of Applied Surface and Colloid Chemistry» de K.Holmberg, Chapitre 11, si besoin.
L’équilibre hydrophile-lipophile (HLB) d’un composé chimique est une mesure de ses propriétés hydrophile et/ou lipophile, déterminé par le calcul des valeurs pour les différents segments de la molécule, tel que décrit par Griffin en 1949.
Dans la présente invention, nous avons adopté la méthode de Griffin fondée sur le calcul d’une valeur basée sur les groupes chimiques de la molécule. Griffin a attribué un nombre sans dimension entre 0 et 20 pour donner des informations sur la solubilité dans l’eau et de l’huile.
La valeur HLB d’une substance ayant un poids moléculaire total M et une partie hydrophilique d’un poids moléculaire Mh est donnée par :
HLB = 20 (Mh / M)
HLB = 20 (Mh / M)
La phase lipophile de l’émulsion inverse peut comprendre une huile minérale, une huile végétale, une huile synthétique ou un mélange de plusieurs de ces huiles.
Des exemples d’huile minérale sont les huiles minérales contenant des hydrocarbures saturés de type aliphatique, naphténique, paraffinique, isoparaffinique, cycloparaffinique ou naphtyle.
Des exemples d’huile synthétique sont le polydécène hydrogéné ou le polyisobutène hydrogéné, les esters tel que le stéarate d’octyle ou l’oléate de butyle. La gamme de produits Exxsol® d’Exxon convient parfaitement.
Le solvant de la phase hydrophile de l’émulsion inverse est avantageusement l’eau.
Généralement, l’émulsion inverse présente, pendant la polymérisation, un rapport en poids entre la phase hydrophile et la phase lipophile préférentiellement compris entre 50/50 et 90/10, plus préférentiellement entre 70/30 et 80/20.
Avantageusement, l’émulsion inverse contient comme au moins un agent émulsifiant du type eau dans huile choisi parmi la liste suivante : des extraits de sorbitan, tels que le monooléate de sorbitan ou les polyoléates de sorbitan, l’isostéarate de sorbitan ou le sesquioléate de sorbitan, les esters de sorbitan polyéthoxylés, l’alcool oléocétylique diéthoxylé, le laurylacrylate de tétraéthoxylé, des produits de condensation d’alcools gras supérieurs à l’éthylène (comme le produit de réaction de l’alcool oléique avec 2 unités oxyde d’éthylène), des produits de condensation d’alkylphénols et d’oxyde d’éthylène (comme le produit de réaction du nonyl phénol avec 4 unités d’oxyde d’éthylène), et leurs mélanges. Des amines grasses éthoxylées telles que Witcamide® 511, les produits à base de bétaïne et l’amine éthoxylée et leurs mélanges sont également de bons candidats en tant qu’agents émulsifiants.
Généralement, l’émulsion inverse comprend entre 0,1 et 10 % en poids d’agent émulsifiant de type eau dans huile par rapport au poids total de l’émulsion inverse.
Avantageusement, l’émulsion inverse peut comprendre des agents stabilisants. On peut citer par exemple : les polyesters ayant un poids moléculaire compris entre 1000 et 3000 g/mol, les produits de condensation entre un acide poly(isobutényl) succinique ou son anhydride et un polyéthylène glycol, des polymères hydrosolubles séquences ayant un poids moléculaire compris entre 2500 et 3500 g/mol, comme par exemple ceux vendus sous les noms Hypermer®.
Généralement, l’émulsion inverse comprend entre 0,1 et 10 % en poids d’agents stabilisants par rapport au poids total de l’émulsion inverse.
L’agent émulsifiant de type huile dans eau est avantageusement choisi parmi les nonylphénol éthoxylés, ayant de préférence 4 à 10 éthoxylations (c’est-à-dire présentant de préférence un degré d’éthoxylation allant de 4 à 10) ; les alcools éthoxylés / propoxylés ayant de préférence une éthoxylation / propoxylation comprenant 12 à 25 atomes de carbone ; les alcools tridécyliques éthoxylés ; les alcool gras éthoxylés / propoxylés ; les esters de sorbitan éthoxylés (ayant avantageusement 20 équivalents molaire d’oxyde d’éthylène) ; le laurate de sorbitan polyéthoxylé (ayant avantageusement 20 équivalents molaire d’oxyde d’éthylène) ; l’huile de castor polyéthoxylée (ayant avantageusement 40 équivalents molaire d’oxyde d’éthylène) ; l’alcool oléodécylique décaéthoxylé ; l’alcool laurique heptaoxyéthylé ; le monostéarate de sorbitan polyéthoxylé (ayant avantageusement 20 équivalents molaire d’oxyde d’éthylène) ; les alkyls phénol polyéthoxylés (ayant avantageusement 10 équivalents molaire d’oxyde d’éthylène) cétyl éther ; les polyoxyde d’éthylène alkyl aryl éther ; le N-cétyl-N-éthyl morpholinium éthosulfate ; le lauryl sulfate de sodium ; les produits de condensation d’alcools gras avec l’oxyde d’éthylène (ayant avantageusement 10 équivalents molaire d’oxyde d’éthylène) ; les produits de condensation des alkylphenols et de l’oxyde d’éthylène (ayant avantageusement 12 équivalents molaire d’éthylène oxide) ; les produits de condensation d’amines grasses avec 5 équivalent molaire ou plus d’oxyde d’éthylène (avantageusement 5 à 50 équivalents) ; les tristyryl phénol éthoxylés ; les condensats de l’oxyde d’éthylène avec les alcools polyhydriques partiellement estérifiés avec des chaines grasses ainsi que leur formes anhydres ; les oxydes d’amine ayant avantageusement les alkyl polyglucosides ; le glucamide ; les esters de phosphate ; les acides alkylbenzene sulfonique et leurs sels ; et les polymères hydrosolubles surfactants. L’agent émulsifiant de type huile dans eau peut également être un mélange d’un ou plusieurs de ces agents émulsifiants de type huile dans eau. Les groupements alkyles de ces agents émulsifiant de type huile dans eau désignent des groupements linéaires ou ramifiés et présentant avantageusement 1 à 20 atomes de carbone, plus avantageusement 3 à 15 atomes de carbone. En outre, les aryles de ces agents émulsifiant de type huile dans eau comprennent avantageusement 6 à 20 atomes de carbone, plus avantageusement 6 à 12 atomes de carbone et leurs mélanges.
Généralement, l’émulsion inverse comprend entre 0,01 et 10% en poids d’agent émulsifiant de type huile dans eau par rapport au poids total de l’émulsion inverse.
Généralement, la concentration en micro-gel polymérique dans l’émulsion inverse est comprise entre 5 et 65%, préférentiellement entre 20 et 50%, par rapport au poids total de l’émulsion inverse.
La polymérisation de(s) monomère(s) est une polymérisation radicalaire. Par polymérisation radicalaire, nous incluons la polymérisation au moyen d’amorceurs UV, azoïques, redox ou thermiques.
Les amorceurs de polymérisation avantageusement utilisés peuvent être choisis parmi les composés qui se dissocient en radicaux dans les conditions de polymérisation, par exemple : les peroxydes organiques, les hydroperoxydes, le peroxyde d’hydrogène, les persulfates, les composés azoïques et les catalyseurs rédox. L’utilisation d’amorceurs solubles dans l’eau est préférée. Dans certains cas, il est avantageux d’utiliser des mélanges de divers amorceurs de polymérisation, par exemple des mélanges de catalyseurs redox et de composés azoïques.
Dans un mode préféré de l’invention, le micro-gel polymérique est préparé par polymérisation de monomère(s) en microémulsion inverse.
Le procédé de préparation par microémulsion inverse peut être tel que celui décrit dans le document «Application of the cohesive energy ratio concept (CER) to the formation of polymerizable microemulsions », Volume 29, Issue 4, 1988, Pages 411-423, de C.Holtzscherer et F.Candau.
L’objectif est d’atteindre le seuil de stabilité thermodynamique du ternaire phase aqueuse/phase lipophile/tensioactifs. Cela se traduit par la formation d’une microémulsion transparente et fluide.
Des microémulsions peuvent également être obtenues par la réduction, avantageusement par apport d’énergie mécanique, des tailles de gouttelettes de la phase hydrophile d’une émulsion jusqu’à une taille comprise entre 20 nm et 500 nm, préférentiellement entre 50 nm et 250 nm, plus préférentiellement entre 80 nm et 150 nm.
L’homme du métier pourra se référer au document EP 2802936 si nécessaire pour savoir comment réaliser une microémulsion.
Généralement, une microémulsion inverse contient entre 5 et 65 % en poids de polymère structuré, préférentiellement entre 10 et 50% et encore plus préférentiellement entre 15 et 40%, par rapport au poids total de la microémulsion inverse.
Généralement, la microémulsion inverse présente, pendant la polymérisation, un rapport en poids entre la phase hydrophile et la phase lipophile avantageusement compris entre 80/20 et 20/80, préférentiellement entre 70/30 et 30/70, plus préférentiellement entre 60/40 et 40/60.
Avantageusement, l’agent émulsifiant du type eau dans huile compris dans la microémulsion inverse est choisi parmi les esters de sorbitan (par exemple le monooléate de sorbitan, l’isostéarate de sorbitan, le sesquioléate de sorbitan, le trioléate de sorbitan, ou leurs mélanges), l’oleyl diethanolamide et leurs mélanges.
Généralement, la microémulsion inverse comprend entre 0,01 et 10% en poids d’agent émulsifiant du type eau dans huile par rapport au poids total de la microémulsion inverse, préférentiellement entre 0,1 et 5%.
Avantageusement, l’agent émulsifiant du type huile dans eau compris dans la microémulsion inverse est choisi parmi les esters de sorbitan éthoxylés comme l’oléate de sorbitan éthoxylé avec 20 moles d’oxyde d’éthylène, l’hexaoléate de sorbitan étoxylé, l’alcool oléocétylique décaéthoxylé, le nonylphénol avec 10 moles d’oxide d’éthylène (10 OE), les héxaoléates de sorbitan polyéthoxylés et leurs mélanges.
Généralement, la microémulsion inverse comprend entre 0,1 et 20% en poids d’agent émulsifiant de type huile dans eau par rapport au poids total de la microémulsion inverse, préférentiellement entre 0,5 et 15%.
Les gouttelettes de microémulsion (phase hydrophile) ont généralement une taille comprise entre 20 nm et 500 nm, préférentiellement entre 50 nm et 250 nm, plus préférentiellement entre 80 nm et 150 nm.
Par « taille des gouttelettes de microémulsion », on désigne la taille moyenne, en nombre, des gouttelettes. Elle correspond au diamètre moyen mesurée, préférentiellement avec un appareil de mesure laser utilisant les techniques conventionnelles qui font partie des connaissances de l’homme du métier. Un appareil de type Zétasizer Nano de la société Malvern peut être utilisé.
La présente invention a également pour objet un procédé de cimentation comprenant l’injection dans une formation souterraine d’une composition cimentaire. Dans ce procédé, la composition cimentaire comprend un micro-gel polymérique comprenant au moins un polymère structuré, ledit polymère structuré étant obtenu par polymérisation de monomère(s) en microémulsion inverse.
Autrement dit, et plus précisément, le procédé selon l’invention comprend les étapes suivantes :
- Préparer une composition cimentaire comprenant un micro-gel polymérique, ledit micro-gel polymérique comprenant :
(i) au moins un polymère structuré, ledit polymère structuré étant obtenu par polymérisation de monomère(s) en microémulsion inverse,
(ii) un ciment,
(iii) de l’eau, et
(iv) optionnellement au moins un additif de cimentation ;
- Injecter ladite composition cimentaire dans un trou de forage comprenant un tubage définissant un espace annulaire entre le tubage et le trou de forage, afin de réaliser la cimentation à travers le tubage et/ou dans l’espace annulaire autour du tubage et/ou dans le trou ouvert sous le tubage.
- Préparer une composition cimentaire comprenant un micro-gel polymérique, ledit micro-gel polymérique comprenant :
(i) au moins un polymère structuré, ledit polymère structuré étant obtenu par polymérisation de monomère(s) en microémulsion inverse,
(ii) un ciment,
(iii) de l’eau, et
(iv) optionnellement au moins un additif de cimentation ;
- Injecter ladite composition cimentaire dans un trou de forage comprenant un tubage définissant un espace annulaire entre le tubage et le trou de forage, afin de réaliser la cimentation à travers le tubage et/ou dans l’espace annulaire autour du tubage et/ou dans le trou ouvert sous le tubage.
Comme indiqué précédemment, l’un des avantages de l’invention par rapport aux produits actuellement disponible est de pouvoir réaliser la cimentation quelle que soit la température, tout en assurant de bonnes performances, et sans risque de fissures.
L’invention et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples suivants donnés afin d’illustrer l’invention, et non de manière limitative.
Une liste des abréviations utilisées dans les exemples suivants est donnée ci-dessous :
AMD : Acrylamide
ATBS : Acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique
PVA : Alcool polyvinylique
SB latex : Latex styrène-butadiène
MBA : Méthylène bis acrylamide
MBS : Métabisulfite de sodium
AMD : Acrylamide
ATBS : Acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique
PVA : Alcool polyvinylique
SB latex : Latex styrène-butadiène
MBA : Méthylène bis acrylamide
MBS : Métabisulfite de sodium
Synthèse de micro-gels polymériques par polymérisation en émulsion inverse
Une phase aqueuse est préparée avec 680g d’ATBS.Na (2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonate de sodium, à 50% en poids dans l’eau), 0,2g de MBA et 0,2g de Versenex 80.
Une phase huileuse est préparée à partir de 234,5g d’huile (Exxsol® D100 S) et 25g de diéthanolamine d’acides gras d’huile tall comme agent émulsifiant eau dans huile.
La phase aqueuse est ajoutée à la phase huileuse tout en mélangeant pour former une émulsion. La dispersion résultante est mise sous bullage d’azote pendant 30 minutes tandis que la température est stabilisée à 25 °C, moment auquel 0,1g d’hydroperoxyde de t-butyle est ajouté à l’émulsion et 5g une solution comprenant 0,75g de MBS est introduite dans la dispersion à débit de 0,1 millilitre par minute. La polymérisation est réalisée à une température comprise entre 38 °C et 42 °C, pendant environ 90 minutes. Les monomères résiduels sont piégés en introduisant 5g d’une solution comprenant 0,3g de MBS à un débit de 1,0 millilitre par minute. On obtient une émulsion de polymère eau dans huile contenant 20% en poids du polymère 1.
On ajoute 50g d’un émulsifiant huile dans eau (Marlophen® NP 8, éthers de nonylphénol et de polyéthylèneglycol 8 OE) dans l’émulsion de polymère eau-dans-huile pour l’utilisation de l’émulsion (les pourcentages sont exprimés en poids par rapport au poids de l’émulsion inverse). On obtient une émulsion de polymère eau dans huile contenant 34% en poids du polymère 1.
Synthèse de micro-gels polymériques par polymérisation par précipitation
Le réacteur utilisé pour cette polymérisation est un récipient agité à double enveloppe de 2 L équipé d’une colonne de distillation, d’une sonde de pH, d’un thermomètre, d’un agitateur puissant, d’une buse de barbotage d’azote et d’une entrée de gaz ammoniac.
1570g de tertio-butanol pur (2-méthyl-2-propanol) et 65g d’eau sont initialement introduits dans le réacteur. 112 g d’ATBS acide sont ensuite ajoutés sous agitation. Le monomère est alors entièrement neutralisé grâce à un flux d’ammoniac gazeux qui est passé dans la suspension jusqu’à ce que le pH atteigne 8. L’introduction d’ammoniac est alors arrêtée et 1,3 g de MBA sont ensuite ajoutés. La solution est ensuite aspergée d’azote pendant une heure tandis que la température est portée à 55°C.
Lorsque la température est stabilisée à 55°C, 1,6g de peroxyde de dibenzoyle sont ajoutés à la solution afin d’amorcer la réaction et de précipiter le polymère formé. Après que la température ait cessé d’augmenter, le solvant est évaporé sous vide pour obtenir directement une poudre sèche qui correspond au polymère 2.
Synthèse de micro-gels polymériques par polymérisation en microémulsion inverse
Dans un réacteur de 1L, sont mélangés 440 g d’ATBS (50% en poids dans l’eau) et 0,22g de MBA. Le pH de la solution est ajusté à 6,5 avec quelques gouttes d’acide sulfurique concentré. On introduit alors 440 g d’huile iso parafinique, 12,3g d’oléate de sorbitan et 107,7g d’hexaoléate de sorbitan étoxylé. Le mélange est ensuite agité et devient transparent et homogène. Il est maintenu sous agitation à 200 rpm le temps du dégazage à l’azote pendant 25 minutes. On introduit alors de l’hydroperoxyde de cumène concentré dans le milieu, puis 1mL de métabisulfite de sodium (à 10% en poids dans l’eau). Le mélange est laissé sous atmosphère d’azote le temps de la polymérisation. La réaction est exothermique et la température monte à 50°C en 1 minute. Une fois la polymérisation terminée, 0,2 g de MBS (40% en poids dans l’eau) est ajouté afin d’éliminer les monomères résiduels. Le produit obtenu est transparent et de faible viscosité (24 cP) et correspond au polymère 3.
Différents polymères (4-7) sont synthétisés selon la même méthode en faisant varier différents paramètres (composition, taille des micro-gels polymérique) et sont résumés dans le tableau 2.
Une composition cimentaire est préparée en mélangeant les éléments résumés dans le tableau 1 dans un bol mixeur, de capacité de 1L, équipé de lames. Les éléments sont ajoutés en 15 secondes à 4000 rpm, puis agités pendant 35 secondes à 12 000 rpm.
Un retardant (lignosulfonate de sodium) et un dispersant (naphtalène sulfonate de sodium) ont été utilisés dans la formulation du laitier de ciment.
Tableau 1 : Formulations de laitier de ciment
Comme brièvement décrit auparavant, l’analyseur de la force du gel statique (SGSA) utilise l’atténuation acoustique pour évaluer le procédé de gélification d’un coulis de ciment sous conditions de température et de pression définies. L’équipement mesure la force du gel en milieu statique (« static gel strength » en anglais (SGS)) et de résistance à la compression en fonction du temps. Autrement dit, il évalue la gélification du ciment lors de sa déshydratation, qui se produit après placement du coulis dans le puits. Durant cette phase il s’agit de s’assurer que le temps de prise est le plus court possible afin d’empêcher une éventuelle migration de gaz à travers la colonne de ciment. Il est considéré que ce temps doit être inférieur à 45 minutes entre le début de la gélification (lorsque la SGS atteint 100lb/100ft2) et la fin du risque de migration du gaz (au-delà de 500lb/100ft2). Les temps de transition mesurés lors des exemples ci-après sont donc compris entre 100 et 500 lb/100ft2. Lorsque le temps de prise est supérieur à 60 min, le test est arrêté.
L’équipement utilisé est de marque Chandler Engineering et a permis de mesurer notamment les temps de transition du fluide en présence ou non de l’agent anti-migration de gaz.
Le conditionnement des coulis de ciments a duré 30 min à température ambiante, à 70°C ou à 90°C, la pression appliquée est de 3 000 PSI. La formulation utilisée est identique à celle du tableau 1 avec 0,42% en poids de composition polymérique.
Tableau 2 : Compositions illustrant l’invention (INV) ou un essai comparatif (CE) (EMI : émulsion inverse ; µ-EMI : microémulsion inverse ; PP : précipitation)
Les polymères structurés, et donc les micro-gels, obtenus par émulsion inverse (INV) présentent de meilleures performances que ceux obtenus par une autre voie de synthèse (polymères 1 et 5 comparés au polymère 2).
Le dosage des polymères de l’invention est considérablement réduit, il faut multiplier la quantité de SBR latex par plus de 7,5 fois pour obtenir des performances équivalentes aux micro-gel de l’invention (polymères 1, 3 et 6 comparés au contre-exemple 4), et par plus de 4,5 pour les PVOH latex (polymères 1 et 6 comparés au contre-exemple 5).
Les PVOH latex présentent un manque de performance pour des températures supérieures à 90°C, même à dosage élevé, alors que les micro-gels de l’invention fonctionnent quelle que soit la température.
Claims (14)
- Composition cimentaire comprenant :
- un micro-gel polymérique ;
- un ciment ;
- de l’eau ;
- optionnellement au moins un additif de cimentation ;
le micro-gel polymérique comprenant au moins un polymère structuré par au moins un agent de réticulation,
le polymère structuré étant obtenu par polymérisation en émulsion inverse d’au moins un monomère. - Composition cimentaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que le polymère structuré comprend au moins un monomère anionique et optionnellement au moins un monomère non ionique.
- Composition cimentaire selon la revendication 2, caractérisée en ce que le au moins un monomère anionique présente une fonction choisie parmi les fonctions acrylique, maléique, fumarique, malonique, itaconique, et allylique.
- Composition cimentaire selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que le monomère anionique est l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique et/ou sa forme salifiée.
- Composition cimentaire selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le polymère structuré comprend au moins 30 mol% d’au moins un monomère anionique.
- Composition cimentaire selon la revendication 2, caractérisée en ce que le monomère non ionique est choisi dans le groupe constitué de l’acrylamide, le méthacrylamide, le N-isopropylacrylamide, le N,N-diméthylacrylamide, le N,N-diéthylacrylamide le N-méthylolacrylamide, la N-vinylformamide (NVF), le N-vinyl acétamide, la N-vinylpyridine et la N-vinylpyrrolidone (NVP), le N-vinyl imidazole, la N-vinyl caprolactame, le N-vinyl succinimide, l’acryloyl morpholine (ACMO), le chlorure d’acryloyl, le méthacrylate de glycidyle, le méthacrylate de glycéryle, la diacétone acrylamide, les hydroxyalkyl (meth)acrylate avec un alkyl en C1-C3, les aminoalkyl (meth)acrylate avec un alkyl en C1-C3, les thioalkyl (meth)acrylate avec un alkyl en C1-C3et leurs mélanges.
- Composition cimentaire selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l’agent de réticulation est un monomère ayant au moins deux insaturations éthyléniques.
- Composition cimentaire selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le polymère structuré comprend moins de 5% en poids d’agent de réticulation, par rapport au poids de monomères.
- Composition cimentaire selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le polymère structuré est préparé par polymérisation d’au moins un monomère en microémulsion inverse
- Composition cimentaire selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la microémulsion comprend des gouttelettes de phase hydrophile ayant une taille comprise entre 20 et 500 nm.
- Composition cimentaire selon l’une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la composition cimentaire comprend entre 100 et 100 000 ppm en poids de micro-gel polymérique.
- Procédé de cimentation comprend les étapes suivantes :
- préparer une composition cimentaire selon l’une des revendications 1 à 11 ;
- injecter ladite composition cimentaire dans un trou de forage comprenant un tubage définissant un espace annulaire entre le tubage et le trou de forage, afin de réaliser la cimentation à travers le tubage et/ou dans l’espace annulaire autour du tubage et/ou dans le trou ouvert sous le tubage. - Utilisation, pour former une composition cimentaire, d’un micro-gel polymérique comprenant au moins un polymère structuré par au moins un agent de réticulation,
le polymère structuré étant obtenu par polymérisation en émulsion inverse d’au moins un monomère. - Procédé de préparation d’une composition cimentaire, comprenant le mélange des composés suivants :
- un micro-gel polymérique ;
- un ciment ;
- de l’eau ;
- optionnellement au moins un additif de cimentation ;
le micro-gel polymérique comprenant au moins un polymère structuré par au moins un agent de réticulation,
le polymère structuré étant obtenu par polymérisation en émulsion inverse d’au moins un monomère.
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| FR2204194A FR3135262A1 (fr) | 2022-05-03 | 2022-05-03 | Composition cimentaire comprenant un micro-gel polymérique comme agent anti-migration de gaz |
| EP23719804.9A EP4294776B1 (fr) | 2022-05-03 | 2023-05-02 | Composition cimentaire comprenant un micro-gel polymère en tant qu'agent anti-migration de gaz |
| PCT/EP2023/061573 WO2023213825A1 (fr) | 2022-05-03 | 2023-05-02 | Composition cimentaire comprenant un micro-gel polymère en tant qu'agent anti-migration de gaz |
Applications Claiming Priority (2)
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- 2023-05-02 EP EP23719804.9A patent/EP4294776B1/fr active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| WO2023213825A1 (fr) | 2023-11-09 |
| EP4294776C0 (fr) | 2024-06-26 |
| EP4294776B1 (fr) | 2024-06-26 |
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