Stabilisation des Fluides de Forage de Type Pickering Pour Applications dans les Forages Profonds et Ultra-Profonds

Pickering Stabilized Drilling Fluids for deep and ultra-deep Drilling Operations

• Auteur / Autrice : Ramy Ghosn
• Direction : Didier Dalmazzone
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 20/12/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École nationale supérieure de techniques avancées (Palaiseau). Unité de Chimie et Procédés - Unité de Chimie et Procédés / ENSTA ParisTech UCP
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure de techniques avancées (Palaiseau, Essonne ; 1970-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Barboux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Didier Dalmazzone, François Mihelic, Jean-François Hochepied
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Pezron, Yves Chevalier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Forages

Technique de la production

Mots clés libres

Fluide de forage

Émulsions Pickering

HTHP

Vieillissement

Nanoparticules

Silice

Drilling fluids

Pickering emulsions

HTHP

Aging

Nanoparticles

Silca

Résumé

La situation durable de volatilité des prix du pétrole est considérée à la fois comme une menace et un défi par l'industrie pétrolière. Au cours de cette crise, les compagnies pétrolières ont l’opportunité de se recentrer sur la recherche de solutions de production rentables, ce qui implique souvent l’apport des nouvelles technologies, en plus de l'amélioration des processus.Ce travail présente une avancée pour la synthèse d’une nouvelle génération de fluides de forage pétrolier sans surfactants/émulsifiants pour des applications dans le forage des puits profonds et ultra profonds. Cette nouvelle génération repose sur l’introduction des émulsions de Pickering dans la formulation des fluides de forage. Ces dernières sont des émulsions stabilisées uniquement par des particules solides (dans ce cas des particules de silice). Différents types de nano particules de silice de différentes hydrophobicités ont été utilisées pour stabiliser des fluides de forage de types huile-dans-eau et eau-dans-huile. Ces fluides ont été conçus pour être utilisés dans des conditions hostiles de température et de pression. Par conséquent, une caractérisation expérimentale de leur stabilité ainsi que de leurs propriétés rhéologiques sous ces conditions extrêmes étaient nécessaires. Au cours de ce travail, les profils rhéologiques de ces fluides reflétant leurs capacités de nettoyage du puits, leur coulabilité ainsi que leurs capacités à transporter les débris jusqu'à la surface, ont été établis. D’autre part, la stabilité électrique des émulsions ainsi que leur morphologie (distribution de taille des gouttelettes) ont été étudiées et une comparaison avec celles stabilisées par des agents tensioactifs a été établie. Les fluides ont été exposés à un processus de vieillissement qui permet d’étudier l'effet de l'environnement du réservoir hostile sur la stabilité et la rhéologie des nouveaux fluides préparés. Ces fluides de haute qualité se sont révélés très fiables, offrant une grande stabilité et une capacité à résister à des conditions extrêmes de réservoir. Ils représentent une nouvelle génération de fluides de forage ouvrant la voie à une exploitation optimisée de réservoirs profonds et ultra profonds.

This enduring situation of volatile oil prices has been seen as a decline and a challenge at the same time for the oil and gas industry. It is during this slump that the oil and gas companies own the opportunity to focus on cost-effective production solutions, which very often means bringing new technologies and further improving processes.This work presents a novel frontier of surfactant-free drilling and completion fluids for deep and ultra-deep wells. This new generation of drilling fluids is based on the principle of Pickering emulsions (emulsions stabilized solely by solid nano particles). Hydrophobic and hydrophilic silica nano particles were used to stabilize Oil-Based Mud and Water-Based Mud. These fluids were designed to be used under hostile conditions of temperature and pressure. Therefore, a concrete characterization of their stability as well as their rheological properties under HTHP conditions was mandatory. Rheological profiles reflecting the flowability, hole cleaning capacity as well as cutting transport ability of the fluids were established. On the other hand, the electrical stability as well as the morphology (Droplet Size Distribution) of the emulsions were studied and compared with surfactant-stabilized drilling fluids. The fluids were submitted to an aging process allowing one to study the effect of hostile reservoir environment on the stability and rheology of the new fluids prepared.These high quality fluids were seen very reliable offering high stability as well as high capacity to withstand extreme reservoir conditions giving rise to a new generation of drilling fluids allowing breaking the frontiers of deep and ultra-deep reservoirs.