Solid/Liquid Dispersions in Drilling and Production

Fluides chargés en forage et production pétrolière

Institut français du pétrole

Corresponding author: yannick.peysson@ifp.fr

Abstract

To reach the new oil and gas fields, the oil industry is developing more and more sophisticated drilling and production schemes. Wells trajectories are now deviated, horizontal, with high extended reach, multibranched, ultra deep offshore, etc. Extended reach wells are up to 10 km and offshore drilling is close to 3000 m of water depth! In these cases, drilling and production techniques are pushed to the limits. The operating conditions, the properties of the different materials employed must be controlled and operated in a more accurate way. This is the case for solid/liquid dispersions that are common in these operations: drilling fluids, cements, hydrates dispersions oil and gas phases, sand venue with reservoir fluids, etc. These mixtures present some specific properties that can be at the limit between solid or liquid behaviour. For particular conditions the solid phase can create structures able to support large stresses and in others circumstances the mixture can flow like a viscous paste. Modeling of these characteristics is not easy and needs to use knowledge of different areas: rheology, physicochemistry, hydrodynamics, thermodynamics, etc. In this revue, different systems used in the drilling and production industry will be discussed. Main properties of these systems and different development conducted by IFP will be addressed.

Résumé

Pour atteindre les nouveaux gisements de pétrole, l'industrie pétrolière met en place des forages et des schémas de production de plus en plus complexes. Les trajectoires de puits sont maintenant fortement déviées, puits horizontaux, multidrains, situés en offshore très profond, etc. Les forages déviés dépassent aujourd'hui les 10 km de déport et les puits forés en offshore explorent des sites où les profondeurs d'eau approchent les 3 km ! Les techniques de forage et de production utilisées exigent une maîtrise de plus en plus grande des paramètres mis en jeu et notamment la maîtrise des propriétés de nombreux fluides chargés. Ces fluides sont des dispersions plus ou moins concentrées de particules solides dans un fluide porteur. Ils se retrouvent fréquemment dans l'industrie pétrolière (fluides de forage, ciments, dispersion d'hydrates dans les effluents, venue de sables avec les fluides de réservoir, gravel pack, slurries de déblais, etc.). Ces milieux divisés solide/liquide peuvent avoir des propriétés particulières parfois à la frontière entre le solide et le liquide : contrainte seuil, propriété rhéofluidifiante, etc. La description de leurs propriétés n'est pas aisée et nécessite d'aborder de nombreuses thématiques scientifiques : rhéologie, chimie et physicochimie, hydrodynamique, thermodynamique, etc. Ce dossier thématique tentera d'effectuer une synthèse des différentes problématiques reliées aux fluides chargés, de présenter les propriétés communes de ces systèmes et d'aborder les nombreuses études engagées par l'IFP dans ce domaine.