CMC pour les fluides de forage : guide complet sur les nuances HV et LV

La carboxyméthylcellulose sodique (ou CMC en abrégé) est un polymère anionique hydrosoluble de haut poids moléculaire, obtenu à partir de linter de coton naturel et de cellulose de pâte de bois, modifiés par alcalinisation et éthérification. Il s'agit de l'additif multifonctionnel le plus largement utilisé et le plus rentable pour les systèmes de fluides de forage à base d'eau.

Grades HT et BT de CMC pour fluides de forage

1. HV-CMC (High Viscosity CMC) : caractérisé par un poids moléculaire élevé et une viscosité élevée, il sert principalement à augmenter la viscosité, à renforcer la résistance du gel et à maintenir les déblais de forage en suspension.

2. LV-CMC (Low Viscosity CMC) : grâce à son degré de substitution élevé, à sa faible capacité à augmenter la viscosité et à ses performances exceptionnelles en matière de contrôle de la perte de fluide, ce produit est adapté aux boues lourdes à haute densité et aux formations de puits profonds.

Le CMC de qualité forage se présente sous la forme d'une poudre blanche fluide et se dissout dans l'eau froide pour former un colloïde visqueux transparent. Il offre une excellente compatibilité et peut être utilisé en synergie avec la bentonite, le carbonate de sodium, les lubrifiants et les agents alourdissants. Il est largement utilisé dans les systèmes de boues destinés aux puits de pétrole et de gaz terrestres, au forage de schiste, aux puits géothermiques et au forage offshore en eau douce.

Les six fonctions principales du CMC dans les fluides de forage pétrolier

1. Contrôle efficace des pertes de fluide et formation d'un gâteau de boue mince et dense (fonction principale)

La différence de pression au fond du puits pendant le forage provoque la pénétration de l'eau contenue dans la boue de forage dans les formations, ce qui entraîne des dommages au réservoir, l'effondrement du puits et des incidents de blocage de tige.
Les chaînes moléculaires du CMC comportent de nombreux groupes carboxyle et hydroxyle, qui se fixent aux particules de bentonite et aux roches du trou de forage, comblent les microfractures des formations et forment sur la paroi du puits des couches de filtration minces, résistantes et à faible perméabilité, ce qui réduit considérablement le volume de perte de fluide API.

• LV-CMC : Agent principal de contrôle des pertes de fluide entraînant une légère augmentation de la viscosité après ajout ; le choix idéal pour les boues alourdies à la barytine à haute densité.
• HV-CMC : Assure un équilibre entre le contrôle des pertes de fluide et l'augmentation de la viscosité ; idéal pour les puits peu profonds et les boues d'eau douce à faible densité.

2. Réguler la rhéologie de la boue et améliorer la capacité de transport et de suspension des déblais

Le CMC se dissout dans l'eau pour former un réseau colloïdal tridimensionnel, conférant ainsi au fluide de forage une excellente thixotropie :

• Forage à fort cisaillement : une réduction modérée de la viscosité garantit une bonne fluidité de la boue et une faible résistance au pompage.
• État statique lorsque le forage s'arrête : le réseau colloïdal se reconstitue pour maintenir en suspension les déblais de forage et la barytine, empêchant ainsi la sédimentation des solides qui risquerait d'ensevelir le train de tiges.
  La faible résistance initiale du gel permet une libération rapide des gaz emprisonnés dans la boue, ce qui atténue la formation de mousse due à l'intrusion de gaz et améliore l'efficacité des systèmes de contrôle des solides en matière d'élimination du sable et du limon.

3. Empêcher l'hydratation de la roche de schiste et stabiliser le puits afin d'éviter tout effondrement

Les formations de schiste argileux et de grès meuble absorbent facilement l'eau, ce qui les fait gonfler et s'effriter. Le CMC forme un film protecteur à la surface des particules d'argile afin d'empêcher l'eau libre de pénétrer dans les couches rocheuses, de limiter l'hydratation et la dispersion de la formation, de réduire l'effritement et l'effondrement du trou de forage, et de diminuer la fréquence des problèmes complexes en fond de trou.

4. Améliorer la stabilité de la boue et prolonger la durée de vie de la circulation de la boue

Les colloïdes CMC se caractérisent par une forte résistance à la dégradation microbienne ; ainsi, la boue moisit ou se détériore rarement. Il n'est pas nécessaire de maintenir un pH élevé pour assurer une protection anticorrosion à long terme, ce qui permet de réduire les coûts liés au dosage de la soude caustique.
Il tolère une faible contamination par des sels de calcium, de magnésium et de sodium, ce qui le rend adapté aux systèmes de fluides de forage en eau douce, en eau saumâtre et en eau de mer.

5. Résistance modérée à la température pour les opérations dans des puits de profondeur moyenne et profonde

Le fluide de forage CMC de haute qualité, présentant un degré de substitution élevé, résiste à des températures de fond de trou pouvant atteindre 150 °C. Ses propriétés de viscosité et de perte de fluide ne se dégradent que légèrement après un vieillissement à haute température, ce qui lui permet de répondre aux exigences de forage classiques des puits de moyenne et grande profondeur. Pour les puits ultra-profonds soumis à des températures élevées, il peut être formulé avec des stabilisants résistants à la chaleur.

6. Protéger les gisements de pétrole et de gaz et limiter les dommages causés aux formations

Les gâteaux de filtration formés par le CMC sont compacts et faciles à retirer. Son filtrat présente des propriétés chimiques douces et n'obstrue pas les gorges des pores des gisements de pétrole et de gaz. Il réduit les coûts des opérations ultérieures d'acidification et de fracturation, améliore le taux de récupération du pétrole et du gaz, et constitue un additif de forage respectueux de l'environnement.

CMC pour les fluides de forage : sélection des nuances HV et LV

HV-CMC (carboxyméthylcellulose sodique à haute viscosité)

Cas d'application : puits peu profonds, puits moyennement profonds, boues d'eau douce à faible densité, préparation de boues pour le forage à l'eau, formations tendres nécessitant une forte suspension des déblais
Principaux avantages : augmentation spectaculaire de la viscosité et de la limite d'écoulement de la boue avec un faible dosage, grande efficacité de préparation de la boue, performances de suspension exceptionnelles
Posologie habituelle : 0,1% – 0,3%

LV-CMC (carboxyméthylcellulose sodique à faible viscosité)

Cas d'application : puits profonds, boues de forage à haute densité enrichies en barytine, formations de grès à haute perméabilité, fluides de forage à l'eau salée, puits horizontaux
Principaux avantages : contrôle efficace des pertes de fluide avec un impact minimal sur la viscosité de la boue ; évite une viscosité excessive pouvant entraîner des difficultés de pompage ; forme des gâteaux de filtration fins et compacts
Posologie habituelle : 0,21 TP15T – 0,51 TP15T

Jugement de sélection rapide

1. Ne nécessite un contrôle de la perte de fluide qu'avec une boue à haute densité → LV-CMC

2. Boue fluide, faible capacité de transport des déblais, nécessité d'augmenter la viscosité → HV-CMC