Acidification des puits : principes et chimie

Chapitre I - Introduction :
C’est quoi une acidification ?
Les acides tirent leur utilité dans la stimulation des puits de leur habilité à dissoudre
les minéraux des formations et des matières étrangères, comme la boue de forage et les
fluides utilisés dans les procédures de reprise des puits. La mesure pour laquelle la
dissolution de ces matériaux accroit entrainera une augmentation de la productivité du
puits, ce qui dépend d’un certains nombre de facteurs, y compris la méthode d’acidification
choisit. On distingue 3 types principaux d’acidification : lavage à l’acide, l’acidification
matricielle, et la fracturation à l’acide.
L’acidification est donc une technique de stimulation, utilisant un fluide de
stimulation contenant des acides réactifs, qui consiste en l’augmentation de la perméabilité
et l’amélioration de la productivité des puits.
Dans une acidification, des acides sont injectés dans la formation aux abords du puits pour
éliminer les endommagements qui réduisent la productivité.
L'objectif principal de tout traitement d’acidification est de dissoudre soit la roche ou
les matériaux de la formation, naturelle ou provoqué, dans l’espace poreux de la roche.
A l'origine, l’acidification a été appliquée aux formations carbonatées pour dissoudre la
roche elle-même. Sur une période de temps, des formulations d’acide spéciales ont été
développés pour une utilisation dans les formations gréseuses, afin d’éliminer les matières
nuisibles induites par les fluides de forage ou de complétion ou par des pratiques de
production.
Il ya trois principales exigences qu'un acide doit respecter pour être accepté comme un
fluide de traitement:
1- il doit réagir avec des carbonates ou d'autres minéraux pour former des produits
solubles.
2- il doit pouvoir être inhibée pour empêcher une réaction excessive avec les
équipements métalliques dans le puits.
3- D'autres considérations importantes sont la disponibilité, le coût et la sécurité dans la
manipulation.
Le but d’un traitement par acidification est donc l’élimination d’un colmatage aux abords
du puits et restauration de la perméabilité initiale de la couche, mais il serait faux d’en
conclure que l’injection d’un acide dans une formation sédimentaire entraîne toujours une
amélioration de la production. Bien au contraire, injecter un acide sans une étude
approfondie préalable, peut provoquer un endommagement beaucoup plus sévère qui ne
peut être enlevé que par des traitements très coûteux tel que la fracturation hydraulique.

Petit Historique sur l’acidification :
L'utilisation d'acides afin de stimuler ou d'améliorer la production de pétrole dans
des réservoirs carbonatés a vue une première tentative en 1895.
Des Brevets couvrant l'utilisation des deux acides chlorhydrique et sulfurique à cet effet ont
été émis à ce moment-là. Bien que plusieurs «traitements des puits» ont été réalisés, le
processus n'a pas réussi à susciter l'intérêt général en raison de la sévère corrosion des
tubages de puits, et d'autres équipements métalliques.
Les prochaines tentatives d'utiliser l'acide se sont produites entre 1925 et 1930, il s'agissait
de l’utilisation de l'acide chlorhydrique (HCl) pour dissoudre le tartre dans les puits dans le
Glenpool field, Oklahoma, et d'augmenter la production du Jefferson Limestone (Dévonien)
dans le Kentucky. Aucun de ces efforts n’a réussi et "l’acidification" a été une fois de plus
abandonnée.
La découverte d'inhibiteurs d’arsenic, ce qui a permis à l’HCl de réagir avec la roche
de la formation sans endommager sérieusement l'équipement métallique de puits, a ravivé
l'intérêt dans acidification des puits en 1932. A cette époque, Pure Oil Co. et Dow Chemical
Co. utilisés ces inhibiteurs avec l’HCl pour traiter un puits de production à partir d'une
formation de calcaire dans le comté de Isabella, Michigan. Les résultats de ce traitement
étaient exceptionnels. Lorsque des traitements similaires dans des puits voisins ont produit
des résultats encore plus spectaculaires, l'industrie de l’acidification est née.
Tout au long des années qui ont suivi ces premiers traitements, l'industrie de
l’acidification a grandie, utilisant des centaines de millions de litres d'acide appliquées dans
des dizaines de milliers de puits chaque année. Cette technologie s’est développée avec une
rapidité croissante, et de nombreux changements et innovations ont été apportés pour
améliorer l'efficacité des traitements d’acidification.
En raison des nouvelles techniques d'application et de développement des additifs pour
modifier les caractéristiques de l'acide lui-même, l'acidification est devenue une science
hautement qualifiés.
A la connaissance des matériaux disponibles, des réactions chimiques pour le
traitement et des conditions du puits, les propriétés des réservoirs, et les caractéristiques
des roches sont requit pour concevoir un traitement d'acidification effective et efficace.

Chapitre II - L'endommagement du réservoir :
II.1. Définition:
L'endommagement représente l'altération de la perméabilité du réservoir aux abords
du puits, dans un rayon qui peut arriver jusqu'à 1 m à 1.5m, l'endommagement est se situe
dans le chemin que suit l'effluent (réservoir, perforation, tubing…etc.).
II.2. Causes :
L'endommagement du réservoir est dû aux effets de plusieurs facteurs, et ceci eu lieu au
cours des interventions sur puits, pendant les différents opérations. On cite :
I. Endommagement dû aux opérations sur le puits(le forage, work-over, snubbing,
coiled tubing):
1. Invasion par la boue :
 physiquement : la pénétration des particules solides entrainer par le filtras de
la boue à l'intérieur des pores colmatent ces derniers, aussi le filtre cake se
forme au niveau des perforation en over balance.
 chimiquement : la déférence de viscosité entre la boue de forage et le fluide
de formation obture ce dernier de sortir.
2. invasion par le laitier de cimentation:
 Pendant la réalisation de la liaison couche –trou, le laitier de ciment provoque
des endommagements similaire a ce de boue de forage.
3. neutralisation du puits:
 L'injection sous pression ou squeeze de fluide provoque l'endommagement de
la couche productrice.
4. changement de mouillabilité:
 Les solvants et les tensioactifs présent surtout dans le filtrat de boue a
émulsion inverse pour prévenir la formation de sludge ou d'émulsion peuvent
altérer la mouillabilité de la roche et devient mouillable à l'huile donc diminue
la perméabilité.

5. endommagement dû aux perforations:
 Les opérations de perforation sont en over-
balance qui pousse les débris à rentrer dans la
formation créant un cake.
6. endommagement dû à la stimulation:
 acidification: la réaction secondaire des acides
cause la formation d'autre dépôt colmatant le
réservoir.
 fracturation hydraulique: la fracture soutenue
peut être bouchée partiellement par le fluide
transportant les agents de soutènement (gel
de frac).
7. endommagement du a l'injection d'eau :
 saturation eau aux abords du puits si le débit
d'injection n'est pas bien contrôlé (water
block).
 formation de dépôt de sulfate du a l'incompatibilité de l'eau d'injection et
celle de la formation.
II. l'endommagement dû à la formation :
1. Les dépôts:
 Dépôts de sel: La variation des conditions de température et de pression au
niveau du gisement favorise les dépôts de sel préalablement dissout dans les
fluides de formation extrêmement salés.
 Dépôts des sulfates: ce type de dépôts est
extrêmement dangereux, son traitement
chimique est difficile, il est causé principalement
par l'incompatibilité de l'eau d'injection et l'eau
du réservoir, on cite le sulfate de baryum.
 Dépôts d'asphaltène: l'asphaltène peut se déposer
n'importe où dans la formation, les perforations,
la crépine, et même le tubing, il y a plusieurs causes pour ce phénomène, on
peut citer la chute de pression ou de température.
 Dépôts des paraffines: dû à la baisse de pression ou de température, ils ont
plus de chance à se déposer dans le tubing.
2. La Migration des fines:
 Lors de la production les petites particules solides dites fines sont entrainées
par l'effluent, et tendent à boucher les pores de diamètre réduit.

3. Gonflement et dispersion des argiles:
 Ceci est dû à la réaction des argiles avec l'eau qui a envahie la formation lors
des interventions dans le puits.
II.3. Conséquence :
 Réduit la productivité du réservoir,
 Implique des opérations non économiques.
II.4. Effet de skin :
L'endommagement de la
formation est estimé à l'aide d'un
nombre non dimensionnel, dit skin, ce
dernier permet la quantification du
changement de la perméabilité dans
les abords du puits. L'effet de skin
représente les pertes de charges de
l'effluent lorsqu'il traverse la zone
endommagée, ces pertes
représentent de 30% à 50% de
l'ensemble des pertes de charges lors
de la production. L'analyse de la
transition de la pression permet
d'avoir la valeur de l'effet de skin.
II.5. Identification et localisation de l'endommagement:
Chaque puits est un objet des essais de production (essais des puits) pour déterminer
le taux et les points d'endommagement, ces essais en but de mesurer certain nombre de
grandeurs relatives aux couches traversées, on cite :
Le build up: consiste à fermer le puits et enregistrer la variation de pression de fond
en fonction de temps sachant que le puits été ouvert.
Le draw down: a le même principe de build up mais cette fois-ci le puits est fermé et
on l'ouvre avec un débit constant et on enregistre la pression de fond.
Grace aux graphes de variation de pression de fond on mesure certaines grandeurs
qui vont être introduit dans l'équation de diffusivité et de skin pour déterminer la
perméabilité et donc l'existence de l'endommagement ou non.