I1 est usuel d'utiliser une seule boue de forage sur toute la hauteur du puits, les propriétés spécifiques de cette boue étant liées à la température de forage en fond de puits et la nécessaire aptitude de la boue à refroidir, à lubrifier, à colmater la paroi des terrains traversés et à ramener les déblais en surface.

Pour atteindre des terrains dans lesquels en fond de puits les températures atteignent 200°C et plus, les boues de forage doivent garder intactes leurs caractéristiques physiques, c'est-à-dire leur aptitude à la lubrification, leur résistance à l'oxydation, leur portance pour ramener les déblais en surface, leur densité et leur activité en tant que réducteur de filtrat. Ces boues doivent contenir en outre des réserves basiques suffisantes pour neutraliser les espèces acides rencontrées au cours du forage et situé généralement dans des couches profondes, telles que le gaz carbonique ou le sulfure d'hydrogène. Or, lorsqu'on atteint les terrains contenant ces espèces acides et atteignant ces températures supérieures à 100°C environ, 70 % du volume de la boue nécessaire au forage a été utilisé, puisque plus on avance profondément dans le sol plus le diamètre du puits diminue. Cela fait 70% en volume de boue mal employée, puisque dans cette première partie du puits correspondant au forage dit de surface, les caractéristiques requises peuvent être moins pointues que celles requises en fond de puits.

Notamment, les températures de forage étant faibles (inférieures à 100°C), le fluide de forage subit peu de transformation de type oxydation, hydrolyse voire décomposition.

Il s'agit donc d'adapter la boue au terrain traversé, ce qui a un impact direct sur les caractéristiques techniques, physiques et chimiques des boues choisies, et l'ordre d'utilisation de celles-ci, la conséquence étant

économique, puisque que le coût à l'achat des boues de forage pourra être moindre.

A ce premier problème s'ajoute les problèmes de traitement des déblais en surface, de récupération par tamisage de la boue en vue de la recycler et de stockage des déblais. Ces problèmes étant déjà délicats à terre, ils deviennent beaucoup plus difficiles prés des plates-formes en mer, car les contraintes en matière de réglementation de l'environnement sont beaucoup plus strictes. Economiquement, il est plus raisonnable de rejeter ces déblais en mer plutôt que de les transporter à terre pour traitement d'autant plus qu'en forage de surface, les volumes de déblais sont les plus importants, de 60 à 80% du volume total des déblais rejetés du puits. Le rejet en mer des déblais ne peut donc dépendre que de la toxicité de la boue utilisée ou de sa biodégradabilité dans le milieu marin.

Parmi les boues actuellement utilisées, on trouve les boues à leau, les boues à huile et les boues dites de substitution.

Les boues à l'huile comprennent une base -huile formée par le pétrole brut ou une coupe hydrocarbonée, dans laquelle sont ajoutés un certain nombre d'additifs permettant d'améliorer leurs propriétés rhéologiques, leurs pouvoirs réducteurs de filtrat et leur basicité. On peut citer les huiles de type"Diesel"ou les huiles minérales à teneur en composés aromatiques faible.

Ainsi, le brevet US 4. 481. 121 propose des boues à l'huile contenant de 75 à 95 a en volume de gazole ou d'une huile végétale notamment extraite de la résine de pin ou "tall oil", des paraffines de point de fusion compris entre 76 et 120°C et de 5 à 25% en volume d'une réserve basique constituée de diéthanolamide et d'hydroxydes alcalins.

Cependant de telles boues sont très toxiques vis-à- vis de 1'environnement et sont très lentement biodégradables en milieux aérobie et anaérobie. Une telle pollution peut poser un problème majeur si on est obligé de traverser une nappe phréatique. Certaines législations nationales ont

d'ores et déjà interdit l'utilisation de ces boues ou le rejet en mer de déblais de forage imprégnés par elles.

Les boues à l'eau utilisant des compositions aqueuses obtenues à partir de polymères, de polyols ou de polyglycérol, bien que moins polluantes et biodégradables, sont peu utilisées du fait de leur peu de stabilité au-delà de 100°C, de leurs propriétés lubrifiantes insuffisantes dans les forages déviés et de la présence d'eau dans les terrains argileux.

Les boues de substitution sont utilisées surtout en remplacement des boues à l'huile souvent fortement aromatiques. Elles sont formulées à partir de produits de synthèse hydrocarbonés non toxique et non aromatiques.

Un premier type de boues de substitution est obtenu à partir d'oléfines linéaires ou ramifiées, ou de poly-a- oléfines dont les performances sont proches des boues à l'huile, c'est-à-dire maintien des propriétés rhéologiques et lubrifiantes à haute température, maintien de la bonne résistance à l'oxydation et maintien de leur caractère non toxique. Elles sont lentement biodégradables en milieu aérobie et très peu biodégradables en milieu anaérobie. (J.

Steber et al, offshore, septembre 1994). Ce problème est d'autant plus critique lorsque des forages sont effectués en mer dans laquelle il est usuel de rejeter les déblais imprégnés de boue. Les déblais s'accumulent en piles, sous l'eau, à proximité de la plate-forme, dans lesquelles on observe une accumulation de composés chimiques non biodégradables. En effet, à l'intérieur de ces piles, le milieu étant anaérobie il n'y a pas de biodégradation possible de ces composés tandis qu'à la surface des piles, le milieu étant aérobie, il y a une dégradation lente de ces composés. C'est pourquoi, certaines législations prévoient de limiter très fortement voire même d'interdire le rejet de ces déblais en mer puisque relativement peu biodégradable.

Les boues actuellement préférées sont constituées de produits hydrocarbonés facilement biodégradables, parmi lesquels les esters synthétiques tels que décrits dans les brevets US 4. 374. 737 et US 5. 232. 910. Ces boues, très

élaborées, sont chères puisqu'elles ont été conçues pour répondre à toutes les conditions de forage, y compris les forages en conditions extrêmes telles que résister à une température supérieure à 200°C, à l'oxydation et aux milieux acides.

Parallèlement à ces boues, on trouve des émulsions inverses moins polluantes car considérées comme facilement biodégradables telles que celles décrites dans la demande PCT W095/GB95/00680. Ces émulsions inverses sont constituées d'huiles végétales raffinées de forte viscosité en mélange avec des diluants appropriés permettant d'abaisser leur viscosité. Ces boues basées sur des émulsions inverses sont utilisables quelle que soit la température sur toute la hauteur du puits. Elles sont moins toxiques et plus biodégradables que les précédentes mais d'un prix de revient très élevé puisqu'elles sont parfaitement raffinées et mélangées avec un diluant souvent coûteux à l'achat et divers additifs, notamment des antioxydants, indispensables pour une bonne tenue de l'émulsion à des températures de forage élevées.

Le but de la présente invention est de diminuer simultanément les risques de pollution tout en diminuant sensiblement les coûts de revient de l'opération de forage en ce qui concerne le coût total de la boue utilisée. Elle vise également à diminuer voire annuler le coût de traitement des déblais imprégnés, puisque contenant une boue moins toxique, rapidement biodégradable, ces déblais peuvent être rejetés tels quels dans la mer ou stockés à terre.

La présente invention a pour objet un procédé d'utilisation de boues biodégradables de forage caractérisé en ce que dés le début du forage, on introduit dans le puits, une boue de surface biodégradable stable jusqu'à environ 100°C, de pouvoir réducteur de filtrat réglable de 2 à 13 cm3 selon la quantité d'agent réducteur de filtrat utilisée, et de stabilité électrique supérieure ou égale à 1000 Volts, et que lorsque la température du terrain traversé atteint 100°C, on remplace la dite boue de surface par une boue dite de fond stable jusqu'à des températures

supérieures à 200°C, le volume de la dite boue de surface représentant de 60 à 80% en volume du volume total de boue utilisée.

Par boue de surface, on entend la boue pouvant être utilisée dés le début du forage, et par boue de fond, la ou les boues utilisées dans la partie du puits où la spécificité du terrain requiert des caractéristiques de résistance chimique et physique particulière comme la résistance en température ou la neutralisation des espèces acides rencontrées.

Dans ce procédé selon l'invention, contrairement aux procédés de forage classiques au cours desquels un seul type de boue est utilisé, on utilise plusieurs boues, au moins deux, adaptées à toutes les séries de terrains traversés, pour une optimisation du prix de revient du forage et du traitement des déblais, et une limitation de la pollution.

Dans ce procédé selon l'invention, la première boue dite boue de surface, est choisie pour être très facilement biodégradée. La température de changement de boue est fixée à 100°C afin de donner un ordre de grandeur mais celle-ci peut être choisie faiblement supérieure ou inférieure selon le plan de progression du tubage du puits. Cependant, 100°C correspond aussi à la température à laquelle la première boue ou boue de surface devient instable et se décompose progressivement au cours du temps.

La boue de surface est très rapidement biodégradable, peu polluante pour les terrains traversés et pour le milieu marin. Elle peut être choisie parmi les boues à l'eau disponibles sur le marché et les émulsions inverses biodégradables, ces dernières étant préférées.

La boue de surface selon l'invention est constituée d'une émulsion inverse dont le rapport volumique Huile/eau varie de 95/5 à 70/30.

La phase huile est constituée d'une huile dite éco- compatible, de faible viscosité et très biodégradable er. milieux aérobie et anaérobie. L'avantage majeur de ces huiles écocompatibles réside dans la simplification d' traitement des déblais de forage imprégnés par cette phase

huile. Si ces déblais, voire l'huile écocompatible ou la boue de forage elle-même, sont déchargés en mer, il n'en résulte aucune pollution.

La phase huile contient une partie majeure d'huiles naturelles végétales ou animales non raffinées et une partie mineure d'un diluant constitué d'esters de ces huiles naturelles. Ces huiles d'origine animale ou végétale n'étant pas raffinées, contiennent 90 % en poids, et de préférence plus de 95% en poids de triglycérides. Elles sont choisies de préférence dans le groupe constitué par l'huile de tournesol, l'huile de copra, l'huile de soja, l'huile de colza, l'huile de ricin, l'huile de palme, l'huile palmitiste, l'huile d'arachide, l'huile de lin, l'huile d'olive, l'huile de mais, l'huile de babassu, l'huile de coco et 1'huile de suif.

Ces huiles selon 1'invention sont constituées de triglycérides correspondant à des triesters de glycérol de formule générale (I) ci-après : dans laquelle R1, R2, et R3, identiques ou différents, sont choisis parmi les groupements Ri aliphatiques linéaires, saturés ou insaturés, constitués de 5 à 23 atomes de carbone. Ces groupements provenant d'acides gras aliphatiques peuvent contenir de une à trois liaisons oléfiniques.

Que l'huile soit d'origine animale ou végétale, ce sont les restes d'acide gras Ri qui confèrent aux triglycérides leurs propriétés.

Dans un mode préféré de l'invention, les restes d'acides gras Ri dans les triglycérides constituant l'huile,

contiennent plus de 60%, et de préférence plus de 80% de chaînes R1, R2 ou R3 saturées ou monoinsaturées.

Parmi les triglycérides contenant des restes d'acides gras de chaînes Ri monoinsaturées, on préfère l'huile de ricin.

Selon l'invention, dans les triglycérides de formule (I), les restes d'acides gras de chaînes Ri sont constitués d'au moins 60% de Ri issus d'acide oléique et de préférence de plus de 77% de Ri issus d'acide oléique. Des huiles à forte teneur en acide oléique, comme par exemple l'huile de tournesol oléique, possèdent une excellente résistance à l'oxydation à des températures élevées ce qui permet de diminuer les quantités d'antioxydants et par conséquent le prix de revient de la boue de forage.

Les huiles végétales oléique préférées sont l'huile de colza oléique et l'huile de tournesol oléique.

Ces huiles végétales réputées peu stables, pour un forage de fond, sont suffisamment stables dans les conditions de mise en oeuvre d'un forage de surface, c'est- à-dire environ 100°C pendant un temps suffisamment court, et sans réserve alcaline favorisant l'hydrolyse des triglycérides qui les composent.

Dans la phase huileuse selon l'invention, le diluant n'a pas seulement pour fonction d'abaisser la viscosité de l'huile animale ou végétale mais aussi d'améliorer les propriétés lubrifiantes et la stabilité de l'émulsion résultante qui compose la boue de surface.

Comme il n'y a pas ou peu de possibilités d'hydrolyse de la fonction ester dans les conditions de mise en oeuvre de la boue de surface, ces diluants peuvent être choisis parmi les esters synthétiques d'acides carboxyliques aliphatiques saturés ou insaturés, linéaires ou ramifiés comprenant de 6 à 24 atomes de carbone par chaîne et d'alcanols comprenant de 1 à 4 atomes de carbone par chaîne.

Ces esters sont synthétisés par estérification au moyen d'un alcanol comprenant de 1 à 4 atomes de carbone par chaîne, des acides carboxyliques obtenus par hydrolyse de

triglycérides d'huiles animales ou végétales naturelles. Il est également possible de synthétiser ces esters par trans- estérification directe des triglycérides naturels au moyen d'un alcanol.

Pour préparer les esters constituant le diluant selon l'invention, on peut choisir comme matière première une huile animale ou végétale ou encore des coupes hydrocarbonées riche en triglycérides de formule (I) contenant plus de 60%, et de préférence plus de 80% de chaînes R1, R2 ou R3 saturées ou monoinsaturés.

Dans un mode préféré de l'invention, les esters synthétiques constituant le diluant de 1'invention sont formés à partir d'huiles végétales ou animale du groupe constitué par par l'huile de tournesol, l'huile de copra, l'huile de soja, l'huile de colza, l'huile de ricin, l'huile de palme, l'huile palmitiste, l'huile d'arachide, l'huile de lin, l'huile d'olive, l'huile de maïs, l'huile de babassu, l'huile de coco et l'huile de suif.

Pour estérifier, on utilise de préférence un alcanol choisi dans le groupe constitué par 1'isopropanol, l'éthanol, le propanol, le butanol et le méthanol.

Dans un mode préféré de l'invention, le diluant est synthétisé à partir d'huiles choisies parmi l'huile de colza, l'huile de copra, l'huile de tournesol, l'huile de ricin et d'un alcool, de préférence 1'isopropanol.

Dans la deuxième partie du forage, on utilise des boues de fond choisies parmi les émulsions inverses obtenues avec des huiles minérales ou organiques stables jusqu'à 250°C et plus, et les boues non toxiques dont les déblais pouvant être ramenés et stockés à terre du fait de leur faible volume. Par huiles minérales et organiques, on entend les oléfines linéaires alkylées, les mono-a-oléfines (MAO), les poly-a-oléfines (PAO), les paraffines, les esters, les acétals et les alkylbenzènes linéaires (las).

Une autre objet de l'invention est une boue de surface stable jusqu'à environ 100°C constituée de 5 à 30 % en volume d'eau et de 95 à 70% en volume d'une phase huile contenant une majeure partie d'huiles naturelles végétales

ou animales non raffinées et d'une partie mineure d'un diluant constitué d'esters de ces huiles naturelles.

Dans la suite de la présente description, des exemples sont donnés pour illustrer l'invention sans en limiter la portée.

EXEMPLE I Le présent exemple vise à montrer le propriétés lubrifiantes des boues selon l'invention lorsqu'elles sont utilisées entre 20 et 100°C.

Plusieurs échantillons ont été préparés contenant les compositions telles que décrites dans le tableau I ci- après.

TABLEAU I Echantillon______________Composition______________ huile diluant eau E1 tournesol 0% 0% oléique (100%) Etournesol2-ethylhexyl- 0% oléique (75%) acétate (25t) X1 tournesol 2-oléate 0% oléique (75%) d'isoropyle (25%) tournesol 2-oléate 10% oléique diisoropyle (67, 5%) (22, 5%) tournesol 2-ethylhexyl- 10 oléiqueacétate (67,5%) (22,5%) Ces échantillons ont été testés sur une machine Falex extrême pression, dérivée de la méthode FORD EUBJI 1A Chaque essai consiste à faire tourner un cylindre à 290 Tours/ml- entre deux mors qui l'enserrent, et à mesurer

simultanément le couple de frottement à chaque palier de 888 Newtons. L'échantillon est introduit sur l'axe d'usure avec un débit de lOml/mn. Chaque palier est maintenu pendant une minute. On retient comme caractéristique de lubrification la valeur du palier avant grippage.

Les valeurs mesurées pour chacun des échantillons du tableau I sont donnés dans le tableau II ci-après.

TABLEAU II Echantillon Palier de grippage Couple de frottement (Newtons) avant grippage (N.cm) EI7992 285 E2 6216 230 X1 6216 227 - EMU1 13320 (vibration, 710 usure) EMU2 9768 475 Les résultats obtenus avec les échantillons X1 et E2 sont de même nature compte tenu de la reproductibilité des mesures. En effet, dans les conditions d'extrêmes pressions dans lesquelles on opère, il est difficile de différencier les propriétés des deux diluants. On observe principalement une diminution de la viscosité comparée à celle de l'huile végétale elle-même, correspondant à l'effet du diluant.

LRémulsion EMU1 montre de bien meilleure propriétés lubrifiantes que 1'émulsion EMU2 puisque pour une contrainte de 13320 Newtons, limite des possibilités de l'appareil Falex, il n'y a toujours pas constat de grippage. Ce résultat est du à la nature même du diluant selon 1'invention.

On obtient une meilleure stabilité de l'émulsion ainsi que de meilleure propriétés lubrifiantes.

EXEMPLE II Le présent exemple vise à décrire les propriétés rhéologiques et de pouvoir réducteur de filtrat des boues selon 1'invention avant et après vieillissement montrant que ces boues sont parfaitement adaptable au forage de surface entre l'ambiante et 100°C.

Trois echantillons de boue B1, B2 et B3 ont été préparés : leur composition est décrite dans le tableau I ci-après.

TABLEAU I Composition B B B Huile de base 624m1 415,9ml 512ml (tournesol) (tournesol) (tournesol oléique) diluant 69, 2 ml (ester 277,2ml (ester 170,7ml (ester méthylique C8- méthylique C8- isopropylique C10) C10) C16-C18) Rapport (vol) 90/10 60/40 75/25 Huile/Diluant Rapport (vol) 90/10 80/20 80/20 Huile/eau émulsifiant 8, 6 ml 17, 2 ml 25 mol (1) épaississant 22, 3g 22, 3g 20g (hectorite (bentone) (bentone) organophile) agent 2, 9 ml 2, 9 ml 3 ml mouillant Réducteur de 15 g 15g Og filtrat eau 73,4 ml 76, 5 ml 173, 7 ml CaCl2 28, 6 29, 8 7g, 8 g Chaux 2,3 g 2,3g 3 Baryte 343,5g 294g 343,5g

Les caractéristiques rhéologiques au FANN 35 de ces boues selon l'invention sont données dans le tableau II ci- après avant vieillissement pour B1 et 33 (sans chaux), et après vieillissement de Bl, B2 et 83 (avec chaux) à 80°C pendant 16 heures.

TABLEAU II FANN 35 B, B ; 83 Tour/minute avant après avec sans chaux chaux 600 148 158 152 132 151 3000 84 95 98 77 95 200____6070 77 57 72 100 36 45 53 36 49 60 27 34 42 26 39 30 20 26 33 19 30 6 13 17 23 12 20 3 12 16 21 1118 gel 0 12 16 21 15 18 gel 10 21 29 23 22 21 VA (cP) 74 79 76 66 75, 5 VP (cP) 64 63 54 55 56 YV 20 32 44 22 39 FiltratHP/HT 2ml 3,2ml 4ml 10 ml 13, 6 ml 80°C 35x105 Pa stabilité >2000V >2000V 1050V >2000V >2000V electrique

On constate que l'huile végétale introduite dans un diluant approprié conduit à une boue de forage de très bonne stabilité, présentant une bonne tenue en température.