hématite
Hématite (l’oxyde de fer
rouge est un oxyde et un minerai de fer, portant la formule chimique Fe2O3, et une dureté de 5,5 à 6,5 sur l’échelle de Mohs. Son utilisation principale est comme une source de fer pour la production de ce métal et de l’acier. En raison de sa dureté, de sa pureté naturelle élevée, de son abondance et de son bas prix, l’hématite a constaté des utilisations croissantes dans des champs éloignés de la fonderie, comme la production et l’exploration de pétrole et de gaz, dans le cadre de fluides de forage.
Par rapport au barite, l’hématite bénéficie d’avantages tels qu’une gravité spécifique plus élevée, une plus grande solubilité dans les médias acides et un taux d’attrition globalement plus faible - ce dernier en raison de sa dureté. Une des principales revendications de l’hématite comme une amélioration par rapport à la barite, en dehors de sa nature abondante, est qu’il a une gravité spécifique plus élevée de 4,9 à 5,3 g cm-3(6). Pour cette raison, les compagnies de forage peuvent utiliser moins d’hématite dans leurs solutions de boue que la barite, et obtenir les mêmes résultats. Il en résulte un coût plus faible pour peser la boue, et moins de particules solides dispersées à travers la boue. L’hématite est en outre considérée comme un bon choix pour les utilisations de forage car il est incroyablement pur et sans contaminants comme extrait. En outre, une meilleure performance en termes de besoin réduit de dilution, d’amélioration du taux de pénétration et d’une capacité plus élevée de tolérance aux solides sont d’autres qualités associées à l’hématite en tant qu’agent de pondération pour les applications de forage(7). L’utilisation majeure de l’hématite en tant qu’agent de forage dans l’exploration pétrolière est dans le forage en profondeur(8).
En règle générale, plus il y a d’hématite ajoutée à une boue à base d’eau ou d’huile, plus la boue sera dense. Dans certaines régions où le forage a lieu, l’hématite a été trouvée dans les roches elles-mêmes et il a été démontré qu’il agit comme un «ciment» dans les réservoirs de gaz souterrains profonds où la perméabilité du ciment naturel est proportionnelle à la quantité d’hématite qu’il contient. Plus les niveaux d’hématite sont élevés, moins le ciment est perméable et, par conséquent, plus la ressource est préservée au fil du temps - en l’occurrence le gaz naturel(9). Des mesures magnétiques de susceptibilité ont été employées pour établir la présence d’hématite. Dans le cadre du programme d’arpentage directionnel bien boréal, des mesures magnétiques sont prises. Ces mesures ne sont pas affectées par l’hématite (car le blindage magnétique du champ magnétique terrestre n’est pas observé dans les boues hématites pures) mais peuvent être perturbées par la magnétite(10). Il est donc crucial que l’hématite de la plus haute qualité soit utilisée - afin de ne pas inférer une influence indue sur les mesures vitales causées par la magnétite errante. La magnétite est un contaminant courant dans certaines sources d’hématite.
La stabilité du puits, y compris lors de l’utilisation de fluides de forage, est cruciale pour toute campagne de forage et d’extraction. L’homogénéité verticale du fluide est un indicateur fort de la stabilité du processus grâce à un fonctionnement soutenu - avec une telle homogénéité étant relativement facile à réaliser avec les boues à base d’hématite. Les uniformités à travers le plan vertical des boues hématites atteignent souvent ca. 20% (les valeurs inférieures sont préférées) avec des valeurs de résistance compressive élevées supérieures à 55 MPa (11).
Hématite dans la boue à base d’huile (OBM)
Les GME se caractérisent par une phase continue à base d’huile, avec de l’eau dans une phase dispersée aux côtés d’autres additifs tels que les émulsifiants et les gélifiants.
Le mouillage est une préoccupation pour le forage OBM. Le mouillage est l’endroit où l’eau adhère aux solides dans la boue, soit les agents de pondération ou autrement. Les matériaux qui sont enclins au mouillage peuvent causer l’excès d’eau pour atteindre la zone de forage, ce qui peut entraîner l’agglutination des solides, conduisant à de graves inefficacités dans le processus de forage et la dégradation potentielle du morceau de forage. Dans les cas les plus extrêmes, l’agglutination causée par l’mouillage peut rendre un site de forage inutilisable. L’hématite est caractérisée comme un matériau à faible mouillage, et donc l’utilisation de ce matériau par rapport à d’autres matériaux de pondération assurera moins de mouillage(12).
Hématite dans la boue à base d’eau (WBM)
Dans les applications WBM, les lubrifiants sont souvent utilisés pour assurer le forage à haut rendement et pour réduire la friction et l’usure causées par les solides, y compris les agents de pesage tels que l’hématite. Il a été constaté qu’un ajout de 1 par volume de surfactant au mélange de boue était suffisant pour réduire les coefficients de frottement de 60 - augmentant la longévité du bit de forage(10). Dans les scénarios WBM, l’hématite peut être utilisée en quantités allant jusqu’à 20 par poids, avec une diminution notable de la sédimentation par rapport à la borite due à la teneur élevée en oxyde de fer(11).
Hématite et rhéologie
La rhéologie se réfère à l’écoulement de la matière, et en particulier dans l’espace de forage, le flux plastique des solides. Cela ne doit pas être confondu avec les plastiques comme matériau. Le flux plastique est un mouvement proportionnel à une force appliquée, et plus particulièrement à l’exploration pétrolière, à une forme ou à un changement de phase résultant d’une telle force. Les propriétés rhéologiques sont profondément affectées par la présence de matériaux solides, et donc l’ajout d’hématite à un fluide aura un impact sur ses performances rhéologiques. La taille des particules est cruciale (pas plus de 25 μm, mais souvent beaucoup moins)(15). Au cours de multiples études, l’hématite a produit des valeurs de densité plus élevées, une meilleure capacité de gelling et une viscosité plastique plus élevée que la barite(16), en particulier à des profondeurs ennuyeuses profondes. Ces qualités sont continues avec des projets de forage en profondeur à long terme réussis, offrant des trous de forage stables.
Hématite, fluides de forage et environnement
Le forage pétrolier n’est pas connu comme l’activité la plus respectueuse de l’environnement. L’hématite elle-même n’est pas toxique, mais il faut faire attention pour ne pas libérer trop de liquide de forage, en particulier dans les environnements marins, en particulier s’il est du type OBM. Barite est décrit comme non toxique seulement en raison de son insolubilité dans l’eau. Comme pour tous les procédés industriels, la réduction de la quantité de tout matériau utilisé est avantageuse - les déchets de forage sont le deuxième plus grand flux de déchets provenant de l’exploration(14). L’utilisation d’hématite au lieu de barite ou de manganèse peut aider en cela en raison de la densité plus élevée susmentionnée donc plus faible exigence de masse.
Considérations lors de l’utilisation de l’hématite dans les fluides de forage
L’hématite est un matériau beaucoup plus difficile que le barite. En tant que tel, l’hématite peut elle-même causer l’usure sur le bit de forage et la colonne dans des situations de forage à long terme, en plus de haute pression. La recherche a montré que la diminution de la taille des particules d’hématite et l’assurance d’une gamme étroite de tailles de particules entraînent un effet positif sur l’érosion des bits de forage, c’est-à-dire moins d’érosion au fil du temps, avec des délais comparables à la barite(15). Il a été proposé que l’hématite ne remplace suffisamment le barite que si elle est finement moulue à une taille d’au plus 25 m(16).
En raison des propriétés avantageuses de l’hématite, du barite et du manganèse, dans certaines situations, une combinaison de ces matériaux est utilisée comme matériaux de pondération. Par exemple, une opération de forage peut vouloir profiter de la longévité et de la dureté de l’hématite, de l’inertie large du barite et des propriétés d’oxydation du tétroxide de manganèse(17) pour fournir une phase de pondération gratuite dans la boue adaptée à la composition rocheuse/sédimentaire locale(18).
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