Etude rhéophysique de systèmes émulsions inverses / argile organophile : applications aux boues de forage pétrolier

Rheophysical study of invert emulsion / organoclay systems : applications to the petroleum drilling muds

• Auteur / Autrice : Alexandre Ragouilliaux
• Direction : Philippe Coussot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des liquides
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés libres

Rhéologie

Boue de forage

Thixotropie

Vélocimétrie IRM

Fluide à seuil

Agrégation

Résumé

La formulation optimale des fluides thixotropes est essentielle dans de nombreux procédés, par exemple dans le domaine des forages pétroliers. Ceci passe par une meilleure compréhension des liens entre les évolutions de leur microstructure et leurs propriétés d'écoulement. Nous avons étudié les propriétés d’une boue de forage et d’émulsions modèles (émulsion inverse + argile organophile) en régime solide, en régime liquide, et durant l’arrêt du matériau sous faibles sollicitations mécaniques. A l’aide d’expériences de rhéométrie conventionnelle et de vélocimétrie IRM, nous avons identifié les origines structurelles des principales propriétés rhéologiques en fonction des concentrations des constituants : le seuil de contrainte, le vieillissement au repos, la bifurcation de viscosité en régime liquide, le déplacement de l’interface solide-liquide au sein du fluide. En particulier nous montrons que l’arrêt progressif de l’écoulement sous une contrainte critique est induit par la croissance d’agrégats. L’homogénéité du matériau lors de nos mesures rhéologiques a été vérifiée par des mesures de concentrations locales par RMN

The control of properties and the optimization of the formulation of thixotropic fluids is essential in a lot of industrial applications, as in the oil industry. This implies a better understanding of the link between the microstructure evolutions and the flow properties of these fluids. We study the rheological properties of a system invert emulsion with organoclay used as a drilling fluid. We work on the real fluid and on a model emulsion in the solid regime, the liquid regime and during the flow stoppage of the material under low mechanical solicitations. With the help of conventional rheometry and MRI velocimetry, we have identified the structural origins of the principal rheological properties with a variation of constituent’s concentrations: the yield stress, the aging at rest, the bifurcation viscosity in the liquid regime and the liquid – solid transition. In particular we showed that the progressive flow stoppage under a critical shear stress finds its origin in the growth of aggregates. The material homogeneity during our rheological experiments was checked by the measurements of local concentrations using MNR. These results show the importance of the clay links for the thixotropic properties of these systems