Physico-chimie et rhéologie de géopolymères frais pour la cimentation des puits pétroliers

Physical chemistry and rheology of fresh geopolymer for oil wells cementing

• Auteur / Autrice : Arnaud Bourlon
• Direction : Jean-Baptiste d' Espinose
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères -- Rhéologie

Pétrole -- Puits -- Cimentation

Géopolymères

Résumé

Les géopolymères apparaissent comme une alternative aux liants hydrauliques classiques. Ces aluminosilicates alcalins sont des matériaux amorphes produits à partir de métakaolin, ou de cendres volantes réagissant avec une liqueur d'hydroxyde, ou de silicate alcalin. Cette thèse a pour but d'évaluer le potentiel des géopolymères pour la construction des puits de pétrole. Il s’agit de combler un déficit de caractérisation et de compréhension sur le comportement rhéologique, et sur l'évolution mécanique et chimique, du gâchage à la prise des géopolymères. Pour ce faire, des méthodes aussi diverses que la RMN, le SAXS, la DLS et l'USWR ont été mobilisées pour expliquer les observations rhéologiques et mécaniques. Tout d’abord, la viscosité de la liqueur alcaline un des réactifs de la géopolymérisation a été étudiée. Nous avons montré que les variations de viscosité peuvent être expliquées par des considérations de volumes effectifs des espèces en solution. Les variations de ces volumes effectifs en fonction de la composition peuvent être rationalisées en invoquant le phénomène de volume d’excès molaire, lié à la solvatation des ions, ainsi que l’organisation de la liqueur en paires d’ions. Une fois la viscosité de la liqueur connue, l’évolution des propriétés rhéologiques de la suspension de métakaolin lors des premières heures de la réaction, en fonction de la composition et de la température a été suivie. Enfin, un suivi combiné de la dissolution du métakaolin par RMN du solide et du développement des propriétés mécaniques de la matrice géopolymère du gâchage au durcissement par USWR a permis de conclure au caractère limitant de l’étape de dissolution du métakaolin