Rheophysical study of invert emulsions / organoclay systems. Applications to drilling muds.
Etude rhéophysique de systèmes émulsions inverses / argile organophile. Applications au boues de forage pétrolier
Résumé
Control of properties and optimization of the formulation of thixotropic fluids is essential in a lot of industrial applications, like in the oil industry. It 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 experiences in conventional rheometry and in 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 is created by 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.
La formulation optimale des fluides thixotropes est essentielle dans de nombreux procédés, par exemple dans le domaine des forages pétroliers. Ceci passe par une compréhension fine des liens entre les évolutions de leur microstructure et leurs propriétés d'écoulement. Nous étudions ici les propriétés d'un système émulsion inverse comprenant des argiles organophiles utilisés comme fluide de forage. Nous travaillons sur le fluide réel et sur une émulsion modèle 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 expériences rhéologiques a été vérifiée par des mesures de concentrations locales par RMN. Ces résultats montrent l'importance des liens argileux pour les propriétés thixotropes de ces systèmes.
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