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Ciments pétroliers

Les coûts liés au forage des puits de pétrole et de gaz peuvent aller de quelques dizaines de milliers jusqu'à bien au-delà de 100 millions de dollars. À mesure que la technologie progresse et que les réserves de pétrole s'amenuisent, les coûts de forage ne cessent d'augmenter. L'intégrité de ces investissements et la prolongation de la durée utile et la production des puits reposent sur des opérations de cimentation des puits réussies. La cimentation - mise en place d'un coulis de ciment entre le tubage et la formation souterraine - permet de protéger les puits des fuites.

 

Pionnière dans la mise au point de ciments pétroliers, Lafarge propose ce type de produits depuis plus de 60 ans. Reconnus pour leur uniformité et leur performance exceptionnelle sur le terrain, les ciments pétroliers Lafarge font figure de normes de qualité depuis des dizaines d'années.

 

Les ciments pétroliers Lafarge sont produits grâce aux procédés et aux méthodes de contrôle de la qualité les plus avancés. Ils sont formulés pour respecter les exigences de la norme 10A de l'API (American Petroleum Institute) et sont testés tous les jours avec de nombreux additifs des clients dans une multitude d'applications diverses afin d'assurer une performance idéale sur le terrain. Tous les ciments pétroliers Lafarge portent le sceau de qualité de l'API. L'utilisation de ces ciments réduit le recours à des adjuvants et contribue beaucoup à la diminution des défaillances et des risques.

 

Aujourd'hui, Lafarge est toujours chef de file de l'industrie de la production de ciments pétroliers, aussi bien à l'échelle locale qu'internationale. Les usines et les centres de distribution de Lafarge couvrent un vaste territoire où sont menées des activités d'exploration et de production de pétrole et de gaz. En Amérique du Nord, ces installations desservent la côte du golfe du Mexique - le Texas et la Louisiane -, le Mississippi, l'Alabama, le Midwest, l'Alaska, ainsi que l'Est et l'Ouest du Canada.

 

Objectif de la cimentation des puits

Les puits de pétrole et de gaz sont forés à des profondeurs diverses et dans des environnements souvent difficiles. Le ciment pétrolier est présent dans tous ces puits. Il sert à former un sceau hydraulique entre le tubage et la formation souterraine. Ce sceau doit être exempt d'orifices et imperméable aux gaz pour que le puits atteigne sa capacité de production maximale.

 

Le ciment pétrolier peut remplir de nombreuses fonctions dans le cadre d'un projet de forage. La première de ces fonctions est la protection de l'environnement, et en particulier celle des nappes phréatiques souterraines. Le ciment pétrolier empêche les liquides et les gaz de production de parvenir à l'eau souterraine, ce qui préserve nos sources d'eau. Il s'agit de l'« isolation des zones ».

 

La structure de soutien du tubage et des trains de tige est tout aussi importante. Le ciment pétrolier sert à mettre en place une gaine entre le trou de forage et le tubage (voir l'illustration). Une liaison s'établit entre l'infrastructure souterraine et le tubage, ce qui immobilise ce dernier et offre un appui pour la structure souterraine du puits.

 

Les ciments pétroliers servent à prévenir la corrosion du tubage souterrain et des trains de tiges. Sans la protection du ciment pétrolier, les gaz et les liquides souterrains risquent d'entraîner la corrosion et la défaillance du tubage et des trains de tige. Dans ce nombreux cas, des acides puissants servent à stimuler la production des puits. Les ciments pétroliers protègent les tubages et les trains de tiges de l'action corrosive de ces acides.

 

Les ciments pétroliers sont essentiels pour prolonger la durée utile des puits. Sans eux, des investissements importants pourraient perdre rapidement leur valeur.

 

Laboratoires des ciments pétroliers

En Amérique du Nord, Lafarge produit ses ciments pétroliers dans trois cimenteries : Joppa, en Illinois; Exshaw, en Alberta; et Brookfield, en Nouvelle-Écosse. Chaque usine détient la double certification ISO 9001:2000 et API-10A de l'APIO (American Petroleum Institute). Chaque usine est homologuée par l'API et est autorisée à utiliser sceau de l'API pour les ciments pétroliers qu'elle produit : API Classe A (O), API Classe G-HSR, ou API Classe H-HSR.

 

Chaque cimenterie qui produit des ciments pétroliers abrite un laboratoire sur les ciments pétroliers détenant les capacités suivantes :

  • Programme complet de contrôle de la qualité pendant le processus de fabrication;
  • Essais d'assurance de la qualité avant l'expédition des produits de la cimenterie;
  • Capacité de donner des conseils et du soutien techniques aux acheteurs de ciment pétrolier Lafarge.

 

Les ciments pétroliers Lafarge sont produits et testés pour respecter rigoureusement les normes suivantes :

  • Norme 10A de l'API, 23e édition (avril 2002) : « Specification for Cements and Materials for Well Cementing »
  • Norme ISO 10426-1:2009, 3e édition (2009-12-15) : « Industries du pétrole et du gaz naturel - Ciments et matériaux pour la cimentation des puits - Partie 1 : Spécification »

 

Cimenterie de Lafarge à Joppa : spécialisée dans l'essai des ciments pétroliers

Le laboratoire d'essai de ciments pétroliers de Joppa est unique dans l'industrie du ciment : ses capacités d'essai dépassent celles de la norme 10A de l'API. Il effectue couramment les essais suivants :

  • Évaluation des ciments modifiés à l'aide des adjuvants des clients, y compris à des pressions et à des températures supérieures aux valeurs normales;
  • Essais au consistomètre HTHP (haute température, haute pression), à 600°F et 40000psi;
  • Essai de perte de circulation à températures élevées à l'aide d'adjuvants de la Compagnie;
  • Essais de résistance aux ultrasons («Ultrasonic Cement Analyzer» -UCA);
  • Essais de laboratoire en sous-traitance pour les clients de nos clients, afin d'aider à résoudre des problèmes et à concevoir les coulis de ciment pétrolier;
  • Analyse chimique complète à l'aide de la spectrométrie de fluorescenceX (chimie des oxydes) et de la diffractométrie de rayonsX (analyse de phase du ciment);
  • Développement de produits novateurs et recherches sur le ciment.

 

Systèmes de gestion de la qualité

Les cimenteries Lafarge North America qui produisent des ciments pétroliers recourent à des systèmes de gestion de la qualité (QMS) complets, conformes à la norme mondialement reconnue Q1 de l'API (7e édition) : « Specification for Quality Programs for the Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industry ». Les exigences de la norme Q1 de l'API sont égales à celles de la norme ISO 9001-2000 ou plus rigoureuses.

 

Le système de gestion de la qualité de chaque usine de Lafarge qui produit des ciments pétroliers subit un audit annuel en vertu du programme Monogram de l'API, dont la gestion est assurée à Washington, D.C. Ces audits externes du QMS permettent de vérifier l'efficacité du système et la capacité de chaque usine à fabriquer et à tester des ciments conformes à la norme 10A de l'API. La délivrance du « Certificate of Authority to Use the Official API Monogram » confirme l'exécution réussie de l'audit.

 

La qualité commence à la carrière!

La qualité du ciment est déterminée bien avant sa fabrication : elle commence par la sélection des matières premières. Ces matières premières, choisies pour leurs propriétés chimiques particulières, sont dosées dans des broyeurs de cru, où elles sont moulues aussi fin de la poudre pour le visage. À partir du broyeur de cru, le produit - qui, à ce stade, est appelé cru de ciment - est transféré dans ces silos de mélange. Un mélange homogène de cru de ciment est apprêté dans ces silos, testé pour vérifier s'il répond parfaitement aux exigences de qualité, et préparé en vue de son transfert dans le silo d'alimentation de four. À ce point, le cru de ciment, aussi appelé farine, et est prêt pour la cuisson (clinkérisation) dans les fours de Lafarge.

 

Au bout du compte, la qualité des ciments pétroliers dépend de la conversion du cru de ciment en clinker. Le clinker se forme dans le four alors que le cru de ciment est chauffé à des températures avoisinant 1 500 °C. Pendant le processus de cuisson, le cru se transforme en cristaux de l'ordre du micron. Les caractéristiques de ces cristaux déterminent la réactivité du ciment fini. On se sert d'un microscope pour évaluer la microstructure du clinker. Les conditions de cuisson sont modifiées pour optimiser la réactivité du clinker. L'exécution des tâches de contrôle de la qualité pendant le processus de cuisson est essentielle à l'obtention de ciments pétroliers à rendement supérieur.

 

Après la cuisson, le clinker est entreposé dans des réservoirs ou des silos à clinker en attendant le processus de broyage final qui permettra de produire le ciment pétrolier. Une autre étape de qualité, le mélange du clinker de ciment pétrolier, est effectuée avant son passage dans le broyeur de cuit. Cette opération de broyage est étroitement contrôlée afin que la température et la finesse du produit soient conformes aux paramètres prévus. Des vérifications chimiques du ciment sont effectuées pendant le broyage pour contrôler et confirmer le dosage du plâtre ajouté. Ce plâtre permet de réduire la réaction aluminoferreuse pendant le processus d'hydratation.

 

Enfin, le ciment passe du broyeur de cuit aux grands silos d'entreposage en attendant l'expédition.

Tour de forage au couchant
Schéma d’application du ciment pétrolier
Intérieur d’un four
Intérieur d’un four
Cristaux de ciment sous le microscope
Gros plan sur du clinker

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