Wax deposition mechanism of Bozi ultra-deep gas condensate reservoir in Tarim basin

Résumé Technique : Mécanisme de dépôt de cire du réservoir de condensat de gaz ultra-profond de Bozi dans le bassin de Tarim

Énoncé du problème
Le champ de gaz de Bozi, situé dans le bassin de Tarim, représente un réservoir de condensat de gaz typique de type ultra-profond (profondeur d'enfouissement > 7 000 m), ultra-haute pression (125 MPa) et haute température (127,53 °C). Un défi critique pour le développement de ce champ est le dépôt de cire, qui se produit facilement dans les puits de gaz lors de l'automne et de l'hiver en raison des basses températures et de la teneur élevée en cire. Ce phénomène entraîne des réductions de production, des fermetures de puits et des obstructions tant dans les puits que dans les installations de surface. Bien que les recherches existantes aient abordé le dépôt de cire sous des conditions de pression moyenne à basse, il existe une lacune importante dans la compréhension des mécanismes sous les conditions extrêmes de haute pression et de haute température spécifiques aux réservoirs ultra-profonds. Plus précisément, l'influence dynamique des changements de phase drastiques du fluide, le rôle des particules de sable comme noyaux de cristallisation et les seuils critiques de production quotidienne quantitative pour la prévention de la cire dans de tels environnements restent mal compris.

Méthodologie
Cette étude se concentre sur les puits de condensat de gaz à haute teneur en cire du champ de Bozi, en utilisant une combinaison d'expériences de laboratoire et de modélisation dynamique :

• Échantillonnage et caractérisation : Des échantillons de fluides à haute pression ont été collectés à partir de quatre puits (104, 102, 104-1, 102-2). Les échantillons ont été analysés par calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et par analyse chromatographique pour déterminer la teneur en cire, le point de dépôt de la cire et la densité.
• Observation visuelle : Un microscope polarisant de changement de phase fluide à haute température et haute pression a été utilisé pour observer la précipitation gaz-solide et les changements de phase du fluide (gaz-liquide-solide) dans les conditions de formation.
• Essais de dépôt de cire dynamique : Les auteurs ont développé un dispositif de test de dépôt de cire dynamique de type « tube mince » personnalisé, capable de simuler les conditions ultra-profondes (jusqu'à 100 MPa). Cet appareil a permis de mesurer les taux de dépôt de cire sous diverses conditions :
  • Débits : 0,1, 0,2 et 0,3 ml/min.
  • Rapports gaz-huile (GOR) : 20, 50 et 100 m³/m³.
  • Teneur en particules : 1 %, 2 % et 3 % de fraction massique de particules solides.
• Modélisation : Un modèle dynamique de dépôt dans le puits à écoulement multiphasique a été employé pour prédire les mécanismes de dépôt de cire sous différents débits de production quotidiens. Le modèle calcule l'épaisseur et la vitesse de dépôt de la cire en fonction des différences de pression, en incorporant des coefficients de friction dynamiques qui tiennent compte de la « rugosité dynamique » de la couche de cire.

Résultats clés

• Caractéristiques de la cire : Le condensat de gaz de Bozi présente un point de dépôt de cire maximal de 33,71 °C. À -20 °C, l'accumulation de cire s'est avérée inférieure à la teneur totale en cire, indiquant que la cire ne peut pas être complètement déposée lors du refroidissement par DSC. Le puits 102-2 présentait la teneur en cire (8,08 %) et la densité (0,8096 g/cm³) les plus élevées, le rendant le plus sujet au colmatage.
• Impact du débit : Il existe une relation inverse entre le débit et le taux de dépôt de cire. Des débits plus élevés augmentent la contrainte de cisaillement sur la paroi du tube, éliminant physiquement les couches de cire déposées et inhibant la nucléation et la croissance ordonnées des molécules de cire, ce qui réduit le taux de dépôt net.
• Impact du rapport gaz-huile (GOR) : L'augmentation du GOR diminue considérablement le taux de dépôt de cire. Un GOR élevé dilue la concentration massique de cire dans la phase liquide et modifie les propriétés rhéologiques du fluide (réduisant la viscosité effective), ce qui rend plus difficile la concentration et la précipitation des molécules de cire près de la paroi du tube. Inversement, les conditions de faible GOR (par exemple, lors d'un arrêt de production) augmentent le risque de colmatage sévère.
• Impact des particules : Les particules solides (sable/argile) agissent comme des noyaux de cristallisation, favorisant la croissance de la cire. L'étude a constaté une proportionnalité directe entre la teneur en particules et le taux de dépôt de cire ; une teneur en particules plus élevée conduit à un dépôt plus rapide.
• Seuil de production critique : Le modèle de prédiction dynamique a déterminé que pour le puits Bozi 1-1, il n'y a pas de dépôt de cire dans le puits lorsque la production quotidienne dépasse 3,4 × 10⁵ m³. En dessous de ce seuil (par exemple, à 2,7 × 10⁵ m³), la température du puits croise la température de dépôt de la cire, entraînant un blocage à des profondeurs d'environ 100 m.

Application technique et atténuation
L'étude a appliqué ces résultats au puits Bozi 1-1, qui avait précédemment souffert d'un colmatage sévère par la cire (la pression de l'huile chutant à 2 MPa). Une stratégie de remédiation a été mise en œuvre comprenant :

1. La circulation de pétrole brut à haute température (80 °C) depuis l'annulaire pour faire fondre la cire existante.
2. L'injection d'un éliminateur de paraffine (concentration de 2 ‰) suivie de l'ajout d'agents anti-cire et de dépressants du point d'écoulement (0,1 %).
3. Le maintien de la production au-dessus du seuil critique.

Les résultats post-traitement ont montré une récupération de la pression de l'huile de 2 MPa à 89 MPa et une stabilisation de la production quotidienne, passant de 2,7 × 10⁵ m³ à 4,0 × 10⁵ m³.

Signification et revendications
L'article affirme fournir un support de données théoriques pour comprendre les mécanismes de dépôt de cire dans les réservoirs de condensat de gaz ultra-profonds, à haute pression et haute température. En quantifiant systématiquement les effets de couplage de la vitesse d'écoulement, du GOR et de la teneur en particules, l'étude établit un seuil critique de production quotidienne (3,4 × 10⁵ m³) pour prévenir le dépôt de cire dans le champ de Bozi. La recherche valide que le maintien de la production au-dessus de ce niveau critique, combiné à un contrôle efficace du sable et à une remédiation chimique/thermique, est essentiel pour une production stable. Les auteurs déclarent que ces résultats offrent un support théorique clé pour optimiser la production et contrôler la cire dans des réservoirs ultra-profonds similaires, tout en notant que les travaux futurs se concentreront sur l'extension de ces modèles à l'optimisation des réseaux multi-puits et aux plateformes d'alerte précoce intelligentes.