FR2933730A1 - Restoration of degraded permeability of porous rock, comprises passing the rock by circulating aqueous solution containing associative polymers; and treating the rock by injecting the solution of surfactant in a determined concentration - Google Patents
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Abstract
- La présente invention concerne une méthode de restauration de la perméabilité dégradée d'une roche poreuse, dans laquelle on effectue les étapes suivantes: - on traverse la roche par la circulation d'au moins une solution aqueuse contenant des polymères associatifs, - on traite la roche en y injectant une solution aqueuse d'au moins un tensioactif à une concentration suffisante pour faire disparaître les liens hydrophobes entre chaînes de polymères associatifs.The present invention relates to a method for restoring the degraded permeability of a porous rock, in which the following steps are carried out: the rock is traversed by the circulation of at least one aqueous solution containing associative polymers; rock by injecting an aqueous solution of at least one surfactant in a concentration sufficient to remove the hydrophobic bonds between chains of associative polymers.
Description
10 L'invention concerne le domaine d'utilisation de polymères hydrosolubles dit hydrophobiquement associatifs dans le but d'améliorer le taux de récupération des hydrocarbures contenus dans les roches poreuses du sous-sol. En particulier, la présente invention fournit une méthode pour restaurer la perméabilité des roches poreuses et 15 perméables qui ont été traversées par au moins une solution de polymères associatifs. The invention relates to the field of use of water-soluble polymers said to be hydrophobically associative in order to improve the recovery rate of hydrocarbons contained in the porous rocks of the subsoil. In particular, the present invention provides a method for restoring the permeability of porous and permeable rocks which have been traversed by at least one associative polymer solution.
Des systèmes polymériques en solution aqueuse interviennent dans différentes applications, notamment liées à la récupération des hydrocarbures. Le domaine de la présente invention est constitué par toutes les applications qui impliquent l'injection de 20 systèmes polymériques en solution aqueuse dans des puits. Parmi ces applications, l'invention se rapporte plus particulièrement à la récupération assistée des hydrocarbures (RAH) par injection de polymères, ainsi qu'aux techniques de traitements de puits visant à prévenir les venues d'eau (PVE) ou à obtenir un contrôle des profils d'injection ou de production. 25 Au début de l'exploitation d'un gisement, la pression naturelle des hydrocarbures suffit souvent à assurer leur déplacement vers les puits. Cependant, cette pression diminue au cours de la production et, lorsqu'elle est devenue trop faible, des techniques dites de récupération secondaire doivent être mises en oeuvre pour apporter l'énergie nécessaire au 30 déplacement des hydrocarbures. La technique de base en récupération secondaire consiste à injecter une phase aqueuse dans le réservoir souterrain par des puits dits injecteurs, situés à distance des puits producteurs. La phase aqueuse injectée permet d'abord de maintenir la 1 pression dans le réservoir, et ensuite, lorsqu'elle arrive en contact avec les hydrocarbures, de les déplacer vers les puits de production. Polymeric systems in aqueous solution are used in various applications, particularly related to the recovery of hydrocarbons. The field of the present invention is constituted by all the applications that involve the injection of polymeric systems in aqueous solution into wells. Among these applications, the invention relates more particularly to the enhanced hydrocarbon recovery (RAH) by polymer injection, as well as to well treatment techniques designed to prevent water inflow (PVE) or to obtain control. injection or production profiles. At the beginning of the exploitation of a deposit, the natural pressure of the hydrocarbons is often sufficient to ensure their displacement towards the wells. However, this pressure decreases during production and, when it has become too low, so-called secondary recovery techniques must be used to provide the energy necessary for the displacement of the hydrocarbons. The basic technique for secondary recovery consists in injecting an aqueous phase into the underground reservoir by so-called injection wells, located at a distance from producing wells. The injected aqueous phase first makes it possible to maintain the pressure in the reservoir, and then, when it comes into contact with the hydrocarbons, to move them to the production wells.
La quantité d'hydrocarbures qu'il est possible de récupérer dans le cadre de la récupération secondaire est notamment limitée par l'efficacité de balayage. L'efficacité de balayage est liée aux contrastes de perméabilité verticaux du réservoir ainsi qu'à la différence de viscosité entre la phase aqueuse et la phase huile. L'existence des contrastes de perméabilité entraîne une moins bonne propagation de l'eau dans les couches de plus faible perméabilité. La différence de viscosité est responsable d'effets horizontaux de digitation visqueuse qui provoquent une percée plus ou moins rapide de la phase aqueuse injectée aux puits producteurs. Un paramètre utile pour estimer l'efficacité de balayage est le rapport R entre la mobilité de la phase aqueuse et la mobilité de la phase huile: R = Maq = Kaq >7ou Moii K oii 1l ag où les mobilités Maq et Moi', sont définies, respectivement pour la phase aqueuse et 15 pour la phase huile, comme le rapport entre perméabilité (Kaq ou Koif) et viscosité (rlaq ou flou) Pour améliorer l'efficacité de balayage, des techniques de RAH par voie chimique ont été proposées. Certaines d'entre elles consistent notamment à augmenter la viscosité de la phase aqueuse injectée en y ajoutant des polymères hydrosolubles. L'augmentation de 20 viscosité se traduit par une réduction de la mobilité de cette phase aqueuse et, par suite, par une réduction du rapport de mobilité. Ceci permet donc à la fois d'améliorer les profils de balayage verticaux et de réduire les effets de digitation visqueuse. Dans ce contexte, les polymères sont appelés "agents de contrôle de mobilité". The quantity of hydrocarbons that can be recovered in the context of secondary recovery is notably limited by the sweeping efficiency. The sweeping efficiency is related to the vertical permeability contrasts of the reservoir as well as the difference in viscosity between the aqueous phase and the oil phase. The existence of permeability contrasts leads to poorer water propagation in layers of lower permeability. The difference in viscosity is responsible for horizontal effects of viscous digitation which cause a more or less rapid breakthrough of the aqueous phase injected into producing wells. A useful parameter for estimating the sweeping efficiency is the ratio R between the mobility of the aqueous phase and the mobility of the oil phase: R = Maq = Kaq> 7 or Moii K oii 1l ag where the mobilities Maq and Moi 'are Defined for the aqueous phase and for the oil phase respectively, as the ratio between permeability (Kaq or Koif) and viscosity (rlaq or blur). To improve the scanning efficiency, chemical RAH techniques have been proposed. Some of them consist in particular in increasing the viscosity of the injected aqueous phase by adding water-soluble polymers. The increase in viscosity results in a reduction in the mobility of this aqueous phase and, consequently, in a reduction of the mobility ratio. This therefore makes it possible at the same time to improve the vertical scanning profiles and to reduce the effects of viscous digitation. In this context, polymers are called "mobility control agents".
25 Au cours de l'exploitation d'un gisement, et plus particulièrement au stade de la récupération secondaire, des opérations dites de traitements de puits peuvent être effectuées. Certaines de ces opérations mettent en oeuvre des systèmes polymériques en solution aqueuse, avec deux types d'objectifs: réaliser des traitements de PVE et/ou réaliser des traitements de contrôle de profil. 30 La PVE vise à réduire le rapport entre la quantité d'eau et la quantité d'huile produite par les puits producteurs. De l'eau est en effet toujours produite, en quantité plus ou moins importante, avec les hydrocarbures. Cette eau provient soit de couches de roches poreuses saturées en eau qui communiquent avec le puits, soit de couches de roches poreuses initialement saturées en hydrocarbures à travers lesquelles l'eau injectée dans le cadre de la récupération secondaire a percé prématurément. Les systèmes polymériques aqueux utilisés en PVE sont en général des gels de polymères, et souvent des gels physiques, qui sont injectés par le puits de production au cours d'une opération de traitement limitée dans le temps. Le but est d'obtenir une réduction importante de la perméabilité à l'eau de la ou des couches à traiter du fait de l'adsorption et/ou de la gélification des systèmes injectés. Le traitement ne doit en revanche pas affecter la perméabilité à l'huile. Les gels de polymères, déformables et solubles uniquement dans l'eau, sont des systèmes en général adaptés pour satisfaire cette condition. Ils sont alors appelés des "modificateurs de perméabilité relative" (MPR). During the exploitation of a deposit, and more particularly at the secondary recovery stage, so-called well-treatment operations may be carried out. Some of these operations use polymeric systems in aqueous solution, with two types of objectives: to carry out PVE treatments and / or to carry out profile control treatments. 30 The goal of the POI is to reduce the ratio between the amount of water and the amount of oil produced by producing wells. Water is always produced, in greater or lesser quantities, with hydrocarbons. This water comes either from layers of porous rocks saturated with water that communicate with the well, or layers of porous rocks initially saturated with hydrocarbons through which the water injected as part of the secondary recovery pierced prematurely. The aqueous polymer systems used in PVE are generally polymer gels, and often physical gels, which are injected by the production well during a time-limited treatment operation. The aim is to obtain a significant reduction in the water permeability of the layer or layers to be treated due to the adsorption and / or gelling of the injected systems. On the other hand, the treatment must not affect the permeability to the oil. Polymer gels, deformable and soluble only in water, are systems generally adapted to meet this condition. They are then called "relative permeability modifiers" (MPR).
Les traitements de contrôle de profil peuvent concerner les puits producteurs ou les puits injecteurs. Ils reposent en général également sur l'injection de gels de polymères aqueux dans le but de réduire la perméabilité, par les mêmes mécanismes qu'en PVE, des couches les plus perméables. Le but est de rendre plus homogène le profil vertical de perméabilité du puits traité avant l'injection d'un autre composé. Cet autre composé peut être par exemple une phase aqueuse acide dans le cas d'un traitement d'acidification visant à augmenter la productivité d'un puits producteur ou bien un agent de contrôle de mobilité dans le cas d'un traitement de contrôle de profil d'un puits injecteur préalable à une opération de RAH. Les produits injectés dans le cas d'opération de contrôle de profil sont souvent appelés "agents de diversion". Profile control treatments may concern producing wells or injection wells. They are also generally based on the injection of aqueous polymer gels in order to reduce the permeability, by the same mechanisms as PVE, of the most permeable layers. The aim is to make the vertical permeability profile of the treated well more homogeneous before the injection of another compound. This other compound may be, for example, an acidic aqueous phase in the case of an acidification treatment aimed at increasing the productivity of a production well or a mobility control agent in the case of a profile control treatment. an injector well prior to a RAH operation. Products injected in the case of profile control operation are often referred to as "diversion agents".
L'utilisation de polymères hydrophobiquement associatifs (PHA) pour les deux 25 types d'applications citées en exemple ci-dessus a déjà été proposée. Les PHA sont des polymères dont le squelette est hydrophile mais qui comportent, le long des chaînes, de faibles quantités (quelques pourcents molaire) de monomères hydrophobes susceptibles de s'associer dans l'eau sous la forme de nano domaines hydrophobes, également appelés "liens hydrophobes". Ceux-ci agissent comme 30 des points de réticulation temporaires et confèrent aux PHA des propriétés très intéressantes, notamment en ce qui concerne leur rhéologie et leur adsorption sur des surfaces. The use of hydrophobically associative polymers (PHAs) for the two types of applications exemplified above has already been proposed. PHAs are polymers whose backbone is hydrophilic but which comprise, along the chains, small amounts (a few mole percent) of hydrophobic monomers capable of associating in water in the form of hydrophobic nano-domains, also called " hydrophobic bonds ". These act as temporary crosslinking points and give the PHAs very interesting properties, especially with respect to their rheology and adsorption on surfaces.
Les viscosités des solutions de PHA en régime concentré sont ainsi significativement plus élevées aux faibles gradients de cisaillement que celles de solutions de polymères non associatifs équivalents à la même concentration. Cette propriété majeure permet d'envisager, pour l'application RAH, des rapports de mobilité beaucoup plus favorables qu'avec des polymères conventionnels aux mêmes concentrations. De plus, puisque les points de réticulation entre les chaînes de PHA mettent en jeu de faibles énergies, ils peuvent être rompus de manière réversible sous l'effet du cisaillement. Les solutions de PHA ont ainsi un caractère rhéo-fluidifiant nettement plus marqué que des solutions de polymères non associatifs équivalents, ce qui favorise leur injectivité dans les puits. Enfin, de manière générale, des viscosités importantes à bas gradient sont obtenues avec des chaînes de PHA nettement plus courtes que les chaînes de polymères classiques habituellement utilisées en récupération tertiaire. Les solutions de PHA présentent donc, intrinsèquement, une meilleure résistance à la dégradation mécanique que les solutions de polymères classiques. L'utilisation de PHA comme agents de contrôle de mobilité a été proposée dès le début des années 1980 (US-4529523, US-4432881, WO-85/03510, US-4702319, US-4709759, US-4638865, US-4780517, US-4852652, US-4861499), et plusieurs études expérimentales en milieux poreux ont été réalisées (Taylor, K. C., Nasr-el-Din, H. A.: "Water-soluble hydrophobically associating polymers for improved oil recovery". Journal of Physical Chemistry B, 19, 265-280 (1998)). The viscosities of concentrated-phase PHA solutions are thus significantly higher at low shear gradients than those of non-associative polymer solutions equivalent at the same concentration. This major property makes it possible to envisage, for the RAH application, mobility ratios that are much more favorable than with conventional polymers at the same concentrations. In addition, since the cross-linking points between the PHA chains involve low energies, they can be reversibly broken by shearing. The PHA solutions thus have a rheo-fluidizing character markedly more marked than equivalent non-associative polymer solutions, which favors their injectivity in the wells. Finally, in general, significant low gradient viscosities are obtained with PHA chains much shorter than conventional polymer chains usually used in tertiary recovery. PHA solutions therefore intrinsically have better resistance to mechanical degradation than conventional polymer solutions. The use of PHAs as mobility control agents has been proposed since the early 1980s (US-4529523, US-4432881, WO-85/03510, US-4702319, US-4709759, US-4638865, US-4780517). , US-4852652, US-4861499), and several experimental studies in porous media have been performed (Taylor, KC, Nasr-el-Din, HA: "Water-soluble hydrophobically associating polymers for improved oil recovery." Journal of Physical Chemistry B, 19, 265-280 (1998)).
Concernant les propriétés d'adsorption sur les surfaces, les PHA présentent un comportement très différent de celui classiquement observé avec des polymères hydrosolubles: les isothermes d'adsorption des PHA ne tendent pas vers un plateau lorsque la concentration en polymères augmente (Volpert, E., Selb, J., Candau, F., Green, N., Argillier, J. F., Bai, B., Audibert, A.: "Adsorption of Hydrophobically Associating Polyacrylamides on Clay". Langmuir, 14, 1870-1879 (1998).). Cette adsorption particulière résulte de la formation de liens hydrophobes entre les couches successives de chaînes adsorbées. Ainsi, une première couche de PHA adsorbés se forme de la même manière que pour des polymères non associatifs, c'est-à-dire notamment par l'intermédiaire de liaisons de type Van der Waals avec la surface. Par la suite, des chaînes de PHA supplémentaires viennent se lier à celles de la première couche sans être en contact avec la surface, par l'intermédiaire de liens hydrophobes avec les groupements hydrophobes des chaînes déjà adsorbées. Des multicouches peuvent ainsi se former, ce qui explique l'adsorption particulière des PHA. Ce mécanisme est pertinent aussi bien pour l'adsorption statique sur des surfaces (poudres, ...) que pour l'adsorption à la surface des pores ou des seuils de pore dans les milieux poreux. Cette adsorption importante présente un intérêt pour les applications de type traitement de puits parce qu'elle permet d'obtenir des réductions de perméabilité plus importantes que celles provoquées par l'adsorption de polymères non associatifs. Les PHA présentent en outre un avantage par rapport aux gels physiques: l'utilisation de ces derniers demande en effet de maîtriser la cinétique de gélification, afin d'assurer une bonne injectivité et une bonne propagation en profondeur. Les solutions de PHA sont, en revanche, cinétiquement stables. L'utilisation de PHA pour les opérations de traitement de puits a fait l'objet de travaux détaillés, et connaît des applications industrielles (Eoff et al., Dalrymple et al., Reddy et al., Al Taq et al.). Le contrôle de l'adsorption et implicitement de l'injectivité restent cependant des points sensibles pour une bonne efficacité du procédé en PVE ou en contrôle de profil. As regards adsorption properties on surfaces, the PHAs exhibit a behavior very different from that conventionally observed with water-soluble polymers: the adsorption isotherms of the PHAs do not tend towards a plateau when the concentration of polymers increases (Volpert, E. , Selb, J., Candau, F., Green, N., Argillier, JF, Bai, B., Audibert, A .: "Adsorption of Hydrophobically Associating Polyacrylamides on Clay." Langmuir, 14, 1870-1879 (1998) .). This particular adsorption results from the formation of hydrophobic bonds between the successive layers of adsorbed chains. Thus, a first layer of adsorbed PHA is formed in the same way as for non-associative polymers, that is to say in particular via Van der Waals type bonds with the surface. Subsequently, additional PHA chains bind to those of the first layer without being in contact with the surface, via hydrophobic bonds with the hydrophobic groups of already adsorbed chains. Multilayers can thus be formed, which explains the particular adsorption of the PHAs. This mechanism is relevant both for static adsorption on surfaces (powders, etc.) and for adsorption on the pore surface or pore thresholds in porous media. This important adsorption is of interest for well treatment type applications because it makes it possible to obtain greater reductions in permeability than those caused by the adsorption of non-associative polymers. PHAs also have an advantage over physical gels: the use of these requires indeed to control the kinetics of gelling, to ensure good injectivity and good propagation in depth. PHA solutions, on the other hand, are kinetically stable. The use of PHA for well treatment operations has been the subject of detailed work, and has industrial applications (Eoff et al., Dalrymple et al., Reddy et al., Al Taq et al.). The control of the adsorption and implicitly of the injectivity remain however sensitive points for a good efficiency of the process in PVE or in control of profile.
La présente invention se situe dans la problématique de l'adsorption des PHA sur les surfaces, qui est un paramètre déterminant aussi bien pour le succès des opérations RAH que pour les opérations de traitement de puits. En RAH, en effet, une adsorption forte n'est pas souhaitable. Elle peut, en premier lieu, pénaliser sévèrement l'injectivité et la propagation en profondeur des PHA. De plus, elle est défavorable d'un point de vue économique puisque la matière adsorbée ne contribue plus à la viscosité de la phase aqueuse, ce qui augmente le rapport de mobilité. En traitement de puits, une adsorption forte des PHA est nécessaire pour assurer des réductions de perméabilité à l'eau significatives, mais un contrôle de l'adsorption est indispensable pour assurer une bonne injectivité et une bonne propagation en profondeur des PHA. The present invention is in the problem of the adsorption of PHA on surfaces, which is a parameter that determines both the success of the RAH operations and the well treatment operations. In RAH, indeed, a strong adsorption is not desirable. It can, in the first place, severely penalize injectivity and the deep propagation of PHAs. In addition, it is unfavorable from an economic point of view since the adsorbed material no longer contributes to the viscosity of the aqueous phase, which increases the mobility ratio. In well treatment, strong adsorption of PHA is necessary to ensure significant reductions in water permeability, but adsorption control is essential to ensure good injectivity and good deep propagation of PHAs.
La présente invention concerne les cas où l'injection de PHA dans un puits, que ce soit pour une opération de RAH ou de traitement de puits ou tout autre opération, affecte l'injectivité ou la productivité du puits du fait d'une adsorption plus élevée que prévue des PHA. Un des objets de l'invention est de fournir une méthode de restauration de l'endommagement de la formation rocheuse du voisinage du puits, qui permet de récupérer un niveau de perméabilité proche de celle d'origine, c'est-à-dire avant injection de PHA. The present invention relates to cases where the injection of PHA into a well, whether for an ARD or well-treatment operation or any other operation, affects the injectivity or productivity of the well due to greater adsorption. higher than expected PHA. One of the objects of the invention is to provide a method of restoring damage to the rock formation in the vicinity of the well, which makes it possible to recover a level of permeability close to that of origin, that is to say before PHA injection.
Ainsi, la présente invention concerne une méthode de restauration de la perméabilité dégradée d'une roche poreuse, dans laquelle on effectue les étapes suivantes: - on traverse ladite roche par la circulation d'au moins une solution aqueuse contenant des polymères associatifs, - on traite ladite roche en y injectant une solution aqueuse d'au moins un tensioactif à une concentration déterminée pour faire disparaître les liens hydrophobes entre chaînes de polymères associatifs. La concentration en tensioactifs peut être déterminée en fonction de la concentration micellaire critique du tensioactif. Thus, the present invention relates to a method for restoring the degraded permeability of a porous rock, in which the following steps are carried out: - crossing said rock by the circulation of at least one aqueous solution containing associative polymers, - treats said rock by injecting an aqueous solution of at least one surfactant at a determined concentration to remove the hydrophobic bonds between chains of associative polymers. The concentration of surfactants can be determined as a function of the critical micellar concentration of the surfactant.
La concentration en tensioactifs peut être voisine de la concentration micellaire critique du tensioactif. La concentration en tensioactifs peut être comprise entre 2 et 5 fois la concentration micellaire critique du tensioactif. La méthode selon l'invention peut être mise en oeuvre à la suite d'un traitement des venues d'eau dans un réservoir au moyen de polymères associatifs, d'un traitement de profils de perméabilité au moyen de polymères associatifs, ou d'une opération de balayage des hydrocarbures contenus dans une roche, au moyen de polymères associatifs. Selon la méthode, on peut restaurer la perméabilité des roches poreuses aux abords d'un puits. The concentration of surfactants may be close to the critical micellar concentration of the surfactant. The concentration of surfactants can be between 2 and 5 times the critical micellar concentration of the surfactant. The method according to the invention can be implemented following a treatment of water inflow in a reservoir by means of associative polymers, a treatment of permeability profiles by means of associative polymers, or a hydrocarbon scanning operation contained in a rock, using associative polymers. Depending on the method, the permeability of porous rocks around a well can be restored.
Les interactions entre parties hydrophobes des tensioactifs et groupements hydrophobes des PHA sont responsables de modifications importantes des propriétés rhéologiques des solutions de PHA. En fonction de la concentration en tensioactifs dans la solution de PHA, deux régimes peuvent être distingués : - à faible concentration, les molécules de tensioactifs ont tendance à s'associer aux groupements hydrophobes des chaînes et à renforcer les liens hydrophobes. Il en résulte une augmentation de la viscosité de la solution de PHA. - lorsque la concentration en tensioactifs atteint et dépasse une certaine valeur, par exemple de l'ordre de grandeur de la concentration micellaire critique du tensioactif mesurée en l'absence de PHA, un maximum puis une diminution de la viscosité sont observés. Pour des concentrations en tensioactifs encore plus importantes, la viscosité atteint une valeur plateau, qui est plus faible que la viscosité initiale de la solution de PHA sans tensioactifs. Ce comportement est interprété par la formation de micelles mixtes entre groupements hydrophobes des chaînes et molécules de tensioactifs. Lorsque la concentration en tensioactifs augmente, les molécules de tensioactifs deviennent de plus en plus dominantes dans les micelles, jusqu'à ce qu'il n'y ait plus qu'un groupement hydrophobe par micelle. Les liens hydrophobes entre chaînes de polymères, qu'ils soient intra ou inter chaînes disparaissent donc, et la viscosité de la solution se rapproche de celle d'une solution de polymères non associatifs, de squelette équivalent à celui des PHA. The interactions between the hydrophobic parts of the surfactants and the hydrophobic groups of the PHAs are responsible for significant modifications of the rheological properties of the PHA solutions. Depending on the concentration of surfactants in the PHA solution, two regimes can be distinguished: at low concentration, the surfactant molecules tend to associate with the hydrophobic groups of the chains and to reinforce the hydrophobic bonds. This results in an increase in the viscosity of the PHA solution. when the concentration of surfactants reaches and exceeds a certain value, for example of the order of magnitude of the critical micellar concentration of the surfactant measured in the absence of PHA, a maximum and then a decrease in the viscosity are observed. For even higher surfactant concentrations, the viscosity reaches a plateau value, which is lower than the initial viscosity of the PHA solution without surfactants. This behavior is interpreted by the formation of mixed micelles between hydrophobic groups of the chains and molecules of surfactants. As the concentration of surfactants increases, the surfactant molecules become more and more dominant in the micelles, until there is only one hydrophobic group per micelle. The hydrophobic bonds between polymer chains, whether they are intra or inter-chains, therefore disappear, and the viscosity of the solution approaches that of a solution of non-associative polymers, with a skeleton equivalent to that of the PHAs.
L'utilisation de mélanges PHA et tensioactifs a été proposée pour les applications en RAH (Evani US-4814096, Varadaraj et al. US Pat. 0020531/2001), avec comme objectif d'augmenter la viscosité de la phase aqueuse injectée pour améliorer les rapports de mobilité. Il est clair que, pour qu'un mélange PHA/tensioactifs soit plus performant en termes de contrôle de mobilité qu'une solution de PHA seule, le choix de la concentration en tensioactifs optimale est essentiel. The use of PHA and surfactant mixtures has been proposed for RAH applications (Evani US Pat. mobility reports. It is clear that for a PHA / surfactant mixture to be more efficient in terms of mobility control than a PHA solution alone, the choice of optimal surfactant concentration is essential.
Selon l'invention, qui consiste à injecter une solution de tensioactifs dans le puits préalablement traité par des PHA. La concentration de la solution de tensioactifs doit être suffisante pour faire disparaître les liens hydrophobes entre chaînes de polymères associatifs. Pour cela, des tests en laboratoire peuvent être effectués pour déterminer la concentration optimale de tensioactif. Elle peut, par exemple, être plusieurs fois supérieure à la concentration micellaire critique. De cette manière, conformément au mécanisme des interactions entre PHA et tensioactifs, les liens hydrophobes entre groupements hydrophobes des chaînes de PHA adsorbées disparaissent au profit de l'intégration des groupements hydrophobes dans des micelles mixtes. Il s'ensuit, dans toute la formation au voisinage du puits mise en contact avec la solution de tensioactif concentrée, une désorption des chaînes de PHA non directement adsorbées sur la surface des pores. Une fois le traitement avec tensioactifs terminé, l'endommagement résiduel de la formation est celui correspondant à une monocouche de polymères adsorbés, qui se traduit par une réduction de perméabilité beaucoup moins importante que celle obtenue sans injection de tensioactifs. Cependant, l'invention n'exclut pas que la concentration utile en tensioactif soit inférieure à sa concentration micellaire critique, ou voisine. According to the invention, which consists in injecting a solution of surfactants into the well previously treated with PHA. The concentration of the surfactant solution must be sufficient to remove the hydrophobic bonds between chains of associative polymers. For this, laboratory tests can be performed to determine the optimal concentration of surfactant. It may, for example, be several times greater than the critical micelle concentration. In this way, in accordance with the mechanism of the interactions between PHA and surfactants, the hydrophobic bonds between hydrophobic groups of the adsorbed PHA chains disappear in favor of the integration of the hydrophobic groups in mixed micelles. As a result, throughout the formation in the vicinity of the well contacted with the concentrated surfactant solution, desorption of the PHA chains not directly adsorbed on the surface of the pores. Once the surfactant treatment is complete, the residual damage to the formation is that corresponding to a monolayer of adsorbed polymers, which results in a much lower permeability reduction than that obtained without injection of surfactants. However, the invention does not exclude that the concentration useful surfactant is less than its critical micelle concentration, or neighboring.
Les conditions de réservoir dans lesquelles la méthode proposée peut être appliquée sont quelconques. Elles englobent en particulier des températures pouvant aller jusqu'à 300°C et des pressions pouvant aller jusqu'à 1000 bars. Les faciès de roche sont également quelconques. Ils comprennent notamment les roches de type gréseuses et les roches de type carbonatées. L'invention met en jeu des PHA au sens large, qui peuvent être constitués par une 5 grande variété de monomères hydrophiles et de monomères hydrophobes, et qui peuvent être préparés par différentes méthodes. Parmi les méthodes de synthèse, on citera, de manière non exhaustive : - la post-modification, qui consiste à greffer des groupements hydrophobes sur des chaînes polymères hydrophiles préexistantes (Feng, Y., Billon, L., Grassl, B., Khoukh, A., 10 François, J.: "Hydrophobically associating polyacrylamides and their partially hydrolyzed derivatives prepared by post-modification. 1. Synthesis and characterization". Polymer, 43-7, 2055-2064 (2002)), - la copolymérisation micellaire, qui consiste à polymériser simultanément en solution aqueuse les monomères hydrophiles et les monomères hydrophobes, ces derniers 15 étant solubilisés dans des micelles (Bastiat, G., Grassl, B., François, J.: "Micellar copolymerization of associative polymers: Study of the effect of acrylamide on sodium dodecyl sulfate-poly(propylene oxide) methacrylate mixed micelles". Journal of Colloid and Interface Science, 289, 359-370 (2005)). The reservoir conditions in which the proposed method can be applied are any. They include in particular temperatures up to 300 ° C and pressures up to 1000 bar. Rock facies are also unspecified. They include rocky type rocks and carbonate type rocks. The invention involves broad-ranging PHAs, which can be a wide variety of hydrophilic monomers and hydrophobic monomers, and which can be prepared by a variety of methods. Among the synthetic methods, mention may be made, in a non-exhaustive manner: - post-modification, which consists of grafting hydrophobic groups onto pre-existing hydrophilic polymer chains (Feng, Y., Billon, L., Grassl, B., Khoukh , A., François, J .: "Hydrophobically associating polyacrylamides and their partially hydrolyzed derivatives prepared by post-modification 1. Synthesis and characterization", Polymer, 43-7, 2055-2064 (2002)), - micellar copolymerization which consists in simultaneously polymerizing in aqueous solution the hydrophilic monomers and the hydrophobic monomers, the latter being solubilized in micelles (Bastiat, G., Grassl, B., François, J.: "Micellar copolymerization of associative polymers: Study of the effect of acrylamide on sodium dodecyl sulfate-poly (propylene oxide) methacrylate mixed micelles "Journal of Colloid and Interface Science, 289, 359-370 (2005)).
20 La masse molaire des PHA peut être comprise entre environ 20.103 et environ 20.106 g/mol. Les chaînes sont constituées par un ou plusieurs types de monomères hydrophiles et par un ou plusieurs types de monomères hydrophobes. Les fractions molaires totales en monomères hydrophobes peuvent varier entre environ 0,05% et environ 10%, préférentiellement entre 0,1% et 3%. 25 Les monomères hydrophiles pouvant être utilisés sont cités dans la liste suivante, non exhaustive : l'acrylamide, le méthacrylamide, l'acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (AMPS), l'acide acrylique, le N,N-diméthylacrylamide, le diméthylaminoéthyl méthacrylate (DMAEMA), le diméthylaminopropyl méthacrylamide, l'hydroxyéthyl acrylate (éthylene glycol monoacrylate), le vinyl pyrrolidone et le chlorure de 30 triméthylammoniumméthyl méthacrylate. Dans le cas de la synthèse par post-modification, les chaînes hydrophiles préexistantes peuvent être de différentes natures chimiques, parmi lesquelles l'ensemble des polymères obtenus en polymérisant un ou plusieurs des types de monomères qui viennent d'être cités ainsi que, de manière non-limitative: l'oxyde de polyéthylène (ou polyéthylène glycol), les éthers de cellulose (comme l'hydroxyéthylcellulose), les polysaccharides naturels (comme les gommes de guar), et l'alcool polyvinylique. Des exemples de monomères hydrophobes qui peuvent être utilisés comprennent, mais ne sont pas limités à: les acrylates d'alkyles, les méthacrylates d'alkyles, les acrylamides d'alkyles, les méthacrylamides d'alkyles, les bromures de diméthylammoniuméthyl méthacrylate d'alkyles, les chlorures de diméthylammoniuméthyl méthacrylate d'alkyles, les iodures de diméthylammoniuméthyl méthacrylate d'alkyles, les bromures de diméthylammoniumpropyl méthacrylamide d'alkyles, les chlorure de diméthylammoniumpropyl méthacrylamide d'alkyles et les iodures de diméthylammoniumpropyl méthacrylamide d'alkyles. Les chaînes alkyles citées ci-dessous peuvent être branchées ou non et peuvent comprendre entre environ 4 et 25 atomes de carbone. The molar mass of the PHA can range from about 20 × 10 3 to about 20 × 10 6 g / mol. The chains consist of one or more types of hydrophilic monomers and one or more types of hydrophobic monomers. The total molar fractions in hydrophobic monomers may vary between about 0.05% and about 10%, preferably between 0.1% and 3%. The hydrophilic monomers which can be used are listed in the following non-exhaustive list: acrylamide, methacrylamide, 2-acrylamido-2-methylpropanesulphonic acid (AMPS), acrylic acid, N, N-dimethylacrylamide dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA), dimethylaminopropyl methacrylamide, hydroxyethyl acrylate (ethylene glycol monoacrylate), vinyl pyrrolidone and trimethylammonium methyl methacrylate chloride. In the case of post-modification synthesis, the pre-existing hydrophilic chains may be of different chemical natures, among which all of the polymers obtained by polymerizing one or more of the types of monomers which have just been mentioned, as well as non-limiting: polyethylene oxide (or polyethylene glycol), cellulose ethers (such as hydroxyethylcellulose), natural polysaccharides (such as guar gums), and polyvinyl alcohol. Examples of hydrophobic monomers that may be used include, but are not limited to: alkyl acrylates, alkyl methacrylates, alkyl acrylamides, alkyl methacrylamides, alkyl dimethyl ammonium methyl methacrylate bromides alkyl dimethylammoniumethyl methacrylate chlorides, alkyl dimethylammoniumethyl methacrylate iodides, alkyl dimethylammoniumpropyl methacrylamide bromides, alkyl dimethylammoniumpropyl methacrylamide chloride and alkyl dimethylammoniumpropyl methacrylamide iodides. The alkyl chains mentioned below may or may not be branched and may comprise between about 4 and 25 carbon atoms.
L'invention n'est pas limitée à des tensioactifs d'une nature chimique particulière. Ces derniers sont des systèmes composés d'un ou plusieurs types de molécules présentant des propriétés tensioactives au sens large. Ils peuvent être ioniques ou non ioniques. Des exemples de familles de molécules tensioactives sont, de manière non limitative: les alcools gras polyéthoxylés, les sels de métaux alcalins de sulfate d'alkyle éthoxy et les bromures de triméthyl ammonium d'alkyle. The invention is not limited to surfactants of a particular chemical nature. These are systems composed of one or more types of molecules with surfactant properties in the broad sense. They can be ionic or nonionic. Examples of families of surfactant molecules are, without limitation: polyethoxylated fatty alcohols, alkali metal salts of alkyl ethoxy sulphate and trimethyl ammonium bromides.
L'exemple présenté ci-dessous démontre l'effet positif sur la perméabilité de l'injection de tensioactifs dans un milieu poreux dans lequel des PHA ont préalablement été injectés et se sont fortement adsorbés. The example presented below demonstrates the positive effect on the permeability of the injection of surfactants in a porous medium in which PHAs were previously injected and strongly adsorbed.
L'expérience rapportée dans cet exemple a été réalisée avec des PHA préparés par copolymérisation micellaire. Les PHA sont des polyacrylamides comprenant 20% en fraction molaire de groupements AMPS et 1% en fraction molaire d'acrylamide d'alkyle à 12 atomes de carbone. Leur masse molaire est proche de Mw = 7.105 g/mol avec un indice de polydispersité Ip = 2 . The experiment reported in this example was performed with PHA prepared by micellar copolymerization. The PHAs are polyacrylamides comprising 20% by mole fraction of AMPS groups and 1% by mole fraction of 12-carbon alkyl acrylamide. Their molar mass is close to Mw = 7.105 g / mol with a polydispersity index Ip = 2.
Le tensioactif utilisé est un tensioactif non ionique composé d'un mélange d'alcool gras polyéthoxylés. Ce tensioactif est commercialisé par la société Clariant sous le nom de "Genapol 0 120". The surfactant used is a nonionic surfactant composed of a polyethoxylated fatty alcohol mixture. This surfactant is marketed by Clariant under the name "Genapol 0 120".
Toutes les solutions ont été préparées dans une saumure composée d'eau ultra pure de qualité Milli-Q avec 1 g/L de NaCl et 0,4 g/L de NaN3, utilisé comme bactéricide. L'expérience a été effectuée sur un milieu poreux modèle constitué de grains à arrêtes vives de carbure de silicium (SiC). L'adsorption de polymères hydrosolubles sur du SiC a été largement étudiée dans le passé (Zitha P.L.J., Chauveteau, G., Léger, L.: "Unsteady-State Flow of Flexible Polymers in Porous Media", J. of Colloïd and Interf. Sci., 234, 269-283 (2001).). La perméabilité, la porosité et le diamètre hydrodynamique moyen des pores du milieu poreux utilisé étaient respectivement: 1100+100 mD, 40+1% et d,, =11 1 m. La cellule porte-échantillon était équipée de prises de pression intermédiaires permettant la mesure des pertes de charges (notée 4P) sur différentes sections, notamment, internes du milieu poreux, ce qui permettait d'étudier à la fois les effets de colmatage de la face d'entrée et la propagation en profondeur des fluides complexes injectés. Le milieu poreux utilisé avait une longueur de 10 cm pour un diamètre de 1,5 cm. Les prises de pression intermédiaires permettaient de mesurer dP entre 0 - 2 cm, 2 - 5 cm et 5 - 10 cm, de la longueur du milieu poreux, dans le sens de l'écoulement. L'expérience a été effectuée à une température T=30°C. All solutions were prepared in a brine composed of Milli-Q grade ultrapure water with 1 g / L NaCl and 0.4 g / L NaN3, used as a bactericide. The experiment was carried out on a model porous medium consisting of sharp grains of silicon carbide (SiC). The adsorption of water-soluble polymers on SiC has been widely studied in the past (Zitha PLJ, Chauveteau, G., Léger, L. "Unsteady-State Flow of Flexible Polymers in Porous Media", J. of Colloid and Interf. Sci., 234, 269-283 (2001).). The permeability, porosity and average hydrodynamic diameter of the pores of the porous medium used were 1100 + 100 mD, 40 + 1% and d = 11 m, respectively. The sample cell was equipped with intermediate pressure taps allowing the measurement of the losses of loads (denoted 4P) on different sections, in particular, internal of the porous medium, which made it possible to study at the same time the effects of clogging of the face of entry and the deep propagation of the injected complex fluids. The porous medium used was 10 cm long and 1.5 cm in diameter. The intermediate pressure taps made it possible to measure dP between 0 - 2 cm, 2 - 5 cm and 5 - 10 cm, of the length of the porous medium, in the direction of flow. The experiment was carried out at a temperature T = 30 ° C.
La solution de PHA préparée pour l'injection en milieu poreux avait une concentration de Cpo1 400 mg/L, pour une viscosité relative il, 2. Le choix d'une solution diluée se justifie par le fait que l'expérience était destinée uniquement à étudier l'adsorption des polymères. La solution de tensioactifs préparée pour l'injection en milieu poreux avait une concentration CTA 100 mg/L, soit une concentration nettement supérieure à la concentration micellaire critique, qui est de l'ordre de 25 mg/L. Avant les injections de PHA et de tensioactif, le milieu poreux a été saturé avec la saumure à 1 g/L NaCI et 0,4 g/L NaN3, puis sa perméabilité a été mesurée à différents débits, en utilisant la même saumure. Le milieu poreux a ensuite été laissé sous écoulement de la saumure à un débit de 2 cm3/h, pendant un temps correspondant à l'injection de plusieurs volumes de pore. Des injections de solutions de PHA, de tensioactifs, et de la saumure à 1 g/L NaCl et 0.4 g/L NaN3 ont été effectuées par la suite, à un débit de 2 cm3/h. The PHA solution prepared for injection into a porous medium had a concentration of Cpo1 400 mg / L, for a relative viscosity λ1. The choice of a dilute solution is justified by the fact that the experiment was intended solely for to study the adsorption of polymers. The surfactant solution prepared for injection into a porous medium had a CTA concentration of 100 mg / L, a concentration well above the critical micelle concentration, which is of the order of 25 mg / L. Prior to the PHA and surfactant injections, the porous medium was saturated with brine to 1 g / L NaCl and 0.4 g / L NaN3, then its permeability was measured at different flow rates, using the same brine. The porous medium was then left under brine flow at a rate of 2 cm 3 / h, for a time corresponding to the injection of several pore volumes. Injections of PHA solutions, surfactants, and brine to 1 g / L NaCl and 0.4 g / L NaN3 were subsequently made at a flow rate of 2 cm3 / h.
Les étapes effectuées sont les suivantes : - injection de la solution de PHA pendant une durée correspondant à environ 1 volume de pore, puis injection de la saumure pendant une durée correspondant à plusieurs volumes de pore afin de déplacer toutes les chaînes non adsorbées; - injection de la solution de tensioactifs. The steps performed are as follows: injection of the PHA solution for a period corresponding to approximately 1 volume of pore, then injection of the brine for a duration corresponding to several pore volumes in order to displace all the non-adsorbed chains; injection of the surfactant solution.
Les résultats sont présentés en termes de réduction de mobilité (Rm), également appelée facteur de résistance (RF). Les réductions de mobilités sont calculées en divisant les pertes de charges zPpo1 ou .APTA mesurées au cours de l'injection de PHA ou de tensioactifs par les pertes de charge APYef mesurées au cours de l'injection de référence de saumure. Au cours d'une injection de polymère, une augmentation de Rm résulte à la fois de l'augmentation de viscosité de la solution injectée et de la réduction de la perméabilité liée à la réduction de la taille des pores provoquée par l'adsorption des chaînes. Au cours de l'injection de tensioactifs, puisque la viscosité de la solution de tensioactifs est proche de celle de la saumure, les courbes de Rm sont représentatives de la variation de la réduction de perméabilité du milieu poreux, notée Rk ou facteur de résistance résiduelle (RRF). The results are presented in terms of mobility reduction (Rm), also called resistance factor (RF). The mobility reductions are calculated by dividing the zPpo1 or .APTA pressure losses measured during the injection of PHA or surfactants by the APYef pressure losses measured during the reference brine injection. During a polymer injection, an increase in Rm results from both the increase in viscosity of the injected solution and the reduction in permeability related to the reduction in pore size caused by the adsorption of the chains. . During the injection of surfactants, since the viscosity of the surfactant solution is close to that of the brine, the Rm curves are representative of the variation in the permeability reduction of the porous medium, denoted Rk or residual resistance factor. (RRF).
La Figure unique présente les courbes de réductions de mobilités Rm obtenues au cours de l'injection de la solution de tensioactifs sur les différentes sections du milieu poreux en fonction du nombre de volumes de pore injectés (# PVI) de la solution de tensioactifs. Les valeurs de Rm au début de l'injection de la solution de tensioactifs sont environ 15, 9 et 6, respectivement sur les sections 0-2 cm, 2-5 cm et 5-10 cm. Ceci indique que, avant l'injection de tensioactifs, la perméabilité du milieu poreux est réduite par rapport à la perméabilité initiale d'un facteur environ 15 sur la section 0-2 cm, d'un facteur environ 9 sur la section 2-5 cm et d'un facteur environ 6 sur la section 5-10 cm. Cette réduction de perméabilité provient de l'existence de couches de PHA qui ont été adsorbées sur la surface des pores lors de l'injection préalable de la solution de PHA. The single figure shows the mobility reduction curves Rm obtained during the injection of the surfactant solution on the different sections of the porous medium as a function of the number of injected pore volumes (# PVI) of the surfactant solution. The Rm values at the beginning of the injection of the surfactant solution are approximately 15, 9 and 6, respectively on the 0-2 cm, 2-5 cm and 5-10 cm sections. This indicates that prior to injection of surfactants, the permeability of the porous medium is reduced from the initial permeability by a factor of about 15 over the 0-2 cm section by a factor of about 9 on section 2-5. cm and a factor of about 6 on the section 5-10 cm. This permeability reduction results from the existence of PHA layers which have been adsorbed on the pore surface during the prior injection of the PHA solution.
Les augmentations transitoires de Rm observées au cours de l'injection de la solution de tensioactifs sont provoquées par la désorption des chaînes de PHA qui entraîne une augmentation de la viscosité du liquide s'écoulant dans le milieu poreux. Lorsque tous les PHA désorbés sortent du milieu poreux, la viscosité diminue et tend vers celle de la solution de tensioactifs, voisine elle-même de la viscosité de la saumure de référence. Les passages pendant lesquels les courbes de Rm sur les sections 0-2 cm et 2-5 cm apparaissent constantes correspondent à une saturation transitoire des capteurs de pressions utilisés pour mesurer les pertes de charges. The transient increases in Rm observed during injection of the surfactant solution are caused by the desorption of the PHA chains which results in an increase in the viscosity of the liquid flowing in the porous medium. When all the desorbed PHAs leave the porous medium, the viscosity decreases and tends towards that of the surfactant solution, itself close to the viscosity of the reference brine. The passages during which the Rm curves on the 0-2 cm and 2-5 cm sections appear constant correspond to a transient saturation of the pressure sensors used to measure the pressure drops.
Après l'injection de environ 10 volumes de pore de solution de tensioactifs, les valeurs finales de Rm sont proches de l'unité sur toutes les sections. Ceci indique que la perméabilité sur toutes les sections est proche de la perméabilité initiale du milieu poreux. Le fait que les valeurs de Rm soient légèrement supérieures à 1 indique l'existence d'une monocouche résiduelle de PHA adsorbée directement sur la surface des pores. 25 After the injection of about 10 pore volumes of surfactant solution, the final Rm values are close to unity on all sections. This indicates that the permeability on all sections is close to the initial permeability of the porous medium. The fact that the Rm values are slightly greater than 1 indicates the existence of a residual monolayer of PHA adsorbed directly on the surface of the pores. 25
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FR2967686A1 (en) * | 2010-11-23 | 2012-05-25 | IFP Energies Nouvelles | Assisted recovery of hydrocarbons in reservoir rock, comprises preparing aqueous solution i.e. polymer and surfactant, determining e.g. nature, inhibiting polymer hydrophobic links in reservoir rock, and increasing viscosity of solution |
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US20020161087A1 (en) * | 2001-02-20 | 2002-10-31 | Caroline Heitz | Hydraulic fracturing fluid comprising a block copolymer containing at least one water-soluble block and one hydrophobic block |
DE102006003201A1 (en) * | 2006-01-24 | 2007-07-26 | Basf Construction Polymers Gmbh | Reducing viscosity of polymer thickened aqueous phase with crude oil and/or natural gas, comprises forming highly liquid emulsion with water as continuous phase, where emulsion is formed by adding surface active component to system |
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