FR2551451A1 - Composition d'injection pour le colmatage ou la consolidation des sols - Google Patents
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Abstract
A TITRE DE PRODUIT INDUSTRIEL NOUVEAU, UNE COMPOSITION NOTAMMENT DESTINEE A ETRE INJECTEE DANS LE SOL, CARACTERISEE PAR LE FAIT QU'ELLE COMPREND UN SILICATE DE METAL ALCALIN ET AU MOINS UNE RESINE AMINOPLASTE HYDROSOLUBLE DANS LAQUELLE L'ALDEHYDE EST DU FORMALDEHYDE, DU GLYOXAL OU UN MELANGE DE GLYOXAL ET DE FORMALDEHYDE ET LE COMPOSE AZOTE EST DE L'UREE.
Description
La présente invention concerne une composition destinée notamment à être injectée dans le sol, soit pour le colmater, soit pour le consolider. Plus particulièrement, cette composition est destinée à la confection de fluides de colmatage des roches réservoirs des gisements pétrolifères.
Généralement, lors de la récupération assistée du pétrole, on injecte sous pression par un puits d'injection foré spécialement dans le gisement pétrolifère, un fluide de déplacement destiné à pousser le pétrole brut résiduel contenu dans les roches réservoirs vers les puits de production.
Pour obtenir une récupération maximale de pétrole, il est nécessaire que la perméabilité du gisement soit homogène, sinon le fluide de déplacement se fraye des cheminements préférentiels au travers des zones de haute perméabilité sans pénétrer dans les régions moins poreuses. Pour obvier à cet inconvénient, on a cherché à colmater les zones les plus perméables préalablement à l'injection du fluide de déplacement.
Pour ce faire, on s'est adressé à des fluides de colmatage contenant des composés gélifiables tels que ceux à base de silice.
Le colmatage par des gels de silice est connu et utilisé dans la récupération assistée du pétrole depuis de nombreuses années (brevet des Etats-Unis d'2\rnérique n" 3 375 872). Il est généralement effectué en deux étapes : dans une première étape, on injecte dans le gisement pétrolifère une solution aqueuse de silicate de métal alcalin, puis dans une seconde étape, on gélifie cette solution par injection d'une substance réactive.
I1 est connu d'utiliser des solutions aqueuses de silicates de sodium, de potassium ou de lithium à des concentrations pondérales variables de 0,1 à 10 % et présentant des rapports M2O/SiO2 divers (M représentant le métal alcalin) (brevets des Etats-Unis d'Amérique n" 3 805 893, 3 882 938 , 4 004 639, 4 069 869, 4 081 029).
La substance réactive de gélification est, soit un sel minéral tel que le chlorure de calcium (brevet des
Etats-Unis d'Amérique nO 3 658 131), le sulfate d'ammonium (brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 4 069 869), soit un dérivé organique halogéné tel que le trichloroacétate de sodium susceptible de se dégrader par hydrolyse en libérant un hydracide (brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 4 293 440), soit un aldéhyde à bas poids moléculaire tel que le formaldéhyde, le glyoxal, conduisant par réaction de Cannizzaro à un acide carboxylique (brevet des Etats
Unis d'Amérique nQ 4 069 869).
Etats-Unis d'Amérique nO 3 658 131), le sulfate d'ammonium (brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 4 069 869), soit un dérivé organique halogéné tel que le trichloroacétate de sodium susceptible de se dégrader par hydrolyse en libérant un hydracide (brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 4 293 440), soit un aldéhyde à bas poids moléculaire tel que le formaldéhyde, le glyoxal, conduisant par réaction de Cannizzaro à un acide carboxylique (brevet des Etats
Unis d'Amérique nQ 4 069 869).
Malgré que ces techniques de colmatage aient amélioré sensiblement la production de vieux gisements, le renchérissement constant des produits pétroliers depuis ces dernières années a conduit à rechercher des fluides de colmatage encore plus efficaces.
Le problème à résoudre consistait à obtenir, au meilleur prix, un fluide de colmatage atoxique, gélifiant en un temps contrôlable, variable de quelques minutes, à plusieurs heures, à des températures variables de 400C à plus de 1000C pour les gisements profonds, en donnant un gel stable dans le temps, à fort pouvoir d'étanchéité, c'est-à-dire, présentant un retrait et une synérèse les plus faibles possibles.
Les gels issus de la gélification de solutions aqueuses de polymères organiques tels que les polysaccharides ou les polyacrylamides (Earl V. ANDERSON Chem. Eng.
News, 12-13, 24 janvier 1977) se dégradent généralement lentement dans le temps et, de ce fait, sont à rejeter.
On s'est donc adressé aux gels polymères minéraux à base de silice. Pour transformer une solution aqueuse de silicates de métal alcalin en un geL polymère de silice, il est nécessaire de recourir à une substance réactive de gélification, appelée durcisseur par l'homme du mé- tier, de laquelle dépend, en partie, les qualités du gel obtenu. Lorsque cette substance réactive de gélification est un sel métallique ou un acide, on obtient une gélification trop rapide et, de ce fait, le gel est mal réparti dans la roche réservoir et l'injection du coulis est difficile, voire même impossible, en raison de l'augmentation de sa viscosité.
La substitution du sel métallique ou de l'acide par un produit organique halogéné dégradable, libérant par hydrolyse un hydracide conduit, pratiquement non pas à un gel, mais à une masse incohérente de silice présentant un taux de synérèse important probablement en raison d'une acidité trop élevée. Les durcisseurs à base d'aldéhyde à faible poids moléculaire présentent, quant à eux, des temps de prise inacceptables, soit trop longs dans le cas du formaldéhyde, soit trop courts dans le cas du glyoxal et dans tous les cas difficilement réglables pour des températures variables entre 400C et plus de 100"C.
La présente invention a donc pour but d ' apporter une solution satisfaisante au problème posé précédemment, c'est-à-dire de procurer une composition fluide destinée à être injectée dans le sol, soit pour le consolider, soit pour l'étancher, à base d'une solution aqueuse de silicate de métal alcalin et, susceptible de donner des gels atoxiques peu onéreux à fort pouvoir d'étanchéité, à retrait limité, à faibles taux de synérèse, stables dans le temps même s'ils sont soumis à des températures et à des pressions élevées et présentant un temps de prise réglable de quelques minutes à plusieurs heures à des températures comprises entre 400C et plus de 1000C.
Or, la demanderesse a constaté, avec étonnement, que certaines résines aminoplastes, solubles dans l'eau, dans lesquelles l'aldéhyde est du formaldéhyde, du glyoxal ou un mélange de glyoxal et du formaldéhyde et le composé azoté est de l'urée, en mélange avec des solutions aqueuses de silicate de métal alcalin, fournissent des gels de silice, stables dans le temps même à des températures et à des pressions élevées, atoxiques, peu onéreux, à fort pouvoir d'étanchéité, à retrait limité, à faibles taux de synérèse, et présentant des temps de prise élevés.
La composition destinée à être injectée dans le sol, selon la présente invention, est donc constituée d'une solution aqueuse de silicate de métal alcalin et d'au moins une résine aminoplaste hydrosoluble dans laquelle l'aldéhyde est du formaldéhyde, du glyoxal, ou un mélange de glyoxal et de formaldéhyde et le composé azoté est de 1 'urée.
Les solutions aqueuses de silicate de métal alcalin utilisées sont celles habituellement employées dans cette technique par l'hom- me de métier. C'est ainsi qu'une composition selon la présente invention contient pour 100 cm3, de 10 à 30 cm3 d'une solution aqueuse commerciale de silicate de sodium de rapport pondéral SiO2tNa20 égal à 3,35 et de densité coMprise entre 1,36 et 1,38.
L'expérience montre que les résines urée-glyoxal sont particulièrement efficaces dans la gamme de température 40-800C et que les résines uréeglyoxal-formaldéhyde conviennent bien pour des températures plus élevées comprises entre 80 et 1000C. Pour des températures suprieures à 100"C, on préférera les résines urée-formaldéhyde.
Des résines aminoplastes hydrosolubles de ce type sont connues et utilisées dans l'industrie textile comme résines de finition et certaines, sont, par exemple, décrites dans la littérature (S.L. UXIL,
Textile Research J., 1969, 39, 86-93 ; KIRK - OTHMER, Encyclopedia of
Chemical Technology, 3ème édition, volume 2, pages 454-456, John Wiley and Sons, New-York, 1979).
Textile Research J., 1969, 39, 86-93 ; KIRK - OTHMER, Encyclopedia of
Chemical Technology, 3ème édition, volume 2, pages 454-456, John Wiley and Sons, New-York, 1979).
Ces résines aminoplastes hydrosolubles sont préparées de manière connue, en condensant, par exemple, en milieu (laqueux, à pH oom pris entre 5 et 9 et à une température inférieure à 1000C, de l'urée avec soit du formaldéhyde, soit du glyoxal, soit un mélange de glyoxal et de formaldéhyde, soit successivement du glyoxal puis du formaldéhyde.
Les proportions molaires de ces divers constituants peuvent varier dans une large gamme et ces résines sont généralement obtenues en solution aqueuse à des concentrations posant atteindre dans certains cas 70% en poids de matières sèches.
De simples essais de laboratoire permettent de déterminer aisément la nature et la quantité de résine aminoplaste hydrosoluble à introduire dans la solution aqueuse de silicate de métal alcalin pour obtenir la composition selon l'invention présentant le temps de prise et le taux de synérèse désirés à une température donnée.
Ces essais sont réalisés à la température e choisie, généralement comprise entre 40 et 1O00C, avec des réactifs préalablement chauffés à la température i, dans une série de flacons à col large munis de bouchon, et dans lesquels on a placé, par exemple, 20cm3 d'une solution aqueuse de silicate de sodium de rapport pondéral 3,35 et de densité 1,36-1,38, puis X grammes de résine aminoplaste hydrosoluble et qs d'eavl pour amener le volume final de la composition à 100 cm3 . La durée entre la préparation de la composition et sa prise en masse, observable lorsque par retournement elle ne s'écoule plus, définit le temps de prise.Le taux de synérèse est évalué en mesurant le volume de liquide séparé du gel après 5 jours de stockage à la température 8 et il est exprimé en cm3 pour 100 cm3 de gel.
A partir des essais de laboratoire, on peut construire divers abaques tels que ceux permettant de calculer le temps de prise en fonction soit de la température soit des quantités de résine aminoplaste hydrosoluble utilisée. L'accès extrêmement facile aux résines aminoplastes hydrosolubles telles que décrites précédemment et la simplicité des essais de détermination des temps de prise et des taux de synérèse permettent aisément à l'homme de métier de réaliser la composition selon l'invention susceptible de résoudre son problèmes
Par exemple, on peut obtenir des temps de prise de 80, 90 et 120 minutes et un taux de synérèse nul, à une température de 950C dans les conditions décrites précédemment en utilisant respectiveiit 5, 4 et 3 grammes d'ARKOFIX
NG qui est une résine uréeKglyoxal-formaldéhyde commerciale ; dans les mêmes conditions, un temps de prise de 180 minutes et un taux de synérèse nul sont obtenus avec 4 grammes de résine commerciale urée-formaldéhyde présentant un rapport molaire formaldéhyde sur urée égal à 1,8. Avec 3 grammes d'une résine urée-glyoxal en solution aqueuse à 50 % en poids, de rapport molaire glyoxal sur urée égal à 2,1, on obtient dans les conditions décrites précédemment, un temps de prise de 3 jours à 4O0C, de 380 minutes à 60"C et de 95 minutes à 800C avec, dans tous les cas, un taux de synérèse inférieur à 5%.
Par exemple, on peut obtenir des temps de prise de 80, 90 et 120 minutes et un taux de synérèse nul, à une température de 950C dans les conditions décrites précédemment en utilisant respectiveiit 5, 4 et 3 grammes d'ARKOFIX
NG qui est une résine uréeKglyoxal-formaldéhyde commerciale ; dans les mêmes conditions, un temps de prise de 180 minutes et un taux de synérèse nul sont obtenus avec 4 grammes de résine commerciale urée-formaldéhyde présentant un rapport molaire formaldéhyde sur urée égal à 1,8. Avec 3 grammes d'une résine urée-glyoxal en solution aqueuse à 50 % en poids, de rapport molaire glyoxal sur urée égal à 2,1, on obtient dans les conditions décrites précédemment, un temps de prise de 3 jours à 4O0C, de 380 minutes à 60"C et de 95 minutes à 800C avec, dans tous les cas, un taux de synérèse inférieur à 5%.
La compos tion de la présente invention est obtenue très facilement par simple mélange de ses constituants.
Habituellement, on dissout la résine aminoplaste hydrosoluble choisie dans la quantité désirée de solution aqueuse commerciale de silicate de métal alcalin, puis si nécessaire, on amène la solution obtenue à la concentration désirée.
Ainsi qu'il a déjà été indiqué, la composition selon l'invention comprenant un silicate de métal alcalin et au moins une résine aminoplaste hydrosoluble de condensation urée-formaldéhyde, urée-glyoxal ou urée-glyoxalformaldéhyde est utilisable tout particulièrement pour la confection de fluides de colmatage destinés à étancher les sols poreux et notamment les roches réservoirs des gisements pétrolifères que l'on désire soumettre à une récupération assistée du pétrole. Mais elle peut, également, être employée avec succès à la consolidation des sols lors par exemple de construction de tunnels, de barrages et d'autres structures souterraines du même type.
Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif et que toute modification utile pourra y être apportée sans sortir de son cadre.
Claims (3)
1. A tItre de produit industriel nouveau, une composition notamment destinée à être injectée dans le sol, caractérisée par le fait qu'elle comprend un silicate de métal alcalin et au moins une résine aminoplaste hydrosoluble dans laquelle l'aldéhyde est du formaldéhyde, du glyoxal ou un mélange de glyoxal et de formaldéhyde et le composé azoté est de l'urée.
2. Application d'une composition selon la revendication 1, à la récupération assistée du pétrole.
3. Application d'une composition selon la revendication 1, à la consolidation des sols.
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