FR2617234A1 - Systeme d'agent de diversion haute temperature pour l'industrie petroliere, et procede de traitement correspondant - Google Patents
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Abstract
Selon l'invention, on utilise des résines seulement partiellement solubles dans l'huile. On utilisera notamment un alcool stéarylique éthoxylé à une HLB de 15. On obtient un gateau ou " cake " de très faible perméabilité, mais très facilement désagrégé par écoulement inverse, et beaucoup plus stable en température.
Description
SYSTEME D'AGENT DE DIVERSION HAUTE TEMPERATURE POUR L'INDUSTRIE
PETROLIERE, ET PROCEDE DE TRAITEMENT CORRESPONDANT
La présente invention concerne le secteur pétrolier et parapétrolier, et plus précisément le secteur du traitement des formations souterraines traversées par un puits de forage (de
pétrole, d'eau, de gaz, géothermique, et analogues).
On sait que l'industrie pétrolière et parapétrolière effectue couramment des traitements matriciels pour supprimer les divers endommagements ("damages") qui réduisent la perméabilité des roches du réservoir au voisinage du puits et donc réduisent la
production jusqu'à un niveau inacceptable.
Les traitements matriciels sont souvent effectués dans des réservoirs hétérogènes et l'injection du fluide de traitement est donc non-uniforme, le fluide passant préférentiellement dans les zones ou couches les plus perméables. Ainsi, le fluide se dirige de préférence vers les zones les moins endommagées, ce qui
réduit fortement l'efficacité du traitement.
Différentes techniques, bien connues, sont utilisées pour remédier à ce problème difficile. On citera les techniques mécaniques ("packers" et bouchons mécaniques) ainsi que divers "agents de diversion" ("diverting agents") qui sont ajoutés au
fluide de traitement ou bien utilisés conjointement avec lui.
Ces agents de diversion créent un gâteau de filtration ou "cake" de particules solides au regard des zones de forte perméabilité vers lesquelles le(s) fluide(s) se dirigent en premier lieu. L'écoulement du fluide est ainsi devié vers les zones les plus endommagées. On parvient ainsi à une égalisation
des injections de fluide dans les diverses zones.
L'invention concerne ce type de traitement. L'un des problèmes de cette technique qui est le plus difficile à surmonter tient au fait que les agents de diversion actuels fondent dans le fluide de traitement (le plus souvent, un acide ou un mélange d'acides, HCL, HCL + HF, acide borique ou fluoroborique, de manière connue) aux alentours de 1000 C (212 F) bien que leur point de ramollissement ("softening point") soit en général supérieur à C (356 C F) sous la pression atmosphérique. Pour cette raison, et également car la dispersion des particules dans le fluide de traitement par un surfactant n'est pas correctement assurée, les traitements avec agents de diversion sont souvent difficiles à mettre en oeuvre et même échouent, ou sont imparfaits, dans de
nombreux cas.
L'invention propose un système d'agent de diversion qui résiste en température dans l'acide au moins jusqu'à 180 C (356 F), présente de très bonnes caractéristiques de dispersion des particules d'agent de diversion dans le fluide, conduit à la formation d'un gâteau de faible perméabilité, présentant lui même une bonne résistance mécanique tout en pouvant néanmoins être désagrégé et éliminé facilement et totalement lorsque la
production reprend après le traitement.
Cet ensemble de propriétés est unique. L'art antérieur peut-être illustré par le brevet USP 3 319 716 (utilisation d'une gomme viscosifiante hydrosoluble), par le brevet USP 3 724 549, ainsi que par le brevet USP 3 827 498 dont l'enseignement établit la notion de comportement mécanique du gâteau et propose l'emploi de certaines résines friables. Progressivement, l'industrie dans son ensemble s'est orientée vers l'emploi de résines aliphatiques commerciales totalement solubles dans l'huile et présentant un point de ramollissement élevé (180 C; 356 F) mesuré par la technique ASTM E28 de la bille et anneau ("ring and ball") sous la
pression atmosphérique.
La demanderesse a montré que, paradoxalement, la très bonne solubilité dans l'huile de ces résines pouvait constituer un inconvénient. Cette notion est contraire à l'enseignement de l'art antérieur qui recherche une solubilité maximale afin de minimiser le risque d'endommagement de la formation par l'agent de diversion lui-même. Surtout, la demanderesse a montré que les systèmes actuels résistaient mal en température au-dessus de 100 C (212 F) environ et dans les conditions réelles de traitement, ce que ne laissait absolument pas présager le point de ramollissement de
C (356 F) mentionné plus haut.
En effet, la température, la pression, le fluide de traitement (notamment acide ou mélanges d'acides) et - comme la demanderesse l'a montré - les inhibiteurs de corrosion classiques (obligatoires en milieu acide) ont une action très néfaste sur le surfactant et la résine. La dégradation du surfactant provoque des agglomérats de particules et donc la formation d'un gâteau en "flocs" qui présente une trop forte perméabilité et une résistance insuffisante. Quant à la résine, son point de ramollissement tombe de manière surprenante à environ 100 C (212 F) dans les conditions réelles du traitement. Un "cake", soit formé au-dessus de cette température, soit au-dessous mais porté ensuite à plus de 100 C (212oP) par échauffement au contact de la formation-présente des pores très larges et donc une perméabilité beaucoup trop forte. De plus, sa résistance mécanique devient extrêmement faible et le gâteau est éliminé prématurément. Ceci est illustré par la Fig. 1 annexée: à environ 90 C (1940F) dans l'HCL + inhibiteur de corrosion classique du type phenylcétone la résistance mécanique
du gâteau s'effondre.
La présente invention concerne un système d'agent de diversion composé de la combinaison i) d'une résine polycyclique de type poly (cyclopentadiène) et/ou poly (méthylcyclopentadiène) et ii) d'un dispersant spécifique consistant en un surfactant non ionique, à chaine linéaire saturée, comportant au moins 16 atomes de carbone et préférentiellement au moins 18, et présentant de
manière tout à fait préférée une HLB (balance hydrophile -
lipophile) comprise entre 10 à 20, et en particulier égale à
environ 15.
La figure 2 annexée montre que la résistance mécanique du cake formé avec le système: - résine: poly (méthyl) cyclopentadiène/poly cyclopentadiène surfactant: alcool stéarylique éthoxylé jusqu'à une HLB de 15 (20 moles d'oxyde d'éthylène) ne décroît que très lentement avec la température (encore 87 % à 1500 C - 302 F). A 170 C (338 F) l'agent de diversion selon
l'invention est encore très efficace.
Les résines précitées sont partiellement solubles dans l'huile (cf: fig. 3 annexée). Leur solubilité dans l'huile est préférentiellement au moins égale à 40 % à la température ambiante et à 65 % à 1500 C (302 F). Elles ont un point de ramollissement, selon ASTM E28, compris entre 1500 C et 250 C (302 F à 482 F), et préférentiellement compris entre 1600 C (320 F) et 205 C (401 F). Ces résines forment un gâteau qui, bien que très résistant durant le traitement, est désagrégé et éliminé facilement par un simple écoulement inverse d'un fluide quelconque. La fig. 4 annexée représente la perte de charge dans le gâteau obtenu à partir du système résine/surfactant ci-dessus: - 18kg de résine/m3 de fluide de traitement 0,5 % de surfactant en poids par rapport au fluide de traitement vélocité du fluide de traitement à travers la surface de filtration: 7.5 x 10-4 m.s-1 - température de formation du gâteau 90 C (194 F). La fig. 5 annexée représente la perte de charge obtenue pour différents surfactants non-ioniques: - S1: alcool stéarylique éthoxylé (20 moles d'oxyde d'éthylène)
HLB = 15
- S2: nonylphénol éthoxylé
HLB = 15
- S3: alcool laurylique éthoxylé
HLB = 16,9
(mêmes conditions opératoires que pour la fig. 4).
Le produit S1 est nettement supérieur.
Là résine sera mise en suspension dans le fluide de traitement à
3 3
des concentrations comprises entre 0.10 kg/m et 70 kg/m3, selon les conditions d'application. Plus particulièrement, pour limiter les volumes de fluide utilisés et pour colmater efficacement la formation à traiter, on utilisera de préférence, selon l'invention, des concentrations de résine/m3 de fluide de traitement comprises entre environ 0.5 et 30 kg/m3, et des concentrations de dispersant comprises entre
environ 0,2 et 1 % en poids du fluide de traitement.
Un essai comparatif a été mené entre un agent de diversion représentatif des résines utilisées dans l'art antérieur, et le
- système d'agent de diversion selon l'invention.
On a opéré sous les mêmes conditions que ci-dessus
pour la fig. 4, mais en faisant varier la température.
Les résultats sont représentés sur les fig. 6 et 7 annexées. Les résultats présentés fig. 6 ont été obtenus avec les systèmes utilisés dans l'art antérieur. L'efficacité de ces systèmes est nulle à 110 C (230 F). On voit sur la fig. 7 que la tenue en température du système selon l'invention est incomparable. Tous les essais décrits ci-dessus ont été effectués dans un simulateur de diversion. Dans tous les cas, la carotte échantillon est du grès de perméabilité 100 mDarcy. Cette carotte est placée dans une cellule de mesure qui permet de reproduire les
conditions de pression et température régnant au fond d'un puits.
Le fluide de traitement contenant l'agent de diversion est injecté à débit constant à travers la carotte préalablement saturée. Durant l'essai les pertes de charge à travers le gâteau d'agent de diversion et à travers l'ensemble "gâteau et carotte" sont mesurées. Cette double mesure permet de contrôler l'éventuelle pénétration de l'agent de diversion dans le milieu poreux. Les essais comparatifs entre un agent de diversion représentatif de l'art antérieur et le système de diversion selon l'invention ont été réalisés avec des agents de même granulométrie, granulométrie telle que les grains de résines ne
pénètrent pas au travers de la carotte de grès.
Claims (5)
1) Système d'agent de diversion pour le colmatage de zones souterraines de forte permeabilité traversées par un puits de forage, caractérisé en ce qu'il consiste en la combinaison: - d'une résine polycyclique de type poly (cyclopentadiène) et/ou poly (méthylcycloper*adiène) partiellement soluble dans l'huile, et: - d'un dispersant consistant en un surfactant non ionique à chaine linéaire saturée éthoxylée, comportant au moins 16, et de préférence au moins 18 atomes de-carbone, et présentant
une HLB d'environ 10-20, en particulier d'environ 15.
2) Système d'agent de diversion selon la revendication 1 caractérisé en ce que la solubilité de la résine dans l'huile est environ au moins égale à 40 % à la température ambiante et au
moins égale à 65 Z à 150 C (320 F).
3) Système d'agent de diversion selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le dispersant est un alcool stéarylique
éthoxylé jusqu'à une HLB d'environ 15.
4) Système d'agent de diversion selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le dispersant est.un nonylphenol éthoxylé à
une HLB de 15 ou un alcool laurylique éthoxylé à une HLB de 16,9.
) Système d'agent de diversion selon l'une quelconque des
revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il comporte:
- d'environ 0.1 à 70 kg de résine/m3 de fluide de traitement, de préférence d'environ 0.5 à 30 kg/m3 de fluide de traitement. - d'environ 0,2 à 1% de dispersant par rapport au poids du fluide de traitement. 6) Fluides de traitement de l'industrie pétrolière, notamment fluides d'acidification comportant un inhibiteur de corrosion, caractérisés en ce qu'ils contiennent un système d'agent de
diversion selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.
7) Procédé de traitement de formations souterraines perméables traversées par un puits de forage caractérisé en ce-que l'on injecte au moins un fluide de traitement selon la revendication 6, et/ou en ce que l'on injecte, séparément du fluide de traitement proprement dit un système d'agent de diversion selon l'une
quelconque des revendications 1 à 5.
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