FR3035116A1 - Compositions, systemes et procedes permettant d'eliminer des ecailles de sulfure de fer de composants de champ petrolifere - Google Patents
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Abstract
La présente description concerne des compositions, des systèmes et des procédés permettant d'éliminer des écailles de sulfure de fer d'un objet solide, tel qu'un composant de champ pétrolifère. Les compositions comprennent une double liaison carbone-carbone (C=C) avec un groupe électrophile lié à au moins un des atomes de carbone de la double liaison.
Description
COMPOSITIONS, SYSTÈMES ET PROCÉDÉS PERMETTANT D'ÉLIMINER DES ÉCAILLES DE SULFURE DE FER DE COMPOSANTS DE CHAMP PÉTROLIFÈRE DOMAINE TECHNIQUE La présente description concerne des compositions, des systèmes et des procédés permettant d'éliminer des écailles de sulfure de fer d'un objet solide, tel qu'un composant de champ pétrolifère. CONTEXTE Il se forme couramment des écailles de sulfure de fer dans l'environnement d'un champ pétrolifère, en particulier si de l'eau est présente dans la formation en cours de forage ou d'exploitation. Les écailles peuvent amener l'équipement à casser ou à voir ses performances réduites et réduire ainsi la production d'un puits. Il est très difficile d'éliminer les écailles de sulfure de fer du fait de leur faible hydrosolubilité et de leur composition et de leur structure complexe. Les procédés classiques permettant d'éliminer des écailles dans le site du champ pétrolifère impliquent des produits chimiques à efficacité limitée, tels qu'un sel de tétrakishydroxyméthylphosphonium (THPS) ou des séquestrants à base de chélate. Les produits chimiques plus efficaces, tels que des acides inorganiques ou organiques forts ou l'acroléine (2-propénal) sont dangereux. L'acroléine a par exemple une 20 toxicité très aiguë, nécessitant une manipulation extrêmement délicate. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES Pour une compréhension plus complète de la présente invention et des caractéristiques et des avantages de celle-ci, on se réfère à la description suivante prise en association avec les figures ci-jointes suivantes, qui ne sont pas à l'échelle, et 1 3035116 dans lesquelles : La figure 1 présente le schéma de principe d'un système fermé d'élimination de sulfure de fer. La figure 2 présente le schéma de principe d'un système d'élimination de 5 sulfure de fer d'une partie tubulaire d'un puits de pétrole ou de gaz naturel. La figure 3 présente les résultats d'un test d'élimination de sulfure de fer immédiatement lors de l'ajout d'une substance d'élimination (Figure 3A) et après dix minutes (Figure 3B). La figure 4 présente les résultats d'un test d'élimination de sulfure de fer 10 immédiatement lors de l'ajout d'une autre substance d'élimination (Figure 4A) et après dix minutes (Figure 4B). La figure 5 enfin présente les résultats d'un test d'élimination de sulfure de fer immédiatement lors de l'ajout d'une autre substance d'élimination (Figure 5A) et après trente minutes (Figure 5B).
15 DESCRIPTION DÉTAILLÉE La présente description concerne des compositions, des systèmes et des procédés permettant d'éliminer des écailles de sulfure de fer d'un objet solide. Spécifiquement, l'objet peut être un composant de champ pétrolifère. Les compositions de la présente description comprennent globalement une double liaison carbone-carbone (C=C) avec un groupe R1 lié à au moins un des atomes de carbone de la double liaison. Le groupe R' contient un groupe électrophile. Les deux atomes de carbone de la double liaison peuvent être liés à un groupe R', ou un des atomes de carbone de la double liaison peut être lié à un atome d'hydrogène (H). Typiquement, les compositions dans lesquelles les deux atomes de carbone de la 2 3035116 double liaison sont liés à un groupe R' peuvent être plus efficaces pour éliminer des écailles de sulfure de fer que des compositions à un seul groupe R' et comportant un atome d'hydrogène H sur l'autre carbone C de la double liaison. Les compositions de la présente description peuvent donc présenter la formule 5 structurale générale suivante : R' R2 (I), 10 où le groupe R' représente un groupe électrophile et où R2 représente R' ou H. RI peut par exemple contenir un groupe acétate (C2H302), un groupe nitrile (C-1\1'), un groupe cétone : 0 (A), 15 C R3 où R3 représente un groupe contenant un atome de carbone, tel qu'un groupe alkyle, en particulier un groupe méthyle (CH3) ou un groupe à terminaison méthyle ; ou un groupe halogénure d'acyle : 20 0 (B), C X où X représente un halogène, tel que du chlore (Cl), du brome (Br) ou du fluor (F). RI peut en outre être choisi de sorte que la composition présente un moindre taux de 3 3035116 corrosion et/ou une toxicité moindre que l'acroléine ou un acide inorganique ou organique fort. Quand RI contient un groupe nitrile par exemple et que R2 représente H, la composition peut donc présenter la formule structurale générale suivante : 5 H2C N Selon un autre exemple, quand R' contient un groupe nitrile et que R2 représente le même groupe que R', la composition peut donc présenter la formule 10 structurale générale suivante : N 15 N 20 (III). Selon un autre exemple, quand RI contient un groupe acétate et que R2 représente H, la composition peut être un acrylate de méthyle et donc présenter la formule structurale générale suivante : 3035116 (IV), ou il peut s'agir d'une composition contenant de l'acrylate de méthyle, par exemple une composition contenant plus d'un groupe acrylate, par exemple la formule structurale générale suivante : CH3 O 0 / 0 O CH3 (V). Bien que parmi ces exemples, le groupe électrophile soit directement lié à l'un des atomes de carbone doublement lié, des fragments d'espacement, tels que des chaînes de carbone, peuvent aussi être présents. Ceux-ci peuvent permettre la fixation 20 de multiples groupes électrophiles dans le même groupe R'. Bien que par facilité de synthèse, tous les groupes électrophiles présents dans le groupe R' soient habituellement le même, il est possible d'avoir différents groupes électrophiles dans un même groupe R'. De plus, toutefois, si R2 représente autre chose que H, il sera habituellement la même chose que R' également par facilité de 5 10 15 5 3035116 synthèse, il peut différer de R', en ayant par exemple différents groupes électrophiles. Un spécialiste peut procéder à la substitution de différents groupes électrophiles ou de différents groupes RI et R2 sur la molécule à squelette à double liaison carbone-carbone par emploi de groupes blocs ou d'autres techniques de synthèse chimique.
5 Selon un autre exemple, quand RI contient un groupe acétate et que R2 représente autre chose que H et que R', à savoir un autre groupe électrophile, la composition peut donc présenter la formule structurale générale suivante : CH3 O 10 O O 15 CH3 (VI). Bien qu'habituellement, les conditions de synthèse doivent donner principalement un seul type de molécule, il est parfois possible d'obtenir un mélange de différentes molécules. Les conditions de synthèse peuvent par exemple donner un mélange de a) molécules où les groupes R1 et R2 sont identiques et de b) molécules 20 dans lesquelles RI représente un groupe électrophile et où R2 représente H. On peut éliminer des écailles de sulfure de fer d'un objet solide, tel qu'un composant de champ pétrolifère, grâce à une composition décrite précédemment ou toute combinaison de toute composition décrite précédemment sous la forme d'une substance d'élimination. La substance d'élimination peut contenir une composition ou 6 3035116 des compositions de la présente description dans un solvant aqueux ou dans un autre solvant polaire à même de dissoudre la composition ou les compositions de la description et le fer et le sulfure ou tout composé contenant du fer ou du sulfure produit par réaction du sulfure de fer avec la composition ou avec les compositions de 5 cette description. Les écailles de sulfure de fer peuvent présenter la formule générale FexSy. Les valeurs de x et de y peuvent varier surtout du fait du degré rédox du Fe, qui peut valoir 2+ ou 3+. Les écailles de sulfure de fer contiennent habituellement un mélange de molécules. Le sulfure de fer contient par exemple habituellement au moins l'un 10 des composés suivants : pyrrhotite, (Fei,S), troïlite (FeS), mackinawite (Fei+xS), pyrite ou marcasite (FeS2), ou greigite (Fe3S4). L'élimination est possible par rupture du sulfure de fer en ions constitutifs, qui sont ensuite dissous dans le mélange d'élimination ou par formation d'un composé contenant un composant ou une composition ou des compositions de cette description 15 et du fer ou du sulfure. La quantité d'écailles éliminées de l'objet solide peut valoir au moins 80 %, au moins 90 %, au moins 95 % ou sensiblement l'ensemble des écailles de sulfure de fer. L'objet peut contenir tout composant de champ pétrolifère sur lequel s'accumulent les écailles de sulfure de fer. Il peut par exemple contenir un composant 20 doté de parties mobiles dont le mouvement est entravé par les écailles de sulfure de fer, ou un composant comportant un passage pour fluide qui est bloqué par des écailles de sulfure de fer. Les composants spécifiques de champ pétrolifère à partir desquels on peut éliminer des écailles de sulfure de fer comprennent des perforations, des coffrages, des tubages de production, des vannes, des pompes telles que des 7 3035116 pompes submersibles électriques et un équipement de complétion de fond comme les équipements de sécurité et les mandrins de poussée de gaz. On peut éliminer des écailles de sulfure de fer à partir d'un objet solide en exposant l'objet à une substance d'élimination suffisamment de temps pour éliminer 5 toute la quantité ou une quantité prédéfinie d'écailles de sulfure de fer. Une quantité prédéfinie peut être celle suffisant à permettre à l'objet solide de remplir sa fonction pendant une durée choisie. La durée peut varier en fonction de la composition de la substance d'élimination, de la concentration du composé ou des composés, en fonction de cette description dans la substance d'élimination, de la quantité d'écailles de sulfure 10 de fer à éliminer et de la température de la substance d'élimination et du sulfure de fer, entre autres facteurs. L'élimination peut avoir lieu sous pression atmosphérique, ou sous pression élevée, ce qui entraîne le stockage de substance d'élimination dans un récipient sous pression. On peut déterminer la composition appropriée de substance d'élimination et la 15 durée pour le processus d'élimination en réalisant des tests tels que ceux décrits dans les exemples suivants, conçus pour imiter les écailles de sulfure de fer à éliminer et les conditions de leur élimination. Bien que les compositions de la présente description soient globalement plus sûres que les substances classiques d'élimination de sulfure de fer, des mesures et des 20 équipements de protection peuvent encore être prévus pendant le processus d'élimination pour protéger le personnel et/ou l'environnement et/ou pour récupérer les substances d'élimination et les écailles éliminées. Le processus d'élimination peut par exemple avoir lieu dans un système confiné 100, tel que celui représenté à la figure 1. Ce récipient confiné 110 peut 8 3035116 contenir un objet solide 120 et une substance d'élimination 130, pour éviter la libération de matière 130, sous forme liquide ou gazeuse. La substance d'élimination 130 peut être introduite dans le récipient confiné 110 par le biais d'un connecteur 140. La substance d'élimination 130 peut être stockée dans un récipient sous pression 150 5 ou dans un autre récipient approprié. Le connecteur 140 peut aussi contenir en outre divers collecteurs sous pression, des flexibles et/ou des raccords (non représentés) pour transférer la substance d'élimination 130 vers le récipient confiné 140. Le récipient confiné 110 peut contenir des applicateurs (non représentés) qui dirigent la substance d'élimination 130 vers des zones particulières de l'objet solide 120. Un 10 système confiné 100 peut en outre contenir des pompes étanches pour produits chimiques, des équipements de mesures et un sous-système de purge pour éliminer la substance d'élimination 130 du récipient confiné 110 (tout n'est pas représenté), comme il convient pour un usage avec un objet solide particulier 120 et avec une substance d'élimination particulière 130.
15 La présente description concerne aussi un système et un procédé permettant d'améliorer la production à partir d'un puits de pétrole et de gaz par élimination d'écailles de sulfure de fer d'une partie tubulaire situé dans le puits à l'aide d'une substance d'élimination, ce qui améliore l'écoulement de pétrole ou de gaz naturel à travers la pièce tubulaire. Comme le montre la figure 2 par exemple, le système 200 20 peut contenir une substance d'élimination 210 dans un récipient confiné 220, qui peut être un récipient sous pression. Le connecteur 230 permet l'écoulement de substance d'élimination du récipient 220 vers la partie tubulaire 240, où elle élimine les écailles de sulfure de fer. Le connecteur 230 peut contenir des applicateurs (non représentés) qui dirigent la substance d'élimination 210 vers des zones particulières de la partie 9 3035116 tubulaire 240. Un système fermé 200 peut en outre contenir des pompes étanches pour produits chimiques, des équipements de mesures et un sous-système de récupération permettant de récupérer la substance d'élimination 210 de la partie tubulaire 240.
5 Dans un mode de réalisation A, la description concerne un procédé d'élimination des écailles de sulfure de fer d'un composant de champ pétrolifère contenant des écailles de sulfure de fer, par application sur le composant de champ pétrolifère d'une substance d'élimination comprenant une composition de formule structurale générale (I). R' représente un groupe électrophile et R2 représente R', un 10 atome d'hydrogène (H) ou un groupe contenant du carbone (C). On applique la substance d'élimination en quantité et en durée suffisantes pour éliminer les écailles de sulfure de fer du composant de champ pétrolifère. Dans un mode de réalisation B, la description concerne un système d'élimination des écailles de sulfure de fer, le système contenant la substance 15 d'élimination du mode de réalisation A et un système d'application de la substance d'élimination sur le composant de champ pétrolifère en quantité et en durée suffisantes pour éliminer les écailles de sulfure de fer du composant de champ pétrolifère. Les modes de réalisation A et B peuvent être combinés l'un avec l'autre ou 20 avec l'un quelconque des éléments supplémentaires suivants, qu'on peut aussi combiner l'un avec l'autre : 1) la substance d'élimination peut contenir au moins deux compositions distinctes de formule générale structurale I ; 2) R'peut contenir un groupe acétate ; 3) R' peut contenir un groupe nitrile ; 4) R' peut comprendre un groupe cétone de formule structurale 10 3035116 générale suivante : O C R3 (A), 5 où R3 représente un groupe contenant au moins un atome de carbone ; 5)R3 peut représenter un groupe alkyle ;6) R1 peut comprendre un groupe halogénure d'acyle présentant la formule structurale générale suivante : 10 (B), C X dans lequel X représente un halogénure ; 7) la substance d'élimination peut en outre contenir un solvant polaire ; 8) le solvant polaire peut contenir de l'eau ; 9) au moins 80 % des écailles de sulfure de fer peuvent être éliminées du composant de champ pétrolifère ; 10) l'application peut avoir lieu 15 dans un récipient étanche ; 11) la substance d'élimination peut être recouverte ; 12) le composant de champ pétrolifère peut comprendre une perforation, un coffrage, un tubage de production, une vanne, une pompe ou un équipement de complétion de fond contenant des écailles de sulfure de fer ; 13) la composition peut présenter la formule structurale générale II ; 14) la composition peut présenter la formule structurale 20 générale III ; 15) la composition peut être de l'acrylate de méthyle ou une composition contenant de l'acrylate de méthyle ; 16) la composition peut présenter la formule structurale générale IV ; 17) la composition peut présenter la formule structurale générale V ; 18) la composition peut présenter la formule structurale générale VI ; 19) la substance d'élimination peut contenir une 25 composition supplémentaire à même d'éliminer les écailles de sulfure de fer du 11 3035116 composant de champ pétrolifère ; 20) le système d'application de la substance d'élimination peut contenir un récipient étanche ; 21) le système d'application de la substance d'élimination peut en outre contenir un sous-système servant à récupérer la substance d'élimination ; 22) le composant de champ pétrolifère peut contenir une 5 partie tubulaire et le système d'application de la substance d'élimination sur le composant de champ pétrolifère peut contenir un récipient pour loger la substance d'élimination et un connecteur pour introduire la substance d'élimination dans la partie tubulaire ; 23) le récipient peut être un récipient sous pression ; 24) le composant de champ pétrolifère peut être placé dans un récipient et le système d'application de la 10 substance d'élimination sur le composant de champ pétrolifère peut contenir un récipient étanche dans lequel on place le composant de champ pétrolifère, un récipient contenant la substance d'élimination et un connecteur servant à introduire la substance d'élimination dans le récipient étanche ; 25) le récipient contenant la substance d'élimination peut être un récipient sous pression.
15 EXEMPLES Les exemples suivant illustrent encore des modes de réalisation de la description et des manières de déterminer des systèmes et des procédés appropriés permettant d'éliminer des écailles de sulfure de fer à l'aide d'une substance d'élimination. Ils ne sont pas conçus pour englober toute la portée de l'invention et ne 20 sont pas censés le faire. Exemple 1 On prépare une substance d'élimination contenant une composition de formule 12 3035116 II et et l'on ajoute dans de l'eau contenant 10 ppm de fer et 100 ppm de sulfure, pour imiter des écailles de sulfure de fer. Au moment d'ajouter la substance d'élimination, l'eau est noire du fait de la présence de sulfure de fer, comme l'indique la figure 3A. Au bout de 10 mn à 50 °C, sous pression atmosphérique et à un pH de 7 à 8, 5 l'échantillon auquel on ajoute la substance d'élimination est blanc, comme l'indique le flacon de droite à la figure 3B, alors que l'eau non traitée reste noire, comme le montre le flacon de gauche à la figure 3B. Cela montre que la substance d'élimination contenant une composition de formule II est à même de réagir avec du sulfure de fer d'une manière susceptible d'entraîner son élimination d'un objet solide.
10 Exemple 2 On prépare une substance d'élimination contenant une composition de formule III et l'on ajoute dans de l'eau contenant 10 ppm de fer et 100 ppm de sulfure, pour imiter des écailles de sulfure de fer. Au moment d'ajouter la substance d'élimination, l'eau est noire du fait de la présence de sulfure de fer, comme l'indique la figure 4A.
15 Au bout de 10 mn à 50 °C, sous pression atmosphérique et à un pH de 7 à 8, l'échantillon auquel on ajoute la substance d'élimination est blanc, comme l'indique le flacon de droite à la figure 4B, alors que l'eau non traitée reste noire, comme le montre le flacon de gauche à la figure 4B. Cela montre que la substance d'élimination contenant une composition de formule III est à même de réagir avec du sulfure de fer 20 d'une manière susceptible d'entraîner son élimination d'un objet solide. Exemple 3 On prépare une substance d'élimination contenant une composition de formule IV et l'on ajoute dans de l'eau contenant 50 ppm de fer et 200 ppm de sulfure, pour imiter des écailles de sulfure de fer. Au moment d'ajouter la substance d'élimination, 13 3035116 l'eau est noire du fait de la présence de sulfure de fer, comme l'indique la figure 5A. Au bout de 30 mn à 50 °C, sous pression atmosphérique et à un pH de 7 à 8, l'échantillon auquel on ajoute la substance d'élimination est blanc, comme l'indique le flacon de droite à la figure 5B, alors que l'eau non traitée reste noire, comme le 5 montre le flacon de gauche à la figure 5B. Cela montre que la substance d'élimination contenant une composition de formule IV est à même de réagir avec du sulfure de fer d'une manière susceptible d'entraîner son élimination d'un objet solide. Le contenu du sujet décrit doit être considéré comme illustratif et non restrictif, et les revendications annexées doivent couvrir toutes ces modifications, 10 améliorations et autres modes de réalisation qui font partie de l'esprit et de la portée de la présente description Ainsi, dans la plus grande mesure permise par la loi, la portée de la présente description doit être déterminée par l'interprétation la plus large possible des revendications suivantes et de leurs équivalents, et ne doit pas se limiter à la description détaillée précédente. Bien que les compositions et les mélanges de 15 compositions décrits ici conviennent pour éliminer des écailles de sulfure de fer par eux-mêmes par exemple, on peut aussi les mélanger avec des substances conventionnelles. 14
Claims (20)
- REVENDICATIONS1. Procédé d'élimination des écailles de sulfure de fer d'un composant de champ pétrolifère contenant des écailles de sulfure de fer, le procédé comprenant l'application sur le composant de champ pétrolifère, en quantité et en durée suffisantes pour éliminer au moins une partie des écailles de sulfure de fer du composant de champ pétrolifère, d'une substance d'élimination comprenant une composition de formule structurale générale : RI R2 (I), où RI représente un groupe électrophile et où R2 représente RI, un atome 15 d'hydrogène (H) ou un groupe contenant un autre groupe électrophile.
- 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la substance d'élimination comprend au moins deux compositions distinctes de formule structurale générale (I).
- 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel RI comprend un groupe 20 acétate.
- 4. Procédé de la revendication 1, où RI comprend un groupe nitrile.
- 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel RI comprend un groupe cétone présentant la formule structurale générale suivante : O C R3 (A), 25 3035116 où R3 représente un groupe contenant au moins un atome de carbone
- 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel R3 représente un groupe alkyle.
- 7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel RI comprend un groupe 5 halogénure d'acyle présentant la formule structurale générale suivante : 0 C X (B), dans lequel X représente un halogénure. 10
- 8. Procédé de la revendication 1, dans lequel la substance d'élimination comprend en outre un solvant polaire.
- 9. Procédé de la revendication 1, dans lequel la substance d'élimination est appliquée en quantité et en durée suffisantes pour éliminer au moins 80 % des écailles de sulfure de fer , du composant de champ pétrolifère. 15
- 10. Procédé de la revendication 1, dans lequel l'application a lieu dans un récipient étanche.
- 11. Procédé de la revendication 1, comprenant également la récupération de la substance d'élimination.
- 12. Procédé de la revendication 1, dans lequel le composant de champ 20 pétrolifère comprend une perforation, un coffrage, une partie tubulaire de production, une vanne, une pompe ou un équipement de complétion de fond contenant des écailles de sulfure de fer.
- 13. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la composition présente la formule structurale générale suivante : 16 3035116 He
- 14. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la composition présente la formule structurale générale suivante : 5 N N 10 (III).
- 15. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la composition présente la formule structurale générale suivante : 15 O CH3 (VI). 17 3035116
- 16. Système d'élimination des écailles de sulfure de fer d'un composant de champ pétrolifère contenant des écailles de sulfure de fer, le système comprenant : une substance d'élimination comprenant une composition de formule générale structurale : R' 5 R2 (I), où R' représente un groupe électrophile et où R2 représente R', un atome 10 d'hydrogène (H) ou un groupe contenant un autre groupe électrophile ; et u n système d'application de la substance d'élimination dans le composant de champ pétrolifère en quantité et en durée suffisantes pour éliminer les écailles de sulfure de fer du composant de champ pétrolifère.
- 17. Système selon la revendication 16, le système d'application de la 15 substance d'élimination contenant un récipient étanche.
- 18. Système selon la revendication 16, dans lequel le système d'application de la substance d'élimination comprend en outre un sous-système de récupération de la substance d'élimination.
- 19. Système selon la revendication 16, dans lequel le composant de champ 20 pétrolifère comprend une perforation, un coffrage, une partie tubulaire de production, une vanne, une pompe ou un équipement de complétion de fond contenant des écailles de sulfure de fer.
- 20. Système selon la revendication 16, le système d'application de la substance d'élimination contenant un récipient sous pression. 18
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