FR3075806A1 - PROCESS FOR OPERATING A SUBTERRANEAN FORMATION BY INJECTING A FLUID COMPRISING AN ADDITIVE COMPRISING MAGNETIC NANOPARTICLES - Google Patents

PROCESS FOR OPERATING A SUBTERRANEAN FORMATION BY INJECTING A FLUID COMPRISING AN ADDITIVE COMPRISING MAGNETIC NANOPARTICLES Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un procédé d'exploitation d'une formation souterraine, dans lequel on injecte au moins un fluide. Selon l'invention, le fluide comporte au moins un additif, l'additif étant constitué d'au moins un adjuvant lié à au moins une nanoparticule magnétique. De cette manière, en appliquant un champ magnétique, on peut séparer l'additif de l'effluent produitThe present invention relates to a method for operating an underground formation, in which at least one fluid is injected. According to the invention, the fluid comprises at least one additive, the additive consisting of at least one adjuvant bonded to at least one magnetic nanoparticle. In this way, by applying a magnetic field, the additive can be separated from the effluent produced

Description

La présente invention concerne le domaine de l’exploration et l’exploitation d’une formation souterraine. L’invention concerne plus particulièrement le traitement d’un fluide récupéré de la formation souterraine. L’invention concerne notamment le domaine de la récupération assistée des hydrocarbures (EOR de l’anglais Enhanced Oil Recovery) et le domaine du traitement des eaux de production.The present invention relates to the field of exploration and exploitation of an underground formation. The invention relates more particularly to the treatment of a fluid recovered from the underground formation. The invention relates in particular to the field of enhanced oil recovery (EOR from English Enhanced Oil Recovery) and the field of treatment of production water.

Pour l’exploration et l’exploitation d’une formation souterraine, il est courant d’injecter un fluide dans la formation souterraine afin d’augmenter l’efficacité des procédés. Pour optimiser ces procédés, il est d’usage d’inclure au moins un adjuvant dans le fluide injecté. Cet adjuvant peut prendre la forme de molécules organiques, telles que des polymères, des copolymères et/ou des tensioactifs, etc. Il peut également prendre la forme de molécules inorganiques telles que des minéraux (argiles, barytine, etc.) des particules d’oxydes (oxydes de titane, oxydes de fer, etc.) etc. Bien que la méthode soit améliorée, l’ajout d’adjuvant(s) pose certains problèmes liés notamment à la pollution par l’adjuvant de la formation souterraine, à la pollution par l’adjuvant de l’eau contenue dans la formation souterraine, à la pollution de l’eau et/ou des hydrocarbures produits par l’adjuvant, etc. Il est donc nécessaire de surveiller le comportement de l’adjuvant dans la formation souterraine.For the exploration and exploitation of an underground formation, it is common to inject a fluid into the underground formation in order to increase the efficiency of the processes. To optimize these processes, it is customary to include at least one adjuvant in the injected fluid. This adjuvant can take the form of organic molecules, such as polymers, copolymers and / or surfactants, etc. It can also take the form of inorganic molecules such as minerals (clays, barite, etc.), oxide particles (titanium oxides, iron oxides, etc.) etc. Although the method is improved, the addition of adjuvant (s) poses certain problems linked in particular to the pollution by the adjuvant of the underground formation, to the pollution by the adjuvant of the water contained in the underground formation, pollution of water and / or hydrocarbons produced by the admixture, etc. It is therefore necessary to monitor the behavior of the adjuvant in the underground formation.

Pour la récupération assistée des hydrocarbures, il est intéressant de savoir si l’adjuvant utilisé, en général des polymères, des copolymères et des tensioactifs, se retrouve dans l’eau produite, et si oui, d’éliminer cet adjuvant de l’eau produite, afin de réaliser un traitement de l’eau adéquat.For the enhanced recovery of hydrocarbons, it is interesting to know whether the adjuvant used, generally polymers, copolymers and surfactants, is found in the water produced, and if so, to eliminate this adjuvant from the water. produced, in order to carry out an adequate water treatment.

Aucune méthode actuelle ne permet un traitement simple et rapide de l’effluent, afin d’éliminer de l’effluent les adjuvants injectés.No current method allows a simple and rapid treatment of the effluent, in order to remove from the effluent the adjuvants injected.

Pour résoudre ces problèmes, la présente invention concerne un procédé d’exploitation d’une formation souterraine, dans lequel on injecte au moins un fluide. Selon l’invention, le fluide comporte au moins un additif, l’additif étant constitué d’au moins un adjuvant lié à au moins une nanoparticule magnétique. De cette manière, en appliquant un champ magnétique, on peut séparer facilement (sans avoir besoin de matériel complexe) et rapidement (sans avoir besoin de longues étapes de séparation) l’additif de l’effluent produit.To solve these problems, the present invention relates to a method of operating an underground formation, in which at least one fluid is injected. According to the invention, the fluid comprises at least one additive, the additive consisting of at least one adjuvant linked to at least one magnetic nanoparticle. In this way, by applying a magnetic field, the additive can be easily separated (without the need for complex equipment) and quickly (without the need for long separation steps) from the effluent produced.

Le procédé selon l’invention L’invention concerne un procédé d’exploitation d’une formation souterraine, dans lequel on injecte au moins un fluide dans ladite formation souterraine, ledit fluide injecté comportant au moins un additif. Pour ce procédé, on réalise les étapes suivantes : a) on synthétise au moins un additif en liant au moins une nanoparticule magnétique à au moins un adjuvant dudit fluide ; b) on injecte ledit fluide comprenant ledit additif dans ladite formation souterraine ; c) on récupère au moins un effluent de ladite formation souterraine ; et d) on retire ledit additif présent dans ledit effluent par l’application d’un champ magnétique.The method according to the invention The invention relates to a method of operating an underground formation, in which at least one fluid is injected into said underground formation, said injected fluid comprising at least one additive. For this process, the following steps are carried out: a) at least one additive is synthesized by binding at least one magnetic nanoparticle to at least one adjuvant of said fluid; b) injecting said fluid comprising said additive into said underground formation; c) recovering at least one effluent from said underground formation; and d) removing said additive present in said effluent by the application of a magnetic field.

Selon un mode de réalisation de l’invention, ledit adjuvant est un composé organique tel qu’un polymère, un copolymère, ou un tensioactif.According to one embodiment of the invention, said adjuvant is an organic compound such as a polymer, a copolymer, or a surfactant.

Avantageusement, ledit adjuvant est un polyacrylamide partiellement hydrolysé HPAM ou un terpolymère composé d’acrylamide, d’aide acrylique et de N-Vinylpyrrolidone ou d’acrylamido-tertiobutylsulfonate (ATBS), un biopolymère tel qu’un xanthane ou du scléroglucane ou un schizophyllane.Advantageously, said adjuvant is a partially hydrolyzed polyacrylamide HPAM or a terpolymer composed of acrylamide, acrylic aid and N-Vinylpyrrolidone or acrylamide-tert-butyl sulfonate (ATBS), a biopolymer such as xanthan or scleroglucan or a schizophyllan .

Alternativement, ledit adjuvant est un adjuvant anti-dépôt, ou un adjuvant anticorrosion ou un adjuvant anti-hydrates.Alternatively, said adjuvant is an anti-deposition adjuvant, or an anticorrosion adjuvant or an anti-hydrate adjuvant.

Conformément à une mise en œuvre de l’invention, ledit effluent récupéré est un effluent de production de ladite formation souterraine comportant des hydrocarbures, ou un fluide prélevé dans un aquifère de ladite formation souterraine, ou un fluide de forage.According to an implementation of the invention, said recovered effluent is a production effluent from said underground formation comprising hydrocarbons, or a fluid taken from an aquifer of said underground formation, or a drilling fluid.

Selon un aspect, ladite nanoparticule magnétique est enrobée de silice ou d’alumine.In one aspect, said magnetic nanoparticle is coated with silica or alumina.

Conformément à une caractéristique, ladite nanoparticule magnétique comporte un noyau ferromagnétique, notamment en fer, de préférence en magnétite ou maghémite.According to one characteristic, said magnetic nanoparticle comprises a ferromagnetic core, in particular of iron, preferably of magnetite or maghemite.

Conformément à un mode de réalisation, on synthétise ledit additif par greffage de ladite nanoparticule magnétique sur les adjuvants ou par incorporation de ladite nanoparticule magnétique directement dans la structure des adjuvants ou par enrobage des adjuvants et des nanoparticules magnétiques par un autre matériau.According to one embodiment, said additive is synthesized by grafting said magnetic nanoparticle onto the adjuvants or by incorporating said magnetic nanoparticle directly into the structure of the adjuvants or by coating the adjuvants and the magnetic nanoparticles with another material.

Selon une mise en œuvre, on lie ladite nanoparticule magnétique audit adjuvant par une liaison de nature chimique, comme par exemple des liaisons covalentes, ou de nature ionique, ou de nature physique comme par exemple des associations électrostatiques, ou hydrophobes ou de type Van der Waals.According to one implementation, said magnetic nanoparticle is linked to said adjuvant by a bond of chemical nature, such as for example covalent bonds, or of ionic nature, or of physical nature such as for example electrostatic, or hydrophobic or Van der type associations. Waals.

De préférence, on sépare ledit additif comportant ladite nanoparticule magnétique présent dans ledit effluent au moyen d’au moins un aimant situé au sein ou à proximité d’une conduite ou d’un réservoir ou d’une cuve dans lequel se trouve l’effluent récupéré.Preferably, said additive comprising said magnetic nanoparticle present in said effluent is separated by means of at least one magnet located within or near a pipe or a reservoir or a tank in which the effluent is located. recovered.

Selon un aspect, ladite étape de séparation dudit additif comportant ladite nanoparticule magnétique comporte une étape préalable de séparation des phases aqueuse et organique dudit effluent.According to one aspect, said step of separation of said additive comprising said magnetic nanoparticle comprises a preliminary step of separation of the aqueous and organic phases of said effluent.

Conformément à une caractéristique, le procédé comporte une étape finale de séparation des phases aqueuse et organique dudit effluent.According to one characteristic, the method comprises a final step of separation of the aqueous and organic phases of said effluent.

De manière avantageuse, on recycle lesdites nanoparticules magnétiques et/ou ledit additif marqué issus de l’étape de séparation dudit additif comportant ladite nanoparticule magnétique.Advantageously, said magnetic nanoparticles and / or said labeled additive from the step of separating said additive comprising said magnetic nanoparticle is recycled.

Description détaillée de l'inventionDetailed description of the invention

La présente invention concerne un procédé d’exploitation d’une formation souterraine, dans lequel on injecte au moins un fluide, le fluide comportant au moins un additif. Pour le procédé selon l’invention, on réalise les étapes suivantes : 1) Synthèse de l’additif, et formulation du fluide avec l’additif 2) Injection du fluide 3) Récupération d’un effluent de la formation souterraine 4) Séparation magnétique de l’additif et du fluideThe present invention relates to a method of operating an underground formation, in which at least one fluid is injected, the fluid comprising at least one additive. For the method according to the invention, the following steps are carried out: 1) Synthesis of the additive, and formulation of the fluid with the additive 2) Injection of the fluid 3) Recovery of an effluent from the underground formation 4) Magnetic separation additive and fluid

Selon un mode de réalisation, le procédé peut comporter une étape facultative : 5) Recyclage des nanoparticules et/ou de l’additifAccording to one embodiment, the method can include an optional step: 5) Recycling of the nanoparticles and / or of the additive

Le fluide injecté peut être un fluide aqueux ou un solvant organique. Il peut être un fluide de forage, de l’eau contenant l’additif synthétisé, un fluide de fracturation, un fluide de récupération assistée d’hydrocarbures, etc. L’additif du fluide est constitué d’au moins un adjuvant lié à au moins une nanoparticule magnétique L’adjuvant du fluide injecté peut prendre la forme de molécules organiques, telles que des polymères, des copolymères (par exemple un polyacrylamide).The injected fluid can be an aqueous fluid or an organic solvent. It can be a drilling fluid, water containing the synthesized additive, a fracturing fluid, an enhanced oil recovery fluid, etc. The fluid additive consists of at least one adjuvant linked to at least one magnetic nanoparticle. The adjuvant of the injected fluid can take the form of organic molecules, such as polymers, copolymers (for example a polyacrylamide).

De préférence, l’adjuvant peut être un polymère synthétique comme par exemple du polyacrylamide plus ou moins hydrolysé : HPAM, un copolymère à base d’acrylamide et de monomère sulfoné, ou un terpolymère composé d’acrylamide, d’acide acrylique et de N-Vinylpyrrolidone ou d’acrylamido-tertiobutylsulfonate (ATBS), ou un polymère naturel (biopolymère) comme le xanthane, le scleroglucane ou le schizophyllane. Ces polymères sont couramment utilisés dans le domaine de la récupération assistée des hydrocarbures (appelée EOR pour Enhanced Oil Recovery) pour leurs propriétés viscosifiantes. De plus, ces polymères sont adaptés pour être magnétiquement séparables du fluide dans lequel il a été introduit d’une manière simple à mettre en œuvre grâce au greffage d’une (ou de plusieurs) nano ou microparticule(s) magnétique(s) (telles que des nanoparticules d’oxyde de fer) sur le polymère. Par le terme « matériaux magnétiques », on entend des matériaux qui peuvent présenter une aimantation permanente ou qui peuvent présenter une aimantation lorsqu’on leur applique un champ magnétique.Preferably, the adjuvant can be a synthetic polymer such as, for example, more or less hydrolyzed polyacrylamide: HPAM, a copolymer based on acrylamide and sulfonated monomer, or a terpolymer composed of acrylamide, acrylic acid and N -Vinylpyrrolidone or acrylamide-tert-butyl sulfonate (ATBS), or a natural polymer (biopolymer) such as xanthan, scleroglucane or schizophyllane. These polymers are commonly used in the field of enhanced oil recovery (called EOR for Enhanced Oil Recovery) for their viscosifying properties. In addition, these polymers are adapted to be magnetically separable from the fluid into which it has been introduced in a simple manner to be implemented by grafting one (or more) nano or microparticle (s) magnetic (s) ( such as iron oxide nanoparticles) on the polymer. By the term "magnetic materials" is meant materials which may exhibit permanent magnetization or which may exhibit magnetization when a magnetic field is applied to them.

Par effluent récupéré, on entend notamment des fluides complexes comprenant seul ou en mélange des eaux de production, des hydrocarbures, des fluides de forage, des fluides de fracturation, des eaux de formations géologiques, etc. Le terme effluent désigne un fluide complexe comprenant seul ou en combinaison les eaux de production et les hydrocarbures, qui peuvent être récupérés par un puits producteur. 1) Synthèse de l’additifThe term “recovered effluent” is understood to mean in particular complex fluids comprising, alone or as a mixture, production water, hydrocarbons, drilling fluids, fracturing fluids, water from geological formations, etc. The term effluent designates a complex fluid comprising alone or in combination production water and hydrocarbons, which can be recovered by a producing well. 1) Summary of the additive

Selon l’invention, l’additif synthétisé est un adjuvant du fluide (notamment un polymère) qui présente des propriétés magnétiques, et qui, lorsqu’il est présent dans le fluide, peut être séparé et isolé de celui-ci en utilisant ses propriétés magnétiques, notamment au moyen d’un champ magnétique. Cette étape du procédé selon l’invention consiste à lier au moins un adjuvant du fluide à au moins une nanoparticule magnétique. On rappelle que les adjuvants sont ceux utilisés dans l’industrie pétrolière et peuvent être de natures chimiques diverses.According to the invention, the synthesized additive is an adjuvant of the fluid (in particular a polymer) which has magnetic properties, and which, when it is present in the fluid, can be separated and isolated from it by using its properties. magnetic, in particular by means of a magnetic field. This step of the method according to the invention consists in binding at least one fluid adjuvant to at least one magnetic nanoparticle. It is recalled that the adjuvants are those used in the petroleum industry and can be of various chemical natures.

Les propriétés magnétiques de l’additif sont apportées par une ou plusieurs nanoparticules magnétiques qui sont liées à l’adjuvant. Les liaisons peuvent être de nature chimique, comme par exemple des liaisons covalentes, ou ioniques, ou de nature physique comme par exemple des associations électrostatiques, ou hydrophobes ou de type Van der Waals.The magnetic properties of the additive are provided by one or more magnetic nanoparticles which are linked to the adjuvant. The bonds can be of chemical nature, such as for example covalent bonds, or ionic, or of physical nature such as for example electrostatic associations, or hydrophobic or of Van der Waals type.

Ainsi, les caractéristiques magnétiques des nanoparticules permettent leur attraction par application d’un champ magnétique, quel que soit le fluide dans lequel ils se trouvent. Grâce à la liaison entre l’adjuvant et la ou les nanoparticules, l’additif acquiert ainsi des propriétés magnétiques. Ainsi si l’additif est présent dans l’effluent récupéré, son magnétisme permet une séparation simple et rapide de l’additif présent dans l’effluent récupéré (et permettre un éventuel recyclage de l’additif).Thus, the magnetic characteristics of nanoparticles allow their attraction by application of a magnetic field, regardless of the fluid in which they are found. Thanks to the bond between the adjuvant and the nanoparticle (s), the additive thus acquires magnetic properties. Thus if the additive is present in the recovered effluent, its magnetism allows simple and rapid separation of the additive present in the recovered effluent (and allow possible recycling of the additive).

On appelle adjuvant du fluide, tout composé chimique pouvant être ajouté dans le fluide pour améliorer son rôle dans la formation souterraine. L’adjuvant peut être un composé organique tel qu’un polymère, un copolymère, ou un tensioactif, notamment pour une application d’un procédé EOR. De préférence, l’adjuvant peut être un polyacrylamide partiellement hydrolysé HPAM ou un terpolymère composé d’acrylamide, d’acide acrylique et de N-Vinylpyrrolidone ou d’ATBS, un biopolymère tel qu’un xanthane ou du scléroglucane ou un schizophyllane L’adjuvant peut également être un adjuvant anti-dépôt, ou un adjuvant anticorrosion ou un adjuvant anti-hydrates.Fluid adjuvant is any chemical compound that can be added to the fluid to improve its role in underground formation. The adjuvant can be an organic compound such as a polymer, a copolymer, or a surfactant, in particular for an application of an EOR process. Preferably, the adjuvant can be a partially hydrolyzed polyacrylamide HPAM or a terpolymer composed of acrylamide, acrylic acid and N-Vinylpyrrolidone or ATBS, a biopolymer such as xanthan or scleroglucan or a schizophyllan L ′ adjuvant can also be an anti-deposition adjuvant, or an anticorrosive adjuvant or an anti-hydrate adjuvant.

Les nanoparticules sont des objets dont la taille est comprise typiquement entre 1 et 500 nanomètres. Les nanoparticules magnétiques sont formées d’un matériau magnétique ou renferment un matériau magnétique.Nanoparticles are objects whose size is typically between 1 and 500 nanometers. Magnetic nanoparticles are made of magnetic material or contain magnetic material.

Selon un exemple, le matériau magnétique est la magnétite qui est de l’oxyde de fer de formule Fe304, qui présente de bonne propriétés magnétiques. Alternativement, le matériau magnétique est la maghémite, qui présente de bonne propriétés magnétiques.According to one example, the magnetic material is magnetite which is iron oxide of formula Fe304, which has good magnetic properties. Alternatively, the magnetic material is maghemite, which has good magnetic properties.

Les nanoparticules magnétiques peuvent être synthétisées par toute manière connue de l’homme de l’art. Elles peuvent être synthétisées par différentes voies comme la coprécipitation de sels métalliques, notamment de sels ferreux et ferriques, la décomposition thermique de composés organométalliques tels par exemple les acétylacétonates de fer ou les carboxylates de fer. Elles peuvent également être synthétisées à partir de microémulsions ou par des synthèses hydrothermales.Magnetic nanoparticles can be synthesized in any manner known to those skilled in the art. They can be synthesized by different routes such as the coprecipitation of metal salts, in particular ferrous and ferric salts, the thermal decomposition of organometallic compounds such as, for example, iron acetylacetonates or iron carboxylates. They can also be synthesized from microemulsions or by hydrothermal syntheses.

Ces voies de synthèse sont largement décrites par exemple dans les documents « magnetic nanoparticles : synthesis, protection, functionnalisation and applications, An-Hui Lu et coll, Angew. Chem. int. Ed. 2007, 46, 1222-1244» ou «magnetic iron oxide nanoparticles : synthesis, stabilization, vectorization, physicochemical characterization and biological application, S. Laurent et coll, Chem. Rev. 2008, 108, 2064-2110 ».These synthetic routes are widely described for example in the documents “magnetic nanoparticles: synthesis, protection, functionnalisation and applications, An-Hui Lu et al, Angew. Chem. int. Ed. 2007, 46, 1222-1244 ”or“ magnetic iron oxide nanoparticles: synthesis, stabilization, vectorization, physicochemical characterization and biological application, S. Laurent et al, Chem. Rev. 2008, 108, 2064-2110 ”.

Par exemple, les nanoparticules peuvent être synthétisées par coprécipitation d’ions ferriques et ferreux par addition d’une base (méthode parfois appelée méthode de Massart), un exemple d’une telle méthode est décrite dans le document « Bee, A.; Massart, R.; Neveu, S. Synthesis of very fine maghemite particles. J. Magn. Magn. Matr. 1995. 149 (1) : 6-9 ». A la suite de la réaction, les nanoparticules peuvent être purifiées et/ou isolées au moyen par exemple d’étapes de lavages, de centrifugation, de filtration.For example, nanoparticles can be synthesized by coprecipitation of ferric and ferrous ions by addition of a base (method sometimes called Massart method), an example of such a method is described in the document "Bee, A .; Massart, R .; Neveu, S. Synthesis of very fine maghemite particles. J. Magn. Magn. Matr. 1995. 149 (1): 6-9 ”. Following the reaction, the nanoparticles can be purified and / or isolated by means of, for example, washing, centrifugation and filtration steps.

Les nanoparticules obtenues peuvent être isolées ou maintenues sous forme de suspension dans une matrice liquide.The nanoparticles obtained can be isolated or maintained in the form of a suspension in a liquid matrix.

On décrit ci-dessous trois exemples non limitatifs de synthèse de nanoparticules magnétiques à base de fer : exemple 1 : particules nanomagnétiques MNPs-1 : les sels de fer FeS04 et FeCI3 sont mélangés dans un rapport molaire de 1:2 dans 100 ml d’eau à une concentration de 0,13 M d'ions de fer. Du citrate trisodique est ajouté au mélange dans un rapport molaire de 1% par rapport à la concentration totale en fer. Le mélange est agité vigoureusement (280 tr/min) pendant 30 minutes avec un agitateur mécanique sous atmosphère d’argon. Ensuite, 6 mL d'hydroxyde d'ammonium sont rapidement injectés dans le mélange et la réaction est poursuivie pendant 1 h à la température ambiante sous atmosphère d'argon. exemple 2 : particules nanomagnétiques MNPs-2 : Ce protocole de synthèse est similaire au précédent, sauf en ce qui concerne la concentration totale en fer qui est de 0,08 M et l'ajout de citrate qui est fait après 1h de synthèse. Puis le milieu est porté à la température de 80 à 90 °C pendant 30 mirutes. exemple 3 : particules nanomagnétiques MNPs-3 : Ce protocole de synthèse est similaire au précédent, à l'exception du sulfate de fer qui est remplacé par la même quantité molaire de chlorure ferreux FeCI2. Les sels de FeCI2 et FeCI3 sont mélangés à une concentration de 0,08 M en ions de fer.Three nonlimiting examples of synthesis of iron-based magnetic nanoparticles are described below: Example 1: nanomagnetic particles MNPs-1: the iron salts FeSO4 and FeCl3 are mixed in a molar ratio of 1: 2 in 100 ml of water at a concentration of 0.13 M iron ions. Trisodium citrate is added to the mixture in a molar ratio of 1% relative to the total iron concentration. The mixture is vigorously stirred (280 rpm) for 30 minutes with a mechanical stirrer under an argon atmosphere. Then, 6 ml of ammonium hydroxide are rapidly injected into the mixture and the reaction is continued for 1 h at room temperature under an argon atmosphere. Example 2: nanomagnetic particles MNPs-2: This synthesis protocol is similar to the previous one, except for the total iron concentration which is 0.08 M and the addition of citrate which is done after 1 hour of synthesis. Then the medium is brought to the temperature of 80 to 90 ° C for 30 minutes. example 3: nanomagnetic particles MNPs-3: This synthesis protocol is similar to the previous one, except for iron sulphate which is replaced by the same molar quantity of ferrous chloride FeCI2. The salts of FeCI2 and FeCI3 are mixed at a concentration of 0.08 M in iron ions.

Selon un mode de réalisation de l’invention, la nanoparticule magnétique peut être enrobée par une couche inorganique par exemple de silice et/ou d’alumine.According to one embodiment of the invention, the magnetic nanoparticle can be coated with an inorganic layer, for example of silica and / or alumina.

Selon un mode de réalisation de l’invention, la nanoparticule magnétique peut être enrobée par une couche organique par exemple de polymère.According to one embodiment of the invention, the magnetic nanoparticle can be coated with an organic layer, for example of polymer.

Cet enrobage permet éventuellement de protéger l’oxyde de fer de toute réaction indésirable, de favoriser la dispersion des nanoparticules et aussi de faciliter la fonctionnalisation de la nanoparticule, c'est-à-dire le greffage d’une ou plusieurs fonctions chimiques qui vont permettre ou favoriser la liaison entre la nanoparticule et l’adjuvant de l’invention tel par exemple un polymère de type polyacrylamide partiellement hydrolysé HPAM.This coating optionally makes it possible to protect the iron oxide from any undesirable reaction, to promote the dispersion of the nanoparticles and also to facilitate the functionalization of the nanoparticle, that is to say the grafting of one or more chemical functions which will allow or promote the bond between the nanoparticle and the adjuvant of the invention such as for example a polyacrylamide type polymer partially hydrolyzed HPAM.

Cet enrobage peut être réalisé par la méthode de Stober décrite notamment dans le document « Stober, W.; Fink, A.; Bohn, E. Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range. J. Colloid Interface Sci., 26 (1968), pp. 62-69 ».This coating can be carried out by the Stober method described in particular in the document "Stober, W .; Fink, A .; Bohn, E. Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range. J. Colloid Interface Sci., 26 (1968), pp. 62-69 ".

Selon un exemple de réalisation non limitatif, la nanoparticule magnétique comporte un noyau en fer, par exemple en magnétite ou maghémite, recouvert d’un enrobage qui est une couche de silice.According to a nonlimiting exemplary embodiment, the magnetic nanoparticle comprises an iron core, for example made of magnetite or maghemite, covered with a coating which is a layer of silica.

Ce type de nanoparticule est adapté notamment au greffage sur des polymères de type polyacrylamide partiellement hydrolysés (HPAM). Ce mode de réalisation est particulièrement adapté pour un procédé de récupération assistée d’hydrocarbures EOR chimique, dans lequel on va injecter une formulation contenant au moins les polymères HPAM « magnétiques >>. Ainsi, lorsque ces additifs ressortiront avec l’effluent produit, ils pourront être retirés de manière simple, en appliquant un champ magnétique.This type of nanoparticle is particularly suitable for grafting on partially hydrolyzed polyacrylamide type polymers (HPAM). This embodiment is particularly suitable for an enhanced recovery process of chemical EOR hydrocarbons, in which a formulation containing at least the "magnetic" HPAM polymers will be injected. Thus, when these additives come out with the effluent produced, they can be removed in a simple manner, by applying a magnetic field.

La liaison entre la ou les nanoparticules et le ou les adjuvants polymères peut être réalisée soit par greffage chimique soit par interaction physique.The connection between the nanoparticle (s) and the polymeric adjuvant (s) can be carried out either by chemical grafting or by physical interaction.

Il existe différentes possibilités pour lier des nanoparticules magnétiques avec des polymères. Ces différentes techniques sont décrites dans la littérature et peuvent être adaptées au procédé selon l’invention. Elles sont listées ci-dessous de manière non exhaustive.There are different possibilities to link magnetic nanoparticles with polymers. These different techniques are described in the literature and can be adapted to the process according to the invention. They are listed below in a non-exhaustive manner.

Selon une première variante de réalisation, le greffage par liaison chimique peut être réalisé au moyen d’une liaison covalente. Ces liaisons peuvent être créées par réactions de fonctions spécifiques judicieusement choisies et disponibles sur les nanoparticules magnétiques et/ou sur les additifs polymères.According to a first alternative embodiment, the grafting by chemical bonding can be carried out by means of a covalent bond. These bonds can be created by reactions of specific functions judiciously chosen and available on magnetic nanoparticles and / or on polymer additives.

Selon une deuxième variante de réalisation, le greffage peut par exemple être réalisé à partir d’une nanoparticule magnétique dont la surface est porteuse de fonctions amines. Ces fonctions peuvent réagir chimiquement avec des fonctions portées par un polymère de type polyacrylamide partiellement hydrolysé.According to a second alternative embodiment, the grafting can for example be carried out from a magnetic nanoparticle whose surface carries amine functions. These functions can react chemically with functions carried by a partially hydrolyzed polyacrylamide type polymer.

Selon une troisième variante de réalisation, le greffage d’une nanoparticule magnétique dont la surface est porteuse de fonctions amines sur un polymère de type polyacrylamide partiellement hydrolysé peut être réalisé par la réaction d’amidification directe d’une fonction carboxylique sous sa forme acide et la fonction amine portée par la nanoparticule. Cette réaction peut aussi être réalisée selon une méthode bien connue qui consiste en la réaction d’une fonction acide carboxylique avec une carbodiimide telle le chlorhydrate du 1-éthyl-3-(3-diméthylaminopropyl)carbodiimide suivi de la réaction avec du sel de sodium de la N-hydroxysulfosuccinimide puis de la réaction avec une fonction amine portée par la nanoparticule.According to a third alternative embodiment, the grafting of a magnetic nanoparticle the surface of which carries amine functions on a polymer of partially hydrolyzed polyacrylamide type can be carried out by the direct amidation reaction of a carboxylic function in its acid form and the amine function carried by the nanoparticle. This reaction can also be carried out according to a well-known method which consists in reacting a carboxylic acid function with a carbodiimide such as 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride followed by the reaction with sodium salt N-hydroxysulfosuccinimide and then the reaction with an amine function carried by the nanoparticle.

Selon une quatrième variante de réalisation, on peut également effectuer le greffage d’une nanoparticule magnétique dont la surface est porteuse de fonctions amines sur un polymère de type polyacrylamide à partir d’un polymère majoritairement de type acrylamide qui est obtenu par copolymérisation en plus de l’acrylamide et éventuellement d’autres monomères tels par exemple l’acrylate de sodium ou l’acide acrylique d’un acrylate ou un méthacrylate d’alkyle tel l’acrylate de méthyle ou l’acrylate d’éthyle. Le greffage de la nanoparticule s’effectue alors par une réaction d’amidation entre les fonctions amines et esters introduites dans le polymère.According to a fourth alternative embodiment, it is also possible to graft a magnetic nanoparticle whose surface carries amine functions on a polymer of polyacrylamide type from a polymer mainly of acrylamide type which is obtained by copolymerization in addition to acrylamide and optionally other monomers such as for example sodium acrylate or the acrylic acid of an acrylate or an alkyl methacrylate such as methyl acrylate or ethyl acrylate. The grafting of the nanoparticle is then carried out by an amidation reaction between the amine and ester functions introduced into the polymer.

Ces voies de synthèse sont illustrées par les schémas réactionnels 1 et 2 ci-après. Sur ces représentations NP illustrent les nanoparticules magnétiques.These synthetic routes are illustrated by reaction schemes 1 and 2 below. On these NP representations illustrate the magnetic nanoparticles.

Schéma réactionnel 2Reaction scheme 2

Selon les synthèses décrites ci-dessus, les nanoparticules magnétiques sont réparties le long de la chaîne d’un polymère si chaque nanoparticule n’a qu’une liaison avec le polymère, mais une nanoparticule peut être liée à plusieurs chaînes de polymère ou plusieurs monomères d’une même chaîne de polymère. De même, chaque nanoparticule peut être liée à plusieurs chaînes de polymères, elles-mêmes liées à plusieurs nanoparticules formant ainsi une structure de type agrégat.According to the syntheses described above, the magnetic nanoparticles are distributed along the chain of a polymer if each nanoparticle has only one bond with the polymer, but a nanoparticle can be linked to several polymer chains or several monomers of the same polymer chain. Similarly, each nanoparticle can be linked to several polymer chains, themselves linked to several nanoparticles thus forming an aggregate-type structure.

On peut aussi synthétiser selon un art antérieur bien connu des nanoparticules magnétiques dont la surface est porteuse de fonctions thiols et dans ce cas procéder à la polymérisation de monomères insaturés, tels par exemple sans être limitatif l’acrylamide, l’acrylate de sodium ou l’acide acrylique, en présence d’un amorceur de polymérisation radicalaire, tel un peroxyde ou un composé azoique. Ainsi, selon un principe bien connu, la fonction thiol portée par la nanoparticule écrite ici R-SH est convertie en radical R-S° et ce radical amorce la polymérisation ou la copolymérsation du ou des monomères. Cela revient à amorcer une (co)polymérisation de monomères de type acrylamide à partir d’une nanoparticule. Par cette voie, on obtient principalement des nanoparticules magnétiques, dans lesquelles chaque nanoparticule est liée à plusieurs chaînes de polymère selon une structure dite en étoile.It is also possible, according to a well known prior art, to synthesize magnetic nanoparticles the surface of which carries thiol functions and in this case proceed to the polymerization of unsaturated monomers, such for example without being acrylamide, sodium acrylate or l acrylic acid, in the presence of a radical polymerization initiator, such as a peroxide or an azo compound. Thus, according to a well known principle, the thiol function carried by the nanoparticle written here R-SH is converted into radical R-S ° and this radical initiates the polymerization or the copolymerization of the monomer (s). This amounts to initiating a (co) polymerization of acrylamide-type monomers from a nanoparticle. By this route, magnetic nanoparticles are mainly obtained, in which each nanoparticle is linked to several polymer chains according to a so-called star structure.

Cette voie de synthèse est illustrée par le schéma réactionnel 3 ci-après. Sur cette représentation NP illustrent les nanoparticules magnétiques.This synthetic route is illustrated by reaction scheme 3 below. In this representation NP illustrate the magnetic nanoparticles.

Schéma réactionnel 3Reaction diagram 3

Ce type de structure peut être également obtenu à partir de nanoparticules magnétiques dont la surface est porteuse de fonctions insaturées polymérisables par exemple vinyles. Cela consiste à procéder à la copolymérisation de ces nanoparticules avec des monomères insaturés tels par exemple l’acrylamide, l’acrylate de sodium ou l’acide acrylique en présence d’un amorceur de polymérisation radicalaire tel un peroxyde ou un composé azoique. La fonction insaturée polymérisable portée par la nanoparticule participe à la polymérisation ou la copolymérisation du ou des monomères. Cela revient à intégrer une ou des nanoparticules à la (co)polymérisation de monomères de type acrylamide. Par cette voie, on obtient soit des nanoparticules magnétiques, dans lesquelles chaque nanoparticule est liée à plusieurs chaînes de polymère selon une structure dite en étoile, soit des nanoparticules réparties le long de la chaîne d’un polymère, soit des structures de type agrégat, dans lesquelles chaque nanoparticule peut être liée à plusieurs chaînes de polymères ou plusieurs monomères d’un même polymère, elles-mêmes liées à plusieurs nanoparticules.This type of structure can also be obtained from magnetic nanoparticles the surface of which carries unsaturated polymerizable functions, for example vinyl. This consists in copolymerizing these nanoparticles with unsaturated monomers such as, for example, acrylamide, sodium acrylate or acrylic acid in the presence of a radical polymerization initiator such as a peroxide or an azo compound. The polymerizable unsaturated function carried by the nanoparticle participates in the polymerization or copolymerization of the monomer (s). This amounts to integrating one or more nanoparticles in the (co) polymerization of acrylamide type monomers. By this route, either magnetic nanoparticles are obtained, in which each nanoparticle is linked to several polymer chains according to a so-called star structure, or nanoparticles distributed along the chain of a polymer, or aggregate-type structures, in which each nanoparticle can be linked to several polymer chains or several monomers of the same polymer, themselves linked to several nanoparticles.

Alternativement, la liaison entre la ou les nanoparticules magnétiques et le ou les adjuvants polymères peut être réalisée par interaction physique, il peut s’agir d’un : - couplage par une attraction électrostatique, ou - couplage par attraction hydrophobique entre des groupes hydrophobes de l’additif et des groupes hydrophobes introduits à la surface des nanoparticules magnétiques.Alternatively, the connection between the magnetic nanoparticle (s) and the polymeric adjuvant (s) can be achieved by physical interaction, it can be a: - coupling by electrostatic attraction, or - hydrophobic attraction coupling between hydrophobic groups of the additive and hydrophobic groups introduced on the surface of the magnetic nanoparticles.

Pour lier les nanoparticules magnétiques et les adjuvants polymères, on note que les méthodes décrites ci-dessus impliquent de fonctionnaliser les nanoparticules magnétiques ; la fonctionnalisation consiste soit à modifier l’état de surface des nanoparticules magnétiques soit en enrobant la nanoparticule avec un matériau présentant des fonctions réactives, soit en greffant des groupes chimiques qui permettront d’établir une liaison avec les groupes chimiques de l’additif à lier, soit à réaliser la synthèse de la nanoparticule magnétique ou son enrobage simultanément à l’incorporation des fonctions chimiques nécessaires aux liaisons avec l’additif polymère.To bind the magnetic nanoparticles and the polymeric adjuvants, it is noted that the methods described above involve functionalizing the magnetic nanoparticles; the functionalization consists either of modifying the surface state of the magnetic nanoparticles or by coating the nanoparticle with a material having reactive functions, or by grafting chemical groups which will make it possible to establish a bond with the chemical groups of the additive to be bound , or to carry out the synthesis of the magnetic nanoparticle or its coating simultaneously with the incorporation of the chemical functions necessary for the connections with the polymer additive.

Les méthodes de fonctionnalisation sont bien connues depuis la fin des années 1990. Les articles suivants décrivent ces méthodes :Functionalization methods have been well known since the late 1990s. The following articles describe these methods:

Bruchez Jr. M., Moronne M., Gin P., Weiss S., Alivisatos A.P., 1998, Semiconductor nanocrystals as fluorescent biological labels, Science. - Chan W.C.W., Nie S., 1998, Quantum dot bioconjugates for ultrasensitive nonisotopic détection, Science.Bruchez Jr. M., Moronne M., Gin P., Weiss S., Alivisatos A.P., 1998, Semiconductor nanocrystals as fluorescent biological labels, Science. - Chan W.C.W., Nie S., 1998, Quantum dot bioconjugates for ultrasensitive nonisotopic detection, Science.

La fonctionnalisation peut consister en un greffage de ligands organiques à la surface des nanoparticules magnétiques. Le greffage des ligands pouvant s’effectuer sur la surface d’oxyde métallique ou si la nanoparticule magnétique est enrobée par une couche inorganique ou organique, sur la surface de l’enrobage inorganique tel par exemple la silice ou sur la surface de l’enrobage organique. L’enrobage peut être une coque d’un polymère ou d’un copolymère ayant les propriétés voulues, par exemple, de l’hydrophilie pour des utilisations en milieux aqueux, ou, au contraire, de l’hydrophobie pour des utilisations en solvants organiques. A titre d’exemple, les ligands peuvent être des groupements amine, carboxyle, amide, thiol, etc.Functionalization can consist of grafting organic ligands on the surface of magnetic nanoparticles. The grafting of the ligands can be carried out on the metal oxide surface or if the magnetic nanoparticle is coated with an inorganic or organic layer, on the surface of the inorganic coating such as for example silica or on the surface of the coating organic. The coating may be a shell of a polymer or of a copolymer having the desired properties, for example, hydrophilicity for uses in aqueous media, or, on the contrary, hydrophobicity for uses in organic solvents . By way of example, the ligands can be amine, carboxyl, amide, thiol, etc. groups.

Selon une exemple de réalisation, la fonctionnalisation de nanoparticules peut être réalisée par réaction d’agents de greffage bien connus tels le 3-aminopropyltriéthoxysilane ou le 3-mercaptopropyltriéthoxysilane qui réagissent avec les fonctions hydroxyles par exemple les fonctions silanol présentes à la surface d’un enrobage de silice. Ces agents de greffage peuvent également réagir directement avec la surface d’une nanoparticule constituée d’oxyde de fer Fe304 en créant des liaisons chimiques Fe-O-Si. Ce type de greffage est illustré par les schémas réactionnels 4 ou 5 suivants.According to an exemplary embodiment, the functionalization of nanoparticles can be carried out by reaction of well-known grafting agents such as 3-aminopropyltriethoxysilane or 3-mercaptopropyltriethoxysilane which react with the hydroxyl functions, for example the silanol functions present on the surface of a silica coating. These grafting agents can also react directly with the surface of a nanoparticle made of iron oxide Fe304 by creating chemical bonds Fe-O-Si. This type of grafting is illustrated by the following reaction schemes 4 or 5.

Schéma réactionnel 4Reaction scheme 4

Schéma réactionnel 5Reaction scheme 5

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’adjuvant et la nanoparticule magnétique peuvent être enrobés dans un enrobage dans un autre matériau, par exemple de la silice et/ou de l’alumine. A la suite de la synthèse, on réalise la formulation du fluide à injecter, avec l’additif. Le type de fluide, le type d’additifs, et la quantité d’additifs dépendent notamment de la fonction du fluide et de la formation souterraine (constitution, porosité, etc.).According to one embodiment of the invention, the adjuvant and the magnetic nanoparticle can be coated in a coating in another material, for example silica and / or alumina. Following the synthesis, the formulation of the fluid to be injected is carried out with the additive. The type of fluid, the type of additives, and the amount of additives depend in particular on the function of the fluid and on the underground formation (constitution, porosity, etc.).

Le fluide injecté peut être un fluide aqueux ou un solvant organique. Il peut être un fluide de forage, de l’eau contenant l’additif synthétisé, un fluide de fracturation, un fluide de récupération assistée d’hydrocarbures, etc.The injected fluid can be an aqueous fluid or an organic solvent. It can be a drilling fluid, water containing the synthesized additive, a fracturing fluid, an enhanced oil recovery fluid, etc.

Le fluide injecté peut comprendre un seul additif. Alternativement, le fluide injecté peut comporter une pluralité d’adjuvants, pour lequel un seul adjuvant est rendu magnétique, par exemple l’adjuvant qui est le plus polluant et qui doit être traité, ou l’adjuvant qui risque de se retrouver dans le fluide récupéré en premier ou l’adjuvant impactant le plus la séparation eau/hydrocarbures (huile) de l’effluent en surface.The injected fluid can comprise a single additive. Alternatively, the injected fluid may comprise a plurality of adjuvants, for which a single adjuvant is made magnetic, for example the adjuvant which is the most polluting and which must be treated, or the adjuvant which is likely to be found in the fluid recovered first or the adjuvant most impacting the water / hydrocarbon (oil) separation of the surface effluent.

En outre, le fluide injecté peut comprendre une pluralité d’additifs. 2) Injection du fluideIn addition, the injected fluid may include a plurality of additives. 2) Fluid injection

Le fluide préparé avec l’additif est injecté dans la formation souterraine. L’injection d’un fluide dans une formation souterraine peut être réalisée par toute méthode connue dans le domaine de l’industrie pétrolière. Il peut s’agir notamment d’une injection d’un fluide dans un puits injecteur au moyen d’un système de pompage. 3) Récupération d’un effluentThe fluid prepared with the additive is injected into the underground formation. The injection of a fluid into an underground formation can be carried out by any method known in the field of the petroleum industry. It can notably involve an injection of a fluid into an injector well by means of a pumping system. 3) Recovery of an effluent

Cette étape consiste à récupérer un effluent, appelé fluide récupéré, de la formation souterraine, qui sert lors de l’étape suivante de séparation. Le fluide récupéré comporte des fluides complexes comprenant seul ou en mélange au moins un des hydrocarbures produits par un puits producteur, ou l’eau produite par un puits producteur, ou l’eau prélevée dans la formation souterraine, notamment l’eau prélevée dans un aquifère de la formation souterraine, ou un fluide de forage remonté à la surface lors de l’opération de forage, etc.This step consists in recovering an effluent, called recovered fluid, from the underground formation, which is used in the next separation step. The recovered fluid comprises complex fluids comprising alone or as a mixture at least one of the hydrocarbons produced by a producing well, or the water produced by a producing well, or the water taken from the underground formation, in particular the water taken from a aquifer of the underground formation, or a drilling fluid raised to the surface during the drilling operation, etc.

En outre, l’effluent comporte au moins une partie du ou des additifs synthétisés à l’étape 1) (rendus magnétiques) du fluide injecté. 4) Séparation magnétiqueIn addition, the effluent comprises at least part of the additive (s) synthesized in step 1) (rendered magnetic) of the injected fluid. 4) Magnetic separation

Lors de cette étape, on sépare le ou les additifs synthétisés à l’étape 1) (rendus magnétiques) contenus dans l’effluent récupéré. Pour cela, on se sert de la propriété magnétique des nanoparticules magnétiques : la séparation est réalisée par l’application d’un champ magnétique. Ainsi, après cette étape l’effluent restant est dépourvu, rapidement et de manière simple, du ou des additifs injectés dans la formation souterraine.During this step, the additive (s) synthesized in step 1) (magnetic renderings) contained in the recovered effluent are separated. To do this, we use the magnetic property of magnetic nanoparticles: separation is achieved by applying a magnetic field. Thus, after this step the remaining effluent is devoid, quickly and simply, of the additive (s) injected into the underground formation.

Selon un mode de réalisation de l’invention, la séparation peut être réalisée au moyen d’un aimant ou d’une série d’aimants. Par exemple, l’aimant ou la série d’aimants peut être placé à proximité d’une conduite ou d’un réservoir ou d’une cuve dans lequel se trouve l’effluent récupéré. Alternativement, l’aimant ou la série d’aimants peut être situé dans une conduite ou dans un réservoir ou d’une cuve.According to one embodiment of the invention, the separation can be carried out using a magnet or a series of magnets. For example, the magnet or series of magnets can be placed near a pipe or a tank or tank in which the recovered effluent is located. Alternatively, the magnet or series of magnets can be located in a pipe or in a tank or vessel.

Conformément à une mise en œuvre de l’invention, cette étape de séparation peut comporter une étape préalable de séparation des phases aqueuses (eau) et organiques (huile) de l’effluent. La phase aqueuse peut être traitée pour être recyclée (par exemple réinjectée dans la formation souterraine). Le traitement de la phase aqueuse comporte alors l’étape de séparation du ou des additifs contenus dans la phase aqueuse par magnétisme.In accordance with an implementation of the invention, this separation step may include a prior step of separation of the aqueous (water) and organic (oil) phases from the effluent. The aqueous phase can be treated to be recycled (for example reinjected into the underground formation). The treatment of the aqueous phase then comprises the step of separating the additive (s) contained in the aqueous phase by magnetism.

Dans un autre mode de réalisation de l’invention, l’étape de séparation magnétique du ou des additifs peut précéder l’étape de séparation eau/huile pour faciliter cette dernière.In another embodiment of the invention, the magnetic separation step of the additive (s) can precede the water / oil separation step to facilitate the latter.

Pour le mode de réalisation dans lequel l’additif est le polyacrylamide partiellement hydrolysé HPAM et dans lequel les nanoparticules magnétiques comportent un noyau en fer (par exemple magnétite ou maghémite) recouvert d’une couche de silice, cette étape consiste à séparer le polymère HPAM marqué par les nanoparticules magnétiques de l’effluent récupéré. 5) Recyclage des nanoparticulesFor the embodiment in which the additive is partially hydrolyzed polyacrylamide HPAM and in which the magnetic nanoparticles comprise an iron core (for example magnetite or maghemite) covered with a layer of silica, this step consists in separating the polymer HPAM marked by the magnetic nanoparticles of the recovered effluent. 5) Recycling of nanoparticles

On rappelle qu’il s’agit d’une étape optionnelle du procédé selon l’invention. Le recyclage peut correspondre : • à la ré-utilisation des seules nanoparticules magnétiques et/ou • à la ré-utilisation des additifs.It is recalled that this is an optional step in the process according to the invention. Recycling can correspond to: • the re-use of magnetic nanoparticles only and / or • the re-use of additives.

Conformément à une mise en œuvre de l’invention, on peut recycler les nanoparticules magnétiques pour les utiliser à nouveau pour la synthèse d’additifs. Cette étape permet de limiter le coût du procédé selon l’invention, en limitant la quantité de nanoparticules magnétiques utilisée.In accordance with an implementation of the invention, the magnetic nanoparticles can be recycled in order to use them again for the synthesis of additives. This step makes it possible to limit the cost of the method according to the invention, by limiting the quantity of magnetic nanoparticles used.

Selon un aspect de l’invention, pour cette étape, on peut mettre en œuvre les étapes suivantes : - on récupère, de l’étape précédente, les additifs comportant les nanoparticules magnétiques ; - on sépare les nanoparticules magnétiques des adjuvants, par exemple par une méthode de pyrolyse ; - on régénère les nanoparticules magnétiques pour les rendre aptes à leur utilisation ; et - on recycle les nanoparticules magnétiques à l’étape 1 ) de synthèse des additifs.According to one aspect of the invention, for this step, the following steps can be implemented: - from the previous step, the additives comprising the magnetic nanoparticles are recovered; - The magnetic nanoparticles are separated from the adjuvants, for example by a pyrolysis method; - the magnetic nanoparticles are regenerated to make them suitable for their use; and - the magnetic nanoparticles are recycled in step 1) of synthesis of the additives.

Selon une variante de ce mode de réalisation, cette étape peut comporter aussi la régénération et/ou le recyclage de l’additif. Cela permet de limiter les coûts liés à l’additif injecté.According to a variant of this embodiment, this step may also include the regeneration and / or recycling of the additive. This limits the costs associated with the injected additive.

Selon une seconde variante préférée, l’additif comportant au moins une nanoparticule magnétique (c’est-à-dire l’ensemble adjuvant-mNP) qui a été séparé magnétiquement peut être directement réutilisé dans la formulation du fluide d’EOR injecté dans la formation souterraine. Il s’agit d’un recyclage direct qui demande le moins d’opérations.According to a second preferred variant, the additive comprising at least one magnetic nanoparticle (that is to say the adjuvant-mNP assembly) which has been magnetically separated can be directly reused in the formulation of the EOR fluid injected into the underground formation. This is direct recycling that requires the least amount of operations.

Applications du procédéProcess applications

Le procédé d’exploitation d’une formation souterraine selon l’invention peut être appliqué à tous les procédés pour lequel un fluide, qui comporte au moins un additif, est injecté dans une formation souterraine, notamment pour les procédés d’exploration et d’exploitation d’une formation souterraine. En particulier, le procédé d’exploitation selon l’invention peut être utilisé dans un procédé de récupération assistée des hydrocarbures EOR, un procédé de traitement de l’eau produite, un procédé de forage, un procédé de production d’huiles et/ou de gaz de roche-mère, etc.The method of operating an underground formation according to the invention can be applied to all the processes for which a fluid, which comprises at least one additive, is injected into an underground formation, in particular for the exploration and operation of an underground formation. In particular, the operating method according to the invention can be used in an enhanced recovery process for EOR hydrocarbons, a method for treating the water produced, a drilling method, an oil production method and / or of bedrock gas, etc.

On rappelle brièvement les différents procédés d’exploration et d’exploitation d’une formation souterraine. Toutefois, le procédé selon l’invention ne se limite pas aux applications décrites.We briefly recall the different methods of exploring and exploiting an underground formation. However, the method according to the invention is not limited to the applications described.

Procédé de récupération assistée d’hydrocarbures (EOR)Process for enhanced oil recovery (EOR)

Au début de l’exploitation d’un réservoir pétrolier, la pression régnant dans le gisement suffit à produire les hydrocarbures en place. Cependant, au cours du temps, la pression dans le réservoir chute et n’est plus suffisante pour expulser le pétrole de la roche-réservoir. Après cette récupération primaire, il devient nécessaire de compenser cette chute de pression en injectant soit de l’eau soit du gaz dans le réservoir. Cette étape de la production porte le nom de récupération secondaire, mais le taux de récupération des hydrocarbures en place est limité à environ 30%. L’industrie pétrolière a développé des techniques de récupération améliorée du pétrole (EOR). Ces techniques, dites de récupération tertiaire, visent à modifier la mobilité et/ou la saturation du pétrole en place dans la roche-réservoir. Parmi ces techniques de récupération améliorée, on distingue l’E0R-C02 qui consiste en l’injection de C02 dans le réservoir, et l’EOR Chimique qui consiste à injecter des solutions de tensio-actifs, de micro-émulsions, ou des solutions aqueuses de polymères synthétiques, comme du polyacrylamide (par exemple HPAM), ou de biopolymères comme du xanthane ou de tout autre biopolymère (l’injection de ces solutions de polymères porte le nom anglais de « polymer flooding >>). L’un des problèmes est la présence dans l’effluent récupéré d’additifs injectés. Ces derniers impactent notamment la séparation de l’effluent récupéré, la qualité de l’eau séparée et la qualité de l’huile séparée, en plus d’être un polluant potentiel. Le procédé selon l’invention permet de résoudre ces problèmes. Séparation eau/huileAt the start of the exploitation of an oil reservoir, the pressure prevailing in the deposit is sufficient to produce the hydrocarbons in place. However, over time, the pressure in the reservoir drops and is no longer sufficient to expel the oil from the reservoir rock. After this primary recovery, it becomes necessary to compensate for this drop in pressure by injecting either water or gas into the tank. This stage of production is called secondary recovery, but the recovery rate of hydrocarbons in place is limited to around 30%. The petroleum industry has developed improved oil recovery techniques (EOR). These techniques, called tertiary recovery, aim to modify the mobility and / or the saturation of the oil in place in the rock-reservoir. Among these improved recovery techniques, a distinction is made between E0R-C02 which consists of injecting C02 into the reservoir, and Chemical EOR which consists of injecting solutions of surfactants, microemulsions, or solutions aqueous synthetic polymers, such as polyacrylamide (for example HPAM), or biopolymers such as xanthan or any other biopolymer (the injection of these polymer solutions bears the English name of "polymer flooding"). One of the problems is the presence in the recovered effluent of injected additives. These latter notably impact the separation of the recovered effluent, the quality of the separated water and the quality of the separated oil, in addition to being a potential pollutant. The method according to the invention solves these problems. Water / oil separation

Lorsqu’on récupère des hydrocarbures, on produit également de l’eau, soit celle qui était initialement présente dans la formation souterraine, soit celle qui a été injectée. L’eau et l’huile produites sont mélangées au sein de l’effluent. L’effluent récupéré peut être pollué par les différents additifs injectés. Il existe des procédés de séparation de l’huile et de l’eau. Toutefois, ces procédés de séparation peuvent être rendus moins performants en raison des additifs présents dans l’effluent. C’est pourquoi, des opérations de traitement de l’eau sont prévues pour dépolluer l’effluent produit. Dans ce cadre, le procédé selon l’invention apporte une solution simple et rapide pour permettre une séparation de l’eau et de l’huile d’un effluent pétrolier.When we recover hydrocarbons, we also produce water, either that which was initially present in the underground formation, or that which was injected. The water and oil produced are mixed within the effluent. The recovered effluent can be polluted by the various additives injected. There are processes for separating oil and water. However, these separation processes can be made less efficient due to the additives present in the effluent. This is why, water treatment operations are planned to clean up the effluent produced. In this context, the method according to the invention provides a simple and rapid solution to allow separation of water and oil from a petroleum effluent.

Traitement de l’eau sur les champs avec EOR chimiqueWater treatment on fields with chemical EOR

Lorsqu’on récupère des hydrocarbures, on produit également de l’eau, soit celle qui était initialement présente dans la formation souterraine, soit celle qui a été injectée. L’eau récupérée peut être polluée par les différents additifs injectés. Par conséquent, cette eau peut être impropre à une réutilisation ou à un déversement dans l’environnement, dans une réserve naturelle d’eau. C’est pourquoi, des opérations de traitement de l’eau sont prévues pour dépolluer l’eau produite. Ces opérations sont complexes et coûteuses. Le procédé selon l’invention apporte une solution simple et rapide à ce problème.When we recover hydrocarbons, we also produce water, either that which was initially present in the underground formation, or that which was injected. The recovered water can be polluted by the various additives injected. As a result, this water may be unsuitable for reuse or discharge into the environment, in a natural water reserve. This is why, water treatment operations are planned to clean up the produced water. These operations are complex and costly. The method according to the invention provides a simple and rapid solution to this problem.

Procédé de production d’huile et de gaz de roches-mèresProcess for the production of oil and gas from source rocks

La production de ces pétroles non conventionnels nécessitent la fracturation de la roche-mère. La technique la plus communément utilisée est la fracturation hydraulique. La fracturation hydraulique consiste à pomper sous très forte pression un fluide contenant différents additifs (particules solides appelés propants, des polymères -polyacrylamide,...-, des argiles,...) de manière à fissurer la roche. Lors d’opérations de fracturation hydraulique mal maîtrisées, il est possible que des remontées des fluides utilisés pour la fracturation surviennent et engendrent une pollution. Le procédé selon l’invention permet de limiter ce phénomène.The production of these unconventional oils requires the fracturing of the bedrock. The most commonly used technique is hydraulic fracturing. Hydraulic fracturing consists in pumping under very high pressure a fluid containing different additives (solid particles called propants, polymers -polyacrylamide, ...-, clays, ...) so as to crack the rock. During poorly controlled hydraulic fracturing operations, it is possible that upwelling of the fluids used for fracturing may occur and cause pollution. The method according to the invention makes it possible to limit this phenomenon.

Procédé de forage de puitsWell drilling method

Pour le forage d’un puits, on injecte un fluide qui remplit quatre fonctions qui sont : la remontée des déblais de roches, le maintien en suspension des déblais lors d’arrêts de circulation, le maintien de la pression de pore au droit de la formation ainsi que le refroidissement et la lubrification de l’outil de forage. Le fluide de forage contient plusieurs additifs pour remplir ces quatre fonctions comme des viscosifiants, des lubrifiants, des agents anti-mousse, des réducteurs de filtrat, etc. Le dosage de chacun des additifs de la formulation du fluide de forage est optimisé pour que cette formulation ait les propriétés recherchées. Les additifs peuvent être soit des molécules organiques, telles que des polymères, des copolymères, des polymères associatifs, des tensio-actifs, soit des particules inorganiques (argiles, barytine, etc). Or, une variation de la concentration en additif(s) se traduit par le fait que le fluide de forage ne remplit plus les fonctions mentionnées ci-dessus. Sur la plate-forme de forage, une personne est chargée de contrôler en permanence que les propriétés du fluide de forage sont conformes au cahier des charges initial. Dans cet objectif, il peut être intéressant de disposer d’une méthode permettant de récupérer certains additifs contenus dans le fluide de forage une fois remonté à la surface, en particulier en vue du dosage ou d’une réutilisation pour une prochaine formulation.For the drilling of a well, a fluid is injected which fulfills four functions which are: raising the rock cuttings, keeping the cuttings in suspension during circulation stops, maintaining the pore pressure in line with the training as well as cooling and lubrication of the drilling tool. The drilling fluid contains several additives to fulfill these four functions such as viscosifiers, lubricants, anti-foaming agents, filtrate reducers, etc. The dosage of each of the additives in the formulation of the drilling fluid is optimized so that this formulation has the desired properties. The additives can be either organic molecules, such as polymers, copolymers, associative polymers, surfactants, or inorganic particles (clays, barite, etc.). However, a variation in the concentration of additive (s) results in the fact that the drilling fluid no longer fulfills the functions mentioned above. On the drilling platform, a person is responsible for constantly checking that the properties of the drilling fluid comply with the initial specifications. For this purpose, it may be advantageous to have a method for recovering certain additives contained in the drilling fluid once brought to the surface, in particular for metering or re-use for a future formulation.

Procédé de maintien de l’écoulement (en anglais flow assurance)Flow assurance method

Un tel procédé permet le maintien de l’écoulement des hydrocarbures dans la formation souterraine, par injection d’un fluide comprenant des additifs optimisant l’écoulement, par exemple des additifs anti-dépôt (en anglais anti-scale), des additifs anticorrosion, et des additifs anti-hydrates. Des exemples d’additifs anti-dépôt sont des polymères (polyacrylates, polycarboxylates,...). Ces additifs peuvent se retrouver dans l’effluent. Le procédé selon l’invention permet de limiter cette pollution.Such a process makes it possible to maintain the flow of hydrocarbons in the underground formation, by injection of a fluid comprising additives optimizing the flow, for example anti-deposit additives (in English anti-scale), anti-corrosion additives, and anti-hydrate additives. Examples of anti-deposit additives are polymers (polyacrylates, polycarboxylates, etc.). These additives can be found in the effluent. The method according to the invention makes it possible to limit this pollution.

Claims (13)

Revendications 1) Procédé d’exploitation d’une formation souterraine, dans lequel on injecte au moins un fluide dans ladite formation souterraine, ledit fluide injecté comportant au moins un additif, caractérisé en ce qu’on réalise les étapes suivantes : a) on synthétise au moins un additif en liant au moins une nanoparticule magnétique à au moins un adjuvant dudit fluide ; b) on injecte ledit fluide comprenant ledit additif dans ladite formation souterraine ; c) on récupère au moins un effluent de ladite formation souterraine ; et d) on retire ledit additif présent dans ledit effluent par l’application d’un champ magnétique.Claims 1) Method of operating an underground formation, in which at least one fluid is injected into said underground formation, said injected fluid comprising at least one additive, characterized in that the following steps are carried out: a) synthesizing at least one additive by binding at least one magnetic nanoparticle to at least one adjuvant of said fluid; b) injecting said fluid comprising said additive into said underground formation; c) recovering at least one effluent from said underground formation; and d) removing said additive present in said effluent by the application of a magnetic field. 2) Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit adjuvant est un composé organique tel qu’un polymère, un copolymère, ou un tensioactif.2) The method of claim 1, wherein said adjuvant is an organic compound such as a polymer, a copolymer, or a surfactant. 3) Procédé selon la revendication 2, dans lequel ledit adjuvant est un polyacrylamide partiellement hydrolysé HPAM ou un terpolymère composé d’acrylamide, d’acide acrylique et de N-Vinylpyrrolidone ou d’acrylamido-tertiobutylsulfonate (ATBS), un biopolymère tel qu’un xanthane ou du scléroglucane ou un schizophyllane.3) Method according to claim 2, wherein said adjuvant is a partially hydrolyzed polyacrylamide HPAM or a terpolymer composed of acrylamide, acrylic acid and N-Vinylpyrrolidone or acrylamide-tert-butyl sulfonate (ATBS), a biopolymer such as a xanthan or scleroglucan or a schizophyllan. 4) Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit adjuvant est un adjuvant anti-dépôt, ou un adjuvant anticorrosion ou un adjuvant anti-hydrates.4) Method according to claim 1, wherein said adjuvant is an anti-deposition adjuvant, or an anticorrosion adjuvant or an anti-hydrate adjuvant. 5) Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit effluent récupéré est un effluent de production de ladite formation souterraine comportant des hydrocarbures, ou un fluide prélevé dans un aquifère de ladite formation souterraine, ou un fluide de forage.5) Method according to one of the preceding claims, wherein said recovered effluent is a production effluent from said underground formation comprising hydrocarbons, or a fluid taken from an aquifer of said underground formation, or a drilling fluid. 6) Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite nanoparticule magnétique est enrobée de silice ou d’alumine.6) Method according to one of the preceding claims, wherein said magnetic nanoparticle is coated with silica or alumina. 7) Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite nanoparticule magnétique comporte un noyau ferromagnétique, notamment en fer, de préférence en magnétite ou maghémite.7) Method according to one of the preceding claims, wherein said magnetic nanoparticle comprises a ferromagnetic core, in particular iron, preferably magnetite or maghemite. 8) Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel on synthétise ledit additif par greffage de ladite nanoparticule magnétique sur ledit adjuvant ou par incorporation de ladite nanoparticule magnétique directement dans la structure dudit adjuvant ou par enrobage dudit adjuvant et de ladite nanoparticule magnétique par un autre matériau.8) Method according to one of the preceding claims, wherein said additive is synthesized by grafting said magnetic nanoparticle on said adjuvant or by incorporating said magnetic nanoparticle directly into the structure of said adjuvant or by coating said adjuvant and said magnetic nanoparticle another material. 9) Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel on lie ladite nanoparticule magnétique audit adjuvant par une liaison de nature chimique, comme par exemple des liaisons covalentes, ou de nature ionique, ou de nature physique comme par exemple des associations électrostatiques, ou hydrophobes ou de type Van der Waals.9) Method according to one of the preceding claims, in which said magnetic nanoparticle is bonded to said adjuvant by a bond of chemical nature, such as for example covalent bonds, or of ionic nature, or of physical nature such as for example electrostatic associations, or hydrophobic or Van der Waals type. 10) Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel on sépare ledit additif comportant ladite nanoparticule magnétique présent dans ledit effluent au moyen d’au moins un aimant situé au sein ou à proximité d’une conduite ou d’un réservoir ou d’une cuve dans lequel se trouve l’effluent récupéré.10) Method according to one of the preceding claims, wherein separating said additive comprising said magnetic nanoparticle present in said effluent by means of at least one magnet located within or near a pipe or a tank or d '' a tank in which the recovered effluent is located. 11 ) Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite étape de séparation dudit additif comportant ladite nanoparticule magnétique comporte une étape préalable de séparation des phases aqueuse et organique dudit effluent.11) Method according to one of the preceding claims, wherein said step of separating said additive comprising said magnetic nanoparticle comprises a prior step of separation of the aqueous and organic phases of said effluent. 12) Procédé selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel le procédé comporte une étape finale de séparation des phases aqueuse et organique dudit effluent.12) Method according to one of claims 1 to 10, wherein the method comprises a final step of separation of the aqueous and organic phases of said effluent. 13) Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel on recycle ladite nanoparticule magnétique et/ou ledit additif issus de l’étape d) de retrait dudit additif comportant ladite nanoparticule magnétique.13) Method according to one of the preceding claims, wherein said magnetic nanoparticle and / or said additive from step d) of recycling of said additive comprising said magnetic nanoparticle is recycled.
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