WO1988004680A1 - Method for stabilizing clayish formations - Google Patents

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WO1988004680A1
WO1988004680A1 PCT/FR1987/000502 FR8700502W WO8804680A1 WO 1988004680 A1 WO1988004680 A1 WO 1988004680A1 FR 8700502 W FR8700502 W FR 8700502W WO 8804680 A1 WO8804680 A1 WO 8804680A1
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WO
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radical
ethylenically unsaturated
unsaturated monomer
cationic polymer
copolymer
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PCT/FR1987/000502
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Gilles Meunier
Jean-Pierre Zundel
Dominique Plee
Original Assignee
Ceca S.A.
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    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/60Compositions for stimulating production by acting on the underground formation
    • C09K8/607Compositions for stimulating production by acting on the underground formation specially adapted for clay formations
    • C09K8/608Polymer compositions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F8/00Chemical modification by after-treatment
    • C08F8/44Preparation of metal salts or ammonium salts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C09K17/14Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials containing organic compounds only
    • C09K17/18Prepolymers; Macromolecular compounds
    • C09K17/20Vinyl polymers

Definitions

  • This invention relates to a method for stabilizing clay formations by injection into the formation of a cationic compound.
  • the underground reservoirs of fossil hydrocarbons often consist of clay rocks. During the drilling and operation of these reservoirs, the clay comes into contact with water foreign to the deposit. However, contact with water has a detrimental effect on the stability and permeability of clayey rocks.
  • the reservoir loses its permeability and its stability.
  • the production of hydrocarbons is disturbed and the mechanical characteristics of the rock can be lowered.
  • US Patent 3,382,924 suggests the use of polymers or inorganic complexes.
  • US Patent 4,366,074 relates to the use of homopolymers formed from a monomer containing a cationic site.
  • European patent 92,340 relates to the use of cationic polymers used in improved recovery operations.
  • the cationic polymer according to the invention is an ammonium salt, quaternary of the product of the reaction of a polyamine containing at least one unsubstituted amino group with a copolymer formed from units derived:
  • R 1 is a C 1 -C 3 alkyl radical
  • the copolymer contains 1 to 4 moles of units deriving from the ethylenically unsaturated monomer per unit deriving from the unsaturated alpha-beta-dicarboxylic compound and preferably 1 to 2 moles.
  • the unsaturated alpha-beta-dicarboxylic compounds used in the composition of the copolymer are more particularly maleic acid or anhydride or alkylmaleic acids, for example methylmaleic or citraconic acid.
  • ethylenically unsaturated monomers are vinyl aromatic compounds such as vinyltoluene, styrene and alphamethylstyrene, olefins, such as ethylene, propylene, isobutene, butene, pentene, heptene, l octene, nonene, decene, dodecene, and vinyl ethers such as methylvinyl ether and isobutylvmyl ether.
  • vinyl aromatic compounds such as vinyltoluene, styrene and alphamethylstyrene
  • olefins such as ethylene, propylene, isobutene, butene, pentene, heptene, l octene, nonene, decene, dodecene
  • vinyl ethers such as methylvinyl ether and isobutylvmyl ether.
  • the polyamines used must have a primary amine group, to allow the formation of a five-membered imide ring with the two neighboring carboxyl groups of the copolymer and at least one other tertiary amine group which can be quaternized.
  • the pclyamines used are of general formula
  • Z represents an alkylene or cycloalkylene radical.
  • This radical can carry substituents, such as hydroxyl groups or preferably tertiary amines.
  • R 3 and R 4 which are identical or different, represent a hydrocarbyl radical, preferably C 1 to C 12 alkyl and preferably C 1 to C 4 alkyl.
  • polyamines As an example of these polyamines, mention may be made of dimetylaminoethylamine, diethylaminoethylamine, dimethylaminopropylamine, dimethylaminobutylamine, diethylaminopropylamine, diethylaminoamylamine, dipropylammopropylamine, methylpropylaminoaraylamine and propylbutylaminoethylamine.
  • an alkyl halide or a C 1 to C 12 and preferably C 1 to C 4 dialkyl sulfate is used; mention may be made of methyl bromide, iodide, chloride or sulphate or ethyl sulphate.
  • the preparation of the cationic compound according to the invention comprises three stages: the copolymerization, the reaction with the polyamine and finally the quaternization.
  • the copolymer can be prepared by conventional methods of radical polymerization.
  • the preferred method is solution polymerization in the presence of a radical initiator.
  • radical initiators peroxides or peroxydicarbonates are generally used.
  • the solvent must be compatible with the initiator used.
  • aromatic solvents such as cumene, p-cymene, xylene, toluene, or else hydrocarbon cuts of aromatic nature.
  • Ketones such as for example methyl ethyl ketone are also suitable.
  • the copolymerization reaction is carried out by continuous or discontinuous addition of the radical initiator to the solution of the comonomers, at a temperature between about 30 and 300 ° C.
  • the copolymerization time depends on the nature of the monomers and initiators used. In general it is between 2 and 6 hours.
  • the polymer is redissolved in a solvent for the polymer and the polyamine used. Generally it is an aromatic solvent. The same solvent is usually used as for the copolymerization.
  • the polyamine is added either all at once at the start of the reaction or gradually during the reaction.
  • the proportion molar corresponds substantially to the proportion of alpha-beta-dicarboxylic compound involved in the preparation of the copolymer. This proportion can be for example from 0.9 to 1.1 mole of polyamine per alpha-beta-dicarboxylic compound.
  • the reaction temperature can vary widely, it is generally between 100 and 300 ° C and preferably between 100 and 200 ° C. At these temperatures the water of the reaction is continuously removed.
  • the duration of the reaction is generally between 1 and 10 hours, a duration of the order of 3 hours being generally sufficient.
  • the formation of the imide function is verified by IR spectroscopy, by the disappearance of the bands of the anhydride function at 1780 cm and 1855 cm -1 and the appearance of the bands of the imide function at 1700 cm -1 and 1770 cm -1.
  • the quaternization reaction can be carried out according to known methods. It is advisable to use the same solvents as above, so it is not necessary to isolate the imide from the copolymer prepared in the previous step.
  • the quaternization takes place with a satisfactory speed even at room temperature, we are content to cool the previous solution before the introduction of the alkyl halide or dialkyl sulfate. At room temperature the reaction time can vary from a few minutes to a few hours depending on the ratio of the two constituents. In general, 0.5 to 1.5 moles of quaternization reagent are used per mole of polyamine.
  • the quaternization is carried out with an efficiency of 30 to 100% and often from 50 to 100% depending on the operating conditions (measured by NMR).
  • the quaternized copolymer precipitates as it is formed. It is recovered by filtration.
  • solutions of these cationic copolymers are injected into the formation. In general, this treatment takes place before the formation comes into contact with foreign water. However, it is possible to repeat the stabilization operation several times by injecting new solutions.
  • the solvents used are generally alcohols or mixtures of solvents based on alcohols.
  • aqueous solutions are used.
  • the concentration of these solutions, as well as the volume and the flow rate of the injected liquid are determined according to the characteristics of the formation.
  • solutions are used whose concentration varies between 0.1 and 10% by weight and preferably between 0.5 and 5%.
  • the effectiveness of the copolymers in stabilizing clays is evaluated by comparison of the permeability of the rocks, before and after treatment with a solution of copolymer.
  • This parameter translates the reactivity of the fine fraction and the degree of reversibility of the phenomena to which it is subjected (essentially swelling and dispersion of the clays).
  • the reactor is maintained at a temperature of 80 ° C for 4 hours.
  • the product is filtered and then dried.
  • the reference water is permuted water.
  • the copolymers are in aqueous solution.
  • the fluids used are deaerated with nitrogen and filtered at 0.22 ⁇ m to avoid the incidence of corrosion and clogging phenomena on the course of the experiments.
  • a bactericide allows, if necessary, to get rid of bacterial developments.
  • Tables 1 and 2 summarize the results of drainage tests with sandstone from the Vosges and sandstone from the Gulf of Guinea.
  • MICAS + CLAYS 16% Clays are for 1/3 of the chlorites and for 2/3 of the illites. All are diagenetically recent and therefore very sensitive to the phenomena studied.

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Abstract

Method for stabilizing clayish formations by injection into the formation of a cationic polymer. The latter is formed by quaternisation of the product obtained from the reaction of a polyamine with a copolymer formed of patterns derived from unsaturated alpha-beta-dicarboxylic acids and from at least one ethylenic unsaturated monomer.

Description

PROCEDE DE STABILISATION DE FORMATIONS ARGILEUSES PROCESS FOR STABILIZING CLAY FORMATIONS
Cette invention concerne un procédé pour la stabilisation de formations argileuses par injection dans la formation d'un composé cationique.This invention relates to a method for stabilizing clay formations by injection into the formation of a cationic compound.
Les réservoirs souterrains d'hydrocarbures fossiles sont souvent constitués de roches argileuses. Au cours du forage et de l'exploitation de ces réservoirs, l'argile entre en contact avec de l'eau étrangère au gisement. Or le contact de l'eau, a un effet néfaste sur la stabilité et la perméabilité des roches argileuses.The underground reservoirs of fossil hydrocarbons often consist of clay rocks. During the drilling and operation of these reservoirs, the clay comes into contact with water foreign to the deposit. However, contact with water has a detrimental effect on the stability and permeability of clayey rocks.
D'une part certaines particules fines d'argile se déplacent et bouchent les capillaires des réservoirs qui justement permettent l'exploitation du gisement; d'autre part certaines qualités d'argiles, en général du groupe des smectites, gonflent au contact de l'eau.On the one hand certain fine particles of clay move and block the capillaries of the reservoirs which precisely allow the exploitation of the deposit; on the other hand, certain qualities of clays, generally from the group of smectites, swell on contact with water.
Suite au déplacement et au gonflement des argiles, le réservoir perd sa perméabilité et sa stabilité. La production d'hydrocarbures est perturbée et les caractéristiques mécaniques de la roche peuvent être abaissées.Following the displacement and swelling of the clays, the reservoir loses its permeability and its stability. The production of hydrocarbons is disturbed and the mechanical characteristics of the rock can be lowered.
Les phénomènes cités se produisent au voisinage immédiat de la paroi des puits lors des opérations de forage et de complétion. Mais ils interviennent également en profondeur dans le réservoir lors de son exploitation par les techniques dites de "récupération améliorée" engageant l'injection d'une phase aqueuse (injection d'eau, de solutions basiques, de solutions de tensioactifs, de microémulsions ou de solutions de polymères).The phenomena cited occur in the immediate vicinity of the wall of the wells during drilling and completion operations. However, they also intervene deep in the reservoir during its exploitation by the techniques known as "improved recovery" involving the injection of an aqueous phase (injection of water, basic solutions, surfactant solutions, microemulsions or polymer solutions).
On a déjà proposé de nombreux procédés pour maintenir la stabilité et la perméabilité des roches argileuses en présence d'eau.Numerous methods have already been proposed for maintaining the stability and permeability of clayey rocks in the presence of water.
Le brevet américain 2 761 843 décrit l'utilisation de poiyalkyleneamines quaternisées, pour la stabilisation des argiles.US Patent 2,761,843 describes the use of quaternized polyalkyleneamines for the stabilization of clays.
Le brevet américain 3 382 924 suggère l'emploi de polymères eu complexes inorganiques. Le brevet américain 4 366 074 concerne l'emploi de homopolymères formés à partir d'un monomère renfermant un site cationique.US Patent 3,382,924 suggests the use of polymers or inorganic complexes. US Patent 4,366,074 relates to the use of homopolymers formed from a monomer containing a cationic site.
Le brevet européen 92 340 concerne l'emploi de polymères cationiques utilisés dans des opérations de récupération améliorée.European patent 92,340 relates to the use of cationic polymers used in improved recovery operations.
Nous avons trouvé maintenant un procédé de stabilisation de formations argileuses par injection dans la formation d'une nouvelle classe de polymères cationiques, particulièrement efficaces.We have now found a method of stabilizing clay formations by injection in the formation of a new class of cationic polymers, which are particularly effective.
Le polymère cationique selon l'invention est un sel d'ammonium, quaternaire du produit de la réaction d'une polyamine renfermant au moins un groupe aminé non substitué avec un copolymère formé de motifs dérivant :The cationic polymer according to the invention is an ammonium salt, quaternary of the product of the reaction of a polyamine containing at least one unsubstituted amino group with a copolymer formed from units derived:
- d'un ou plusieurs composés alpha-bêta-dicarboxyliques insaturés sous forme de diacide ou d'anhydride- one or more unsaturated alpha-beta-dicarboxylic compounds in the form of diacid or anhydride
- d'au moins un monomère à insaturation éthylénique de formule générale :- at least one ethylenically unsaturated monomer of general formula:
Figure imgf000004_0001
Figure imgf000004_0001
dans laquelle Z1 et Z2 identiques ou différents représententin which Z 1 and Z 2, which are identical or different, represent
- l'hydrogène- hydrogen
- un radical hydrocarboné saturé, insaturé ou aromatique en C1 à C30 - a saturated, unsaturated or aromatic C 1 to C 30 hydrocarbon radical
- un groupement - où R1 est un
Figure imgf000004_0002
radical alkyle en C1 à C3
- a group - where R 1 is a
Figure imgf000004_0002
C 1 -C 3 alkyl radical
- un groupement -OR2 où R2 est un radical alkyle en C1 à C12 Le copolymère renferme 1 à 4 moles de motifs dérivant du monomère à insaturation éthylénique par motif dérivant du composé alpha-bêta-dicarboxylique insaturè et de préférence 1 à 2 moles.- a group -OR 2 where R 2 is a C 1 to C 12 alkyl radical The copolymer contains 1 to 4 moles of units deriving from the ethylenically unsaturated monomer per unit deriving from the unsaturated alpha-beta-dicarboxylic compound and preferably 1 to 2 moles.
Les composés alpha-bêta-dicarboxyliques insaturés entrant dans la composition du copolymère sont plus particulièrement l'acide ou l'anhydride maleique ou les acides alkylmaléiques par exemple l'acide methylmaléique ou citraconique.The unsaturated alpha-beta-dicarboxylic compounds used in the composition of the copolymer are more particularly maleic acid or anhydride or alkylmaleic acids, for example methylmaleic or citraconic acid.
Les monomères à insaturation éthyléniques les plus adaptés sont les composés vinylaromatiques tels que le vinyltoluène, le styrène et l'alphaméthylstyrène, les oléfines, ccmme l'éthylène, le propylène, l'isobutène, le butène, le pentène, l'heptène, l'octène, le nonène, le décène, le dodécène, et les vinyléthers tels que le méthylvinyléther et l'isobutylvmyléther.The most suitable ethylenically unsaturated monomers are vinyl aromatic compounds such as vinyltoluene, styrene and alphamethylstyrene, olefins, such as ethylene, propylene, isobutene, butene, pentene, heptene, l octene, nonene, decene, dodecene, and vinyl ethers such as methylvinyl ether and isobutylvmyl ether.
Les polyamines utilisées ont obligatoirement un groupe aminé primaire, pour permettre la formation d'un cycle imide à cinq chaînons avec les deux groupes carboxyl voisins du copolymère et au moins un autre groupe amine tertiaire pouvant être quaternisé.The polyamines used must have a primary amine group, to allow the formation of a five-membered imide ring with the two neighboring carboxyl groups of the copolymer and at least one other tertiary amine group which can be quaternized.
Les pclyamines utilisées sont de formule généraleThe pclyamines used are of general formula
H2N - Z - NR3 R4 H 2 N - Z - NR 3 R 4
où Z représente un radical alkylène ou cycloalkylène. Ce radical peut être porteur de substituants, tels que des groupes hydroxyles ou de préférence des aminés tertiaires. R3 et R4 identiques ou différents représentent un radical hydrocarbyle de préférence alkyle en C1 à C12 et de prréférence en C1 à C4.where Z represents an alkylene or cycloalkylene radical. This radical can carry substituents, such as hydroxyl groups or preferably tertiary amines. R 3 and R 4, which are identical or different, represent a hydrocarbyl radical, preferably C 1 to C 12 alkyl and preferably C 1 to C 4 alkyl.
Comme exemple de ces polyamines on peut citer la dimétylaminoethylamine, la diéthylaminoéthylamine, la diméthylaminopropylamine, la diméthylaminobutylamine, la diéthylaminopropylamine, la diéthylaminoamylamine, la dipropylammopropylamine, le methylpropylaminoaraylamine et le propylbutylaminoéthylamine. Pour la quaternisation on utilise un halogénure d'alkyle ou un sulfate de dialkyle en C1 à C12 et de préférence en C1 à C4; on peut mentionner le bromure, l'iodure, le chlorure ou le sulfate de méthyie ou d'éthyle.As an example of these polyamines, mention may be made of dimetylaminoethylamine, diethylaminoethylamine, dimethylaminopropylamine, dimethylaminobutylamine, diethylaminopropylamine, diethylaminoamylamine, dipropylammopropylamine, methylpropylaminoaraylamine and propylbutylaminoethylamine. For the quaternization, an alkyl halide or a C 1 to C 12 and preferably C 1 to C 4 dialkyl sulfate is used; mention may be made of methyl bromide, iodide, chloride or sulphate or ethyl sulphate.
La préparation du composé cationique selon l'invention comporte trois étapes: la copolymérisation, la réaction avec la polyamine et finalement la quaternisation.The preparation of the cationic compound according to the invention comprises three stages: the copolymerization, the reaction with the polyamine and finally the quaternization.
Le copolymère peut être préparé par des méthodes classiques de polymérisation par voie radicalaire. La méthode préférée est la polymérisation en solution en présence d'un initiateur radicalaire. Parmi les initiateurs radicalaires on utilise en général les peroxydes ou des peroxydicarbonates.The copolymer can be prepared by conventional methods of radical polymerization. The preferred method is solution polymerization in the presence of a radical initiator. Among the radical initiators, peroxides or peroxydicarbonates are generally used.
Le solvant doit être compatible avec l'initiateur utilisé. Parmi ces solvants on peut mentionner les solvants aromatiques, tels que le cumène, le p-cymène, le xylène, le toluène, ou bien les coupes hydrocarbonées à caractère aromatique. Les cétones, comme par exemple la méthyléthylcétone conviennent également.The solvent must be compatible with the initiator used. Among these solvents, mention may be made of aromatic solvents, such as cumene, p-cymene, xylene, toluene, or else hydrocarbon cuts of aromatic nature. Ketones, such as for example methyl ethyl ketone are also suitable.
La réaction de copolymérisation est effectuée par addition en continu ou en discontinu de l'initiateur radicalaire à la solution des comonomeres, à une température comprise entre environ 30 et 300°C.The copolymerization reaction is carried out by continuous or discontinuous addition of the radical initiator to the solution of the comonomers, at a temperature between about 30 and 300 ° C.
Le temps de copolymérisation dépend de la nature des monomères et initiateurs utilisés. En général il est compris entre 2 et 6 heures. Le copolymère formé précipite. Sa masse moléculaire en nombre est comprise entre 600 et 100.000 et de préférence entre 600 et 20.000 (mesurée par tonométrie ou GPC).The copolymerization time depends on the nature of the monomers and initiators used. In general it is between 2 and 6 hours. The copolymer formed precipitates. Its number molecular mass is between 600 and 100,000 and preferably between 600 and 20,000 (measured by tonometry or GPC).
Pour la réaction avec la polyamine le polymère est redissous dans un solvant du polymère et de la polyamine utilisés. En générai il s'agit d'un solvant aromatique. On utilise habituellement le même solvant que pour la copolymérisation.For the reaction with the polyamine, the polymer is redissolved in a solvent for the polymer and the polyamine used. Generally it is an aromatic solvent. The same solvent is usually used as for the copolymerization.
A la solution de copolymère on ajoute la polyamine soit en une seule fois au début de la réaction soit progressivement en cours de la réaction. La proportion molaire correspond sensiblement à la proportion de composé alpha-bêta-dicarboxylique mis en jeu lors de la préparation du copolymère. Cette proportion peut être par exemple de 0,9 à 1,1 mole de polyamine par composé alpha-bêta-dicarboxylique.To the copolymer solution, the polyamine is added either all at once at the start of the reaction or gradually during the reaction. The proportion molar corresponds substantially to the proportion of alpha-beta-dicarboxylic compound involved in the preparation of the copolymer. This proportion can be for example from 0.9 to 1.1 mole of polyamine per alpha-beta-dicarboxylic compound.
La température de la réaction peut varier très largement, elle est en général comprise entre 100 et 300°C et de préférence entre 100 et 200°C. A ces températures l'eau de la réaction est continuellement éliminée.The reaction temperature can vary widely, it is generally between 100 and 300 ° C and preferably between 100 and 200 ° C. At these temperatures the water of the reaction is continuously removed.
La durée de la réaction est en général comprise entre 1 et 10 heures, une durée de l'ordre de 3 heures étant généralement suffisante.The duration of the reaction is generally between 1 and 10 hours, a duration of the order of 3 hours being generally sufficient.
On vérifie la formation de la fonction imide par spectroscopie I.R., par la disparition des bandes de la fonction anhydride à 1780 cm et 1855 cm -1 et l'apparition des bandes de la fonction imide à 1700 cm -1 et 1770 cm-1 The formation of the imide function is verified by IR spectroscopy, by the disappearance of the bands of the anhydride function at 1780 cm and 1855 cm -1 and the appearance of the bands of the imide function at 1700 cm -1 and 1770 cm -1.
La réaction de quaternisation peut s'effectuer suivant les méthodes connues. Il est conseillé d'utiliser les mêmes solvants que précédemment, il n'est donc pas nécessaire d'isoler l'imide du copolymère préparé dans l'étape précédente. La quaternisation se déroule avec une vitesse satisfaisante même à la température ambiante, on se contente de refroidir la solution précédente avant l'introduction de l'halogenure d'alkyle ou du sulfate de dialkyle. A température ambiante le temps de réaction peut varier de quelques minutes à quelques heures suivant le rapport des deux constituants. On utilise en général 0,5 à 1,5 mole de reactif de quaternisation par mole de polyamine. La quaternisation s'effectue avec une efficacité de 30 à 100% et souvent de 50 à 100% suivant les conditions opératoires (mesurée par RMN).The quaternization reaction can be carried out according to known methods. It is advisable to use the same solvents as above, so it is not necessary to isolate the imide from the copolymer prepared in the previous step. The quaternization takes place with a satisfactory speed even at room temperature, we are content to cool the previous solution before the introduction of the alkyl halide or dialkyl sulfate. At room temperature the reaction time can vary from a few minutes to a few hours depending on the ratio of the two constituents. In general, 0.5 to 1.5 moles of quaternization reagent are used per mole of polyamine. The quaternization is carried out with an efficiency of 30 to 100% and often from 50 to 100% depending on the operating conditions (measured by NMR).
Le copolymère quaternisé précipite au fur et à mesure de sa formation. Il est récupère par filtration.The quaternized copolymer precipitates as it is formed. It is recovered by filtration.
Pour stabiliser les formations argileuses on injecte des solutions de ces copolymeres cationiques dans la formation. En général ce traitement intervient avant que la formation entre en contact avec de l'eau étrangère. Cependant, il est possible de répéter plusieurs fois l'opération de stabilisation par l'injection de nouvelles solutions.To stabilize the clay formations, solutions of these cationic copolymers are injected into the formation. In general, this treatment takes place before the formation comes into contact with foreign water. However, it is possible to repeat the stabilization operation several times by injecting new solutions.
Les solvants utilisés sont en général des alcools ou des mélanges de solvants à base d'alcools. On utilise avantageusement des solutions aqueuses.The solvents used are generally alcohols or mixtures of solvents based on alcohols. Advantageously, aqueous solutions are used.
La concentration de ces solutions, ainsi que le volume et le débit du liquide injecté sont déterminés en fonction des caractéristiques de la formation. Interviennent la teneur des roches en argiles et en minéraux fins ainsi que la nature de ces argiles et minéraux.The concentration of these solutions, as well as the volume and the flow rate of the injected liquid are determined according to the characteristics of the formation. The content of clays and fine minerals and the nature of these clays and minerals come into play.
On utilise en général des solutions dont la concentration varie entre 0,1 et 10% en poids et de préférence entre 0,5 et 5%.In general, solutions are used whose concentration varies between 0.1 and 10% by weight and preferably between 0.5 and 5%.
L'efficacité des copolymères dans la stabilisation des argiles est évaluée par comparaison de la perméabilité des roches, avant et après traitement avec une solution de copolymère.The effectiveness of the copolymers in stabilizing clays is evaluated by comparison of the permeability of the rocks, before and after treatment with a solution of copolymer.
Ce paramètre traduit la réactivité de la fraction fine et le degré de réversibilité des phénomènes auxquels elle est soumise (essentiellement gonflement et dispersion des argiles).This parameter translates the reactivity of the fine fraction and the degree of reversibility of the phenomena to which it is subjected (essentially swelling and dispersion of the clays).
Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois la limiter. EXEMPLE 1The following examples illustrate the invention without, however, limiting it. EXAMPLE 1
Dans 425 g de xylène on ajoute 32,5 g de styrène, 32,5 g d'anhydride maleique et 3,25 g de terdodécylmercaptan. La température du réacteur est élevée à 80°C et on ajoute 3,25 g de peroxyde de benzoyle.In 425 g of xylene are added 32.5 g of styrene, 32.5 g of maleic anhydride and 3.25 g of terdodecylmercaptan. The temperature of the reactor is raised to 80 ° C. and 3.25 g of benzoyl peroxide are added.
Le réacteur est maintenu a la température de 80°C pendant 4 heures. Le produit est filtré puis séché.The reactor is maintained at a temperature of 80 ° C for 4 hours. The product is filtered and then dried.
Le rendement en polymère obtenu est voisin de 100%. Masse moléculaire en nombre mesurée par osmométrie : 1320.The yield of polymer obtained is close to 100%. Number molecular mass measured by osmometry: 1320.
A 255 g de xylène sont ajoutés 45 g du copolymère de styrène et d'anhydride maleique précédemment obtenu. De plus, 22,95 g de άiméthyl amino propyiamine sont incorporés. La température du réacteur est portée à 140°C pendant 5 h. On élimine l'eau de réaction due à la formation de l'imide.To 255 g of xylene are added 45 g of the copolymer of styrene and maleic anhydride previously obtained. In addition, 22.95 g of aminoimethyl amino propyiamine are incorporated. The temperature of the reactor is brought to 140 ° C. for 5 h. The reaction water due to the formation of the imide is eliminated.
Puis on ajoute 18,9 g de sulfate de diméthyle et on laisse la réaction se dérouler à température ambiante. Le polymère quaternisé précipite. Il est filtré puis séché. Efficacité de quaternisation : 98%. EXEMPLE 2Then 18.9 g of dimethyl sulfate are added and the reaction is allowed to proceed at room temperature. The quaternized polymer precipitates. It is filtered and then dried. Quaternization efficiency: 98%. EXAMPLE 2
Le styrène (32,5 g) est remplacé par le méthyl vinyl éther (33,5 g). Le rendement obtenu est de 95% pour le copolymère anhydride maleique/méthylvinyléther. La masse moléculaire de ce copolymère est 1100. Efficacité de quaternisation : 95%. EXEMPLE 3Styrene (32.5 g) is replaced by methyl vinyl ether (33.5 g). The yield obtained is 95% for the maleic anhydride / methylvinyl ether copolymer. The molecular mass of this copolymer is 1100. Efficiency of quaternization: 95%. EXAMPLE 3
Le styrène (32,5 g) est remplacé par le dodécylène (32,5 g). Le rendement obtenu est de 93% pour le copolymère dodécylene/anhydride maleique. La masse moléculaire de ce copolymère est de 2000. L'efficacité de quaternisation est égale à 90%. EXEMPLE 4Styrene (32.5 g) is replaced by dodecylene (32.5 g). The yield obtained is 93% for the dodecylene / maleic anhydride copolymer. The molecular weight of this copolymer is 2000. The quaternization efficiency is equal to 90%. EXAMPLE 4
On prépare suivant le brevet US 4.366.074 le polymère cationique de formule :According to US Patent 4,366,074, the cationic polymer of formula is prepared:
Figure imgf000009_0001
Figure imgf000009_0001
EXEMPLE 5EXAMPLE 5
La mesure à débit constant de la perte de charge à travers un échantillon de roche, avant et après traitement avec une solution de copolymère, permet d'évaluer la modification de la perméabilité suite au traitement.The constant flow measurement of the pressure drop across a rock sample, before and after treatment with a copolymer solution, makes it possible to evaluate the modification of the permeability following the treatment.
Les échantillons de roches sont sertis dans une cellule du type HASSLER, puis drainés alternativement et en sens inverse avec l'eau de référence et la solution de copolymère testée. Séquence des injections :The rock samples are crimped in a HASSLER cell, then drained alternately and in reverse with the reference water and the copolymer solution tested. Sequence of injections:
1 - l'échantillon est imbibé sous vide avec une eau de référence. La perméabilité mesurée = K°R 1 - the sample is soaked under vacuum with reference water. Measured permeability = K ° R
2 - drainage avec une saumure de NaCl à 30g/1 jusqu'à stabilisation de la pression,2 - drainage with NaCl brine at 30g / 1 until the pressure stabilizes,
3 - drainage en sens inverse avec une solution de copolymère en quantité limitée à 5 fois le volume des pores,3 - drainage in the opposite direction with a copolymer solution in an amount limited to 5 times the volume of the pores,
4 - drainage avec une eau de référence identique à 1 jusqu'à stabilisation de la pression. La perméabilité mesurée = KE.4 - drainage with reference water identical to 1 until the pressure stabilizes. The measured permeability = K E.
L'efficacité des copolymères comme stabilisants est exprimée par le rapport des deux perméabilités = KE/K°R The effectiveness of the copolymers as stabilizers is expressed by the ratio of the two permeabilities = K E / K ° R
L'eau de référence est une eau permutée. Les copolymères sont en solution aqueuse. Les fluides utilisés sont désaérés à l'azote et filtrés à 0,22μm pour éviter l'incidence des phénomènes de corrosion et de colmatage sur le déroulement des expériences. Un bactéricide permet, le cas échéant, de s'affranchir des développements bactériens.The reference water is permuted water. The copolymers are in aqueous solution. The fluids used are deaerated with nitrogen and filtered at 0.22 μm to avoid the incidence of corrosion and clogging phenomena on the course of the experiments. A bactericide allows, if necessary, to get rid of bacterial developments.
Les tableaux 1 et 2 résument les résultats d'essais de drainage avec un grès des Vosges et un grès du Golfe de Guinée.Tables 1 and 2 summarize the results of drainage tests with sandstone from the Vosges and sandstone from the Gulf of Guinea.
La comparaison des résultats obtenus avec un homopolymère cationique (exemple comparatif 4) montre la supériorité de nos copolymères (exemples 1 à 3). Résultats des essais GRES DES VOSGESThe comparison of the results obtained with a cationic homopolymer (comparative example 4) shows the superiority of our copolymers (examples 1 to 3). GRES DES VOSGES test results
Il s'agit d'un Grès argileux dont la composition minéralogique est la suivante : QUARTZ 69%It is a clayey sandstone with the following mineralogical composition: QUARTZ 69%
ORTHOSE 15%ORTHOSIS 15%
MICAS + ARGILES 16% Les argiles sont pour 1/3 des chlorites et pour 2/3 des illites. Toutes sont diagenetiquement récentes et de ce fait très sensibles aux phénomènes étudiés.MICAS + CLAYS 16% Clays are for 1/3 of the chlorites and for 2/3 of the illites. All are diagenetically recent and therefore very sensitive to the phenomena studied.
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000011_0001
GRES DU GOLFE DE GUINEEGULF OF GUINEA
Il s'agit d'un Grès argileux contenant environ 10% de fines particules (kaolmite + Sidérose + Calcite)It is a clayey sandstone containing about 10% of fine particles (kaolmite + siderose + calcite)
Figure imgf000011_0002
Figure imgf000011_0002

Claims

REVENDICATIONS 1- Procédé de stabilisation de formations argileuses par injection dans la formation d'une solution de polymère cationique caractérisé en ce que le polymère cationique est un sel d'ammonium quaternaire du produit de la réaction d'une polyamine renfermant au moins un groupe aminé non substituée avec un copolymère, formé de motifs dérivant: CLAIMS 1- Method for stabilizing clay formations by injection in the formation of a solution of cationic polymer characterized in that the cationic polymer is a quaternary ammonium salt of the product of the reaction of a polyamine containing at least one amino group unsubstituted with a copolymer, formed from units derived:
- d'un ou plusieurs composés alpha-bêta-dicarboxyiiques insaturés sous forme de diacide ou d'anhydride- one or more unsaturated alpha-beta-dicarboxyic compounds in the form of the diacid or anhydride
- d'au moins un monomère à insaturation éthylénique de formule générale- at least one ethylenically unsaturated monomer of general formula
Figure imgf000012_0001
dans laquelle Z1 et Z2 identiques ou différents représentent :
Figure imgf000012_0001
in which Z 1 and Z 2, which are identical or different, represent:
- l'hydrogène- hydrogen
- un radical hydrocarboné saturé, insaturé ou aromatique en C1 à C30 - a saturated, unsaturated or aromatic C 1 to C 30 hydrocarbon radical
- un groupement- a group
"
Figure imgf000012_0002
O où R, est un radical alkyle en C1 à C3
"
Figure imgf000012_0002
O where R, is a C 1 to C 3 alkyl radical
- un groupement -OR2 où R2 est un radical alkyle en C1 à C12. 2- Frocédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le copolymère renferme 1 à 4 motifs dérivant du monomère à insaturation éthylénique par motif dérivant du composé alpha-bêta-dicarboxylique insaturé. 3- Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérise en ce que le composé alpha-bêta-dicarboxylique insaturé est l'acide ou l'anhydride maleique ou alkylmaléique. 4- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le monomère à insaturation éthylénique est un composé vinylaromatique tel que le styrène, l'alphaméthylstyrène ou le vinyltoluène. 5- Frocédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que le composé vinylaromatique est le styrène. 6- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le monomère à insaturation éthylénique est une oléfine comme l'éthylène, le propylène, l'isobutène, le butène, le pentène, l'heptène, l'octène, le nonène, le décène et le dodécène. 7- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le monomère à insaturation éthylénique est un vinyléther comme le methylvinyléther et l'isobutylvinyléther. 8- Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le polyamine répond à la formule générale :- a group -OR 2 where R 2 is a C 1 to C 12 alkyl radical. 2- A process according to claim 1 characterized in that the copolymer contains 1 to 4 units deriving from the ethylenically unsaturated monomer per unit deriving from the unsaturated alpha-beta-dicarboxylic compound. 3- A method according to claim 1 or 2 characterized in that the unsaturated alpha-beta-dicarboxylic compound is maleic or alkylmaleic acid or anhydride. 4- Method according to one of claims 1 to 3 characterized in that the ethylenically unsaturated monomer is a vinyl aromatic compound such as styrene, alphamethylstyrene or vinyltoluene. 5- A process according to claim 4 characterized in that the vinyl aromatic compound is styrene. 6- Method according to one of claims 1 to 3 characterized in that the ethylenically unsaturated monomer is an olefin such as ethylene, propylene, isobutene, butene, pentene, heptene, octene, nonene, decene and dodecene. 7- Method according to one of claims 1 to 3 characterized in that the ethylenically unsaturated monomer is a vinyl ether such as methylvinyl ether and isobutylvinyl ether. 8- Method according to one of claims 1 to 5 characterized in that the polyamine corresponds to the general formula:
H2N - Z - N R3 R4 où Z représente un radical alkylene ou cycloalkylène substitué ou non,H 2 N - Z - NR 3 R 4 where Z represents a substituted or unsubstituted alkylene or cycloalkylene radical,
R3 et R4 identiques ou différents représentent un radical hydrocarbyle de préférence un alkyle en C1 àR 3 and R 4, which are identical or different, represent a hydrocarbyl radical, preferably a C 1 to
C12 et de préférence en C1 à C4 . 9- Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que le radical alkylene ou cycloalkylène est substitué par des groupes hydroxyles, ou de préférence amines tertiaires. 10- Procédé selon l'une des revendications I à 9 caractérisé en ce que la polyamine est choisie parmi la diméthylaminoéthylamine, la diéthylaminoéthylamine, diméthyluminopropylamine, la diméthylaminobutylamine, la diéthylaminopropylamine, la diéthylaminoamylamine, la dipropylaïuinopropylamine, le methylpropylaminoamylamine et le propylbutylaminoéthylamine. 11- Procédé selon l'une des revendications 1 a 1 caractérisé en ce qu'on effectue la quaternisation ave un halogénure d'alkyle ou un sulfate de dialkyle en C1 à C12 et de préférence en C1 à C4, tels que les bromures, les iodures, les chlorures ou les sulfates de méthyle ou d'éthyle. 12- Procédé selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que le polymère cationique injecté est en solution dans un alcool ou un mélange de solvants à base d'alcools. 13- Procédé selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que le polymère cationique injecté est en solution aqueuse. 14- Procédé selon l'une des revendications 1 à 13 caractérisé en ce que la concentration des solutions des polymères cationiques injectées varie entre 0,1 à 10% poids et de préférence entre 0,5 et 5%. C 12 and preferably in C 1 to C 4 . 9- A method according to claim 8 characterized in that the alkylene or cycloalkylene radical is substituted by hydroxyl groups, or preferably tertiary amines. 10- Method according to one of claims I to 9 characterized in that the polyamine is chosen from dimethylaminoethylamine, diethylaminoethylamine, dimethyluminopropylamine, dimethylaminobutylamine, diethylaminopropylamine, diethylaminoamylamine, dipropylaininopropylamine, methylpropylaminoamylamine and propylbutylaminoamine. 11- Method according to one of claims 1 to 1 characterized in that one carries out the quaternization ave an alkyl halide or a dialkyl sulfate in C 1 to C 12 and preferably in C 1 to C 4 , such as bromides, iodides, chlorides or methyl or ethyl sulfates. 12- Method according to one of claims 1 to 11 characterized in that the cationic polymer injected is in solution in an alcohol or a mixture of solvents based on alcohols. 13- Method according to one of claims 1 to 11 characterized in that the cationic polymer injected is in aqueous solution. 14- Method according to one of claims 1 to 13 characterized in that the concentration of solutions of the cationic polymers injected varies between 0.1 to 10% by weight and preferably between 0.5 and 5%.
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