WO2019120771A1 - Method for exploiting an underground formation by injecting a fluid comprising an additive provided with magnetic nanoparticles - Google Patents

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WO2019120771A1
WO2019120771A1 PCT/EP2018/081211 EP2018081211W WO2019120771A1 WO 2019120771 A1 WO2019120771 A1 WO 2019120771A1 EP 2018081211 W EP2018081211 W EP 2018081211W WO 2019120771 A1 WO2019120771 A1 WO 2019120771A1
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additive
adjuvant
fluid
effluent
magnetic nanoparticle
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PCT/EP2018/081211
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French (fr)
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Eric Lecolier
Jean-Francois Argillier
Yves Benoit
Bruno Delfort
Marie MARSIGLIA
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IFP Energies Nouvelles
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    • C09K8/62Compositions for forming crevices or fractures

Definitions

  • 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 particularly relates to the field of enhanced oil recovery (EOR) and the field of water treatment production.
  • EOR enhanced oil recovery
  • This adjuvant may 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.).
  • adjuvant poses certain problems related 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 adjuvant, etc. It is therefore necessary to monitor the behavior of the adjuvant in the subterranean formation.
  • the adjuvant used usually polymers, copolymers and surfactants, is found in the water produced, and if so, to remove this adjuvant from the water produced in order to achieve adequate water treatment.
  • the present invention relates to a method of operating a subterranean formation, in which at least one fluid is injected.
  • the fluid comprises at least one additive, the additive consisting of at least one adjuvant bonded to at least one magnetic nanoparticle.
  • the additive of the produced effluent can be easily separated (without the need for complex equipment) and quickly (without the need for long separation steps).
  • the invention relates to a method of operating a subterranean formation, in which at least one fluid is injected into said subterranean formation, said injected fluid comprising at least one additive.
  • the following steps are carried out:
  • At least one additive is synthesized by bonding at least one magnetic nanoparticle to at least one adjuvant of said fluid
  • said adjuvant is an organic compound such as a polymer, a copolymer, or a surfactant.
  • said adjuvant is a partially hydrolysed polyacrylamide HPAM or a terpolymer composed of acrylamide, acrylic aid and N-vinylpyrrolidone or acrylamido-tert-butylsulfonate (ATBS), a biopolymer such as xanthan or scleroglucan or a schizophyllane .
  • said adjuvant is an anti-deposition aid, or a corrosion inhibitor or an anti-hydrate adjuvant.
  • said recovered effluent is a production effluent of said subterranean formation comprising hydrocarbons, or a fluid taken from an aquifer of said subterranean formation, or a drilling fluid.
  • said magnetic nanoparticle is coated with silica or alumina.
  • said magnetic nanoparticle comprises a ferromagnetic core, in particular iron, preferably magnetite or maghemite.
  • 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 magnetic nanoparticles with another material.
  • said magnetic nanoparticle is bonded to said adjuvant by a bond of a chemical nature, such as, for example, covalent bonds, or of ionic nature, or of a physical nature such as, for example, electrostatic or hydrophobic or Van der-type associations. Waals.
  • said additive comprising said magnetic nanoparticle present in said effluent is separated by means of at least one magnet located in or near a pipe or a tank or a tank in which the effluent is located. recovered.
  • said step of separating said additive comprising said magnetic nanoparticle comprises a preliminary step of separating the aqueous and organic phases of said effluent.
  • the process comprises a final step of separating the aqueous and organic phases of said effluent.
  • said magnetic nanoparticles and / or said labeled additive resulting from the separation step of said additive comprising said magnetic nanoparticle are recycled.
  • the present invention relates to a method for operating an underground formation, in which at least one fluid is injected, the fluid comprising at least one additive.
  • the following steps are carried out:
  • the method may comprise an optional step:
  • the injected fluid may be an aqueous fluid or an organic solvent. It may be a drilling fluid, water containing the synthesized additive, a fracturing fluid, a hydrocarbon-assisted recovery fluid, etc.
  • the fluid additive consists of at least one adjuvant bonded 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).
  • the adjuvant may be a synthetic polymer such as for example polyacrylamide more or less hydrolysed: HPAM, a copolymer based on acrylamide and sulfonated monomer, or a terpolymer composed of acrylamide, acrylic acid and N - Vinylpyrrolidone or acrylamido-tertiobutylsulfonate (ATBS), or a natural polymer (biopolymer) such as xanthan, scleroglucan or schizophyllan.
  • HPAM polyacrylamide more or less hydrolysed
  • HPAM polyacrylamide more or less hydrolysed monomer
  • ATBS N - Vinylpyrrolidone or acrylamido-tertiobutylsulfonate
  • biopolymer such as xanthan, scleroglucan or schizophyllan.
  • these polymers are adapted to be magnetically separable from the fluid in which it has been introduced in a manner that is easy to implement thanks to the grafting of one (or more) magnetic nano or microparticle (s) (such as iron oxide nanoparticles) on the polymer.
  • magnetic materials is meant materials that may have permanent magnetization or that may exhibit magnetization when a magnetic field is applied thereto.
  • Recovered effluent is understood to mean complex fluids comprising alone or in mixture production water, hydrocarbons, drilling fluids, fracturing fluids, waters of geological formations, etc.
  • effluent refers to a complex fluid comprising alone or in combination the production water and hydrocarbons, which can be recovered by a producing well.
  • the synthesized additive is an adjuvant of the fluid (especially a polymer) which has magnetic properties, and which, when present in the fluid, can be separated and isolated from it using its properties. magnetic, in particular by means of a magnetic field.
  • This step of the process according to the invention consists in bonding at least one adjuvant of the fluid to at least one magnetic nanoparticle.
  • the adjuvants are those used in the petroleum industry and may be of various chemical natures.
  • the magnetic properties of the additive are provided by one or more magnetic nanoparticles which are bonded to the adjuvant.
  • the bonds may be of a chemical nature, such as, for example, covalent or ionic bonds, or of a physical nature such as, for example, electrostatic or hydrophobic or Van der Waals combinations.
  • the magnetic characteristics of the nanoparticles allow their attraction by application of a magnetic field, whatever the fluid in which they are. Thanks to the bond between the adjuvant and the nanoparticle or nanoparticles, the additive thus acquires magnetic properties.
  • the additive if the additive is present in the recovered effluent, its magnetism allows a simple and rapid separation of the additive present in the recovered effluent (and allow a possible recycling of the additive).
  • the term fluid adjuvant is any chemical compound that can be added to the fluid to enhance its role in the subsurface formation.
  • the adjuvant may be an organic compound such as a polymer, a copolymer, or a surfactant, especially for an application of an EOR method.
  • the adjuvant may 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 schizophyllane
  • the adjuvant may also be an anti-deposition aid, or a corrosion inhibitor or an anti-hydrate adjuvant.
  • Nanoparticles are objects whose size is typically between 1 and 500 nanometers. Magnetic nanoparticles are formed of a magnetic material or contain a magnetic material.
  • the magnetic material is magnetite, which is iron oxide of formula Fe 3 O 4 , which has good magnetic properties
  • the magnetic material is maghemite, which has good magnetic properties.
  • Magnetic nanoparticles can be synthesized by any means known to those skilled in the art. They can be synthesized by various routes such as the coprecipitation of metal salts, in particular of 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.
  • 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, 2064-21 10 ".
  • the nanoparticles can be synthesized by coprecipitation of ferric and ferrous ions by addition of a base (sometimes called the Massart method), an example of such a method is described in the document "Bee, A .; Massart, R .; Nephew, S. Synthesis of very fine maghemite particles. J. Magn. Magn. Matr. 1995. 149 (1): 6-9 ".
  • the nanoparticles can be purified and / or isolated by means of, for example, washing, centrifugation and filtration steps.
  • the nanoparticles obtained can be isolated or maintained in the form of suspension in a liquid matrix.
  • Example 1 Nanomagnetic MNPs-1 particles: The iron salts FeSO 4 and FeCl 3 are mixed in a molar ratio of 1: 2 in 100 ml of water at a temperature of concentration of 0.13 M iron ions. Trisodium citrate is added to the mixture in a molar ratio of 1% based on the total iron concentration. The mixture is stirred vigorously (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 hour at room temperature under argon atmosphere.
  • Example 2 nanomagnetic MNPs-2 particles: This synthesis protocol is similar to the previous one except for the total concentration of iron which is 0.08 M and the addition of citrate which is made after 1 h of synthesis. The medium is then heated at 80 to 90 ° C for 30 minutes.
  • Example 3 Nanomagnetic MNPs-3 particles: This synthesis protocol is similar to the previous one, with the exception of iron sulfate, which is replaced by the same molar amount of ferric chloride FeCl 2 . The FeCl 2 and FeCl 3 salts are mixed at a concentration of 0.08 M in iron ions.
  • the magnetic nanoparticle may be coated with an inorganic layer, for example silica and / or alumina.
  • the magnetic nanoparticle may be coated with an organic layer, for example a polymer.
  • 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 partially hydrolyzed polyacrylamide type HPAM polymer.
  • 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 ".
  • the magnetic nanoparticle comprises an iron core, for example magnetite or maghemite, covered with a coating which is a layer of silica.
  • This type of nanoparticle is particularly suitable for grafting on partially hydrolysed polyacrylamide polymers (HPAM).
  • HPAM partially hydrolysed polyacrylamide polymers
  • This embodiment is particularly suitable for an EOR enhanced oil recovery process chemical, in which we will inject a formulation containing at least HPAM polymers "magnetic". Thus, when these additives will emerge with the effluent produced, they can be removed in a simple manner, by applying a magnetic field.
  • the bond between the one or more nanoparticles and the polymeric adjuvant (s) may be carried out either by chemical grafting or by physical interaction.
  • the grafting by chemical bonding can be carried out by means of a covalent bond.
  • bonds can be created by reactions of specific functions judiciously chosen and available on magnetic nanoparticles and / or on polymeric additives.
  • the grafting may for example be made from a magnetic nanoparticle whose surface carries amine functions. These functions can react chemically with functions carried by a partially hydrolysed polyacrylamide type polymer.
  • the grafting of a magnetic nanoparticle whose surface bears amine functional groups on a partially hydrolysed polyacrylamide-type polymer may be carried out by the direct amidation reaction of a carboxylic function in its acidic form and the amine function carried by the nanoparticle.
  • This reaction can also be carried out according to a well-known method which consists of reacting a carboxylic acid function with a carbodiimide such as 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride followed by reaction with sodium salt. N-hydroxysulfosuccinimide and the reaction with an amine function carried by the nanoparticle.
  • a magnetic nanoparticle whose surface bears amine functions on a polyacrylamide-type polymer from a predominantly acrylamide-type polymer which is obtained by copolymerization in addition to acrylamide and optionally other monomers such as for example sodium acrylate or acrylic acid of an acrylate or an alkyl methacrylate such as methyl acrylate or ethyl acrylate.
  • the grafting of the nanoparticle is then effected by an amidation reaction between the amine and ester functions introduced into the polymer.
  • reaction schemes 1 and 2 These synthetic routes are illustrated by reaction schemes 1 and 2 below. On these NP representations illustrate the magnetic nanoparticles.
  • the magnetic nanoparticles are distributed along the chain of a polymer if each nanoparticle has only one bond with the polymer, but a nanoparticle may be bonded to several polymer chains or several monomers. of the same polymer chain.
  • each nanoparticle can be linked to several polymer chains, themselves linked to several nanoparticles thus forming an aggregate-type structure.
  • reaction scheme 3 This synthetic route is illustrated by reaction scheme 3 below. On this NP representation illustrate the magnetic nanoparticles.
  • This type of structure can also be obtained from magnetic nanoparticles whose surface is carrying unsaturated polymerizable functions, for example vinyls.
  • This consists in carrying out the copolymerization of 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.
  • unsaturated monomers such as, for example, acrylamide, sodium acrylate or acrylic acid
  • a radical polymerization initiator such as a peroxide or an azo compound.
  • the polymerizable unsaturated functional group carried by the nanoparticle participates in the polymerization or copolymerization of the monomer (s). This amounts to integrating one or more nanoparticles into the (co) polymerization of acrylamide-type monomers.
  • each nanoparticle is bonded to several polymer chains according to a so-called star structure, ie 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.
  • the bond between the magnetic nanoparticle (s) and the polymer adjuvant (s) can be achieved by physical interaction, it can be:
  • the methods described above involve functionalizing the magnetic nanoparticles; the functionalization consists in either 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 link with the chemical groups of the additive to be bonded either to carry out the synthesis of the magnetic nanoparticle or its coating simultaneously with the incorporation of the chemical functions necessary for the bonds with the polymeric additive.
  • Functionalization methods have been well known since the late 1990s. The following articles describe these methods:
  • Functionalization may consist of grafting organic ligands on the surface of the 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 a copolymer having the desired properties, for example, hydrophilicity for use in aqueous media, or, conversely, hydrophobicity for uses in organic solvents .
  • the ligands may be amine, carboxyl, amide, thiol, and the like.
  • the functionalization of nanoparticles may 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.
  • grafting agents can also react directly with the surface of a nanoparticle made of Fe 3 O 4 iron oxide by creating Fe-O-Si chemical bonds. This type of grafting is illustrated by the following reaction schemes 4 or 5.
  • the adjuvant and the magnetic nanoparticle may be embedded in a coating in another material, for example silica and / or alumina.
  • 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 the underground formation (constitution, porosity, etc.).
  • the injected fluid may be an aqueous fluid or an organic solvent. It may be a drilling fluid, water containing the synthesized additive, a fracturing fluid, a hydrocarbon-assisted recovery fluid, etc.
  • the injected fluid may comprise a single additive.
  • the injected fluid may comprise a plurality of adjuvants, for which a single adjuvant is made magnetic, for example the adjuvant that is the most polluting and that must be treated, or the adjuvant that may end up in the fluid recovered first or the adjuvant most impacting the water / hydrocarbon (oil) separation of the effluent on the surface.
  • the injected fluid may comprise a plurality of additives.
  • the fluid prepared with the additive is injected into the subterranean 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. This may include an injection of a fluid into an injector well by means of a pumping system.
  • This step consists in recovering an effluent, called recovered fluid, from the underground formation, which is used during the next separation step.
  • the recovered fluid comprises complex fluids comprising alone or in 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 well. aquifer of the subterranean formation, or a drilling fluid raised to the surface during the drilling operation, etc.
  • the effluent comprises at least a portion of the additive (s) synthesized in step 1) (magnetic renderings) of the injected fluid.
  • step 1 the additive (s) synthesized in step 1) (magnetic renderings) contained in the recovered effluent are separated.
  • the additive (s) synthesized in step 1) magnetic renderings contained in the recovered effluent are separated.
  • the property magnetic nanoparticle magnetic the separation is achieved by the application of a magnetic field.
  • the separation can be carried out by means of a magnet or a series of magnets.
  • the magnet or series of magnets may be placed near a pipe or tank or tank in which the recovered effluent is located.
  • the magnet or series of magnets may be located in a pipe or in a tank or tank.
  • this separation step may comprise a preliminary step of separating the aqueous (water) and organic (oil) phases of the effluent.
  • the aqueous phase can be treated for recycling (for example reinjected into the subterranean formation).
  • the treatment of the aqueous phase then comprises the step of separating the additive or additives contained in the aqueous phase by magnetism.
  • the step of magnetic separation of the additive (s) may precede the water / oil separation step to facilitate the latter.
  • this step consists in separating the HPAM polymer. marked by the magnetic nanoparticles of the recovered effluent.
  • Recycling can correspond to:
  • the magnetic nanoparticles can be recycled for use again for the synthesis of additives. This step makes it possible to limit the cost of the process according to the invention, by limiting the quantity of magnetic nanoparticles used.
  • the following steps can be implemented: the additives comprising the magnetic nanoparticles are recovered from the previous step;
  • the magnetic nanoparticles are separated from the adjuvants, for example by a pyrolysis method
  • the magnetic nanoparticles are regenerated to render them suitable for their use.
  • the magnetic nanoparticles are recycled at the stage 1) of synthesis of the additives.
  • this step may also include the regeneration and / or recycling of the additive. This makes it possible to limit the costs associated with the additive injected.
  • 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 a direct recycling that requires the least amount of operations.
  • the method of operating a subterranean 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 a subterranean formation, in particular for the exploration and production processes. exploitation of an underground formation.
  • the operating method according to the invention can be used in an EOR enhanced oil recovery process, a process for treating the water produced, a drilling method, a method for producing oils and / or of bedrock gas, etc.
  • EOR-C0 2 which consists of the injection of C0 2 into the reservoir
  • chemical EOR which consists of injecting solutions of surfactants, microemulsions, or aqueous solutions of synthetic polymers, such as polyacrylamide (for example HPAM), or biopolymers such as xanthan or any other biopolymer (the injection of these polymer solutions is called "polymer flooding").
  • One of the problems is the presence in the recovered effluent of injected additives. These impacts include 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 makes it possible to solve these problems.
  • Hydraulic fracturing involves pumping under a very high pressure a fluid containing various additives (solid particles called propellants, polymers-polyacrylamide, ...-, clays, ...) so as to crack the rock.
  • propellants solid particles
  • polymers-polyacrylamide polymers-polyacrylamide
  • clays a fluid containing various additives (solid particles called propellants, polymers-polyacrylamide, ...-, clays, ...) so as to crack the rock.
  • propellants solid particles called propellants, polymers-polyacrylamide, ...-, clays, ...)
  • a fluid For the drilling of a well, a fluid is injected which fulfills four functions which are: the raising of the rock cuttings, the maintenance in suspension of the cuttings during stops of circulation, the maintenance of the pore pressure at the right of the training as well as the cooling and lubrication of the drill tool.
  • the drilling fluid contains several additives to fulfill these four functions such as viscosifiers, lubricants, defoamers, filtrate reducers, and the like.
  • the dosage of each of the additives of 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.).
  • Such a method makes it possible to maintain the flow of hydrocarbons in the subterranean formation, by injecting a fluid comprising flow-enhancing additives, for example anti-scale additives, anti-corrosion additives, and anti-hydrate additives.
  • flow-enhancing additives for example anti-scale additives, anti-corrosion additives, and anti-hydrate additives.
  • anti-deposition 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.

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Abstract

The present invention concerns a method for exploiting an underground formation, in which at least one fluid is injected. According to the invention, the fluid comprises at least one additive, the additive being constituted by at least one adjuvant linked to at least one magnetic nanoparticle. In this way, by applying a magnetic field, the additive can be separated from the effluent produced.

Description

PROCEDE D’EXPLOITATION D’UNE FORMATION SOUTERRAINE PAR INJECTION D’UN FLUIDE COMPRENANT UN ADDITIF POURVU DE NANOPARTICULES MAGNETIQUES  PROCESS FOR OPERATING A SUBTERRANEAN FORMATION BY INJECTING A FLUID COMPRISING AN ADDITIVE COMPRISING MAGNETIC NANOPARTICLES
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. 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.
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 invention particularly relates to the field of enhanced oil recovery (EOR) and the field of water treatment production.
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 may 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.). Although the method is improved, the addition of adjuvant (s) poses certain problems related 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 adjuvant, etc. It is therefore necessary to monitor the behavior of the adjuvant in the subterranean 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 enhanced oil recovery, it is interesting to know if the adjuvant used, usually polymers, copolymers and surfactants, is found in the water produced, and if so, to remove this adjuvant from the water produced in order to achieve 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 fast treatment of the effluent, in order to eliminate the injected adjuvants from the effluent.
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. Le procédé selon l’invention To solve these problems, the present invention relates to a method of operating a subterranean 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 of the produced effluent can be easily separated (without the need for complex equipment) and quickly (without the need for long separation steps). The process according to the 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 :  The invention relates to a method of operating a subterranean formation, in which at least one fluid is injected into said subterranean formation, said injected fluid comprising at least one additive. For this process, the following steps are carried out:
a) on synthétise au moins un additif en liant au moins une nanoparticule magnétique à au moins un adjuvant dudit fluide ;  a) at least one additive is synthesized by bonding at least one magnetic nanoparticle to at least one adjuvant of said fluid;
b) on injecte ledit fluide comprenant ledit additif dans ladite formation souterraine ;  b) injecting said fluid comprising said additive into said subterranean formation;
c) on récupère au moins un effluent de ladite formation souterraine ; et  c) recovering at least one effluent from said subterranean formation; and
d) on retire ledit additif présent dans ledit effluent par l’application d’un champ magnétique.  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 hydrolysed polyacrylamide HPAM or a terpolymer composed of acrylamide, acrylic aid and N-vinylpyrrolidone or acrylamido-tert-butylsulfonate (ATBS), a biopolymer such as xanthan or scleroglucan or a schizophyllane .
Alternativement, ledit adjuvant est un adjuvant anti-dépôt, ou un adjuvant anticorrosion ou un adjuvant anti-hydrates.  Alternatively, said adjuvant is an anti-deposition aid, or a corrosion inhibitor or an anti-hydrate adjuvant.
Conformément à une mise en oeuvre 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 one embodiment of the invention, said recovered effluent is a production effluent of said subterranean formation comprising hydrocarbons, or a fluid taken from an aquifer of said subterranean 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 iron, preferably 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 magnetic nanoparticles with another material.
Selon une mise en oeuvre, 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 embodiment, said magnetic nanoparticle is bonded to said adjuvant by a bond of a chemical nature, such as, for example, covalent bonds, or of ionic nature, or of a 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. 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. Preferably, said additive comprising said magnetic nanoparticle present in said effluent is separated by means of at least one magnet located in or near a pipe or a tank or a tank in which the effluent is located. recovered. According to one aspect, said step of separating said additive comprising said magnetic nanoparticle comprises a preliminary step of separating 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 process comprises a final step of separating 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 resulting from the separation step of said additive comprising said magnetic nanoparticle are recycled.
Description détaillée de l'invention Detailed 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 :  The present invention relates to a method for operating an underground formation, in which at least one fluid is injected, the fluid comprising at least one additive. For the process according to the invention, the following steps are carried out:
1 ) Synthèse de l’additif, et formulation du fluide avec l’additif  1) Synthesis of the additive, and formulation of the fluid with the additive
2) Injection du fluide  2) Injection of the fluid
3) Récupération d’un effluent de la formation souterraine  3) Recovery of an effluent from the underground formation
4) Séparation magnétique de l’additif et du fluide  4) Magnetic separation of the additive and the fluid
Selon un mode de réalisation, le procédé peut comporter une étape facultative : According to one embodiment, the method may comprise an optional step:
5) Recyclage des nanoparticules et/ou de l’additif  5) Recycling nanoparticles and / or 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. The injected fluid may be an aqueous fluid or an organic solvent. It may be a drilling fluid, water containing the synthesized additive, a fracturing fluid, a hydrocarbon-assisted recovery fluid, etc.
L’additif du fluide est constitué d’au moins un adjuvant lié à au moins une nanoparticule magnétique  The fluid additive consists of at least one adjuvant bonded to at least one magnetic nanoparticle
L’adjuvant du fluide injecté peut prendre la forme de molécules organiques, telles que des polymères, des copolymères (par exemple un polyacrylamide). 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 oeuvre 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 may be a synthetic polymer such as for example polyacrylamide more or less hydrolysed: HPAM, a copolymer based on acrylamide and sulfonated monomer, or a terpolymer composed of acrylamide, acrylic acid and N - Vinylpyrrolidone or acrylamido-tertiobutylsulfonate (ATBS), or a natural polymer (biopolymer) such as xanthan, scleroglucan or schizophyllan. 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 in which it has been introduced in a manner that is easy to implement thanks to the grafting of one (or more) magnetic nano or microparticle (s) ( such as iron oxide nanoparticles) on the polymer. By the term "magnetic materials" is meant materials that may have permanent magnetization or that may exhibit magnetization when a magnetic field is applied thereto.
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.  Recovered effluent is understood to mean complex fluids comprising alone or in mixture production water, hydrocarbons, drilling fluids, fracturing fluids, waters of geological formations, etc. The term effluent refers to a complex fluid comprising alone or in combination the production water and hydrocarbons, which can be recovered by a producing well.
1 ) Synthèse de l’additif 1) Synthesis 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 (especially a polymer) which has magnetic properties, and which, when present in the fluid, can be separated and isolated from it using its properties. magnetic, in particular by means of a magnetic field. This step of the process according to the invention consists in bonding at least one adjuvant of the fluid to at least one magnetic nanoparticle. It is recalled that the adjuvants are those used in the petroleum industry and may 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 bonded to the adjuvant. The bonds may be of a chemical nature, such as, for example, covalent or ionic bonds, or of a physical nature such as, for example, electrostatic or hydrophobic or Van der Waals combinations.
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 the nanoparticles allow their attraction by application of a magnetic field, whatever the fluid in which they are. Thanks to the bond between the adjuvant and the nanoparticle or nanoparticles, the additive thus acquires magnetic properties. Thus, if the additive is present in the recovered effluent, its magnetism allows a simple and rapid separation of the additive present in the recovered effluent (and allow a 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 The term fluid adjuvant is any chemical compound that can be added to the fluid to enhance its role in the subsurface formation. The adjuvant may be an organic compound such as a polymer, a copolymer, or a surfactant, especially for an application of an EOR method. Preferably, the adjuvant may 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 schizophyllane
L’adjuvant peut également être un adjuvant anti-dépôt, ou un adjuvant anticorrosion ou un adjuvant anti-hydrates.  The adjuvant may also be an anti-deposition aid, or a corrosion inhibitor 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 formed of a magnetic material or contain a 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 Fe 3 O 4 , 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 by any means known to those skilled in the art. They can be synthesized by various routes such as the coprecipitation of metal salts, in particular of 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, 2064-21 10 ».  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, 2064-21 10 ".
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 ». For example, the nanoparticles can be synthesized by coprecipitation of ferric and ferrous ions by addition of a base (sometimes called the Massart method), an example of such a method is described in the document "Bee, A .; Massart, R .; Nephew, 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.  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 suspension in a liquid matrix.
On décrit ci-dessous trois exemples non limitatifs de synthèse de nanoparticules magnétiques à base de fer : Three nonlimiting examples of synthesis of magnetic nanoparticles based on iron are described below:
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 1 h de synthèse. Puis le milieu est porté à la température de 80 à 90 °C pendant 30 minutes. 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. Example 1: Nanomagnetic MNPs-1 particles: The iron salts FeSO 4 and FeCl 3 are mixed in a molar ratio of 1: 2 in 100 ml of water at a temperature of concentration of 0.13 M iron ions. Trisodium citrate is added to the mixture in a molar ratio of 1% based on the total iron concentration. The mixture is stirred vigorously (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 hour at room temperature under argon atmosphere. Example 2: nanomagnetic MNPs-2 particles: This synthesis protocol is similar to the previous one except for the total concentration of iron which is 0.08 M and the addition of citrate which is made after 1 h of synthesis. The medium is then heated at 80 to 90 ° C for 30 minutes. Example 3: Nanomagnetic MNPs-3 particles: This synthesis protocol is similar to the previous one, with the exception of iron sulfate, which is replaced by the same molar amount of ferric chloride FeCl 2 . The FeCl 2 and FeCl 3 salts 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 may be coated with an inorganic layer, for example 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 may be coated with an organic layer, for example a 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 partially hydrolyzed polyacrylamide type HPAM polymer.
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 non-limiting exemplary embodiment, the magnetic nanoparticle comprises an iron core, for example 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 hydrolysed polyacrylamide polymers (HPAM). This embodiment is particularly suitable for an EOR enhanced oil recovery process chemical, in which we will inject a formulation containing at least HPAM polymers "magnetic". Thus, when these additives will emerge 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 bond between the one or more nanoparticles and the polymeric adjuvant (s) may 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 for bonding 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 way.
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 variant 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 polymeric 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 variant embodiment, the grafting may for example be made from a magnetic nanoparticle whose surface carries amine functions. These functions can react chemically with functions carried by a partially hydrolysed 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 variant embodiment, the grafting of a magnetic nanoparticle whose surface bears amine functional groups on a partially hydrolysed polyacrylamide-type polymer may be carried out by the direct amidation reaction of a carboxylic function in its acidic form and the amine function carried by the nanoparticle. This reaction can also be carried out according to a well-known method which consists of reacting a carboxylic acid function with a carbodiimide such as 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride followed by reaction with sodium salt. N-hydroxysulfosuccinimide and 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 variant embodiment, it is also possible to carry out the grafting of a magnetic nanoparticle whose surface bears amine functions on a polyacrylamide-type polymer from a predominantly acrylamide-type polymer which is obtained by copolymerization in addition to acrylamide and optionally other monomers such as for example sodium acrylate or acrylic acid of an acrylate or an alkyl methacrylate such as methyl acrylate or ethyl acrylate. The grafting of the nanoparticle is then effected 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.
Figure imgf000009_0001
These synthetic routes are illustrated by reaction schemes 1 and 2 below. On these NP representations illustrate the magnetic nanoparticles.
Figure imgf000009_0001
polyacrylamide  polyacrylamide
partiellement hydrolysé  partially hydrolysed
Schéma réactionnel  Reaction scheme
Figure imgf000009_0002
Figure imgf000009_0002
polyacrylamide-co-acrylate d'alkyle  polyacrylamide-alkyl co-acrylate
Schéma réactionnel 2  Reaction 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 may be bonded 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 to synthesize, according to a well-known prior art, magnetic nanoparticles the surface of which carries thiol functional groups and in this case proceed to the polymerization of unsaturated monomers, such as, for example, without being limited to acrylamide, sodium acrylate or 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 copolymerization of the monomer or monomers. This amounts to initiating (co) polymerization of acrylamide-type monomers from a nanoparticle. By this way, we obtain mainly magnetic nanoparticles, in which each nanoparticle is bonded to several polymer chains in 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.
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This synthetic route is illustrated by reaction scheme 3 below. On this NP representation illustrate the magnetic nanoparticles.
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Schéma réactionnel 3  Reaction Scheme 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 whose surface is carrying unsaturated polymerizable functions, for example vinyls. This consists in carrying out the copolymerization of 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 functional group carried by the nanoparticle participates in the polymerization or copolymerization of the monomer (s). This amounts to integrating one or more nanoparticles into the (co) polymerization of acrylamide-type monomers. By this route, one obtains either magnetic nanoparticles, in which each nanoparticle is bonded to several polymer chains according to a so-called star structure, ie 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 : Alternatively, the bond between the magnetic nanoparticle (s) and the polymer adjuvant (s) can be achieved by physical interaction, it can be:
- couplage par une attraction électrostatique, ou  - coupling by an electrostatic attraction, or
- couplage par attraction hydrophobique entre des groupes hydrophobes de l’additif et des groupes hydrophobes introduits à la surface des nanoparticules magnétiques.  - 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. Les méthodes de fonctionnalisation sont bien connues depuis la fin des années 1990. Les articles suivants décrivent ces méthodes : To bind magnetic nanoparticles and polymeric additives, it is noted that the methods described above involve functionalizing the magnetic nanoparticles; the functionalization consists in either 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 link with the chemical groups of the additive to be bonded either to carry out the synthesis of the magnetic nanoparticle or its coating simultaneously with the incorporation of the chemical functions necessary for the bonds with the polymeric additive. 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.  Brush 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.  - Chan W.C.W., S. Nie, 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.  Functionalization may consist of grafting organic ligands on the surface of the 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.
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. The coating may be a shell of a polymer or a copolymer having the desired properties, for example, hydrophilicity for use in aqueous media, or, conversely, hydrophobicity for uses in organic solvents .
A titre d’exemple, les ligands peuvent être des groupements amine, carboxyle, amide, thiol, etc. By way of example, the ligands may be amine, carboxyl, amide, thiol, and the like.
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 may 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 Fe 3 O 4 iron oxide by creating Fe-O-Si chemical bonds. This type of grafting is illustrated by the following reaction schemes 4 or 5.
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Schéma réactionnel 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. Reaction Scheme 5 According to one embodiment of the invention, the adjuvant and the magnetic nanoparticle may be embedded in a coating in another material, for example silica and / or alumina.
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.). 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 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 may be an aqueous fluid or an organic solvent. It may be a drilling fluid, water containing the synthesized additive, a fracturing fluid, a hydrocarbon-assisted 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 may 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 that is the most polluting and that must be treated, or the adjuvant that may end up in the fluid recovered first or the adjuvant most impacting the water / hydrocarbon (oil) separation of the effluent on the surface.
En outre, le fluide injecté peut comprendre une pluralité d’additifs.  In addition, the injected fluid may comprise a plurality of additives.
2) Injection du fluide 2) Injection of the fluid
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.  The fluid prepared with the additive is injected into the subterranean 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. This may include an injection of a fluid into an injector well by means of a pumping system.
3) Récupération d’un effluent 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 during the next separation step. The recovered fluid comprises complex fluids comprising alone or in 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 well. aquifer of the subterranean 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.  In addition, the effluent comprises at least a portion of the additive (s) synthesized in step 1) (magnetic renderings) of the injected fluid.
4) Séparation magnétique 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. For this, we use the property magnetic nanoparticle magnetic: the separation is achieved by the application of a magnetic field. Thus, after this step, the remaining effluent is free of any additives injected into the subterranean formation quickly and in a simple manner.
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 by means of a magnet or a series of magnets. For example, the magnet or series of magnets may be placed near a pipe or tank or tank in which the recovered effluent is located. Alternatively, the magnet or series of magnets may be located in a pipe or in a tank or tank.
Conformément à une mise en oeuvre 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. According to one embodiment of the invention, this separation step may comprise a preliminary step of separating the aqueous (water) and organic (oil) phases of the effluent. The aqueous phase can be treated for recycling (for example reinjected into the subterranean formation). The treatment of the aqueous phase then comprises the step of separating the additive or additives 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 step of magnetic separation of the additive (s) may 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. For the embodiment in which the additive is the partially hydrolysed 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 HPAM polymer. marked by the magnetic nanoparticles of the recovered effluent.
5) Recyclage des nanoparticules 5) Recycling nanoparticles
On rappelle qu’il s’agit d’une étape optionnelle du procédé selon l’invention. Le recyclage peut correspondre :  It is recalled that this is an optional step of the method according to the invention. Recycling can correspond to:
• à la ré-utilisation des seules nanoparticules magnétiques et/ou  • the re-use of only magnetic nanoparticles and / or
• à la ré-utilisation des additifs.  • the re-use of additives.
Conformément à une mise en oeuvre 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. According to one embodiment of the invention, the magnetic nanoparticles can be recycled for use again for the synthesis of additives. This step makes it possible to limit the cost of the process 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 oeuvre les étapes suivantes : - on récupère, de l’étape précédente, les additifs comportant les nanoparticules magnétiques ; According to one aspect of the invention, for this step, the following steps can be implemented: the additives comprising the magnetic nanoparticles are recovered from the previous step;
- on sépare les nanoparticules magnétiques des adjuvants, par exemple par une méthode de pyrolyse ;  the magnetic nanoparticles are separated from the adjuvants, for example by a pyrolysis method;
- on régénère les nanoparticules magnétiques pour les rendre aptes à leur utilisation ; et  the magnetic nanoparticles are regenerated to render them suitable for their use; and
- on recycle les nanoparticules magnétiques à l’étape 1 ) de synthèse des additifs.  the magnetic nanoparticles are recycled at the stage 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 makes it possible to limit the costs associated with the additive injected.
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 a direct recycling that requires the least amount of operations.
Applications du procédé Process 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 a subterranean 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 a subterranean formation, in particular for the exploration and production processes. exploitation of an underground formation. In particular, the operating method according to the invention can be used in an EOR enhanced oil recovery process, a process for treating the water produced, a drilling method, a method for producing oils 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.  The various processes of exploration and exploitation of an underground formation are briefly recalled. However, the method according to the invention is not limited to the applications described.
Procédé de récupération assistée d’hydrocarbures (EOR) Enhanced Hydrocarbon Recovery (EOR) Process
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’EOR-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 »). At the beginning of the operation 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 pressure drop by injecting either water or gas into the tank. This stage of production is called secondary recovery, but the rate of recovery of hydrocarbons in place is limited to about 30%. The oil industry has developed enhanced oil recovery (EOR). These so-called tertiary recovery techniques aim to modify the mobility and / or saturation of the oil in place in the reservoir rock. Among these improved recovery techniques, there are the EOR-C0 2 which consists of the injection of C0 2 into the reservoir, and the chemical EOR which consists of injecting solutions of surfactants, microemulsions, or aqueous solutions of synthetic polymers, such as polyacrylamide (for example HPAM), or biopolymers such as xanthan or any other biopolymer (the injection of these polymer solutions is called "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.  One of the problems is the presence in the recovered effluent of injected additives. These impacts include 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 makes it possible to solve these problems.
Séparation eau/huile 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 hydrocarbons are recovered, water is also produced, either that which was initially present in the subterranean formation or that which was injected. The water and oil produced are mixed within the effluent. The effluent recovered can be polluted by the various additives injected. There are processes for separating oil and water. However, these separation processes can be rendered less efficient because of the additives present in the effluent. This is why water treatment operations are planned to clean up the effluent produced. In this context, the process according to the invention provides a simple and fast solution to allow a separation of water and oil from a petroleum effluent.
Traitement de l’eau sur les champs avec EOR chimique Water 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 hydrocarbons are recovered, water is also produced, either that which was initially present in the subterranean 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 spill into the environment in a natural water reserve. This is why water treatment operations are planned to clean up the water produced. These operations are complex and expensive. The method according to the invention provides a simple and quick solution to this problem.
Procédé de production d’huile et de gaz de roches-mères Process for producing oil and gas from parent 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 bedrock. The most commonly used technique is hydraulic fracturing. Hydraulic fracturing involves pumping under a very high pressure a fluid containing various additives (solid particles called propellants, polymers-polyacrylamide, ...-, clays, ...) so as to crack the rock. During poorly controlled hydraulic fracturing operations, it is possible that upwellings of the fluids used for fracturing occur and cause pollution. The method according to the invention makes it possible to limit this phenomenon.
Procédé de forage de puits Well 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: the raising of the rock cuttings, the maintenance in suspension of the cuttings during stops of circulation, the maintenance of the pore pressure at the right of the training as well as the cooling and lubrication of the drill tool. The drilling fluid contains several additives to fulfill these four functions such as viscosifiers, lubricants, defoamers, filtrate reducers, and the like. The dosage of each of the additives of 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 drilling fluid no longer fulfilling the functions mentioned above. On the drilling platform, a person is responsible for constantly checking that the properties of the drilling fluid are in accordance 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 raised to the surface, in particular for the purpose of dosing or reuse for a next formulation.
Procédé de maintien de l’écoulement (en anglais flow assurance) Method of maintaining the flow (in English flow assurance)
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 method makes it possible to maintain the flow of hydrocarbons in the subterranean formation, by injecting a fluid comprising flow-enhancing additives, for example anti-scale additives, anti-corrosion additives, and anti-hydrate additives. Examples of anti-deposition 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

Revendications  claims
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 :  1) A method of operating an underground formation, in which at least one fluid is injected into said subterranean formation, said injected fluid comprising at least one additive, characterized in that the following steps are carried out:
a) on synthétise au moins un additif en liant au moins une nanoparticule magnétique à au moins un adjuvant dudit fluide ;  a) at least one additive is synthesized by bonding at least one magnetic nanoparticle to at least one adjuvant of said fluid;
b) on injecte ledit fluide comprenant ledit additif dans ladite formation souterraine ;  b) injecting said fluid comprising said additive into said subterranean formation;
c) on récupère au moins un effluent de ladite formation souterraine ; et  c) recovering at least one effluent from said subterranean formation; and
d) on retire ledit additif présent dans ledit effluent par l’application d’un champ magnétique.  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) The method of claim 2, wherein said adjuvant is a partially hydrolyzed polyacrylamide HPAM or a terpolymer composed of acrylamide, acrylic acid and N-vinylpyrrolidone or acrylamido-tert-butylsulfonate (ATBS), a biopolymer such as xanthan or scleroglucan or schizophyllane.
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) Process according to claim 1, wherein said adjuvant is an anti-deposition aid, 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 of said subsurface formation comprising hydrocarbons, or a fluid taken from an aquifer of said subterranean 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 incorporation of said magnetic nanoparticle directly into the structure of said adjuvant or by coating said adjuvant and said magnetic nanoparticle with 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, wherein said magnetic nanoparticle is connected to said adjuvant by a chemical bond, such as for example covalent bonds, or of ionic nature, or of a physical nature such as 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 said additive comprising said magnetic nanoparticle present in said effluent is separated by means of at least one magnet located in or near a pipe or reservoir or d a tank in which the recovered effluent is located.
1 1 ) 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. 1 1) Method according to one of the preceding claims, wherein said step of separating said additive comprising said magnetic nanoparticle comprises a prior step of separating 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 separating 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 recycling said magnetic nanoparticle and / or said additive from step d) removal of said additive comprising said magnetic nanoparticle.
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