WO2021078571A1 - Procédé de traitement d'un fluide aqueux contenant des polymères au moyen de sels trivalents de fer et d'aluminium ou divalents de zinc et de carboxylates alcalins - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de traitement d'un fluide aqueux comprenant au moins un polymère hydrosoluble porteur de fonctions carboxylates ou sulfonates en phase aqueuse, ledit procédé comprenant une étape de mise en contact dudit fluide aqueux avec au moins un sel divalent de zinc ou un sel trivalent de fer ou d'aluminium et au moins un carboxylate alcalin choisi parmi les citrates alcalins ou les propionates alcalins; permettant de réduire la viscosité dudit fluide aqueux, afin de produire un fluide aqueux ayant une viscosité abaissée, de préférence proche de celle de l'eau. L'invention concerne également un procédé de récupération assistée de pétrole brut contenu dans un réservoir géologique dans lequel on traite l'eau de production obtenue au moyen dudit procédé de traitement d'un fluide aqueux.
Description
Procédé de traitement d'un fluide aqueux contenant des polymères au moyen de sels trivalents de fer et d'aluminium ou divalents de zinc et de carboxylates alcalins
Domaine technique
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 aqueux récupéré de la formation souterraine. Par « fluide aqueux » on entend dans la suite de la description tout fluide comprenant une phase aqueuse continue.
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.
Technique antérieure
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 (Han D. K. & al, Recent Development of Enhanced oil Recovery in China, J. Petrol. Sci. Eng. 22(1-3) : 181-188 ; 1999). Pour optimiser ces procédés, il est d'usage d'inclure au moins un additif dans le fluide injecté. Cet additif peut prendre la forme d'une formulation de molécules organiques, telles que des polymères, des copolymères et/ou des tensioactifs, etc. Cette formulation peut également renfermer des molécules inorganiques telles que des minéraux (argiles, barytine, etc.), des particules d'oxydes (oxydes de titane, oxydes de fer, etc.) etc. L'ajout d'additif(s) pose certains problèmes liés notamment à la présence de l'additif ou de molécules le constituant dans l'eau produite.
Pour la récupération assistée de pétrole, lorsque le fluide injecté, aussi appelé fluide de balayage, est additionné de composés de type polymères, tensioactifs, composés alcalins, ou mélanges de ces composés, on parle de récupération assistée tertiaire. Par rapport à une simple injection d'eau ou de saumure, l'intérêt de la présence d'un polymère est d'augmenter la viscosité du fluide de balayage et par conséquent d'améliorer le rapport de mobilité entre le fluide injecté et les hydrocarbures en place dans la formation souterraine.
Le rendement de récupération en hydrocarbures est augmenté à l'aide d'une meilleure efficacité du balayage de la formation (Han D. K. & al, Recent Development of Enhanced oil Recovery in China, J. Petrol. Sci. Eng. 22(1-3) : 181-188 ; 1999). Les polymères utilisés dans cette méthode sont généralement des polymères de fortes masses moléculaires choisis pour leurs propriétés viscosifiantes à concentrations modérées.
Lors des opérations de production pétrolière, de l'eau est fréquemment coproduite avec le pétrole brut, un rapport de trois barils d'effluent aqueux pour un baril de pétrole brut est couramment annoncé.
Le pétrole brut et l'eau doivent être séparés. Le pétrole est transporté sur son lieu de raffinage et l'eau est traitée pour en éliminer les composés indésirables et être conforme aux normes de rejet. Différentes techniques sont appliquées pour traiter les eaux de production notamment pour éliminer les gouttes de brut dispersées : sédimentation par séparation gravitaire, centrifugation, flottation avec ou sans injection de gaz et filtration.
L'utilisation de polymères dans la récupération assistée tertiaire pose néanmoins des problèmes pratiques. Au niveau des puits producteurs, on récupère un effluent de production comprenant un mélange de fluide aqueux et d'hydrocarbures sous forme d'une émulsion dont le rapport eau/hydrocarbure évolue en fonction de la durée de production. La présence de polymère dans l'effluent de production, du fait de l'effet viscosifiant de celui-ci, rend plus difficile la séparation des différents fluides (huile/gaz/eau) et, en particulier, les traitements secondaires de l'eau (Zhang Y.Q & al. Treatment of produced water from polymer flooding in oil production by the combined method of hydrolysis acidification dynamic membrane bioreactor-coagulation process, J. Petrol. Sci. Eng., 74 (1- 2) : 14-19, 2010). Lorsque l'effluent de production arrive en surface, il est traité dans une unité de surface. Cette unité permet de séparer les différents fluides, gaz, huile et eau. A l'issue du traitement de surface, les hydrocarbures sont prêts à être raffinés. L'eau est traitée et dépolluée afin de minimiser les rejets de produits toxiques dans l'environnement, dont les seuils sont soumis à des normes. La présence du polymère dans les fluides produits, comme il est rapporté dans le document SPE 65390 (2001) "Emulsification and stabilization of ASP Flooding Produced liquid", peut entraîner la stabilisation des émulsions dans les fluides produits et poser des problèmes au niveau des procédés de traitement de surface, au niveau de la séparation eau/huile/gaz et en particulier, au niveau des procédés de traitement secondaire de l'eau.
Si l'intérêt de la présence d'un polymère est d'augmenter la viscosité de l'eau de balayage pour améliorer l'extraction des hydrocarbures en place dans la formation souterraine, la viscosité de l'eau dans l'effluent de production devient un obstacle à la séparation entre l'eau et les hydrocarbures.
Ce problème a amené les opérateurs du domaine à envisager des moyens pour réduire la viscosité de l'eau produite, c'est-à-dire de la phase aqueuse dans l'effluent de production, afin d'améliorer la
séparation entre l'eau et les hydrocarbures. Parmi ces moyens, la dégradation du ou des polymères viscosifiants dans l'eau produite est envisagée et est décrite dans l'art antérieur.
Les polymères conventionnels utilisés en EOR sont des polymères de masses molaires élevées qui appartiennent généralement à la famille des polyacrylamides (PAM) ou des polyacrylamides partiellement hydrolysés (HPAM). Ils peuvent éventuellement renfermer des motifs monomères de type N-vinylpyrrolidone ou acrylamido-tertiobutylsulfonate (ATBS).
Les polyacrylamides sont obtenus par polymérisation radicalaire de l'acrylamide selon le schéma général suivant.
Chem 1
acrylamide polyacrylamide (PAM)
Les polyacrylamides partiellement hydrolysés sont des copolymères de l'acrylamide avec soit de l'acide acrylique soit un acrylate par exemple un acrylate d'un élément alcalin tel par exemple le sodium. On peut les représenter par exemple par la formule générale suivante dans laquelle l'élément alcalin est le sodium. Le motif monomère acrylamide est généralement majoritaire.
Chem 2
Les polyacrylamides partiellement hydrolysés peuvent être obtenus par exemple par copolymérisation de l'acrylamide avec de l'acide acrylique dont la fonction acide carboxylique pourra être éventuellement neutralisée en fonction carboxylate d'un élément alcalin tel par exemple le sodium. Les polyacrylamides partiellement hydrolysés peuvent être également obtenus par copolymérisation de l'acrylamide avec un acrylate d'un élément alcalin tel par exemple l'acrylate de sodium. Les polyacrylamides partiellement hydrolysés peuvent également être obtenus par une
polymérisation de l'acrylamide en polyacrylamide suivie d'une hydrolyse partielle des fonctions amides en fonction acides carboxyliques ou en fonctions carboxylates de sels alcalins.
Les HPAM peuvent être des copolymères statistiques ou à blocs.
La dégradation de ces polymères afin d'atténuer ou de supprimer leur effet viscosifiant est décrite notamment dans le document « SPE-163751 Chemical dégradation of HPAM by oxidization in produced water, (2013) » dans lequel les HPAM sont dégradés par l'action d'agents oxydants tels que le peroxyde d'hydrogène ou le persulfate de sodium ou par photodégradation en présence de dioxyde de titane.
Le document SPE-169719-MS « Treating back produced polymer to enable use of conventional water treatment technologies , (2014) » décrit, afin de réduire la viscosité de l'eau produite, la dégradation de polymères HPAM par l'action de différents oxydants tels le persulfate de potassium, le percarbonate de potassium, le peroxyde d'hydrogène, l'hypochlorite de sodium, le réactif de Fenton ou le permanganate de potassium.
Le document « SPE-179776-MS Management of viscosity of the back produced viscosified water, (2016) » décrit, afin de réduire la viscosité de l'eau produite, la dégradation de polymères HPAM par voie mécanochimique, par voie thermique et par voie chimique notamment au moyen de dérivés chlorés.
Il est également envisageable de ne pas dégrader le polymère pour en supprimer les effets, mais de le séparer du milieu, c'est-à-dire de réduire la concentration en polymère dans le milieu aqueux.
Il est connu que les solutions aqueuses de certains polymères présentent des viscosités accrues et parfois forment des gels suite à un traitement avec des sels de zirconium. Un tel traitement peut avoir des applications lorsque l'on cherche à viscosifier un fluide. Le document SPE-27720-MS e le document US 6,737,386 B1 décrivent l'utilisation de dérivés du zirconium afin de réticuler des polymères appartenant à la famille des guars afin d'augmenter la viscosité de leurs solutions aqueuses en vue de leur application comme fluide pour la fracturation hydraulique.
Ce type de traitement peut être réalisé avec notamment du tétrachlorure de zirconium. Ce composé présente cependant un inconvénient majeur. Il réagit spontanément voire violemment avec l'eau pour conduire à de l'oxydichlorozirconium de formule ZrOCI2 et à de l'acide chlorhydrique à raison de
deux moles d'acide chlorhydrique par mole de tétrachlorure de zirconium. En conséquence, il en résulte des risques notamment de corrosion en cas d'application industrielle.
De manière surprenante, la Demanderesse a découvert que l'on pouvait réduire ou supprimer ou annuler l'effet viscosifiant apporté par les polymères utilisés dans les fluides formulés pour améliorer la récupération assistée du pétrole, notamment les polymères de type polyacrylamides partiellement hydrolysés de type HPAM sous l'action successive ou simultanée de deux familles de réactifs, l'objectif étant d'atteindre ou de se rapprocher de la viscosité de la matrice aqueuse ou simplement de la viscosité de l'eau.
Résumé de l'invention
L'invention concerne un procédé de traitement d'un fluide aqueux comprenant au moins un polymère hydrosoluble porteur de fonctions carboxylates ou sulfonates en phase aqueuse, ledit procédé comprenant une étape de mise en contact dudit fluide aqueux avec au moins un sel divalent de zinc ou un sel trivalent de fer ou d'aluminium et au moins un carboxylate alcalin choisi parmi les citrates alcalins ou les propionates alcalins; permettant de réduire la viscosité dudit fluide aqueux, afin de produire un fluide aqueux ayant une viscosité abaissée, de préférence proche de celle de l'eau.
Ledit polymère hydrosoluble peut être choisi parmi : les polyacrylamides partiellement hydrolysés (HPAM), ou les polymères partiellement hydrolysés comprenant des motifs de type N-vinylpyrrolidone ou acrylamido-tertiobutylsulfonate (ATBS).
De préférence, ledit sel divalent de zinc est choisi parmi le sulfate de zinc, le phosphate de zinc, certains carboxylates de zinc tel l'acétate de zinc.
De préférence, ledit sel trivalent de fer est choisi parmi le sulfate ferrique, le chlorure ferrique, le sulfate d'ammonium ferrique de formule FeNH4(S04)2-12 H20, le nitrate ferrique, le phosphate ferrique, certains carboxylates de fer comme le lactate ferrique ou l'oxalate ferrique, de préférence le sulfate ferrique.
De préférence, ledit sel trivalent d'aluminium est choisi parmi le sulfate d'aluminium, le phosphate d'aluminium ou certains carboxylates d'aluminium tel le lactate d'aluminium.
Avantageusement, ledit sel divalent de zinc ou ledit sel trivalent de fer ou d'aluminium est introduit à une teneur comprise entre 0,3 à 100 millimoles, de préférence 0,5 à 50 millimoles par gramme de polymère présent dans ledit fluide aqueux et ledit carboxylate alcalin est introduit à une teneur
comprise entre 3 et 300 millimoles, de préférence entre 5 et 100 millimoles par gramme de polymère présent dans ledit fluide aqueux.
Dans un premier mode de réalisation, ledit fluide aqueux est mis en contact avec ledit sel divalent de zinc ou ledit sel trivalent de fer ou d'aluminium, puis avec ledit carboxylate alcalin.
Dans un deuxième mode de réalisation, ledit fluide aqueux est mis en contact avec ledit carboxylate alcalin, puis avec ledit sel divalent de zinc ou ledit sel trivalent de fer ou d'aluminium.
Dans un troisième mode de réalisation, ledit fluide aqueux est mis en contact avec ledit sel divalent de zinc ou ledit sel trivalent de fer ou d'aluminium et avec ledit carboxylate alcalin de manière simultanée.
On peut introduire et solubiliser simultanément dans le fluide aqueux contenant le polymère ledit sel divalent de zinc ou ledit sel trivalent de fer ou d'aluminium et ledit carboxylate alcalin.
On peut également introduire et solubiliser simultanément dans le fluide aqueux contenant le polymère un mélange préalablement préparé, éventuellement en solution aqueuse, dudit sel divalent de zinc ou dudit sel trivalent de fer ou d'aluminium et dudit carboxylate alcalin. Avantageusement, la température de l'étape de mise en contact est comprise entre 5°C et 90°C, de préférence entre 10°C et 80°C, de manière très préférée la température est la température ambiante.
Avantageusement, le temps de contact correspondant à la durée de l'étape de mise en contact entre ledit fluide aqueux, ledit sel divalent de zinc ou ledit sel trivalent de fer ou d'aluminium et ledit carboxylate alcalin est compris entre 15 secondes et 1 heure, de préférence entre 30 secondes et 10 minutes.
Ledit fluide aqueux peut être une eau de production issue de la récupération assistée de pétrole, ladite eau de production comprenant une phase aqueuse continue contenant ledit polymère hydrosoluble et une phase organique dispersée dans ladite phase aqueuse continue.
La concentration dudit polymère dans ladite eau de production peut être comprise entre 1 ppm et 1000 ppm.
La phase organique dispersée peut être du pétrole brut, avec une concentration dudit pétrole brut dans ladite eau de production de préférence comprise entre 1 et 900 ppm.
L'invention concerne également un procédé de récupération assistée de pétrole brut contenu dans un réservoir géologique dans lequel :
- on injecte dans ledit réservoir un fluide de balayage comprenant au moins un polymère hydrosoluble de manière à déplacer ledit pétrole brut vers au moins un puits producteur, ledit polymère hydrosoluble étant porteur de fonctions carboxylates ou sulfonates en phase aqueuse ;
- on collecte un effluent comprenant la majeure partie du pétrole brut par ledit puits producteur ;
- on récupère en surface du puits producteur un fluide aqueux appelé eau de production comprenant une phase aqueuse continue comprenant des traces dudit polymère et une phase organique constituée de gouttelettes de pétrole brut dispersées dans ladite phase aqueuse ;
- on traite ladite eau de production au moyen du procédé de traitement selon l'une quelconque des variantes décrites.
Description des modes de réalisation
La Demanderesse a découvert que l'on pouvait réduire, voire supprimer ou annuler l'effet viscosifiant apporté par les polymères utilisés dans les fluides formulés pour améliorer la récupération assistée du pétrole, notamment les polymères de type HPAM sous l'action successive ou simultanée de deux familles de réactifs : la première famille de réactifs correspond à la famille des sels trivalents de fer et d'aluminium et des sels divalents de zinc, la deuxième famille de réactifs correspond à certains carboxylates alcalins, notamment des citrates alcalins ou des propionates alcalins.
La Demanderesse a découvert de façon surprenante que : le polymère devient insoluble dans le fluide aqueux par réaction avec le sel divalent ou trivalent et se présente sous la forme d'un gel ou d'un précipité ; par réaction avec certains carboxylates alcalins, le gel ou le précipité est solubilisé dans le milieu. Le milieu obtenu présente alors une viscosité réduite ou égale à ou proche de celle du fluide aqueux sans la présence du polymère viscosifiant, ce qui indique que l'effet viscosifiant du polymère a été réduit ou supprimé ou annulé bien qu'il soit toujours présent et soluble dans le milieu.
La Demanderesse a découvert de façon surprenante que le polymère en solution avec certains carboxylates alcalins devient par réaction avec le sel divalent ou trivalent temporairement insoluble dans le fluide aqueux et se présente sous la forme d'un gel ou d'un précipité, lequel est rapidement solubilisé dans le milieu. Le milieu obtenu présente alors une viscosité réduite ou égale à ou proche
de celle du fluide aqueux sans la présence du polymère viscosifiant, ce qui indique que l'effet viscosifiant du polymère a été réduit ou supprimé ou annulé bien qu'il soit toujours présent et soluble dans le milieu.
La Demanderesse a découvert de façon surprenante que le polymère en solution peut également être traité avec un mélange d'un sel divalent ou trivalent et de certains carboxylates alcalins. Le milieu obtenu présente alors une viscosité réduite ou égale à ou proche de celle du fluide aqueux sans la présence du polymère viscosifiant, ce qui indique que l'effet viscosifiant du polymère a été réduit ou supprimé ou annulé bien qu'il soit toujours présent et soluble dans le milieu.
La méthode selon l'invention consiste à réduire, voire à supprimer, ou annuler l'effet d'un polymère viscosifiant de type HPAM, dissout dans une solution aqueuse : en mettant en contact ladite solution aqueuse avec un sel divalent de zinc ou un sel trivalent de fer ou d'aluminium, ce qui provoque l'insolubilisation du polymère, puis en introduisant dans le milieu dans un deuxième temps (et de préférence dans le même équipement, sans avoir à transvaser le milieu d'un équipement à un autre) certains carboxylates alcalins, notamment des citrates alcalins ou des propionates alcalins, ce qui resolubilise le polymère.
A l'issue de la succession des deux étapes, on obtient une solution dont la viscosité est réduite ou égale à ou proche de celle du fluide aqueux sans la présence du polymère viscosifiant ce qui indique que l'effet viscosifiant du polymère a été réduit, voire supprimé ou annulé bien qu'il soit toujours présent et soluble dans le milieu.
Lorsque l'on effectue seulement la première étape mentionnée, c'est-à-dire la réaction entre la solution de polymère et le sel divalent ou trivalent, le polymère précipite. Il peut-être alors difficile de le séparer de la solution aqueuse.
La combinaison successive des deux étapes permet de réduire ou de supprimer ou d'annuler l'effet d'un polymère viscosifiant de type HPAM, dissout dans une solution aqueuse. L'invention peut s'appliquer à tous les polymères renfermant des fonctions permettant la création de liaisons entre le sel divalent de zinc ou le sel trivalent de fer ou d'aluminium et le polymère notamment les fonctions carboxylates ou les fonctions sulfonates.
La Demanderesse a également découvert que l'on pouvait inverser l'ordre des étapes précédentes, c'est-à-dire que l'on pouvait effectuer la deuxième précédemment décrite suivie de la première étape précédemment décrite. Dans ce cas, la méthode selon l'invention consiste à réduire ou à supprimer ou annuler l'effet d'un polymère viscosifiant de type HPAM, dissout dans une solution aqueuse en introduisant et en solubilisant dans la solution aqueuse contenant le polymère certains carboxylates alcalins, notamment des citrates alcalins ou des propionates alcalins, puis en introduisant dans le milieu dans un deuxième temps (et de préférence dans le même équipement, sans avoir à transvaser le milieu d'un équipement à un autre) un sel divalent de zinc ou un sel trivalent de fer ou d'aluminium.
A l'issue de la succession de ces deux étapes, on obtient une solution dont la viscosité est réduite ou égale à ou proche de celle du fluide aqueux sans la présence du polymère viscosifiant ce qui indique que l'effet viscosifiant du polymère a été réduit, voire supprimé ou annulé bien qu'il soit toujours présent et soluble dans le milieu.
La Demanderesse a également découvert que l'on pouvait opérer la mise en contact avec les deux réactifs en une seule étape en combinant les deux étapes précédemment décrites. Dans ce cas, la méthode selon l'invention consiste à réduire ou à supprimer ou annuler l'effet d'un polymère viscosifiant de type HPAM, dissout dans une solution aqueuse :
-Soit en introduisant et en solubilisant simultanément dans la solution aqueuse contenant le polymère un sel divalent de zinc ou un sel trivalent de fer ou d'aluminium ainsi que certains carboxylates alcalins, notamment citrate alcalin et propionate alcalin,
-Soit en introduisant et en solubilisant simultanément dans la solution aqueuse contenant le polymère un mélange préalablement préparé, éventuellement dans une solution aqueuse, d'un sel divalent de zinc ou un sel trivalent de fer ou d'aluminium et de certains carboxylates alcalins, notamment citrate alcalin et propionate alcalin.
A l'issue de la mise en contact simultanée avec les deux réactifs, on obtient une solution dont la viscosité est réduite ou égale à ou proche de celle du fluide aqueux sans la présence du polymère viscosifiant ce qui indique que l'effet viscosifiant du polymère a été réduit ou supprimé ou annulé bien qu'il soit toujours présent et soluble dans le milieu.
Dans l'ensemble de la description, on appellera les sels ou les complexes du fer, de l'aluminium ou de zinc : « sels de fer », « sels d'aluminium » ou « sels de zinc ».
Le sel trivalent de fer peut être choisi parmi le sulfate ferrique, le chlorure ferrique, le sulfate d'ammonium ferrique de formule FeNH4(S04)2-12 H20, le nitrate ferrique, le phosphate ferrique, certains carboxylates comme le lactate ou l'oxalate ferrique. De préférence, le sel trivalent de fer peut être le sulfate ferrique.
Le sel trivalent de l'aluminium peut être choisi parmi le sulfate d'aluminium, le phosphate d'aluminium ou certains carboxylates comme le lactate d'aluminium.
Le sel divalent de zinc peut être choisi parmi le sulfate de zinc, le phosphate de zinc, certains carboxylates de zinc tel l'acétate de zinc.
La teneur dudit sel trivalent de fer ou d'aluminium ou dudit sel divalent de zinc en solution aqueuse est avantageusement comprise entre 50 et 5000 ppm, et de préférence entre 50 et 1000 ppm.
Les carboxylates alcalins sont choisis parmi les citrates et les propionates alcalins, de préférence parmi le citrate de sodium (également appelé citrate trisodique) et le propionate de sodium, de manière très préférée le carboxylate alcalin est le citrate trisodique.
Ledit sel trivalent de fer ou d'aluminium ou ledit sel divalent de zinc est avantageusement introduit à une teneur comprise entre 0,3 à 100 millimoles, de préférence 0,5 à 50 millimoles par gramme de polymère présent dans ledit fluide aqueux et ledit carboxylate alcalin est avantageusement introduit à une teneur comprise entre 3 et 300 millimoles, de préférence entre 5 et 100 millimoles par gramme de polymère présent dans ledit fluide aqueux.
Généralement, la température de l'étape de mise en contact est comprise entre 5°C et 90°C, de préférence entre 10°C et 80°C, de manière très préférée la température est la température ambiante.
Avantageusement, le temps de contact correspondant à la durée de l'étape de mise en contact entre ledit fluide aqueux, ledit sel divalent de zinc ou ledit sel trivalent de fer ou d'aluminium et ledit carboxylate alcalin est compris entre 15 secondes et 1 heure, de préférence entre 30 secondes et 10 minutes.
Un exemple d'application du procédé de traitement est le traitement des fluides aqueux issus de la récupération assistée de pétrole, lesdits fluides contenant fréquemment des polymères hydrosolubles porteur de fonctions carboxylates ou sulfonates, de type polyacrylamides partiellement hydrolysés HPAM.
Dans un mode de réalisation, ledit fluide aqueux est une eau de production issue de la récupération assistée de pétrole, ladite eau de production comprenant une phase aqueuse continue contenant ledit polymère hydrosoluble et une phase organique dispersée dans ladite phase aqueuse continue. De manière générale, la concentration dudit polymère dans ladite eau de production est comprise entre 1 ppm et 1000 ppm.
Avantageusement, la phase organique dispersée est du pétrole brut, avec une concentration dudit pétrole brut dans ladite eau de production de préférence comprise entre 1 et 900 ppm.
EXEMPLES Exemple 1
Dans 40,00 g d'une solution aqueuse contenant 500ppm d'un polymère viscosifiant, de type copolymère HPAM, de masse molaire 6 MDa on introduit sous agitation et à la température ambiante 26,5mg de sulfate de fer ferrique de formule Fe2(S04)2, 7H20. On constate l'apparition immédiate d'un gel orange qui est le produit de la réaction entre le polymère et le sel de fer. On introduit alors dans le milieu sous agitation et à la température ambiante 159mg de citrate trisodique de formule brute C6H507Na3, 2H20. Le milieu devient limpide jaune après 3 minutes.
Exemple 2
Dans 40,00 g d'une solution aqueuse contenant 500ppm d'un polymère viscosifiant, de type copolymère HPAM, de masse molaire 6 MDa, on introduit sous agitation et à la température ambiante 922mg d'une solution à 2,5% en masse de sulfate d'aluminium de formule AI2(S04)2, XH20.
On constate l'apparition immédiate d'un gel blanc qui est le produit de la réaction entre le polymère et le sel d'aluminium. On introduit alors dans le milieu sous agitation et à la température ambiante 138mg de citrate trisodique de formule brute C6H507Na3, 2H20. Le milieu devient limpide incolore après 3 minutes.
Exemple 3
Dans 20,00 g d'une solution aqueuse contenant 500ppm d'un polymère viscosifiant, de type copolymère HPAM, de masse molaire 6 MDa, on introduit sous agitation et à la température ambiante 87mg d'acétate de zinc de formule Zn(C2H302)2, 2H20. On constate l'apparition immédiate d'un précipité blanc qui est le produit de la réaction entre le polymère et le sel de zinc. On introduit alors dans le milieu sous agitation et à la température ambiante 65mg de citrate trisodique de formule brute C6H507Na3, 2H20. Le milieu devient limpide incolore après 3 minutes.
Exemple 4
Dans 20,00 g d'une solution aqueuse contenant 500ppm d'un polymère viscosifiant, de type copolymère HPAM, de masse molaire 6 MDa, on introduit sous agitation et à la température ambiante 57mg de sulfate de zinc de formule Zn S04, 7H20. On constate l'apparition immédiate d'un précipité blanc qui est le produit de la réaction entre le polymère et le sel de zinc. On introduit alors dans le milieu sous agitation et à la température ambiante 41mg de citrate trisodique de formule brute C6H507Na3, 2H20. Le milieu devient limpide incolore après 3 minutes.
Exemple 5
Dans 40,00 g d'une solution aqueuse contenant 500ppm d'un polymère viscosifiant, de type copolymère HPAM, de masse molaire 6 MDa, on introduit sous agitation et à la température ambiante une solution préalablement préparée en mélangeant 26,5mg de sulfate de fer ferrique de formule Fe2(S04)2, 7H20 et 159mg de citrate trisodique de formule brute C6H507Na3, 2H20 dans 1,00g d'eau. On n'observe aucune présence de gel ou de précipité.
Exemple 6
Dans 40,00 g d'une solution aqueuse contenant 500ppm d'un polymère viscosifiant, de type copolymère HPAM, de masse molaire 6 MDa, on introduit sous agitation et à la température ambiante une solution préalablement préparée en mélangeant 23mg sulfate d'aluminium de formule AI2(S04)2, XH20 et 138mg de citrate trisodique de formule brute C6H507Na3, 2H20 dans 1,00g d'eau. On n'observe aucune présence de gel ou de précipité.
Exemple 7
Dans 20,00 g d'une solution aqueuse contenant 500ppm d'un polymère viscosifiant, de type copolymère HPAM, de masse molaire 6 MDa ,on introduit sous agitation et à la température ambiante une solution préalablement préparée en mélangeant 87mg d'acétate de zinc de formule Zn(C2H302)2, 2H20 et 65mg de citrate trisodique de formule brute C6H507Na3, 2H20 dans 2,00g d'eau. On n'observe aucune présence de gel ou de précipité.
Exemple 8
Dans 20,00 g d'une solution aqueuse contenant 500ppm d'un polymère viscosifiant, de type copolymère HPAM, de masse molaire 6 MDa, on introduit sous agitation et à la température ambiante une solution préalablement préparée en mélangeant 57mg de sulfate de zinc de formule Zn S04, 7H20 et 41mg de citrate trisodique de formule brute C6H507Na3, 2H20 dans 2,00g d'eau. On n'observe aucune présence de gel ou de précipité.
Exemple 9 (comparatif)
Dans 40,00 g d'une solution aqueuse contenant 500ppm d'un polymère viscosifiant, de type copolymère HPAM, de masse molaire 6 MDa ,on introduit sous agitation et à la température ambiante 26,5mg de sulfate de fer ferrique de formule Fe2(S04)2, 7H20. On constate l'apparition immédiate d'un gel orange qui est le produit de la réaction entre le polymère et le sel de fer.
Exemple 10 (comparatif)
Dans 40,00 g d'une solution aqueuse contenant 500ppm d'un polymère viscosifiant, de type copolymère HPAM, de masse molaire 6 MDa, on introduit sous agitation et à la température ambiante 922mg d'une solution à 2,5% en masse de sulfate d'aluminium de formule AI2(S04)2, XH20. On constate l'apparition immédiate d'un gel blanc qui est le produit de la réaction entre le polymère et le sel d'aluminium.
Exemple 11 (comparatif)
Dans 20,00 g d'une solution aqueuse contenant 500ppm d'un polymère viscosifiant, de type copolymère HPAM, de masse molaire 6 MDa, on introduit sous agitation et à la température ambiante 87mg d'acétate de zinc de formule Zn(C2H302)2, 2H20. On constate l'apparition immédiate d'un précipité blanc qui est le produit de la réaction entre le polymère et le sel de zinc.
Exemple 12 (comparatif)
Dans 20,00 g d'une solution aqueuse contenant 500ppm d'un polymère viscosifiant, de type copolymère HPAM, de masse molaire 6 MDa on introduit sous agitation et à la température ambiante 57mg de sulfate de zinc de formule Zn S04, 7H20. On constate l'apparition immédiate d'un précipité blanc qui est le produit de la réaction entre le polymère et le sel de zinc.
Sur chacun des échantillons issus des exemples 1 à 8, ainsi que sur un échantillon de référence composé d'une solution aqueuse contenant 500ppm du même polymère viscosifiant, on a effectué une mesure de viscosité à l'aide d'un rhéomètre rotatif (DHR3 de TA Instruments). Une géométrie de type double cylindre est utilisée. Un balayage logarithmique en écoulement est effectué entre 1 et 200s 1. Les valeurs sont mesurées à 10s 1. Les valeurs mesurées sont reportées dans le tableau 1 suivant. Sur les échantillons issus des exemple 9 à 12, aucune mesure de viscosité n'a pu être effectuée.
Pour chaque échantillon, on reporte le rapport entre la viscosité V mesurée et la viscosité V0 mesurée pour l'exemple de référence. Ce rapport illustre le niveau de réduction de la viscosité de la solution de polymère viscosifiant après traitement selon l'invention, donc la suppression ou l'annulation de l'effet du polymère viscosifiant après traitement selon l'invention.
Tableau 1
Ces résultats illustrent l'efficacité du procédé traitement selon l'invention.
L'exemple 1 illustre l'efficacité du traitement faisant intervenir successivement le sel trivalent de fer et le citrate trisodique. L'exemple 2 illustre l'efficacité du traitement faisant intervenir successivement le sel trivalent d'aluminium et le citrate trisodique. Les exemples 3 et 4 illustrent l'efficacité du traitement faisant intervenir successivement un sel divalent de zinc et le citrate trisodique.
L'exemple 5 illustre l'efficacité du traitement faisant intervenir simultanément le sel trivalent de fer et le citrate trisodique. L'exemple 6 illustre l'efficacité du traitement faisant intervenir simultanément le sel trivalent d'aluminium et le citrate trisodique. Les exemples 7 et 8 illustrent l'efficacité du traitement faisant intervenir simultanément un sel divalent de zinc et le citrate trisodique.
Les exemples comparatif 9 à 12 montrent que la seule addition de sulfate ferrique ou de sulfate d'aluminium ou d'acétate de zinc ou de sulfate de zinc à une solution de polymère non suivie par l'addition de citrate trisodique ou non associée à celle-ci ne permet pas d'obtenir une solution monophasique limpide.
C'est donc bien l'addition des deux familles de réactifs quel que soit l'ordre d'addition qui provoque la meilleure réduction de l'effet du polymère viscosifiant.
Exemple 13
Afin d'évaluer l'impact de l'addition d'un citrate alcalin et d'un sel métallique sur les procédés de traitement des eaux de production, des essais de filtration ont été réalisés. Pour cela des eaux de production synthétiques ont été préparées en diluant une émulsion concentrées de gouttelettes de pétrole brut (de taille moyenne en volume de 8 microns) dans une solution aqueuse contenant ou non 500 ppm d'un polymère viscosifiant, de type copolymère HPAM, de masse molaire 6 MDa. L'eau de production ainsi obtenue est ensuite filtrée sur des membranes de porosité 1,2 ou 5 Microns. Le pourcentage d'eau filtrée (% QH2o) et le temps de filtration (tfi|t) sont suivis par pesée du filtrat. La qualité de la filtration est évaluée par une mesure de la transmission de la lumière au travers des solutions initiales (Turb T0) et finales (Turb Tf) à l'aide d'un turbiscan. Dans cet exemple, on prépare 100 g d'une solution d'eau de production salée (NaCI 7,5 g/L) contenant 500 ppm du polymère HPAM et 200 ppm de pétrole brut sous la forme de gouttes de taille moyenne de 8 microns. Cette solution est traitée par 218mg d'acétate de zinc puis par 1084mg de citrate trisodique. La solution est alors filtrée. Les résultats sont comparés avec ceux du système de référence c'est-à-dire sans traitement
par de l'acétate de zinc puis de citrate trisodique. Le tableau ci-dessous rassemble les résultats obtenus.
Tableau 2
Ces résultats illustrent l'efficacité du procédé de traitement selon l'invention qui permet de réduire ou d'annuler l'effet du polymère viscosifiant de type HPAM, dissout dans les solutions aqueuses.
La diminution de la viscosité de la solution permet ainsi, dans un contexte de récupération assistée du pétrole, une meilleure séparation entre l'eau et le pétrole brut avec lequel l'eau est fréquemment coproduite.
Claims
1. Procédé de traitement d'un fluide aqueux comprenant au moins un polymère hydrosoluble porteur de fonctions carboxylates ou sulfonates en phase aqueuse, ledit procédé comprenant une étape de mise en contact dudit fluide aqueux avec au moins un sel divalent de zinc ou un sel trivalent de fer ou d'aluminium et au moins un carboxylate alcalin choisi parmi les citrates alcalins ou les propionates alcalins; permettant de réduire la viscosité dudit fluide aqueux, afin de produire un fluide aqueux ayant une viscosité abaissée, de préférence proche de celle de l'eau.
2. Procédé de traitement selon la revendication 1 dans lequel ledit polymère hydrosoluble est choisi parmi : les polyacrylamides partiellement hydrolysés (HPAM), ou les polymères partiellement hydrolysés comprenant des motifs de type N-vinylpyrrolidone ou acrylamido- tertiobutylsulfonate (ATBS).
3. Procédé de traitement selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel ledit sel divalent de zinc est choisi parmi le sulfate de zinc, le phosphate de zinc, certains carboxylates de zinc tel l'acétate de zinc.
4. Procédé de traitement selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel ledit sel trivalent de fer est choisi parmi le sulfate ferrique, le chlorure ferrique, le sulfate d'ammonium ferrique de formule FeNH4(S04)2-12 H20, le nitrate ferrique, le phosphate ferrique, certains carboxylates de fer comme le lactate ferrique ou l'oxalate ferrique, de préférence le sulfate ferrique.
5. Procédé de traitement selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel ledit sel trivalent d'aluminium est choisi parmi le sulfate d'aluminium, le phosphate d'aluminium ou certains carboxylates d'aluminium tel le lactate d'aluminium.
6. Procédé de traitement selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel ledit sel divalent de zinc ou ledit sel trivalent de fer ou d'aluminium est introduit à une teneur comprise entre 0,3 à 100 millimoles, de préférence 0,5 à 50 millimoles par gramme de polymère présent dans ledit fluide aqueux et ledit carboxylate alcalin est introduit à une teneur comprise entre 3 et 300 millimoles, de préférence entre 5 et 100 millimoles par gramme de polymère présent dans ledit fluide aqueux.
7. Procédé de traitement selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel ledit fluide aqueux est mis en contact avec ledit sel divalent de zinc ou ledit sel trivalent de fer ou d'aluminium, puis avec ledit carboxylate alcalin.
8. Procédé de traitement selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel ledit fluide aqueux est mis en contact avec ledit carboxylate alcalin, puis avec ledit sel divalent de zinc ou ledit sel trivalent de fer ou d'aluminium.
9. Procédé de traitement selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel ledit fluide aqueux est mis en contact avec ledit sel divalent de zinc ou ledit sel trivalent de fer ou d'aluminium et avec ledit carboxylate alcalin de manière simultanée.
10. Procédé de traitement selon la revendication 9 dans lequel on introduit et on solubilise simultanément dans le fluide aqueux contenant le polymère ledit sel divalent de zinc ou ledit sel trivalent de fer ou d'aluminium et ledit carboxylate alcalin.
11. Procédé de traitement selon la revendication 9 dans lequel on introduit et on solubilise simultanément dans le fluide aqueux contenant le polymère un mélange préalablement préparé, éventuellement en solution aqueuse, dudit sel divalent de zinc ou dudit sel trivalent de fer ou d'aluminium et dudit carboxylate alcalin.
12. Procédé de traitement selon l'une des revendications précédentes dans lequel la température de l'étape de mise en contact est comprise entre 5°C et 90°C, de préférence entre 10°C et 80°C, de manière très préférée la température est la température ambiante.
13. Procédé de traitement selon l'une des revendications précédentes dans lequel le temps de contact correspondant à la durée de l'étape de mise en contact entre ledit fluide aqueux, ledit sel divalent de zinc ou ledit sel trivalent de fer ou d'aluminium et ledit carboxylate alcalin est compris entre 15 secondes et 1 heure, de préférence entre 30 secondes et 10 minutes.
14. Procédé de traitement selon l'une des revendications précédentes dans lequel ledit fluide aqueux est une eau de production issue de la récupération assistée de pétrole, ladite eau de production comprenant une phase aqueuse continue contenant ledit polymère hydrosoluble et une phase organique dispersée dans ladite phase aqueuse continue.
15. Procédé de traitement selon la revendication 14 dans lequel la concentration dudit polymère dans ladite eau de production est comprise entre 1 ppm et 1000 ppm.
16. Procédé de traitement selon l'une des revendications 14 ou 15 dans lequel la phase organique dispersée est du pétrole brut, avec une concentration dudit pétrole brut dans ladite eau de production de préférence comprise entre 1 et 900 ppm.
17. Procédé de récupération assistée de pétrole brut contenu dans un réservoir géologique dans lequel :
- on injecte dans ledit réservoir un fluide de balayage comprenant au moins un polymère hydrosoluble de manière à déplacer ledit pétrole brut vers au moins un puits producteur, ledit polymère hydrosoluble étant porteur de fonctions carboxylates ou sulfonates en phase aqueuse ;
- on collecte un effluent comprenant la majeure partie du pétrole brut par ledit puits producteur ;
- on récupère en surface du puits producteur un fluide aqueux appelé eau de production comprenant une phase aqueuse continue comprenant des traces dudit polymère et une phase organique constituée de gouttelettes de pétrole brut dispersées dans ladite phase aqueuse ;
- on traite ladite eau de production au moyen du procédé de traitement selon l'une des revendications 1 à 16.
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