FR2897362A1 - Methode de traitement des puits par emulsions de petite taille contenant des additifs - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une méthode de traitement d'une roche réservoir dans laquelle on effectue les étapes suivantes :- on fabrique une émulsion concentrée eau dans l'huile comportant : entre 50 et 80% de phase aqueuse dans laquelle au moins un additif de traitement est dissous, entre 20 et 50% de phase huileuse contenant au moins un tensioactif polymérique,- on cisaille l'émulsion concentrée de manière à obtenir une émulsion ayant des gouttes de taille sensiblement mono disperse et principalement inférieure à 1 &mum,- on dilue l'émulsion mono disperse par une phase huile pour obtenir une phase aqueuse dispersée à un taux inférieur à 50%,- on injecte l'émulsion diluée dans la roche réservoir.

Description

La présente invention concerne le domaine du traitement des puits dans des

réservoirs de faible à moyenne perméabilité, en particulier avec une émulsion inverse de 10 très petite taille. L'injection d'un inhibiteur de dépôt minéral autour d'un puits permet d'améliorer sa productivité. Ce traitement intervient en particulier lorsqu'un puits est endommagé, du fait de la précipitation de sels minéraux insolubles dans les conditions thermodynamiques du fond de puits. On injecte un inhibiteur de dépôt qui agit par un 15 processus d'adsorption sur la roche, puis de désorption progressive dans l'eau de production quand le puits est remis en production. Cependant, les traitements par injection d'inhibiteur de dépôt en phase aqueuse peuvent créer des endommagements par augmentation de la saturation en eau au voisinage du puits. L'injection d'inhibiteurs de dépôt sous forme d'émulsion inverse a déjà été 20 proposée dans la profession, notamment Lawless, Smith et Collins Lawless, T. A., Smith, R. N., and Collins, I. R.: "Investigations into the potential for invert emulsion squeeze technology." RSC Symposium, Ambleside, Cumbria, UK, 1997 . La formulation de l'émulsion avait comme phase huile un kérosène de bas contenu aromatique. La taille moyenne de gouttelettes de ce système est de 1 à 2 micromètres. 25 Jordan et al. Jordan, M. M., Collins, I. R., Gyani, G., and Graham, G. M.: "Coreflood studies to examine potential application of novel scale inhibitor products to minimize intervention during field life cycle." SPE 74666-Aberdeen, UK, January 30-31, 2002.) réalisent des études d'injection des inhibiteurs formulés par Collins et al. et trouvent que dans certaines conditions, cette injection dans les milieux poreux peut causer une diminution de la perméabilité. La présente invention a pour objet de résoudre les inconvénients de l'art antérieur. L'invention concerne l'injection de l'inhibiteur de dépôt dans une formulation sous forme d'émulsion constituée de gouttelettes d'eau dispersée dans une phase huileuse. L'inhibiteur de dépôt est, de préférence, un produit biodégradable dissous dans l'eau. L'huile est aussi, de préférence, une huile végétale. Les tensioactifs qui entrent dans la formulation peuvent être choisis de préférence biodégradables. La particularité de la présente émulsion est la très petite taille obtenue pour les gouttelettes d'eau, ce qui permet l'injection de cette formulation dans des réservoirs de faible, à moyenne, perméabilité. Cette formulation en émulsion évite l'endommagement des puits par piégeage de l'eau. L'invention ne se limite pas aux inhibiteurs de dépôts, mais peut être mise en 15 oeuvre avec d'autres types d'additifs de traitement. La biodégradabilité de la formulation de l'émulsion est un avantage certain, mais non limitatif. Ainsi, la présente invention concerne une méthode de traitement d'une roche réservoir dans laquelle on effectue les étapes suivantes : - on fabrique une émulsion concentrée eau dans l'huile comportant : entre 50 et 20 80% de phase aqueuse dans laquelle au moins un additif de traitement est dissous, entre 20 et 50% de phase huileuse contenant au moins un tensioactif polymérique, - on cisaille ladite émulsion concentrée de manière à obtenir une émulsion ayant des gouttes de taille sensiblement mono disperse et principalement inférieure à 1 m, on dilue ladite émulsion mono disperse par une phase huile pour obtenir une 25 phase aqueuse dispersée à un taux inférieur à 50%, - on injecte ladite émulsion diluée dans la roche réservoir. Le tensioactif peut être choisi parmi : le PGPR, la Simaline IE-201TM L'additif peut être choisi parmi : un inhibiteur de dépôt minéral (par exemple CMI, les anti corrosion (par exemple amines, amides, sels d'ammonium), les inhibiteurs de précipitation organiques (par exemple les asphaltènes, les parafines, les acides organiques et inorganiques, les sequestrants du fer (EDTA, NTA), les additifs de consolidation des sables, les stabilisateurs des argiles. La phase huile peut être végétale, par exemple de l'huile de colza.

Le cisaillement peut être tel que la taille des gouttes de la phase aqueuse est inférieure à 0,5 m, et de préférence inférieure à 0,3 m. L'émulsion concentrée a une composition, en poids, voisine de : 20% Simaline IE-201TM, 72% de saumure, 8% de CMI (Carboxy-Méthyl-Inuline). L'invention concerne également une émulsion inverse de taille de gouttes de 10 phase aqueuse inférieure à 1 m, de préférence inférieure à 0,5 m, obtenue par la méthode précédentes. La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, comprenant des exemples nullement 15 limitatifs, illustrés par les figures ci-après annexées parmi lesquelles : - Les figures 1 a et lb montrent des images microscopiques des émulsions prémix à 10% d'émulsifiant en masse, après cisaillement au couette: (figure la) Simaline IE-201 et (figure lb) PGPR. - Les figures 2a et 2b montrent des images microscopiques des émulsions pré-mix 20 à 20%de Simaline avant (Figure 2a) et après (Figure 2b) cisaillement au couette. La figure 3 montre une image microscopique de l'émulsion diluée à base de 20% de Simaline. La figure 4 montre la distribution de taille de gouttes de l'émulsion diluée à base de 20% de Simaline. 25 La figure 5 montre la viscosité de l'émulsion diluée à base de 20% de Simaline. La figure 6 montre la courbe d'injectivité de l'inhibiteur sous forme d'émulsion inverse à 40 C.

La figure 7 montre la réduction de mobilité pendant l'injection de l'émulsion diluée et la réduction de perméabilité après l'injection de l'émulsion diluée. La figure 8 montre la réduction de perméabilité après l'injection de l'émulsion diluée quand l'huile est injectée à différents débits. - La figure 9 montre les profils de concentration de traceur et de l'émulsion diluée à la sortie du milieu poreux. Les émulsions peuvent êtres définies comme des systèmes colloïdaux de gouttelettes liquides, dispersées dans une autre phase liquide. Elles sont produites en cisaillant les deux phases liquides immiscibles, ce qui fournit l'énergie nécessaire pour accéder à un état métastable par fragmentation d'une phase dans l'autre. La stabilité de telles dispersions est généralement assurée par la présence d'espèces tensioactives (soit des agents tensioactifs ou des polymères) qui sont connues pour s'adsorber sur l'interface et retardent de manière significative la coalescence des gouttelettes. Les émulsions les plus courantes sont celles à phase continue eau, aussi appelées "émulsions directes", et des émulsions d'eau dans l'huile connues comme des "émulsions inverses". La présente invention peut utiliser une gamme très large d'émulsifiants non toxiques monomériques et polymériques. Ceux-ci sont utilisés dans l'industrie alimentaire pour fabriquer des émulsions. Ces tensioactifs (monoglycerydes, diglycerides, acides gras d'esters de sorbitan plus connus sous le nom de SPAN, phospholipides, et autres) ont généralement des longues chaînes d'acide gras qui fournissent le groupe hydrophobe lié à la phase huile de l'interface huile/eau. Les groupes polaires de ces émulsifiants sont plus divers, s'étendant du glycérol (en monoglycérides et diglycérides) et phosphoglycérides substitués (dans les phospholipides) au sorbitan fortement substitué avec des chaînes de polyoxyde d'éthylène.

Des tensioactifs polymérisés de type polyglycérol, comme les esters de polyglycérol, peuvent aussi être utilisés comme des tensioactifs biocompatibles et biodégradables. Les amphiphiles macromoléculaires s'adsorbent à l'interface et donnent en générale une meilleure couverture de la surface par rapport aux émulsifiants monomériques. Ils assurent une très bonne stabilité aux émulsions. Cette stabilité est attribuée à des effets stériques et osmotiques qui empêchent la coalescence des gouttelettes de l'émulsion. Le plus connu d'entre eux est le PGPR (Polyglycérol Polyricineoleate) utilisée pour la fabrication des émulsions inverses eau/huile dans l'industrie alimentaire. Un mélange de poly-hydroxystéarate-PEG avec le Span 80, commercialisé sous le nom de Simaline 1E-201 (fabriqué par la société SEPPIC ù France) peut aussi être avantageusement utilisé. Par exemple, le produit inhibiteur de dépôt minéral peut être le Dequest PB-11625 (fabriqué par Soplutia). C'est une Carboxy-Méthyl-Inuline (CMI) de masse moléculaire en poids de 5300 g/mol correspondant avec un degré de polymérisation de 10 et un degré de substitution de 2,5. Bien entendu, sans sortir du cadre de cette invention, on peut utiliser d'autres produits (tous les produits hydrosolubles de traitement de puits) comme: les additifs anticorrosion (amines, amides, sels d'ammonium), les additifs inhibiteurs de précipitation organiques comme les asphaltènes, les parafines, les acides organiques et inorganiques (HC1, acide lactique, citrique, acétique), les séquestrants du fer (EDTA, NTA), les additifs de consolidation des sables, les stabilisateurs des argiles. Selon une mise en oeuvre de l'invention, la solution aqueuse est faite d'eau d'injection, ou d'eau de production, à pH compris entre 4,7 et 5,1. Ce pH est obtenu en dissolvant 13,60 g d'acétate de sodium tri hydraté et 1,20 g d'acide acétique dans 100 ml d'eau distillée. A raison de 4% en volume, cette dernière permet de contrôler les pH des solutions de travail et de les stabiliser à la valeur de pH 5. Dans les exemples, la phase huileuse est de l'huile de colza. On peut également utiliser du dodécane et plus généralement toute huile compatible chimiquement avec la saumure, les tensioactifs de la formulation, et l'additif de traitement de puits dissous dans l'eau.

L'émulsion selon l'invention est préparée par dilution d'une émulsion concentrée appelée pre-mix. Le document FR-99/11745, cité ici en référence, décrit un mode opératoire pour obtenir une émulsion concentrée de type pré-mix. Le pre-mix est une émulsion concentrée et polydisperse qui est ensuite cisaillée dans une cellule de type couette pour obtenir une émulsion monodisperse par fragmentation des gouttes. Le pré-mix peut contenir de 50 à 80% de phase aqueuse contenant l'additif de traitement de puits utilisé pur, de 20 à 50% de phase huileuse contenant le tensioactif à la concentration de 10 à 20%. Cette technique permet d'obtenir des émulsions inverses concentrées de taille de goutte inférieure à 1 micromètre, avec des stabilités très élevées dans l'état concentré. Le cellule de couette consiste en deux cylindres concentriques. Le cylindre interne à un rayon de 20 mm. Il est mis en rotation par un moteur à une vitesse angulaire sélectionnée, e), qui peut atteindre jusqu'à 71,2 rad-l. Le cylindre externe est fixe et l'espace entre les deux cylindres est fixe, à e=100 m. Pour la vitesse angulaire maximale on peut atteindre des vitesses de déformation très élevées @ raie = 14.200 s- 1. La vitesse de déformation utilisée pour cisailler l'émulsion brute est de 1000 s-1. Le pré-mix est injecté par un piston qui pousse l'émulsion à travers l'espace annulaire. Le temps de résidence de l'émulsion dans la cellule est d'environ 10 secondes. Le couette permet la production d'une quantité significative d'émulsion (jusqu'à 1 1/h) avec des distributions de taille de goutte inférieures à 1 micromètre et des fractions de phase dispersée entre 70% et 90%. Bien entendu, d'autres systèmes industriels peuvent être utilisés pour obtenir des volumes d'émulsion concentrée plus importants. Le pre-mix peut être dilué sans perdre sa stabilité jusqu'à une concentration de la phase dispersée de 20%, contenant 2% en masse d'inhibiteur de dépôt. On obtient une émulsion diluée contenant l'inhibiteur de dépôt en solution aqueuse tout en conservant la taille des gouttes de l'émulsion diluée sensiblement inférieure à 1 micromètre. Le tableau ci-dessous donne la composition des exemples des systèmes pre-mix selon l'invention : Systèmes Tensioactif Tensioactif (%) Huile Colza (%) Saumure (%) CMI (%) Exemple 1 PGPR 10 10 72 8 Exemple 2 Simaline IE 201 10 10 72 8 Exemple 3 Simaline IE 201 20 72 8 Exemple 1- Préparation d'une émulsion à base de PGPR Une très bonne émulsion pre-mix est obtenue avec le PGPR. L'incorporation de la phase aqueuse est facile et elle a une texture homogène. La structure de cette émulsion inverse sous forme concentrée (pre-mix) est très homogène, mais avec des tailles de goutte supérieures à 3,0 microns. Après leur passage au "couette" (figure lb) la taille de goutte est réduite, et au moins inférieure à 1 micromètre. Exemple 3 ù Préparation d'une émulsion à base de Simaline IE-201 : Avec 20% de Simaline IE 201 (exemple 3), on obtient une très bonne émulsion. L'incorporation de la phase aqueuse est facile et elle a une texture homogène et malléable. La structure de cette émulsion inverse est très homogène, mais avec des tailles de goutte supérieures à 3,0 microns (figure 2a). Après leur passage au "couette" (figure 2a) la taille de goutte est réduite, et au moins inférieure à 1 micromètre.

Après cisaillement du pre-mix au couette, on constate que le système à base de Simaline conduit à une fragmentation complète des grandes gouttelettes. L'émulsion qui est injectée en milieu poreux a été diluée à 20% de phase dispersée, en ajoutant de l'huile colza, selon le système VII : Système Tensioactif Tensioactif (%) Huile Colza (%) Saumure (%) CMI (%) VII Simaline IE 201 5 75 18 2 On obtient une émulsion homogène de taille de goutte stable avec une excellente 20 réponse à l'incorporation de l'huile (illustration par la figure 3).

L'émulsion inverse à 20% de phase aqueuse a une taille de goutte submicronique moyenne de 0,29 m (Figure 4). Les résultats de l'analyse du Mastersizer montrent une distribution monomodale et quasi-monodisperse pour l'émulsion de Simaline, avec 90% de gouttelettes étant inférieur a 0,4 m. De préférence, la taille moyenne (D50) est inférieure à 0,3 m. Les courbes rhéologiques de l'émulsion inverse (système VII) sont données sur la figure 5. Le comportement de l'émulsion est newtonien puisqu'il n'y a pas de variation de la viscosité avec le taux de cisaillement. Aucune perte de stabilité ou séparation de phases n'a été observée en augmentant la température du système (T entre 30 C et 60 C), ce qui est très positif pour l'application du produit sous forme émulsionnée. La viscosité est due dans une large mesure à la viscosité de l'huile de colza. Elle peut être diminuée par utilisation d'une huile moins visqueuse dans la formulation. Les figures 6 à 9 montrent des tests d'injectivité et de backflow , à la suite de la mise en oeuvre de la méthode selon l'invention. Le milieu poreux est décrit ci-après : Caractéristiques du milieu poreux Longueur, L (cm) 9,67 Diamètre, d (cm) 1,50 Porosité, 4i 0,41 Volume Poreux, VP (cm3) 7,00 Perméabilité mesurée, k (mD) 462 On a injecté une émulsion concentrée à une concentration de 20% de phase aqueuse (système VII) à un débit de 1 cm3/heure. Les résultats de l'expérience sont représentés sur la figure 6. On observe sur ce graphique une augmentation de la pression différentielle au moment où l'émulsion inverse entre dans le milieu poreux. Celle-ci est due à la viscosité de l'émulsion, qui est plus grande que celle de l'huile de colza qui s'écoulait précédemment. L'augmentation graduelle du dP pendant l'injection de l'émulsion, met en évidence une rétention continue de l'émulsion. Une preuve de cette rétention est le dP résiduel, faible mais significatif, qu'on observe après la réinjection d'huile à la fin de l'expérience. API est la pression différentielle totale, et AP2 est la pression à l'entrée du massif poreux. Rk = OPo OPhuile en 'Jack flow Dans l'expérience illustrée par la figure 7, on injecte un très grand volume d'émulsion, dénommée ESI, représentant 50 fois le volume du milieu poreux. Les conditions sont identiques à celle de l'expérience montrée sur la figure 6. La figure 7 montre la variation de la différence de pression entre l'entrée et la sortie du milieu poreux (AP total) et à l'intérieur du milieu poreux (AP interne). Les résultats de la pression sont traduits en réduction de mobilité. C'est le rapport de la perte de charge mesurée pendant l'injection de l'émulsion APESI à la perte de charge mesurée avant l'injection de l'émulsion AP0 corrigé du rapport de viscosité. Le rapport de mobilité s'exprime par : R m m o -PESI On observe une très bonne injectivité de l'émulsion, avec un rapport de mobilité compris entre 1 et 2 à l'entrée du massif et une valeur constante du rapport de mobilité à l'intérieur du milieu poreux. Ce résultat confirme que la propagation de l'émulsion s'effectue sans endommagement interne du milieu poreux et ceci pendant 50 volumes de pore de solution injectée. Quand l'huile est injectée après l'émulsion, on a une stabilisation de la perte de charge. L'injection de l'huile en backflow , c'est à dire dans le sens de la production du réservoir, montre que l'on retrouve un massif avec une perméabilité très comparable à la perméabilité du milieu poreux avant l'injection de l'émulsion puisque la réduction de perméabilité est de 1,1. On rappelle que la réduction de perméabilité s'exprime par: Cette expérience montre que l'injection de l'émulsion diluée VII se fait sans endommagement interne du milieu poreux. La figure 8 montre les résultats de l'expérience dans laquelle on injecte de l'huile en backflow (dans le sens de la production) après l'injection de 440 fois le volume des pores d'une émulsion diluée à la concentration de 2% de phase aqueuse. On observe une diminution progressive de la réduction de perméabilité quand on fait varier le débit, EST APo ce qui confirme que le massif poreux ne subit pas d'endommagement après l'injection de l'émulsion. Cette expérience confirme la très bonne injectivité de cette formulation qui est attribuée à la très petite taille des gouttelettes de l'émulsion. Elle montre que lorsque le puits est remis en production après le traitement, le puits peut être dégorgé même si le débit est faible au départ. La diminution progressive et sensible de la réduction de perméabilité à fort débit indique qu'aux temps longs, le puits ne subira aucun endommagement lié à l'injection de l'émulsion. On a reporté également sur la figure 8 la concentration de l'émulsion mesurée dans les effluents au cours de l'injection de l'huile en backflow . On constate une désorption progressive de l'émulsion puisque on trouve encore de l'émulsion après l'injection de 640 volumes de pore d'huile.

On rappelle que les traitements par squeeze d'inhibiteur de dépôt ne sont efficaces que si l'inhibiteur de dépôt s'absorbe dans le milieu poreux et se désorbe ensuite quand le puits est remis en production. Cette désorption de l'inhibiteur permet de protéger le puits contre les dépôts minéraux. L'expérience selon la figure 9 montre l'adsorption de l'émulsion. On injecte l'émulsion avec un traceur. Le retard du front de concentration de l'émulsion par rapport au front de traceur est la preuve de l'adsorption de l'émulsion. On peut par conséquent considérer que l'injection de l'inhibiteur en phase émulsionnée est un procédé efficace pour le traitement en squeeze des puits producteurs. L'émulsion préparée suivant la méthode décrite précédemment (selon les exemples 1, 2, 3, et VII) a une très bonne injectivité en milieu poreux, ce qui permet de réaliser des traitements de puits non endommageant, et très efficace compte tenu de l'adsorption sur le massif des additifs de traitement.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1) Méthode de traitement d'une roche réservoir dans laquelle on effectue les étapes suivantes : on fabrique une émulsion concentrée eau dans l'huile comportant : entre 50 et 80% de phase aqueuse dans laquelle au moins un additif de traitement est dissous, entre 20 et 50% de phase huileuse contenant au moins un tensioactif polymérique, on cisaille ladite émulsion concentrée de manière à obtenir une émulsion ayant des gouttes de taille sensiblement mono disperse et principalement inférieure à 1 m, on dilue ladite émulsion mono disperse par une phase huile pour obtenir une phase aqueuse dispersée à un taux inférieur à 50%, - on injecte ladite émulsion diluée dans la roche réservoir. 15

2) Méthode selon la revendication 1, dans laquelle ledit tensioactif est choisi parmi : le PGPR, la Simaline IE-201TM

3) Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'additif est choisi parmi : un inhibiteur de dépôt minéral (par exemple CMI, les anti corrosion (par exemple amines, amides, sels d'ammonium), les inhibiteurs de 20 précipitation organiques (par exemple les asphaltènes, les parafines, les acides organiques et inorganiques, les sequestrants du fer (EDTA, NTA), les additifs de consolidation des sables, les stabilisateurs des argiles.

4) Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la phase huile est végétale, par exemple de l'huile de colza. 25

5) Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le cisaillement est tel que la taille des gouttes de la phase aqueuse est inférieure à 0,5 m, et de préférence inférieure à 0,3 m. 10

6) Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite émulsion concentrée a une composition, en poids, voisine de : 20% Simaline IE-201TM, 72% de saumure, 8% de CMI (Carboxy-Méthyl-Inuline).

7) Emulsion inverse de taille de gouttes de phase aqueuse inférieure à 1 m, de préférence inférieure à 0,5 m, obtenue par la méthode selon l'une des revendications précédentes.