Brevet FR2495219A1 — publié le 19820604

La présente invention concerne un procédé pour augmenter l'extraction du pétrole à partir de réserves pétrolières, notamment de roches réservoir, permettant d'obtenir un rendement final en huile élevé à partir des réservoirs contenant une huile homogène, hétérogène et de haute viscosité. On connaît d'après la documentation technique publiée plusieurs procédés d'exploitation du pétrole, selon lesquels on utilise des systèmes de micro-émulsion ou d'autres systèmes en dispersion contenant des matières tensio-actives pour augmenter l'extraction de l'huile des réserves. Un connaît aussi une solution selon laquelle la viscosité de la micro-émulsion injec- tée est réglée en fonction de la viscosité de l'huile à extraire. Ainsi, par exemple, selon le brevet GFR nO 1 483 770, on ajouts à la microèémulsion autant d'eau que nécessaire pour que sa viscosité atteigne au moins celle de l'huile à extraire. Le brevet GFR nO 1 883 774 concerne une solution similaire, selon laquelle on règle la viscosité de la micro-émulsion en faisant varier, en plus de la quantité du diluant aqueux, la composition de la phase huileuse (mélange de gaz naturel liquide et d'hydrocarbures de poids moléculaire élevé). Un principe similaire est décrit dans le brevet des E.U.A. nO 3 254 714, selon lequel, en cas d'assez forte viscosité de l'huile à extraire, la mobilité du milieu injecté et celle de l'huile à extraire doivent être dans un rapport de 1 : 1 environ, et de cette manière une désintégration rapide du bouchon de micro-émulsion est empêchée. Dans le cas d'une réserve contenant de l'huile très hétérogène et/ou d'une haute viscosité (plusieurs centaines de cPo, les procédés décrits dans les références ci-dessus ne sont pas applicables économiquement, en raison des grandes quantités de micro-émulsion de l'ingrédient actif qui sont nécessaires pour que l'on obtienne un résultat technique satisfaisant. L'utilisation de macro-émulsions du type eau dans l'huile" produites sur la surface est connue aussi d'après la documentation technique publiée (par exemple brevets des E.U.Â. nO 3 149 669 et 3 330 348). Be but de leur utilisation est d'augmenter le facteur d'injection microscopique et de surface, ce qui est obtenu par la capacité de mélange avec l'huile et par la haute viscosité. Toutefois, ces procédés n'ont pas reçu un accueil favorable général dans la pratique, spécialement en raison des difficultés pour mobiliser les émulsions avec de l'eau et de problèmes d'injection. Compte tenu de ce qui précède, les procédés actuellement connus d'exploitation primaire et secondaire du pétrole appartenant aux types décrits n'assurent pas la haute valeur désirée du facteur volumétrique dtinåection, en plus du facteur microscopique d'extraction dans les réservoirs contenant de l'huile hétéro- gène et d'une haute viscosité, et ainsi l'invention vise à remédier à ce défaut. Selon la particularité principale de l'invention, l'ingrédient actif assurant l'accroissement du facteur microscopique d'extraction est introduit dans le réservoir sous la forme de systèmes de dispersion à étapes multiples (de viscosité programmee) adaptables aux propriétés du réservoir non homogène, ces systèmes de dispersion augmentant aussi le rendement volumétrique de l'injection, en réglant le débit. Les avantages combinés des procédés à micro et à macro-émulsion rendent le procédé selon l'invention utilisable pour augmenter l'extraction de l'huile meme à partir de reserves hétérogènes, de type poreux ou fissure, contenant une huile d'une haute viscosité. L'invention concerne un procédé pour augmenter l'extraction du pétrole à partir de réserves pCtro- lières, selon lequel, pour éliminer les conditions défavorables d'écoulement à propos du rendement de l'extraction - résultant de l'hétorogénéité des couches et des différences défavorables de mobilité entre l'eau et l'huile, ainsi que de la teneur en ions portant deux charges ou plus de l'eau souterraine - comme première etape du procédé, un système de dispersion sous la forme d'un bouchon homogène, visant à augmenter la résistance a' l'écoulement par les puits d'injection, est injecté par les puits d'injection dans le réservoir et ainsi simultanément l'huile est extraite du réservoir et l'huile enfermée est mobilisée.Après le bouchon homogénéisant, on injecte un bouchon actif ayant une capacité accrue d'extraction de l'huile, finalement dans un cas donné une dilution du bouchon actif par l'eau est empêchée par injection d'un bouchon protecteur, la stabilité de conservation de l'huile est assurée, puis comme étape finale, par injection d'eau, l'huile mobilisée et le système complexe entier de bouchons sont mobilisés vers les puits de production. Selon la présente invention le bouchon homogénéisant est procuit sous la forme d'une macro-émulsion contenant a à 50 Só, de préférence 10 à 30 % d'huile de couche, stabilisée par des émulsionnants et/ou d'autres agents émulsionnants synthétiques produits durant l'activation par les matières tensioactives potentielles, des alcalis ou des acides pré- sents ou introduits dans l'huile, et aussi avec des matières auxiliaires, des électrolytes, et la viscosité d'injection de la macro-nuision est rglée en fonction ae la qualité de l'huile de couche et de l'hétérogénéité du réservoir, tandis que le bouchon actif est formé sous la forme d'un système de dispersion d'une haute teneur en matière tensio-active sous la forme d'une macro- ou micro-émulsion ou sous la forme de la solution aqueuse des matières tensio-actives, une faible tension superficielle est assurée à la limite entre l'huile et l'eau commodément par des matières tensioactives auxiliaires, des électrolytes, dans un cas donné un mélange pour extraction est réalisé avec l'huile et l'eau qui est compatible avec le bouchon homogénéisant, et le bouchon protecteur est formé à partir d'une solution aqueuse identique ou presque identique à la solution aqueuse du boucnon actif, qui contient des matières tensio-actives et/ou des électrolytes, et/ou des matières tensio-actives auxiliaires assurant l'accumulation optimale de l'ingrédieat actif dans le boycnon actif à la surface limite de l'eau st de l'huile, et/ou de l'huile également. belon l'invention un bouchon protecteur compatible avec le bouchon homogénéisant et/ou le bouchon actif est utilisé avant le boucnon homogénéisant et/ou après le bouchon actif, le volume total des bouchons complexes ainsi formés étant compris entre 5 et 50 %, de préférence entre 10 et 30 ,' du volume des pores. La présente invention est fondée sur des combinaisons appropriées de tels moyens d'extraction, qui comprennent des solutions aqueuses de divers produits chimiques (matières tensio-actives, matières tensioactives auxiliaires et/ou électrolytes), micro- et macro-émulsions contenant diverses matières auxiliaires et autres systèmes de dispersion. La combinaison répondant aux paramètres des réservoirs augmente considérablement l'efficacité d'ap plication individuelle des milieux, et aussi le domaine dans lequel ces milieux sont utilisables est étendu aux réservoirs hétérogènes et/ou à ceux contenant une huile d'une haute viscosité. Ia mise en oeuvre du procédé selon l'invention est décrite en détail ci-apres Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, un bouchon complexe pour étapes multiples est formé, mobilisé avec de l'eau vers les puits de production, comme suit Comme élément essentiel du procédé seion l'invention, un bouchon homogénéisant est formé. bon rôle est d'éliminer les conditions d'écoulement défavorables résultant de l'hétérogénéite du reservoir et de la différence de mobilité entre l'eau et l'huile, ainsi que de protéger le milieu d'extraction actif suivant le bouchon d'homogénéisation contre 11 effet nuisible possible de l'eau souterraine. La viscosité et la composition du bouchon homogénéisant doivent être choisies de manière à assurer l'homogénéité du réservoir avec un volume économique du bouchon, quand il est injecté dans la couche et qu'il se trouve en interaction avec les fluides du réservoir, ce volume du bouchon étant compris entre 3 et a0 %, de préférence entre 5 et 10 0% du volume des pores. Be bouchon homogénéisant est commodément une macro-émulsion, qui peut être à phase externe d'eau ou à phase externe d'huile, produite éventuellement à partir de l'huile du réservoir. L'émulsionnement est assuré principalement par activation (par addition d'alcali ou d'acides) des matières tensio-actives potentielles présentes dans la couche d'huile. bi la couche d'huile donnée ne contient pas assez de constituants actifs ou activables, on peut remédier à cette insuffisance en introduisant la fraction de distillation de la couche d'huile donnée ou de huile du réservoir dans laquelle les constituants actifs sont concentrés. Pour faciliter l'émulsionnement, on utilise suivant le besoin des émulsionnants synthétiques, des matières tensio-actives auxiliaires, des sels inorganiques. bi l'activation alcaline ou acide est impossible, en raison de la composition de la couche d'huile, ou des propriétés de la roche pctrolifère, alors on effectue l'émulsionnement en utilisant des matières tensioactives, des solutions de sels inorganiques, des matières tensio-actives auxiliaires. Le boucnon homogénéisant doit posséder une capacité d'extraction efficace de l'huile en plus des propriétés mobilisantes. l'a stabilité en cas de dilution par l'huile de la couche et l'eau souterraine est une nécessité et elle est obtenue avec une concentration appropriée d'ingrédient actif. Pour activation par un alcali, on utilise commodément NaOH et KH40H. On utilise NaOH à un titre de 0,8 à 8 % et NH4OH à un titre de 5 à 25 %. De plus, KOH et Na2CG3 sont parfois utilisables aussi, leur concentration optimale étant contenue dans la matière active de l'huile, déterminée par le rapport des phases eau/huile de l'émulsion. me rapport des phases eau/huile des émulsions est réglé de manière que la teneur en huile de l'émulsion soit comprise entre a et 50 %, de préférence entre '10 et 30 %. On utilisera les agents émulsionnants connus pour faciliter l'émulsionnement. La matière utilisée pour le système donné doit être choisie de manière à être synerg ique avec les matières tensio-actives natu relles présentes dans l'huile. Les matières tensioactives anioniques (savons, alcoyl-sullonates, aryl sulfonates, sulfonates de pétrole, sulfate d'ether alcoyl-polyglycolique, etc) sont les plus avantageuses. Dans des conditions données, on peut aussi utiliser des matières tensio-actives non-ioniques tpar exemple des dérivés de polyglycols, etc) ou des comoinaisons des deux types. Be rôle du bouchon actif utilisé dans le procedex selon l'invention est l'extraction de l'huile présente dans le réservoir poreux ou fissuré et la mouili- sation de l'huile de saturation enfermee ou adhérente ou celle de l'huile introduite avec le boucnon homogénéisant. Le bouchon actif peut être une phase externe de micro-émulsion eau-huile, une macro-émulsion avec une matière tensio-active ou un système de dispersion contenant divers types de matières tensio-actives, commodément des sulfonates de pétrole, dont le poids moléculaire caractéristique et la concentration sont déterminés par les conditions d'application. La solution aqueuse de matières tensio-actives et de matières tensio-actives auxiliaires est utilisable aussi, durant l'injection de laquelle on obtient la composition en micro- ou macro-émulsion par mélange avec les fluides de la couche. La composition et la mobilité du bouchon actif sont choisies correctement s'il est capable de mobiliser le bouchon homogénéisant injecté précédemment. Le bouchon actif contient aussi de tels constituants tensio-actifs ou tensio-actifs auxiliaires, qui facilitent la mobilisation de l'huile dans le système mouillé par l'huile contenant une huile d'une haute teneur en asphaltènes (par exemple la quinoléine obtenue à partir de naphta de goudron de houille). l'es matières tensio-actives ajoutées dans le bouchon actif doivent être choIsies de manière à être identiques à celles utilisées aans le bouchon homogénuisant cu synergiques avec elles. De cette manière, la compatibilité des deux système s injectés successivement peut être azurée très effieacement. La viscosité et la mobilité du bouchon actif forment une transition entre le bouchon homogénéisant et le bouchon protecteur. ne volume de bouchon appliqué est de 2 à 30 %, de prê- férence de 5 à 15 % du volume des pores. Le rôle du bouchon protecteur utilisé durant le procédé selon l'invention es: d'empocher le bouchon actif d'être dilué par l'eau, et d'assurer les condi tions optimales de solubilité de l'ingrédient actif, c'est-à-dire sa progression avantageuse avec la matière auxiliaire. Sa viscosité et sa composition doivent être choisies de manière que sa mobilité forme une transition entre le bouchon actif et l'eau d'extraction. Cela assure son mélange avec le bouchon actif, et il sera facilement dissous par l'eau. En ce qui concerne sa composition, le bouchon protecteur est presque identique à la phase aqueuse du bouchon actif, ne contenant pas d'huile ou en contenant seulement un maximun de 10 % Le volume de bouchon protecteur est de 5 à 40 %, de préférence de 5 à 20 % du volume des pores. Dans certains cas, il pourrait être avanta gew. d'utiliser le bouchon protecteur avant le bouchon homogénéisant, dont la composition n'est pas nécessairement identique à celle du bouchon protecteur qui suit le bouchon actif, il devrait être compatible plut8t avec la phase aqueuse du bouchon homogénéisant, et généralement contenant des électrolytes identiques à ceux du bouchon homogénéisant, ce qui assure l'efficacité maximale des matières tensio-actives injectées dans les divers bouchons. suivant l'hétérogénéité du réservoir et la viscosité de l'huile, l'injection des trois bouclions mentionnés ci-dessus n'est pas nécessaire dans chaque cas, puisque dans le cas d'un réservoir moins hétérogène contenant une huile de faible viscosité, le bouchon actif avec des bouchons protecteurs appropriés peut servir aussi de boucnon homogénéisant. La quantité totale des milieux d'extraction complexes mentionnés est de 5 à 20 %, de préférence de 10 à 30 % du volume total des pores. Bes exemples non limitatifs suivants montreront bien comment la présente invention peut être mise oeuvre. L'huile d'une couche, désignée par B dans le Tableau, est utilisée pour un système de dispersion préparé en vue d'augmenter l'extraction de l'huile d'un réservoir contenant une huile de couche d'une haute viscosité, désignée par A dans le tableau. Symbole Masse volumique Viscosité Indice Teneur en de l'huile à 200C à 90 C(cPo) d'a- asphaltènes de couche g/cm3 D = i s cide ss en poids 0,9882 392 0,1 21,95 B 0,9516 79,5 1,8 1,95 Avec l'utilisation des huiles des couches cidessus, d'alcalis et de sulfonate de pétrole lourd (poids moléculaire moyen 500 environ), des systèmes de dispersion sont produits dont les propriétés sont indiquées dans le tableau suivant. Symbole But Composition Viscosité à 50 C (cPo) Type D=1s-1 D=10s-1 D=102s-1 C Bouchon homo- 11 % en vol. 17400 4700 1300 généisant huile de couche A 11 % en vol. huile de couche B Emulsion d'eau 3 % sulfonate de pétrole dans l'huile lourd 25 % en vol. NaOH (3n) 50 % en vol. NH4OH (10 % en poids) D Bouchon actif 22 % en vol. huile de 3500 1050 300 Emulsion d'eau couche B dans l'huile 3 % sulfonate d'huile de couche 25 % en vol. NaOH (3n) 50 % en vol. NH4OH (10 % en poids) E Bouchon protec- 2 % en vol. huile de teur couche B Emulsion d'- 15 % en vol. huile lourde huile dans l'eau 5 % alcool isopropylique 78 % NH4OH (10 % en poids) Exemnle 1 Des expériences d'extraction sur modèle sont conduites sur un modele linéaire de 30 cm de longueur et de 2,31 cm de diamètre, à une température de 1100C à une pression de base de 150 bars, pour évaluer l'efficacité du bouchon actif du type D. Le modéle est produit à partir de pierre à chaux broyée. Kge = 278,39 mD K = 76,76 mD = 34,3 % Tout d'abord, le modèle est saturé d'huile de couche du type A, puis on effectue une extraction à l'eau. Après l'extraction par liteau, on injecte 0,2 Vp du bouchon actif du type D, puis on injecte de l'eau dans le modèle jusqu'à obtention de l'extraction finale de l'huile. Les résultats de l'essai d'extraction sont les suivants Extraction Volume du boucnon Extraction Extraction de l'huile d'émulsion du type D supplémen- totale (par rapport au taire d'- d'huile volume des pores) huile 44,54 0,2 20,74 65,28 Exemple 2 On conduit une expérience sur les modèles héterogènes à deux zones pour d@terminer l'efficacité du système de bouchon complexe avec et sans bouchon homogénéisant. On forme des modèles hétérogènes en reliant des modèles de perméabilité différente. Kge1 = 1715 mD Kge2 = 281 mD K01ge@ = 863 mD K02 = 82 mD Tout d'abord, on effectue une extraction par l'eau dans les modeles reliés du côté entrée et du côte sortie (formant une seule unité hydrodynamique), cela est suivi de l'injection du système de bouchon complexe, comme suit Cas i Cas 2 Bouchon homogéneisant du type C O Vp 0,l5 Vp bouchon actif du type D C,2 Vp 0,1 Vp Bouchon protecteur du type E 0,03 Vp 0,05 Vp Le système de bouchons est suivi par l'eau. Les résultats d'extraction sont presentés dans le tableau suivant Extraction d'huile Extraction Extraction avec l'eau supplémentaire totale d'huile, % d'huile, % Cas 2 : 21,15 36,85 58,00 Cas 1 : 20,61 18,80 59,41 Les résultats d'extraction des exemples @ et 2 montrent @lairement l'importance du systèm@ de bouchons triple complexe dans le cas de m@dèles de réservoirs hétérogènes contenant une huile d'une haute viscosité. Dans les systèmes de dispersion préparés en vue d'augmenter l'extraction de l'huile d'un réservoir contenant une huile de couche de haute viscosité dési gnee par F dans le tableau ci-après, on utilise aussi l'huile de couche désignée par B dans l'exemple. Symbole de l'huile Masse volumique Viscosité à 90 C de couche g/cm3 à 20 C (cPo) P 0,8207 l,29 On prépare des systèmes de dispersion pour des huiles de couche des types F et B en utilisant un sulfonate de pétrole lourd (poids moléculaire moyen 500 environ), un sulfonate de pétrole léger (poids moléculaire 400 environ) et une matière tensio-active auxiliaire; leurs propriétés sont indiquées dans le tableau suivant Symbole But Composition Viscosité apparente à 90 C (cPo) G Bouchon 7,5% en vol.d'huile 11 cSt homogénéisant de couche F et actif 7,550, en vol.d'huile Emulsion de couche B d'huile dans 15% de sulfonate de l'eau pétrole lourd 5% de sulfonate de pétrole léger 4% d'alcool iso propylique 61% en vol. d'eau H Bouchon 5% d'huile de couche 4,64 cSt protecteur F Emulsion 20% de sulfonate de d'huile dans petrole léger l'eau 5% d'alcool iso propylique 70% d'eau Exemple 3 Une expérience d'extraction sur modèle est conduite dans un système linéaire sur un modèle de 30 cm de longueur et de 2,31 cm de diamètre, à une température de 950C et à une pression de base de 100 bars. Les paramètres du modèle sont les suivants Kge = 214,2 mD Swi = 36,35 % Kw = 46,8 mD = 35,6 % Ko/Swi/ = 31,6 mD On effectue tout d'abord une extraction par l'eau sur un modele adhésif saturé d'eau, préparé avec de l'huile de couche F, et ensuite on injecte 0,15 Vp de bouchon homogénéisant et actif du type G, puis 0,05 vp de bouchon protecteur du type H, et finalement de l'eau.Le résultat de l'essai a'extraction est résumé ci-dessous Extraction Bouchon Extraction Extraction d'huile supplementaire totale avec l'eau d'huile, % d'huile, % 59,19 0,15 Vp type G 37,14 96,33 0,05 Vp type H Exemple 4 On ettectue un essai supplémentaire d'extraction comme à l'exemple précédent avec bouchon d'émulsion de type G et de type H en utilisant de l'huile du type F sur un modèle hétérogène. Les modèles physiques sont garnis de la roche pulvérisée du réservoir tassée. lies paramètres pétrologiques des deux modèles (l = 30 cm, d = 2,31 cm) reliés de manière à former une seule unité hydrodynamique sont les suivants Kgel = 458,5 mD Kge2 = 246,8 mD #1 = 37,77 % #2 = 40,2 % K = 344 @ mD = 344,9 mD KW2 =242,9 mD Les expériences sont conduites à une température de 95 C et une pression de base de 100 bars. lout d'abord, une extraction par l'eau thermale est effectuée sur le modèle adhésif saturé d'eau, et ensuite on injecte le système de bouchons selon l'exemple 3, puis de l'eau. Les résultats des essais d'extraction sont résumés comme suit Extraction Système de Extraction Extraction d'huile boucnons supplémentaire totale d'huile, % d'huile, % 52,57 type G : 0,15 Vp 38,90 91,47 type H : 0,05 Vp Dans le dernier cas, I'exemple est presenté pour des systèmes moins hétérogènes contenant une huile de moindre viscosité, pour montrer l'accroissement de 1 'extraction supplémentaire d' huile. Les exemples présentent seulement certaiues des applications possibles sans couvrir le domaine complet d'application. En plus des exemples, diverses variantes peuvent être prises en considération dans le cadre genéral de l'invention, suivant les conditions dans le réservoir donné. Un avantage de l'invention est que l'effica-- cité de l'utilisation individuelle des milieux particulièrement utilisables pour la situation existante et adaptables aux paramètres du réservoir peut être considérablement accrue, et que le domaine d'application de ces milieux peut être étendu à des réservoirs contenant une huile d'une haute viscosité et/ouàdes réservoirs hétérogènes, augmentant aussi l'extraction de l'huile du reservoir. - REVENDICATIONS 1 - Un procédé pour augmenter l'extraction du pétrole à partir de gisements de pétrole, caractérisé en ce que, en vue d'éliminer les conditions d'écoulement défavorables à propos de l'efficacité de l'extraction - résultant de l'hétérogénéité des couches et des diffé- rences défavorables de mobilité entre l'eau st l'huile, ainsi que de la teneur en ions portant deux charges ou plus de l'eau souterraine - comme première étape du procédé, un système de dispersion sous la forme d'un bouchon homogène, visant à augmenter la résistance à l'écoulement par les puits d'injection, est injecté par les puits d'injection dans le réservoir, de manière que simultanément l'huile soit extraite du réservoir et l'huile enfermée soit mobilisée, puis, après le bouchon homogé@éisant, @@ injecte un bouchon a@tif ayant une @apacité accr@@ d'@@@raction de l'huile, finalement dans un cas donnè @e dilution du bouchon a@tif par l'eau est empêchée par injection d'un bouchon pr@testeur, la stabilité de conservation de l'huile est assurés, puis, eomme étape finale, par injection d'eau, l'huile mobilisée et le système complexe de bouchons sont mobilisés vers les puits de production. 2 - Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bouchon homogénéisant est produit sous la forme d'une macro-émulsion contenant 2 à 50 %, de préférence 10 à 30 % d'huile de couche, stabilisée par des émulsionnants et/ou d'autres agents émulsionnants synthétiques produits durant l'activation par les matières tensio-actives potentielles, des alcalis ou des acides présents ou introduits dans l'huile, et aussi avec des matières auxiliaires, des électrolytes, et la viscosité d'injection de la macro-emulsion est réglée en fonction de la qualité de l'huile de couche et de l'hétérog@neité du réservoir, tandis que le bouchon actif est formé sous la forme d'un système de dispersion d'une haute teneur en matière tensio-active sous la forme d'une macro- ou micro-émulsion ou sous la forme de laéolution aqueuse des matières tensioactives, une faible tension superficielle est assurée à la limite entre l'huile et l'eau commodément par des matières tensio-actives auxiliaires, des électrolytes, dans un cas donné un mélange pour extraction est réalisé avec l'huile et l'eau qui est compatible avec le bouchon homogénéisant, et le bouchon protecteur est formé à partir d'une solution aqueuse identique ou presque identique à la solution aqueuse du bouchon actif, qui contient des matières tensioactives et/ou des électrolytes, et/ou des matières tensio-actives auxiliaires assurant l'accumulation optimale de l'ingrédient actif dans le bouchon actif à la surface limite de l'eau et de l'huile, et/ou de l'huile également. 3 - Un procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un bouchon protecteur compatible avec le bouchon homogénéisant et/ou le bouchon actif est utilisé avant le bouchon homogénéisant et/ou après le bouchon actif, le volume total des bou culons complexes ainsi formés étant compris entre 5 et 50 %, de préférence entre ío et 30 % du volume des pores.