Brevet FR2565623A1 — publié le 19851213

L'invention concerne l'utillsation de microlatex inverses a teneur élevee en copolymères hydrosolubles pour améliorer la production des hydrocarbures. La crise de l'énergie a entrainé le développement de nombreuses études afin de récupérer le maximum de pétrole present dans les gisements. Parmi les différentes méthodes envisagées, l'une consiste à balayer le champ de pétrole au moyen d'une injection d'eau saline afin de forcer le petrole à sortir des pores de la roche où il se trouve adsorbé. Toutefois, la différence de mobilité entre le pétrole et l'eau limite fortement l'efficacité d'une telle méthode. Afin d'améliorer cette technique, il est connu d'épaissir l'eau d'injection avec des polymères ou copolyméres hydrosolubles, tels que des polyacryl ami des partiellement hydrolysés, des copolymères acrylam-,de-acrylate de sodium ou des poiysaccharides. Par ailleurs il a-été montré que les solutions aqueuses épaissies à l'aide de polymères, injectées dans les puits producteurs produisant simultanément de l'eau et de l'huile, permettent de freiner suffisamment la production d'eau sans affecter la production d'huile. Toutefois, la mise en oeuvre des polymères hydrosolubles dans les conditions réelles d'utilisation existant sur champ est souvent une opération délicate. En effet, la manipulation, le stockage et la mise en solution des poly acrylamides sous forme de poudre posent certains problemes dus en particulier à l'absorption d'humidité qui provoque la formation d'agglo mérats nécessitant des temps de dissolution élevées. Pour cette raison, sont apparus de nouveaux modes de conditionnement des polymères hydrosolubles, en particulier sous forme de latex inverses offrant en principe tous les avantages liés à la manipulation de liquides. A cet egard, on peut citer en particulier les brevets US 3284393, 3624019, 3826771 et 4022731, la demande allemande DE-A2554082 et le brevet G.B 2030578. Dans les formulations décrites dans ces documents, l'agent tensioactif est le plus souvent choisi parmi les tensioactifs non ioniques présentant un faible H L B (Equilibre Hydrophile Lipophile) permettant l'obtention d'une émulsion eau-dans-huile. I1 s'agit le plus souvent de monooléate ou de monostéarate de sorbitan. Par ailleurs, il a été indiqué que certains tensioactifs de H L B plus élevé sont également susceptibles de conduire à des émulsions eau-dans-huile. Toutefois, les latex inverses obtenus selon les méthodes de l'art antérieur présentent différents inconvénientsen particulier une insta bilité qui se traduit par une forte tendance à la décantation et la nécessité d'un cisaillement intense et délicat lors de leur mise en solution en phase aqueuse, c'est à dire lors de leur inversion. Plus recemment, on a proposé l'utilisation de microlatex inverses de polymères hydrosolubles présentant une stabilité améliorée (demande FR.A - 2524895) préparés par utilisation d'agents tensioactifs anioniques ou cationiques. La présente invention propose l'utilisation de microlatex inverses à teneur plus enlevée en copolyméres hydrosolubles pour améliorer la production des hydrocarbures. Par ailleurs, ces microlatex présentent l'avantage d'être auto-inversables. L'invention vise d'une manière générale un procédé de recuperation assistée des hydrocarbures et de traitement de puits de pétrole ou de gaz, ce procédé comprenant l'injection d'une solution aqueuse d'un copolymère dans une formation pétrolifère et étant caractérisé en ce que la solution aqueuse de copolymere est obtenue par dispersion dans de l'eau d'un microlatex inverse, stable et transparent, lui-même préparé par une méthode comprenant les étapes suivantes (a) on prépare une microemulsion (stable et transparente) de type eau-dans-l'huile en mélangeant (i) une solution aqueuse d'au moins deux monomères acryliques à copolymériser avec (ii) une phase huileuse, comprenant au moins un liquide hydrocarboné, (iii) en présence d'au moins un tensioactif non ionique dont le H L B est de 8 a 11 (dans le cas d'un mélange de tensioactifs, il s agit du H L B résultant) ; (b) on soumet la microémulsion inverse obtenue en (a) à des conditions de copolymérisation jusqu'à copolymérisation substantiellement complète et obtention d'un microlatex inverse stable, transparent et de haut poids moléculaire. On rappellera qu'une émulsion consiste en un milieu di phasi que, turbide, instable. Sous agitation, on observe des particules dispersées dans l'eau ou dans l'huile selon les cas, présentant une large distribution de taille autour d'une moyenne de l'ordre du micrometre. Lors d'une polymérisation en émulsion, le monomère se trouve dispersé dans les grosses gouttelettes de l'émulsion (diamètre : environ 1 à 10y m) ainsi que dans les petites micelles d'émulsifiant (diamètre environ 5 à 10 nm). Une microémulsion consiste en une solution micellaire gonflée, transparente et thermodynamiquement stable, ne necessitant pas d'agitation. Les gouttelettes sont beaucoup plus petites que dans le cas d'une émulsion, de l'ordre de 10 à 40 nanomêtres, justifiant le nom de microémulsion. Elles présentent en outre une étroite distribution de taille. Avant polymérisation, le monomère se trouve dispersé dans les micelles gonflées d'eau et de même taille. Dans les formulations des microémulsions inverses conduisant aux microlatex de l'invention, la phase aqueuse contient au moins deux monomêres acryliques hydrosolubles : il s'agit d'une part d'acrylamide et/ou de méthacrylamide ; et d'autre part d'au moins un autre monomère acrylique choisi parmi l'acide acrylique, l'acide méthacrylique et les sels alcalins de ces acides. Dans le mélange de monomères acryliques, la teneur en acrylamide et/ou en méthacrylamide peut aller jusqu'à 95% en poids ; elle est le plus souvent de 40 à 85% en poids. L'obtention d'une microémulsion inverse necessite en général la mise en oeuvre de conditions particulières dont ls principaux paramètres sont les suivants : concentration en tensioactifs, H L B du tensioactif ou du mélange de tensioactifs utilisé, température,nature de la phase organique et composition de la phase aqueuse. La teneur-en monomères dans la phase aqueuse est en général de 20 à 80X et le plus souvent de 30 à 70% en poids. En général, le pH de la solution aqueuse de monomères a une valeur de8 à 13 et avantageusement de 9 à 11. Le choix de la phase organique a une importance considérable sur la concentration minimale en tensioactif nécessaire pour obtenir une microémulsion inverse. Cette phase organique peut consister en un hydrocarbure ou en un mélange d'hydrocarbures. Parmi ceux-là, les hydrocarbures ou les mélanges d'hydrocarbures isoparaffiniques sont les mieux adaptés pour obtenir des formulations économiques (plus faible teneur en tensioactifs) de microémulsions inverses. Le rapport pondéral des quantités de phase aqueuse et de phase hydrocarbonée est choisi le plus élevé possible, de façon à obtenir après copolymérisation un microlatex possedant une teneur élevée en copolymère. Dans la pratique, ce rapport peut aller par exemple de 0,5 à 3/1 ; il est le plus souvent voisin de 2/1. Par ailleurs, le choix du (ou des) tensioactif(s) est guidé par l'obtention d'un H L B allant de 8 à 11. En effet, en dehors de ce domaine, l'obtention de microémulsions inverses soit est impossible, soit nécessite des quantités considérables de tensioactifs, incompatibles avec un procédé économique. Par ailleurs, dans le domaine de H L B ainsi défini, la teneur en tensioactif doit être suffisante pour obtenir une microémulsion inverse. De trop faibles concentrations en tensioactifs conduisent à l'obtention d'emulsions inverses analogues à celles décrites antérieurement et ne faisant pas partie de cette invention. Dans l'intervalle de H L B considéré, la concentration en tensioactifs par rapport a l'ensemble des constituants de la microémulsion est de préférence supérieure à une valeur y (en % poids) définie approximativement par l'équation suivante, déterminée empiriquement y = 5,8 x2 - 110 x + 534 dans laquelle x est la valeur du H L B du tensioactif ou du mélange de tensioactifs utilisé. La courbe représentative est présentée sur la figure annexée. En ce qui concerne la limite supérieure de la concentration en tensioactif, pour des raisons économiques, il est souhaitable de se limiter à une concentration de 25% en poids par rapport à l'ensemble des constituants de la microémulsion inverse. Lors de la préparation de la microémulsion inverse, il est important que la température du mélange soit soigneusement contrôlée, en raison de la sensibilité à la température des microémulsions inverses en présence de tensioactifs non ioniques. Cette influence de la temperature est d'autant plus sensible que la concentration en tensioactif est plus proche de la teneur minimale requise pour obtenir une microémulsion inverse. En vue de réduire la teneur en tensioactif nécessaire et afin de s'affranchir au maximum de l'influence de la température sur la stabilité des microémulsions inverses, ces dernières seront dans la mesure du possible prépares à une température aussi voisine que possible de celle qui aura été choisie pour la copolymérisation. Les monomères acryliques hydrosolubles présents dans la microémulsion inverse décrite précédemment sont polymérisés par voie photochimique ou thermique : la méthode consiste à amorcer la copolymérisation photochimiquement, par exemple par irradiation ultraviolette, ou thermiquement à l'aide d'un générateur de radicaux libres soit hydrophobe tel que, par exemple, l'azobisisobutyronitrile, soit hydrophile tel que, par exemple, le persulfate de potassium. La copolymérisation s'effectue très rapidement, par exemple, en quelques minutes par voie photochimique, quantitativement, et conduit à la formation de microlatex stables et transparents dont le rayon des particules est de l'ordre de 20 à 40 manomètres avec une distribution de taille étroite. La taille des particules dispersées dans les microlatex inverses de l'invention peut être déterminée à laide de la diffusion quasielastique de la lumière. La source de lumière sur l'appareil de diffusion de la lumière est constituée par un laser Spectra Physics a ion-argon opérant à 488 nm. La fonction de corrélation temporelle de l'intensité diffuse est obtenue en utilisant un corrélateur digital à 72 canaux. Les données de corrélation de l'intensité ont été traitées en utilisant la méthode des cumulants, qui fournit le temps de décroissance moyen de de la fonction de corrélation et la variance V. Cette dernière est une mesure de l'amplitude de la distribution des temps de decroissance et est donnée par où est le deuxième moment de la distribution. Pour des solutions de copolymères de faible polydispersité, la variance est reliée en première approximation à l'indice de polydis persité Mw/Mn (masse moléculaire en poids/masse moléculaire en nombre) par la relation Mw n = 1 + 4 V La masse moléculaire des copolymères obtenus dépend du mode d'activation choisi pour la copolymerisation, une activation photochimique favorisant l'obtention de masses moléculaires très elevees, dans la mesure où la température de copolymerisation est maintenue en dessous de 300C. Ce mode d'activation sera préféré dans tous les cas ou des masses moléculaires très élevées sont recherchées, comme c'est pre- cri sèment le cas des microlatex inverses destines à une utilisation en Récupération Assistée des Hydrocarbures. La méthode décrite ci-dessus permet l'obtention de microlatex inverses stables et transparents contenant une teneur élevée en copo lyméres hydrosolubles (d'environ 20 à 35% en poids). On notera plus particulièrement la stabilité remarquable vis-a-vis de la température des microlatex inverses, contrairement aux microémulsions inverses dont ils sont issus, préparés en présence de tensioactifs non ioniques. Les microlatex inverses obtenus comme decrit précédemment sont utilisables selon l'invention dans de nombreuses techniques de production du pétrole : Récupération Assistée des Hydrocarbures, consolidation des sols, fabrication des boues de forage, prévention des venues d'eau lors de la mise en production des puits pétroliers et comme fluides de complétion ou de fracturation. De manière génerale, les méthodes de récupération assistee à l'aide de solutions aqueuses de polymère consistent à injecter ces solutions dans le gisement, par au moins un puits d'injection, à les faire circuler à travers la formation et à recueillir les hydrocarbures déplacés par au moins un puits de production. Les méthodes de mise en oeuvre des microlatex inverses considérés dans l'invention pour la récupération assistée ne différent pas sensiblement de celles décrites antérieurement pour les émulsions du type eau-dans-l'huile. Les microlatex inverses considérés dans l'invention sont auto-inversables et il n'est pas nécessaire en général d'ajouter un tensioactif supplémentaire pour favoriser l'inversion, comme c'est le cas dans certaines des méthodes déjà décrites. Ces microlatex sont utilisés, par exemple après dilution dans de l'eau, à une teneur de 50 à 5000 ppm, de préférence 100 à 2000 ppm, en poids, de copolymère par rapport à la phase aqueuse résultante. Les tests effectués au laboratoire ont démontré l'efficacité des microlatex inverses utilisés. La methode de prévention des venues d'eau dans les puits de production consiste à injecter, a partir du puits de production, dans la partie du gisement que l'on veut traiter, une solution aqueuse de polymère, préparée dans l'invention par dissolution du microlatex inverse dans l'eau; le polymère s'adsorbe en grande quantite sur les parois de la formation avoisinant le puits où iT est injecté. Lorsque ce puits est remis ensuite en production, l'huile et/ou le gaz traversent sélectivement la zone taitée, tandis que le passage de l'eau est réduit. Les exemples suivants illustrent l'invention mais ne doivent en aucune manière être considérés comme limitatifs. EXEMPLE 1 A 4009 d'une solution aqueuse contenant 609 d'acide acrylique, 1409 d'acrylamide et une quantité de soude convenable pour atteindre un pH voisin de 10, on ajoute 2009 d'une coupe isoparaffinique possédant un point initial de distillation de 207"C et un point final de 254"C et 929 d'un mélange de tensioactìfs constitués de 12,9g de sesquioléate de sorbitan et de 79,19 d'hexaoléate de sorbitol polyoxyéthyléné (H L B résultant : 9,3) permettant l'obtention d'une microémulsion inverse. La copolymérisation des monomères, réalisée par irradiation U.V. pendant 5 minutes, en maintenant la température du mélange réactionnel a 20"C, conduit à l'obtention d'un microlatex stable et transparent dont le rayon des particules déterminé par diffusion quasiélastique de la lumière est d'environ 40 nm avec une variance de 5%. La teneur en copolymère acrylamide-acrylate de sodium dans ce microlatex, déterminee après précipitation du microlatex dans l'acétone, lavages à l'acétone et au méthanol et sechage est de 31,6% en poids. Dans ce copolymère, la teneur en acrylate de sodium est de 36% en poids. La viscosité intrinsèque de ce copolymère dissous dans une eau contenant 209/1 de NaCl a été trouvée égale à 3520 cm3/g sur la base de mesures effectuées à l'aide d'un viscosimètre LS 30 de la Société CONTRAVES et extrapolées à concentration et gradient nuls. Test d'injectivité en milieu poreux Un milieu poreux est prépare par tassage dans un cylindre en verre de sable d'ENTRAIGUES EN 38 de granulometrie comprise entre 28 et 50 8 m. Les caractéristiques du milieu poreux ainsi obtenu sont les suivantes : L = 60 mm, = 20 mm, Vp = 8,6 cm3, k = 2,04 D, Cp= = 45% (k = perméabilité à l'eau exprimée en Darcy ; y = porosité). Une solution de copolymère acrylamide-acrylate de sodium (1000 ppm) est préparée en dispersant le microlatex inverse obtenu dans cet exemple dans une eau de gisement de salinité globale voisine de 39/1. L'établissement de la courbe rhéologique de cette solution de copolymere à l'aide du viscosimetre LS 30 permet de verifier l'existence d'un plateau dans les valeurs de viscosite relative à faible gradient (viscosité relative à gradient nul : VrO = 20, à 30 C). On procède ensuite à l'injection à debit constant (q = 1,5 cm3/heure) de la solution de polymère à l'aide d'une pompe à piston de type perfuseur, on mesure les pertes de charge aux bornes du milieu poreux pour la solution de polymère et on les rapporte aux valeurs obtenues initialement a l'eau de gisement. On définit ainsi un rapport de mobilité qui dans les conditions de l'expérience se stabilise à une valeur de 21,6. On constate par ailleurs qu'à la stabilisation de la réduction de mobilité correspond une egalisation des concentrations en polymère, déterminées par viscosimetrie, entre l'entrée et la sortie du massif.La comparaison des valeurs de reduction de la mobilité et de la viscosite plateau d'une part et l'absence de pertes de polymère entre l'entrée et la sortie du milieu poreux d'autre part montrent que pour le milieu poreux choisi, l'injectivité de la dispersion de microlatex est satisfaisante. En particulier,- aucun signe de colmatage n'a été constaté. En procédant à l'injection d'eau de gisement a la suite de la solution de polymère, on obtient une valeur de réduction de perméabilité de 2,36 caracteristique de l'existence d'une couche de polymère adsorbée sur les parois du milieu poreux. Ce comportement est caractéristique d'un copolymère acrylamide-acrylate de sodium de masse moléculaire élevée. Par ailleurs, le fait de l'existence d'une réduction permanente de perméabilité à l'eau permet d'envisager l'utilisation des microlatex inverses de l'invention dans la prévention des venues d'eau dans les puits producteurs, comme l'illustre l'exemple suivant. EXEMPLE 2 A 400g d'une solution aqueuse contenant 50g d'acide acrylique et 150g d'acryl ami de dont le pH a été ramené à 10 par addition de soude, on ajoute 200g d'ISOPAR M et 100g d'oleate de sorbitol polyoxyéthyléné (ATLAS G 1087 ; H L B = 9,2). Cette quantité correspond à 14,3% en poids de l'ensemble des constituants. La copolymerisation de la microémulsion inverse ainsi obtenue, effectuée dans les conditions decrites dans l'exemple 1, a permis l'obtention d'un microlatex inverse stable et transparent contenant 30,7% en poids d'un copolymère acrylamide-acrylate de sodium renfermant 30,3% en poids d'acrylate de sodium. Un milieu poreux (L = 20 cm ; $ = 5 cm) est prépare par carottage d'un grès des Vosges, grès contenant environ 10 d'argile. Les perméabilités de ce gres des Vosges à l'eau de mer (salinite globale #37g/1) et à l'eau de gisement (salinité globale # 8g/l) sont égales respectivement à 0,478 Det 0,467 D. La porosité y est de 18%. On prépare par ailleurs à partir du microlatex précédent une solution contenant 500 ppm de copolymère actif dans l'eau de mer et dans l'eau de gisement. Les viscosités relatives obtenues dans la zone Newtonienne de ce microlatex dispersé dans les deux types d'eau sont respectivement de TlrO = 5,1 (eau de gisement) et TlrO = 3,1 (eau de mer), le rapport des deux viscosités étant égal à 1,65. Conformément a l'enseignement du brevet français 2325797 (brevet américain 4095651) délivré au nom de la demanderesse et concernant la prévention des venues d'eau dans les puits producteurs, on procede a l'injection à un débit constant q = 3 cm3/h ( b = 2,1 sec -1) de la solution de microlatex (Cp = 500 ppm)dans l'eau de mer (t = 300C). Après l'injection d'environ 5 Vp (Vp = volume de pores) de cette solution de microlatex, on arrente l'injection de polymère et on procède à l'injection d'eau de mer par la face d'entrée de la carote, ceci afin de déterminer d'une part une valeur de reduction de permeabilite Rk à l'eau de mer avant et après mise en place de polymère et d'autre part d'en déduire une épaisseur de couche adsorbée calculée d'apres la formule où Rp = rayon de pore moyen Les valeurs obtenues sont les suivantes Rk = 1,80, S = 0,62 m. Par la face de sortie de la carotte, on procède à l'injection en sens contraire d'eau de gisement simulant ainsi la production d'eau dans le puits producteur. I1 s'en suit de nouvelles valeurs de reduction de perméabilité et d'épaisseur de couche adsorbée qui sont respectivement Rk = 2,92, 3= 0,90 vm. Si l'on fait le rapport des épaisseurs des couches adsorbées respectivement à l'eau de gisement et à l'eau de mer, on trouve une valeur de 1,61 qui est très proche de 1,65, valeur du rapport des viscosites plateau dans les deux veaux. Cela montre que la mise en place du copolymere s'est faite dans des conditions telles que l'épaisseur de la couche adsorbée varie dans le même rapport que les viscosités. De ce fait, la production d'eau douce provenant du gisement est freinée, ce qui entraine une diminution du rapport production d'eau/production d'huile (WOR). REVENDICATIONS 1. Procédé d'amélioration de la production d'hydrocarbures, comprenant l'injection d'une solution aqueuse d'un copolymère dans une formation pétrolifère, caractérisé en ce que la solution injectée est obtenue par dispersion dans l'eau d'un microlatex inverse,stable et transparent, lui-meme obtenu par les étapes suivantes une étape (a) dans laquelle on prepare une microémulsion inverse (du type eau-dans-huile) en mélangeant les constituants suivants - une solution aqueuse d'au moins deux monomeres acryliques - une phase huileuse comprenant au moins un liquide hydrocarboné - et un tensioactif non ionique ou un mélange de tensioactifs non ioniques, ayant un H L B de 8 à 11, en une proportion suffisante pour obtenir une microémulsion inverse et une étape (b) dans laquelle on soumet la microémulsion inverse obtenue à l'étape (a) à des conditions de copolymérisation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans l'étape (a), on met en jeu comme monomères au moins un monomère acrylique choisi parmi l'acrylamide et le methacrylamide et au moins un autre monomère acrylique choisi parmi l'acide acrylique, l'acide méthacrylique et les sels alcalins de ces acides, à une concentration de 20 à 80% en poids dans ladite solution aqueuse. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'acry- lamide et/ou le méthacrylamide représente jusqu'a 95% en poids du mélange des monomères acryliques mis en jeu. 4. Procéde selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, dans l'étape (a), le pH de ladite solution aqueuse est de 8 à 13. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 a 4, caractérisé en ce que, dans l'étape (a), la phase huileuse comprend au moins un hydrocarbure i soparaffi ni que. 6. Procédé selon d'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, dans l'étape (a), le rapport pondéral entre la solution aqueuse de monomeres et la phase huileuse est de 0,5 à 3/1. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, dans l'étape (a), la proportion de tensioactif ou de mélange de tensioactifs est superieure à l-a valeur y, donnée en % poids par rapport à l'ensemble des constituants de ladite microémulsion inverse, par la relation y = 5,8 x2 - 110 x + 534 dans laquelle x représente le H L B du tensioactif ou du mélange de tensioactifs. 8. Procede selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, dans l'étape (a), la proportion de tensioactif ou de mélange de tensioactifs est au plus de 25% en poids par rapport à l'ensemble des constituants de ladite microémulsion inverse. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 a 8, caractérisé en ce que, dans l'étape (b), la polymérisation est effectuée par chauffage en présence d'un initiateur de réactions radicalaires. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'étape (b), la polymérisation est amorcée par irradiation. 11. Procedé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit microlatex inverse présente une teneur en copolymere d'environ 20 à 35% en poids. 12. Procédé selon l'une des revendications l 11, dans lequel la teneur en copolymère de la solution aqueuse injectée à partir du puits est de 50 à 5000 ppm en poids. 13. Procédé selon l'une des revendications 1 a 12, appliqué à la récu pération assistée des hydrocarbures. 14. Procédé selon l'une des revendications 1 a 12, appliqué à la prévention des venues d'eau dans un puits producteur de petrole ou de gaz.