Brevet FR2617900A1 — publié le 19890113

L'invention concerne un procédé de récupération assistée du pétrole dans une formation géologique gréseuse contenant des hydro- carbures. Plus particulièrement, le procédé permet d'améliorer les conditions de transport et de propagation des solutions d'agents alcalins des puits d'injection aux puits de production lors de la mise en oeuvre des méthodes de récupération assistée par voie chimique. Les agents alcalins employés en récupération assistée du pétrole peuvent être injectés: -0 - seuls, pour réduire la tension interfaciale eau-huile par réaction avec certains constituants lourds des bruts; - en mélange avec des polymères qui assurent le contrôle de mobilité, pour améliorer l'efficacité de récupération et mettre en oeuvre le procédé dans des conditions o la rétention des polymères est réduite; - en mélange avec des polymères et des tensio-actifs pour réduire la tension interfaciale, contrôler la mobilité et mettre en oeuvre le 0 procédé dans des conditions o la rétention des tensio-actifs est réduite. Un des problèmes techniques posés par l'emploi des agents alcalins est d'assurer leur transport dans la formation du puits d'in- !5 jection au puits de production. En effet, l'agent alcalin réagit avec les minéraux constitutifs des roches gréseuses: quartz, silice, argiles, feldspaths, par des processus d'échanges d'ions et de disso- lution, qui donnent lieu au passage en solution d'éléments chimiques provenant des minéraux du réservoir. Il en résulte une consommation de NO l'agent alcalin, qui s'oppose à la propagation du front de pH et réduit l'efficacité de l'agent alcalin. Un objet de l'invention est donc de réduire la consommation de l'agent alcalin à introduire dans le réservoir d'hydrocarbures en mini- misant la dissolution d'espèces minérales de la formation dans la solu- tion d'agents alcalins devant assurer le balayage de la formation; on améliore ainsi l'économie du procédé. Plus particulièrement, l'invention répond aux problèmes posés en proposant un procédé de récupération assistée d'hydrocarbures dans une formation géologique renfermant du silicium et contenant des hydrocar- bures dans laquelle on injecte à partir d'au moins un puits d'injec- tion vers au moins un puits de production, une solution d'agents alcalins, on balaie la formation par ladite solution et on récupère une partie au moins de la solution et des hydrocarbures que l'on sépare. Le procédé est caractérisé en ce qu'on introduit dans la formation ladite solution qui renferme au moins un composé soluble contenant des ions aluminium dans des conditions telles qu'on réduit la mise en solution du silicium de ladite formation. L'invention ainsi décrite présente l'avantage de réduire la consommation de l'agent alcalin balayant la formation et de rendre ainsi le procédé plus économique. Les agents alcalins ainsi injectés, de préférence en solution aqueuse, peuvent être des carbonates ou bicarbonates de sodium, de potassium ou d'ammonium, des silicates de sodium, de potassium ou d'ammonium, l'hydroxyde de sodium, de potassium ou d'ammoniu- et leurs mélanges. On préfère les composés de métaux monovalents. De préférence, c'est le carbonate de sodium qui sera utilisé. De même, on préférera utiliser le silicate de sodium. Toutefois, en fonction de l'environnement géologique ou minéralogique, on pourra utiliser d'autres cations alcalins. Le composé aluminique peut être sous la forme d'un sel d'un anion monovalent comme un haloginure et avantageusement le fluorure, le chlorure, le bromure et l'iodure, l'hydroxyde, le nitrate, ou d'un anion polyvalent comme le sulfate monom tallique ou double (bimétallique) tel que le sulfate d'aluminium et d'ammonium, de potassium ou de sodium. Parmi les composés métalliques d'acides organiques, on peut citer les sels d'anions monovalents comme l'acétate ou polyvalents comme le tartrate ou le citrate. On préférera introduire l'aluminium dans la solution d'agent alcalin sous la forme d'aluminate de sodium, de potassium ou d'ammo- nium, ce qui permettra de ne modifier que légèrement le pH initial de la solution. O Sans être lié par une quelconque théorie, on peut penser que l'adsorption à la surface des minéraux siliceux d'espèces aluminiques chargées exerçant une force répulsive sur les ions hydroxyles de la roche gréseuse bloquerait ainsi les mécanismes d'échanges d'ions et de dissolution. Le procédé réduirait aussi les précipitations d'espèces minérales qui pourraient survenir lors du contact prolongé des solutions alcalines avec la formation géologique siliceuse et qui pourraient entraîner des réductions de perméabilité. L'efficacité du procédé selon l'invention est fonction des 0 conditions opératoires et plus particulièrement du pH, de la tempéra- ture et de la concentration en aluminium dans la solution d'agent alcalin. Par exemple, on injecte le mélange de ladite solution et d'un composé de métal de pH au moins égal à environ10 dans la formation renfermant du silicium qui est à une température comprise entre environ 20 C et 100 C. On obtient les meilleurs résultats lorsque la tempéra- ture est comprise entre environ 20 et 50 C et de préférence comprise entre environ 25 et 45 C, et lorsque le pH de la solution alcaline est compris entre environ 10 et 14 et de préférence compris entre environ 11 et 12. Le composé aluminique introduit dans la solution d'agent alcalin injecté est généralement à une concentration comprise entre environ 5 ppm (5 x 10-6) et 5 % en poids exprimé en métal aluminium et avanta- geusement entre environ 50 ppm et 0,1 Z. Par ailleurs, la concentration de l'agent alcalin dans la solution est habituellement comprise entre environ 0,1 et 10 Z en poids et de préférence comprise entre 0,2 et 2 Z en poids. Selon un premier mode d'utilisation du procédé semblable à la technique dite d'injection d'agent alcalin (caustic flooding), on peut injecter dans la formation la solution d'agent alcalin avec le composé de métal puis balayer la formation avec ladite solution. Selon un autre mode d'utilisation, on peut injecter dans la formation géologique le mélange ci-dessus, incorporé à une solution de tensio-actif, co-tensio-actif et/ou de polymère puis balayer la forma- tion par le nouveau mélange ainsi obtenu. Selon un autre mode d'utilisation, il est également possible d'injecter un mélange de la solution d'agent alcalin avec le composé de métal dans la formation selon une technique de préflush et balayer ladite formation avec une solution de tensio-actif, de co-tensio-actif et/ou de polymère. Dans tous les modes d'utilisation décrits, les fluides injectés seront poussés dans la formation par une eau contenant ou non un poly- mère suivant les techniques habituelles de récupération d'huile. Les tensio-actifs, co-tensio-actifs et/ou polymères injectés sont par exemple décrits dans les brevets U.S. n 3, 202, 711 et 3, 811, 505. Pour ces divers modes d'utilisation, le volume injecté dans la formation de chaque solution dont la composition est définie ci-dessus, par exemple le mélange de la solution d'agent alcalin et de composé aluminique ou dudit mélange avec la solution de tensio-actif, de co-tensio-actif et/ou de polymère, est généralement compris entre 0,1 et 1 volume de pore et de préférence compris entre 0,2 et 0,5 volume de pore. Ce volume est évidemment fonction de la minéralogie, de la température du réservoir, du pH des eaux en place et de la concentra- tion des espèces métalliques introduites, ainsi que de la concentra- tion en tensio-actif, co-tensio-actif et/ou polymère. On récupère en règle générale à la fin du balayage par au moins un puits de production, une solution comprenant au moins en partie les agents introduits ainsi que des hydrocarbures que l'on sépare par les techniques connues de l'homme de métier. Les exemples suivants illustrent le procédé selon l'invention. Exemple 1 Un sable naturel d'Entraigues (France) à 98,7 % en poids de silice et de granulométrie comprise entre environ 50 et 150 micromètres est mis en contact à 30 C en système fermé avec une solution aqueuse de carbonate de sodium (1 % poids) dans un rapport massique solide-liquide égal à environ 1,2. On ajuste le pH par ajout de soude iN. On étudie, en fonction de la valeur du pH et du temps, l'influence de la teneur en aluminium ajouté, sur la consommation en agent alcalin qui se mesure par la détermination de la concentration en ) minéral solubilisé, par exemple en silicium, présent initialement dans la roche gréseuse. On introduit donc du sulfate d'aluminium dans la solution de carbonate de sodium et on ajuste le pH à la valeur souhaitée (pH = 11,5 mesure faite à 20 C) par addition supplémentaire de soude. Les résultats sont présentés dans le tableau 1 ci-après. Tableau 1 Silicum solubilisé (ppm) Temps pH 11,5 pH 12,9 jours A1 - 0 A1 - A1 - Ai 0 A1 - A1 = ppm 100 ppm 50 ppm 100 tpe 1 33,6 6,4 4,8 39,4 21,9 17,1 3 62,9 11,1 8,3 83,2 41 34,9 15 124 14,5 8,2 210,5 111 90 La dissolution en silicium est moindre et donc la consommation en agent alcalin plus faible, lorsqu'on opère en présence d'une concentration initiale en aluminium dans la solution d'agent alcalin et l'effet est d'autant plus fort que la concentration en aluminium est élevée. Exemple 2 On réalise l'exemple 2 dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 1, excepté que le carbonate de sodium est remplacé par de la soude (0,5 % poids). Après addition de sulfate d'aluminium, on ajuste le pH à la valeur de 12,9 environ par addition supplémentaire de soude. Les résultats sont consignés dans le tableau 1. Exemple 3 On veut montrer l'influence de la concentration en aluminium sur la dissolution d'un autre minéral comme la kaolinite. Un kaolin des Charentes contenant 86,2 Z de kaolinite, 6,5 % de muscovite et 3 % de quartz, est mis en contact en système fermé avec une solution de carbonate de sodium (0,5 % en poids) dont on ajuste le pH avec de la soude IN à 11,4. Le rapport massique solide/liquide est de 0,1. Cette solution contient ou non initialement de l'aluminium sous forme de sulfate d'aluminium. Le pH est dans tous les cas ajusté à 11,4 par de la soude iN. La concentration en silicium solubilisa après 24 heures de temps de contact à une température de 30 C est donnée dans i le tableau 2 ci-dessous. Tableau 2 Concentration en Al Concentration en Si initial (ppm) en solution (ppm) 0O 10,8 43 2,6 109 0,8 Exemple 4 a). Expérience a On fait circuler dans une roche poreuse argileuse contenant 5 Z de kaolin une solution alcaline comprenant du carbonate de sodium à la 0 concentration de 1 Z jusqu'à ce que le régime stationnaire soit atteint. La température est d'environ 45 C. Le pH est fixé à une valeur de 11,5 (mesure faite à 20 C) par contr8le de la teneur en carbonate de sodium introduit dans la solution. On suit à la sortie de la roche la concentration en silicium solubilisé en régime stationnaire, par la solution alcaline, cette concentration en silicium est d'environ 31 ppm. b). Expérience b On réalise une deuxième expérience identique à la précédente sauf que l'on ajoute à la solution de carbonate de sodium 100 ppm d'aluminium introduit sous la forme d'aluminate de sodium. Le pH reste sensiblement inchangé. La concentration en silicium solubilisa lorsque le régime stationnaire est atteint est égale à environ 12 ppm. Exemple 5 )On réalise l'exemple 5 dans les mêmes conditions que l'exemple 1 à l'exception près que l'on remplace le carbonate de sodium par du silicate de sodium. Dans les mêmes conditions de pH, on obtient sensi- blement les mêmes résultats que ceux présentés dans le tableau 1. Exemple 6 On réalise l'exemple 6 dans les mêmes conditions que i'exemple 1 à l'exception près que l'on remplace le sulfate d aluminium par du tartrate d'aluminium. Les résultats obtenus à pH sensiblement identique sont sensiblement les mêmes que ceux de l'exemple 1. Revendications 1- Procédé de récupération assistée d'hydrocarbures dans une formation géologique renfermant du silicium et contenant des hydrocarbures dans laquelle on injecte, à partir d'au moins un puits d'injection vers au moins un puits de production, une solution d'agents alca- lins, on balaie la formation par ladite solution et on récupère une partie au moins de la solution et des hydrocarbures que l'on sépare, procédé caractérisé en ce qu'on introduit dans la formation, ladite solution qui renferme au moins un composé soluble contenant des -ions aluminium dans des conditions telles qu'on réduit la mise en solution du silicium de ladite formation. 2 - Procédé selon la revendication 1 dans lequel le composé alumi- nique est choisi parmi les halogénures, l'hydroxyde, le nitrate, les sulfates monométalliques ou bimétalliques, l'acétate, le citrate mono- ou bimétallique, le tartrate mono- ou bimétallique. 3 - Procédé selon la revendication 1 dans lequel le composé aluminique est un aluminate de sodium. 4 -Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel les agents alcalins sont choisis parmi les carbonates ou bicarbonates de sodium, de potassium et d'ammonium, les silicates de sodium, de potassium et d'ammonium, la soude, l'ammoniaque, et leurs mélanges. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel on injecte ladite solution dans la formation qui est à une température comprise entre environ 20 et 100 C. 2617900- 6 - Procédé selon la revendication 5 dans lequel la température de la formation est comprise entre environ 20 et 50 C, de préférence comprise entre environ 25 et 45 C, et le pH de la solution alca- line est compris entre environ 10 et 14 et de préférence entre environ 11 et 12. 7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel le composé aluminique est à une concentration comprise entre environ 5 ppm et % en poids exprimé en métal. 8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel l'agent alcalin est à une concentration comprise entre environ 0,1 et 10 % en poids dans ladite solution. 9 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 dans lequel on injecte dans la formation soit ladite solution d'agent alcalin et de métal seule et l'on balaie ladite formation avec ladite solution, soit ladite solution avec une solution de tensio-actif, de co-tensio- actif, et/ou de polymère et l'on balaie ladite formation avec ladite solution et la solution de tensio-actif, de co-tensio-actif et/ou de polymère, soit ladite solution seule (préflush) et l'on balaie ladite formation avec une solution de tensio-actif, de co- tensio-actif et/ou de polymère. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 9 dans lequel on injecte dans la formation un volume de ladite solution correspondant à 0,1 à 1 volume de pore de ladite formation.