Brevet FR2735524A1 — publié le 19961220

/^2735524 La présente invention concerne une méthode de récupération assistée de fluides pétroliers dans un gisement souterrain permettant d'améliorer l'efficacité du balayage et plus particulièrement l'amélioration d'une technique de récupération. Pour mieux déplacer les fluides pétroliers vers les puits de production, on peut recourir à des méthodes de récupération de type primaire ou secondaire bien connues des spécialistes. La récupération est dite de type primaire quand on utilise l'énergie in situ. La détente des fluides initialement sous pression élevée dans le gisement permet de récupérer une partie du pétrole en place. Au cours de cette phase, la pression dans le gisement peut descendre au-dessous du point de bulle et une phase gazeuse apparait, qui contribue à augmenter le taux de récupération. Pour éviter une baisse trop importante de la pression dans le gisement, on a plutôt recours à des méthodes de récupération de type secondaire. Le principe consiste à déplacer les fluides pétroliers par un apport d'énergie extérieure au gisement. Des fluides sont injectés dans le gisement par un ou plusieurs puits d'injection et les fluides pétroliers déplacés sont récupérés par des puits de production. L'eau peut être utilisée comme fluide de déplacement mais son efficacité est limitée. Une grande partie de l'huile reste en place du fait notamment que sa viscosité est souvent bien plus forte que celle de l'eau. L'huile en outre reste souvent piégée par les rétrécissements des pores en raison de la tension interfaciale importante entre elle et l'eau. Comme le gisement est souvent hétérogène, l'eau balaie facilement les zones les plus perméables, en coutournant les autres, d'o une perte importante de récupération. Il est connu aussi d'injecter du gaz sous pression qui pénétre dans les pores des roches et déplace une quantité importante du pétrole en place. Même si de l'eau a d'abord été injectée dans le gisement, comme cela arrive souvent, le gaz a la propriété bien connue de déplacer une quantité supplémentaire non négligeable de pétrole. L'inconvéneient notable de cette technique de récupération au gaz, c'est qu'il est beaucoup moins visqueux que le pétrole qu'il doit déplacer et aussi que l'eau éventuellement en place. A cause de sa grande mobilité, le gaz traverse le gisement en n'utilisant que quelques chenaux les plus perméables atteignant le/les puits de production sans avoir déplacé une importante quantité d'huile. Si le gisement n'est pas homogène, mais comporte des couches ou des noyaux de perméabilité différente, cet effet est encore accentué et le gaz contournant les endroits les moins perméables arrive encore plus vite aux puits de production. Quand le gaz perce ainsi précocement sans avoir l'effet de déplacement attendu, il perd toute efficacité. Poursuivre son injection n'a plus alors d'effet pratique. Il est connu également de combiner les deux techniques suivant une méthode dite de WAG. On injecte successivement de l'eau et du gaz, et on répète cette séquence en alternant les bouchons d'eau et les bouchons de gaz et ceci aussi longtemps que l'on produit du pétrole dans de bonnes conditions économiques. Cette méthode d'injection combinée donne de meilleurs résultats car le gaz de chaque bouchon, plus efficace que l'eau au niveau des pores, voit sa mobilité relativement réduite par la présence du bouchon d'eau qui le précède. Mais le volume réduit des bouchons devant le chemin qu'ils doivent parcourir et l'hétérogénéité du gisement font que l'efficacité du balayage macroscopique ne dure pas longtemps. Il est connu aussi que l'on peut améliorer l'efficacité de ces injections combinées, en ajoutant des agents tensio-actifs à l'eau qui abaissent la tension interfaciale eau-huile. La mousse qui se forme en présence du gaz,a pour effet de réduire la mobilité du gaz et les digitations. Des épaississants peuvent de même être ajoutés à l'eau pour augmenter sa viscosité, donc son efficacité vis-à-vis de l'huile, mais dans ce cas, le rapport de mobilité de l'eau vis-à-vis du gaz est encore plus défavorable. La méthode selon l'invention permet le déplacement de fluides pétroliers dans un gisement par des injections alternées de bouchons d'eau et de bouchons de gaz, en réduisant les inconvénients des méthodes de déplacement à bouchons alternées précédentes. La méthode selon la présente invention permet de déplacer des fluides pétroliers hors d'un gisement souterrain au moyen d'injections successives, par un ou plusieurs puits d'injection, de bouchons d'un fluide mouillant tel que de l'eau, et de bouchons de gaz, et la récupération, par un ou plusieurs puits de production,. dues fluides pétroliers déplacés par le fluide mouillant et le gaz injectés. Elle est caractérisée en ce que l'on additionne dans au moins un bouchon du liquide mouillant injecté, une quantité de substances suffisante pour rendre négatif le coefficient d'étalement. La méthode peut être mise en oeuvre en additionnant par exemple au liquide mouillant une certaine quantité d'alcool. Selon les cas, en fonction des conditions de pression et de température du gisement à balayer, on peut additionner au liquide mouillant de l'alcool dans la proportion de 1 à 5% en poids par exemple. On peut choisit par exemple un alcool de faible poids moléculaire de la classe de l'alcool isobutylique ou isoamylique. La méthode peut être mise en oeuvre en additionnant par exemple au liquide mouillant une substance capable d'abaisser la tension interfaciale entre lui et le gaz choisi par exemple parmi les composés polaires légers tels que des amines, des produits fluorés ou des acides légers. En rendant négatif le coefficient d'étalement, le fluide pétrolier à déplacer se détache plus aisément du liquide mouillant comme on le verra dans la suite de la description, et il peut ainsi diminuer.la mobilité du gaz. On contrôle mieux le profil d'injection et on peut utiliser une pression d'injection plus importante, donc plus efficace. D'autres caractéristiques et avantages de la méthode selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation décrits à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés o: la Fig.l montre schématiquement un exemple de positionnement relatif des interfaces entre de l'huile O, de l'eau W et du gaz G au contact de la paroi d'un pore; - la Fig.2 montre schématiquement comment, dans le cadre d'une méthode classique de balayage par bouchons alternés d'eau et de gaz, l'huile s'étale sur l'eau mouillant une paroi de pore; - la Fig.3 montre schématiquement l'effet que produit sur l'huile dans les mêmes conditions de balayage, l'addition de substances visant à la séparer du film d'eau mouillant la paroi du pore; et - la Fig.4 montre les évolutions comparées du pourcentage de fluides pétroliers récupérés par la méthode classique et la méthode selon l'invention. Description de l'invention Comma les méthodes de balayage WAG antérieures, la méthode selon l'invention comporte l'injection dans une formation contenant du pétrole, de bouchons successifs d'un liquide mouillant tel que de l'eau, et d'un gaz. L'amélioration proposée, est basée sur un phénomène existant à l'échelle microscopique dans les pores du milieu poreux constituant les gisements. Lors de l'injection successive des bouchons d'eau et de gaz, dans des roches recélant de l'huile, les deux fluides injectés se retrouvent en présence l'un de l'autre dans une partie au moins des pores. La forme et l'existence des interfaces séparant ces fluides deux à deux (Fig. 1) sont décrites par une grandeur appelée étalement. La valeur du coefficient d'étalement S qui exprime l'équilibre entre les différentes forces agissant au point de contact éventuel entre les trois fluides s'exprime par la relation: S = Ywg - (Ywo + TYog), o Ywg est la tension interfaciale entre l'eau et le gaz, ywo est la tension interfaciale entre l'eau et l'huile, et yog est la tension interfaciale entre l'huile et le gaz. Quand on étudie le comportement de trois fluides: eau, huile et gaz simultanément en présence dans un capillaire (mouillable à l'eau), on observe que l'eau forme un film sur les parois et que si le coefficient d'étalement S est positif, l'huile s'étale sur l'eau sous la forme d'un autre film superposé au premier. Dans le chenal central, le gaz est libre de circuler. Dans le cas contraire ( S efficacement pour forcer l'huile hors du capillaire. L'idée à la base de la méthode selon l'invention est d'appliquer cette propriété au balayage d'un gisement souterrain recélant des hydrocarbures pour mieux chasser l'huile hors des pores des roches poreuses. Elle est mise en oeuvre en réalisant des injections alternées d'un gaz et d'un liquide suivant une méthode connue en soi mais en utilisant à cet effet un liquide mouillant (tel que de l'eau par exemple) dont le coefficient d'étalement est rendu suffisamment négatif pour que l'huile, en sa présence, se mette sous forme de gouttelettes. En réduisant la mobilité du gaz à l'échelle microscopique, par la formation d'une grande quantité de ménisques d'huile, la circulation du gaz est stabilisée et même bloquée jusqu'à une certaine pression. Pour rendre ce coefficient d'étalement négatif on ajoute par exemple de l'alcool en quantité suffisante. Selon les cas, une proportion d'alcool de 1 à 5% en poids dans l'eau des bouchons injectés. On choisit de préférence un alcool de faible poids moléculaire de la classe de l'alcool isobutylique ou isoamylique par exemple. La proportion d'alcool est donnée ici à titre d'exemple non limitatif. Il ne faut pas toutefois que la proportion ajoutée abaisse trop la tension interfaciale eau-huile, au point de redonner au coefficient d'étalement une valeur positive. On doit choisir la substance à ajouter au liquide mouillant aussi en fonction de sa salinité propre et dans certains cas, on doit même ajuster celle-ci pour éviter des incompatibités avec l'eau en place dans le gisement. Quand les pores d'une roche sont traversés par des bouchons alternés d'eau W et de gaz G, suivant la méthode classique, le fluide mouillant, de l'eau par exemple, forme un film tapissant les paroi P. L'huile du fait de son coefficient d'étalement S positif, s'étale et forme un film superposé au premier (Fig.2), en laissant libre la partie centrale du pore pour la circulation du gaz G. Le gaz va donc pouvoir facilement pénêtrer et traverser le bouchon d'eau qui est plus visqueux. L'avantage de la méthode classique WAG, du point de vue stabilisation du gaz est donc rapidement perdu. Par ailleurs, comme le gaz circule sans contrainte, sa pression locale ne peut pas être très élevée. Sa saturation restant faible, il reste beaucoup de pétrole en place. Une augmentation de la pression d'injection en vue d'augmenter la pression locale du gaz ne sert généralement qu'à augmenter son débit sans pour autant accroitre sa faculté d'entrainement du pétrole. Dans le pore schématisé à la Fig.3, au contraire, l'huile O est empêchée de s'étaler, par les substances ajoutées au fluide mouillant (l'eau en l'occurrence) qui rendent le coefficient d'étalement S suffisamment négatif. Elle ne s'étale plus sur le film d'eau W comme précédemment, mais reste séparée de lui, formant des gouttelettes en forme de ménisques en travers du pore, qui scindent la phase gazeuse injectée à la suite du bouchon d'eau. Les pores d'un milieu poreux sont généralement formés d'une succession de parties convergentes et de parties divergentes. De ce fait, les ménisques d'huile poussés par le gaz, peuvent se trouver bloqués par les étranglements des pores quand la pression capillaire est insuffisante Pour forcer le blocage, il faut augmenter la pression et corrélativement, une pression appliquée sur l'ensemble peut être conservée à un niveau assez élevé. La pression régnant dans les pores suite à leur blocage par un ménisque d'huile, est donnée par la loi de Laplace P = 2yog / r proportionnelle à la tension interfaciale entre l'huile et le gaz, yog et inversement proportionnelle au rayon de l'étranglement, r. La pression totale que peut supporter tout la zone balayée est proportionnelle au nombre de ces ménisques, donc peut être très importante. Il en résulte que: - par rapport à la méthode de balayage classique WAG, pour une pression d'injection identique, la circulation du gaz est fortement diminuée du fait de ces blocages dans les pores. La pénétration de l'eau par le gaz injecté est fortement diminuée et ainsi l'ordre de succession des fluides du caractéristique de la méthode WAG n'est pas modifiée. l'intégrité est conservée; - le blocage des pores peut être tel que la pression d'injection ne suffise pas à faire déplacer l'ensemble des fluides. Une augmentation de la pression d'injection est alors possible sans augmenter de façon critique la vitesse d'avancement du gaz. Une pression élevée peut être maintenue dans chaque bouchon de gaz d'o une augmentation sensible de la saturation en gaz et un balayage plus efficace du pétrole en place. Exemples comparatifs expérimentaux Dans le cadre expérimental défini ci-après, on a réalisé deux injections alternées de bouchons d'eau et de gaz dans un milieu poreux par la méthode classique de balayage WAG et par la méthode selon l'invention. Le milieu poreux était un barreau de grès des Vosges de longueur: 40,5 cm, de section: 12 cm2, de perméabilité: 2 Darcy, et de porosité: 19,7 %. L'huile avait comme caractéristiques une viscosité de 2,1 cp, (2, I mPa. s) une tension superficielle 25,8 mN/m, le gaz était de l'azote. Pour le premier essai on a utilisé une saumure avec une viscosité de 1, 08 (mPa.s), une tension superficielle de 71,5 mN/m et un coefficient d'étalement S = ,5. Pour le deuxième essai, la saumure modifiée par addition d'alcool. avait un coefficient d'étalement S = - 4,1, une viscosité de 1,08 (mPa.s) et une tension superficielle: 43,8 mN/m. A) Description expérimentale 1) Opération préalable de mise en place des fluides par les étapes suivantes: a) saturation initiale en saumure; b) déplacement de la saumure par l'huile; c) mise en huile résiduelle par injection de saumure. Bilan des phases: 27,7 % d'huile, 3 % de gaz, 69,3 % de saumure. 2) Ensuite, pour un facteur d'étalement S = 5,5 et S = -4,1, réalisation des étapes suivantes: a) injection alternée de 5 bouchons de gaz (10 cm3) à faible pression - 60 mB (- 6 kPa) et de 5 bouchons de saumure (20 cm3) avec une pompe de débit 10 cm3 à l'heure soit 1,5 VP de fluide au total; et b) récupération des effluents, en fonction du temps, par des compteurs volumétriques, la pression étant mesurée à l'aide de capteurs de pression. B) Résultats: bouchons de saumure 1 2 4 S = 5,5 Pression fin d'injection en kPa 25,8 29,5 2 I2 23 % récupération d'huile/huile en 1,48 3I 2, 10,3 12,2 place S= -4,1 Pression fain d'injection en kPa 2 4 % récupération d'huile/huile en[ 0, 4 5 [11,6 15 15,8 place On voit sur la Fig.4 et le tableau ci-dessus que pour un coefficient d'étalement S négatif, la pression d'injection de l'eau est plus élevée que lorsqu'il est positif (43,5 kPa au lieu de 29,5 kPa), ce qui s'explique par le fait comme on l'a déjà vu, que l'huile forme des ménisques et qu'il faut donc une pression plus élevée pour leur faire franchir les étranglements des pores. L'huile, circulant sous forme de ménisques, est mieux déplacée dans le milieu poreux et la récupération à la sortie est améliorée: 4 % de gain au bout de l'injection de cinq bouchons d'eau. D'autres essais ont montré que la pression d'injection du gaz ne doit pas être trop élevée, car le gaz, en créant un chenal, réussit à digiter dans les bouchons d'eau. La récupération de l'huile se fait par paliers dans le cas o S cas contraire, la production est continue quelle que soit la nature du bouchon injecté. La méthode peut s'étendre à d'autres produits mis dans l'eau capable d'abaisser la tension interfaciale entre l'eau et le gaz en fonction des conditions de pression et de température du gisement à balayer. On peut citer de nombreux produits qui ont une bonne solubilité dans l'eau et qui sont des composés polaires légers: les amines, les produits fluorés, les acides légers. La nature du produit utilisé sera aussi fonction de la salinité de l'eau injectée qui dans certains cas doit être ajustée pour éviter des incompatibités avec l'eau en place dans le réservoir. REVENDICATIONS 1) Méthode pour déplacer des fluides pétroliers hors d'un gisement souterrain au moyen d'injections successives, par un ou plusieurs puits d'injection, de bouchons d'un fluide mouillant tel que de l'eau, et de bouchons de gaz, et la récupération, par un ou plusieurs puits de production,. des fluides pétroliers déplacés par le fluide mouillant et le gaz injectés, caractérisée en ce que l'on additionne dans au moins un bouchon du liquide mouillant injecté, une quantité de substances suffisante pour rendre négatif le coefficient d'étalement (S). 2) Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on additionne au liquide mouillant une certaine quantité d'alcool pour rendre négatif le coefficient d'étalement (S). 3) Méthode selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'on additionne au liquide mouillant de l'alcool dans la proportion de 1 à 5% en poids, en fonction des conditions de pression et de température du gisement à balayer. 4) Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'on choisit cornmme substance un alcool de faible poids moléculaire de la classe de l'alcool isobutylique ou isoamylique. ) Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on additionne au liquide mouillant une substance capable d'abaisser la tension interfaciale entre lui et le gaz. 6) Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on choisit la substance additionnée au liquide mouillant parmi les composés polaires légers tels que des amines, des produits fluorés ou des acides légers.