Brevet FR2907838A1 — publié le 20080502

Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine de l'exploitation de gisements d'hydrocarbures, en particulier ceux qui contiennent des hydrocarbures dont la viscosité est supérieure à 0,1 Pa.s, à la température du réservoir. Ces hydrocarbures particuliers sont généralement classés dans les "bruts lourds" ou "huiles lourdes". La croissance de la demande énergétique mondiale associée à une diminution des ressources de bruts conventionnels conduit les compagnies pétrolières à exploiter des gisements de bruts lourds. L'exploitation de ces bruts lourds constitue un nouvel enjeu stratégique puisque les ressources prouvées se chiffrent à environ 4700 milliards de barils, soit une quantité analogue à celle du pétrole conventionnel restant aujourd'hui en place. D'autre part, une grande partie des gisements de bruts lourds dans le monde se situe dans des régions différentes de celles où sont exploitées les principales réserves de brut léger. On entend par degré API la densité API du brut à 15.5 C, déterminée par la méthode standard ASTM D6822 de l'American Standard Testing and Materials. 20 La valorisation des bruts lourds (densité 20 API). Néanmoins, les 25 caractéristiques de ces bruts (présence de molécules lourdes de type résines et asphaltènes (jusqu'à 50%), peu ou pas de distillats CO2 + H2 30 (réaction de water gas shift). Ces catalyseurs peuvent être notamment les catalyseurs à base de fer de type (Fe3O4)/Cr (massique) travaillant à haute température vers 350 C/400 C, 5 10 15 2907838 12 actifs sous forme oxyde, ou les catalyseurs à base de cuivre ou de zinc sur alumine travaillant à des températures plus faibles de l'ordre de 200 à 300 C. Des sels d'alcalins (Cs, K, Li, Na..) et d'alcalino-terreux (Mg, Ca, Sr, Ba) peuvent également être avantageusement utilisés pour favoriser les réactions de water gas shift. 5 Un deuxième groupe de catalyseurs utilisable dans la méthode selon l'invention comprend tous les catalyseurs classiques d'hydroraffinage connus de l'homme du métier, notamment sous forme de microparticules solides dispersés, connus pour l'hydroconversion en réacteur slurry. Ils sont obtenus à partir de composés organosolubles (typiquement naphténate de 10 fer, de cobalt, de nickel, de molybdène..) ou à partir de sels métalliques solubles en phase aqueuse. Les sels métalliques solubles en phase aqueuse de la présente invention comprennent au moins un précurseur métallique soluble du groupe VIB (colonne 6 de la nouvelle notation 15 de la table périodique des éléments) ou du groupe VIII ( colonnes 8, 9, 10 de la nouvelle notation de la table périodique des éléments). A titre d'exemple ils peuvent être constitués par des sels de molybdène (heptamolybdate d'ammonium, acide phosphomolybdique...), des sels de fers, des sels de nickel ou d'un mélange de ces sels. 20 Ces sels métalliques chauffés en présence d'H2S seront transformés en microparticules solides, éventuellement mixtes, du sulfure correspondant, actives pour les réactions d'hydrogénation. Dans un mode très préféré, on utilise des tensioactifs plutôt organophiles présents à 25 l'interface eau/brut du type naphténates de Fer. La phase active préférée des catalyseurs classiques d'hydrogénation est généralement à base de sulfures mixtes constitués à la fois d'un sulfure d'un métal du groupe VIB (colonne 6 de la nouvelle notation de la table périodique des éléments), de préférence le 30 molybdène ou le tungstène, ainsi que d'un sulfure d'un métal du groupe VIII (colonnes 8, 9 et 10 de la nouvelle notation de la table périodique des éléments), de préférence le Ni ou le Co. Les métaux sont généralement à l'état oxyde et sulfurés pour être actifs en 2907838 13 hydrotraitement et/ou hydroconversion. Le rapport atomique entre l'élément du groupe VIII et l'élément du groupe VIB considéré comme optimal usuellement est compris entre 0,4 et 0,6 atome groupe VIII/atome groupe VIB. La phase active peut être en outre dopée par la présence d'au moins un élément dopant choisi parmi le phosphore, le bore, le 5 silicium et les halogènes (groupe VIIA ou colonne 17 de la nouvelle notation de la table périodique des éléments). Les sources des éléments du groupe VIB (colonne 6 de la nouvelle notation de la 10 table périodique des éléments) qui peuvent être utilisées sont bien connues de l'homme du métier. Par exemple, parmi les sources de molybdène et de tungstène, on peut avantageusement utiliser les oxydes, les hydroxydes, les acides molybdiques et tungstiques et leurs sels en particulier les sels d'ammonium tels que le molybdate d'ammonium, l'heptamolybdate d'ammonium, le tungstate d'ammonium, les acides phosphomolybdique 15 et phosphotungstique et leurs sels, les acétylacétonates, les xanthates, les fluorures, les chlorures, les bromures, les iodures, les oxyfluorures, les oxychlorures, les oxybromures, les oxyiodures, les complexes carbonyles, les thiomolybdates, les carboxylates. On utilise de préférence les oxydes et les sels d'ammonium tels que le molybdate d'ammonium, l'heptamolybdate d'ammonium et le tungstate d'ammonium. 20 Les sources des éléments du groupe VIII (colonnes 8, 9 et 10 de la nouvelle notation de la table périodique des éléments) pouvant être utilisées sont connues et sont par exemple les nitrates, les sulfates, les phosphates, les halogénures, les carboxylates comme les acétates et les carbonates, les hydroxydes et les oxydes. La source de phosphore préférée est l'acide orthophosphorique, mais ses sels et 25 esters comme les phosphates alcalins, phosphates d'ammonium, les phosphates de gallium ou les phosphates d'alkyles conviennent également. Les acides phosphoreux, par exemple l'acide hypophosphoreux, l'acide phosphomolybdique et ses sels, l'acide phosphotungstique et ses sels peuvent également être avantageusement employés. Le phosphore peut par exemple être introduit sous la forme d'un mélange d'acide phosphorique et un composé 30 organique basique contenant de l'azote tels que l'ammoniaque, les amines primaires et secondaires, les amines cycliques, les composés de la famille de la pyridine et des quinoléines et les composés de la famille du pyrrole. 2907838 14 La source de bore peut être l'acide borique, de préférence l'acide orthoborique H3BO3, le biborate ou le pentaborate d'ammonium, l'oxyde de bore, les esters boriques. Le bore peut être introduit par exemple par une solution d'acide borique dans un mélange eau/alcool ou encore dans un mélange eau/éthanolamine. La méthode selon l'invention permet d'introduire le catalyseur ou le précurseur de catalyseur sous forme dispersée dans l'émulsion eau dans huile ou huile dans eau. 10 La mise en oeuvre d'une émulsion brut-eau permet de maximiser la surface de contact du brut avec l'eau. Plus l'émulsion sera de granulométrie fine, plus la surface sera importante. Dans le cas d'un catalyseur non organosoluble, présent en phase aqueuse, l'optimisation de la taille de l'émulsion permet en outre de maximiser la dispersion du catalyseur au sein du 15 brut et donc son efficacité. Dans un mode préféré de réalisation, l'émulsion optimale est du type eau dans huile, avec une dispersion maximale de l'eau (gouttelettes de petite taille, par exemple de taille inférieure à 20 m ). Au moment de l'évaporation de la phase aqueuse, se produit une précipitation des petites entités catalytiques (en rapport avec la taille des gouttelettes d'eau) ce qui assure une forte dispersion du système catalytique dans le brut. 20 Dans le cas où l'on souhaite catalyser la réaction de conversion du brut, il peut être avantageux d'utiliser des tensioactifs catalyseurs ou précurseurs de catalyseurs. Dans ce cas, le tensioactif peut jouer également le rôle de catalyseur en se plaçant à l'interface entre l'eau et le brut (par exemple naphténate de fer ou catalyseur organométallique tensioactif). 25 Le catalyseur peut être éventuellement avantageusement réutilisé en surface. La partie restant dans le brut peut être utilisée ultérieurement dans le schéma de raffinage et/ou recyclée après gazéification du coke, la partie passant éventuellement dans l'eau pouvant 30 être recyclée lors d'opérations de traitement des eaux. 5 2907838 15 Un schéma simplifié et non limitatif de la mise en oeuvre du procédé est décrit sur la figure 1. La figure 1 présente un exemple de puits de production d'hydrocarbure (1) mettant en oeuvre la méthode selon l'invention. Un système de chauffage (5) est disposé autour de la 5 colonne de production ; l'alimentation électrique de la colonne de production est faite par un câble électrique (6). Des tubes injecteurs (4) permettent de fournir de l'eau afin de former l'émulsion. Dans le cas où de l'eau est injectée depuis la surface, les tensioactifs hydrosolubles peuvent être injectés en même temps et par la même conduite. Des composés chimiques basiques ou acides peuvent être injectés en fond de puits par une 10 conduite (4) identique ou différente de la conduite d'injection de l'eau afin de régler le pH de l'émulsion et favoriser le type d'émulsion souhaité (eau dans huile ou huile dans eau) et sa stabilité. L'émulsion est formée entre le brut et l'eau par le cisaillement de la pompe, par les conditions de fond et éventuellement par agitation à l'aide de mélangeurs de fond (2). Le 15 brut ainsi qu'éventuellement de l'eau pénètrent donc dans le drain où se forme l'émulsion ; la remontée jusqu'à la surface du brut amélioré est assistée par une pompe (3). La méthode selon l'invention permet de réaliser une conversion du brut dans le puits potentialisée par la surface de contact importante générée par l'émulsion et par le système 20 catalytique éventuel. Par ailleurs, la mise en oeuvre de la méthode se fait de manière avantageuse puisqu'on utilise la pression du fond due au gradient géothermique et la température de la production, sans utiliser de réacteur supplémentaire. En outre, la méthode selon l'invention permet de maximiser la production en améliorant conjointement la qualité et la transportabilité du brut, ce qui représente un avantage certain par rapport à 25 l'upgrading de surface. Revendications 1. Méthode d'amélioration de la transportabilité et de la qualité des bruts lourds in situ caractérisée en ce que : - l'on forme une émulsion directement dans le puits en dispersant de l'eau issue de la production et/ou injectée depuis la surface dans le brut ; l'on chauffe ladite émulsion grâce à des moyens de chauffage situés dans une zone de chauffage dans le drain afin de vaporiser au moins une partie de l'eau ; - l'on effectue une réaction d'upgrading du brut par conversion dans ou en aval de ladite zone de chauffage. 2. Méthode selon la revendication 1 dans laquelle l'émulsion est du type eau dans huile. 3. Méthode selon l'une des revendications 1 ou 2 dans laquelle la réaction d'upgrading 15 est catalysée. 4. Méthode selon la revendication 3 dans laquelle le catalyseur est un catalyseur permettant d'améliorer le transfert d'hydrogène de l'eau vers le brut. 5. Méthode selon la revendication 4 dans laquelle le catalyseur est choisi dans le groupe formé par : catalyseurs à base de fer de type (Fe3O4)/Cr (massique) 20 catalyseurs à base de cuivre ou de zinc sur alumine, sels d'alcalins (Cs, K, Li, Na..) et d'alcalino-terreux (Mg, Ca, Sr, Ba). 6. Méthode selon la revendication :3 dans laquelle le catalyseur est un catalyseur d'hydrotraitement permettant d'améliorer la conversion du brut. 7. Méthode selon la revendication 6 dans laquelle le catalyseur est à base d'au moins 25 un métal choisi dans le groupe formé par les éléments du groupe VIB et du groupe VIII de la Classification périodique des éléments 8. Méthode selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le catalyseur est dispersé dans la phase aqueuse. 9. Méthode selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le catalyseur est 30 un catalyseur organosoluble. 17 2907838 10. Méthode selon l'une des revendications précédentes dans laquelle on injecte de l'hydrogène complémentaire pour la réaction d'upgrading directement depuis la surface ou au moyen d'un composé donneur d'hydrogène. 5 11. Méthode selon l'une des revendications précédentes dans laquelle on utilise un tensioactif afin de former l'émulsion. 12. Méthode selon la revendication 1l dans laquelle le tensioactif est un tensioactif catalytique. 13. Méthode selon l'une des revendications précédentes dans laquelle on injecte un 10 composé basique ou acide depuis la surface afin de régler le pH de l'émulsion. 14. Méthode selon l'une des revendications précédentes dans laquelle la proportion d'eau émulsionnée dans le brut est d'au moins 10% en fraction volumique. 15. Méthode selon l'une des revendications précédentes dans laquelle la granulométrie moyenne de l'émulsion est inférieure à 1011m. 16. Méthode selon l'une des revendications précédentes dans laquelle la granulométrie moyenne de l'émulsion est préférentiellement inférieure à 201_tm. 17. Méthode selon l'une des revendications précédentes dans laquelle l'émulsion est formée par agitation au moyen de mélangeurs de fond.