Brevet FR3035115A1 — publié le 20161021

COMPOSITIONS, SYSTÈMES ET PROCÉDÉS PERMETTANT D'ÉLIMINER LES DÉPÔTS DE SULFURE DE FER DE COMPOSANTS DE CHAMP PÉTROLIFÈRE AU MOYEN D'ACRYLATE DE MÉTHYLE DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne des compositions, des systèmes et des procédés permettant d'éliminer des dépôts de sulfure de fer d'un objet solide, tel qu'un composant de champ pétrolifère. CONTEXTE DE L'INVENTION Des dépôts de sulfure de fer se forment couramment dans l'environnement des chambres pétrolifères, en particulier s'il y a de l'eau dans la formation en cours de forage ou utilisée pour la production. Un dépôt peut amener un équipement à se casser ou à fonctionner de manière sous-optimale et peut également réduire la production d'un puits. Les dépôts de sulfure de fer sont difficiles à éliminer car ils sont faiblement hydrosolubles et leur composition et structure sont complexes. Les procédés classiques permettant d'éliminer les dépôts dans le cadre des champs pétrolifères font appel à des produits chimiques ayant une efficacité limitée, comme un sel de tétrakishhydroxyméthylphosphonium (THPS) ou les séquestrants chélatés. Les produits chimiques plus efficaces, comme les acides organiques ou inorganiques forts ou l'acroléine (2-propénal), sont dangereux. Par exemple, l'acroléine présente une toxicité aiguë très élevée, par conséquent elle doit être manipulée avec une extrême précaution. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Pour que la présente invention soit mieux comprise, ainsi que ses caractéristiques et ses avantages, il est fait maintenant référence à la description suivante, prise conjointement avec les dessins joints, qui ne sont pas dessinés à l'échelle, et sur lesquels : la FIGURE 1 est un schéma d'un système fermé permettant d'éliminer le sulfure de fer ; la FIGURE 2 est un schéma d'un système permettant d'éliminer le sulfure de 30 fer d'un tube dans un puits de pétrole ou de gaz ; 1 3035115 la FIGURE 3 présente les résultats d'un test d'élimination du sulfure de fer immédiatement après l'ajout d'une substance d'élimination (FIGURE 3A) et après dix minutes (FIGURE 3B) ; la FIGURE 4 présente les résultats d'un test d'élimination du sulfure de fer 5 immédiatement après l'ajout d'une autre substance d'élimination (FIGURE 4A), et après dix minutes (FIGURE 4B) ; et la FIGURE 5 présente les résultats d'un test d'élimination du sulfure de fer immédiatement après l'ajout d'encore une autre substance d'élimination (FIGURE 5A), et après trente minutes (FIGURE 5B). 10 DESCRIPTION DÉTAILLÉE La présente invention concerne des compositions, des systèmes et des procédés permettant d'éliminer des dépôts de sulfure de fer d'un objet solide. Plus précisément, l'objet peut être un composant de champ pétrolifère. Les compositions de la présente divulgation contiennent généralement une 15 double liaison carbone-carbone (C-C) avec un groupe R' lié à au moins un des carbones à double liaison. Le groupe R' contient un groupe attracteur d'électrons. Les deux carbones à double liaison peuvent être liés à un groupe R', ou un des carbones à double liaison peut être lié, à la place, à un hydrogène (H). Généralement, les compositions dans lesquelles les deux carbones à double liaison sont liés à un groupe 20 R' peuvent être plus efficaces pour éliminer un dépôt de sulfure de fer que les compositions ne contenant qu'un groupe R' et contenant un H sur l'autre C à double liaison. Les compositions de la présente divulgation peuvent donc avoir la formule structurelle générale suivante : 25 R' R2 (I), dans laquelle R' est un groupe attracteur d'électrons et R2 est R' ou H. R' peut comprendre, par exemple, un groupe acétate (C2H302) ; un groupe nitrile (C=1\1) ; un groupe cétone : 2 3035115 . R3 (A), C 5 dans lequel R3 est un groupe carboné, comme un groupe alkyle, en particulier un groupe méthyle (CH3) ou un groupe à terminaison méthyle ; ou un groupe halogénure d'acyle : O 10 I C X (B), dans lequel X est un halogénure, comme un chlore (Cl), un brome (Br) ou un fluor (F). En outre, R' peut être choisi de façon que la composition présente une vitesse de corrosion plus faible et/ou une moindre toxicité que l'acroléine ou un acide organique 15 ou inorganique fort. Par exemple, quand R' comprend un groupe nitrile et R2 est H, la composition peut avoir la formule structurelle générale suivante : H2C 20 N Dans un autre exemple, quand R' comprend un groupe nitrile et R2 est identique à RI, la composition peut avoir la formule structurelle générale suivante : N 25 30 N 3 3035115 Dans un autre exemple, quand R' comprend un groupe acétate et R2 est H, la composition peut être l'acrylate de méthyle et peut avoir la formule structurelle générale suivante : H2C 5 CH3 (IV), ou elle peut être une composition comprenant de l'acrylate de méthyle, comme une composition contenant plusieurs groupes acrylate et, par exemple, la formule structurelle générale suivante : CH3 O O 10 CH3 (y). Dans ces exemples, bien que le groupe attracteur d'électrons soit directement lié à un des atomes de carbone à double liaison, des fragments d'espacement, comme des chaînes de carbone, peuvent également être présents. Ceci peut permettre la 15 fixation de plusieurs groupes attracteurs d'électrons dans le même groupe R'. 4 3035115 Bien que, pour faciliter la synthèse, tous les groupes attracteurs d'électrons dans un groupe R' soient généralement identiques, il est possible d'avoir différents groupes attracteurs d'électrons dans un groupe Rl. En outre, si R2 n'est pas H, bien qu'il puisse être généralement identique à R' également pour faciliter la synthèse, il 5 peut être différent de R', par exemple en contenant des groupes attracteurs d'électrons différents. L'homme du métier peut réaliser la substitution de groupes attracteurs d'électrons différents ou de groupes R1 et R2 différents sur le squelette moléculaire à double liaison carbone-carbone en utilisant des groupes de blocage ou d'autres techniques de synthèse chimique. 10 Par exemple, quand R' contient un groupe acétate et R2 n'est pas H et n'est pas identique à R', mais est un autre groupe attracteur d'électrons, la composition peut avoir la formule structurelle générale suivante : CH3 (VI). 15 Bien que, généralement, les conditions de synthèse donnent principalement un type de molécule, il est possible d'obtenir un mélange de différentes molécules de temps en temps. Par exemple, les conditions de synthèse peuvent donner un mélange contenant a) des molécules dans lesquelles R1 et R2 sont identiques et b) des 20 molécules dans lesquelles R' est un groupe attracteur d'électrons et R2 est H. Les dépôts de sulfure ferrique peuvent être éliminés d'un objet solide, tel qu'un composant de champ pétrolifère, au moyen de n'importe quelle composition décrite ci-dessus ou de n'importe quelle combinaison de l'une quelconque des 5 3035115 compositions décrites ci-dessus sous la forme d'une substance d'élimination. La substance d'élimination peut contenir une composition ou des compositions de la présente divulgation dans un solvant aqueux ou dans un autre solvant polaire capable de dissoudre à la fois la composition ou les compositions de la présente divulgation et 5 le fer et le sulfure ou n'importe quel composé contenant du fer ou du sulfure produit par la réaction du sulfure de fer avec la composition ou les compositions de la présente divulgation. Les dépôts de sulfure ferrique peuvent avoir la forme générale FexSy. Les valeurs de x et y peuvent varier principalement en raison de l'état redox de Fe, qui 10 peut être 2+ ou 3+. Les dépôts de sulfure ferrique comprennent généralement un mélange de molécules. Par exemple, le sulfure de fer contient habituellement un ou plusieurs des suivants : la : pyrrhotite, (Fei,S), la troïlite (FeS), la mackinawite (Fel_E'S), la pyrite ou la marcasite (FeS2), ou la greigite (Fe3S4). L'élimination peut être réalisée en cassant le sulfure de fer en ions 15 composants, qui se dissolvent ensuite dans le mélange d'élimination, ou en formant un composé contenant un composant d'une composition ou des compositions de la présente divulgation et du fer ou du sulfure. La quantité de dépôt éliminée d'un objet solide peut être au moins de 80 %, au moins de 90 %, au moins de 95 % ou sensiblement la totalité du dépôt de sulfure de fer. 20 L'objet solide peut comprendre n'importe quel composant de champ pétrolifère sur lequel un dépôt de sulfure de fer s'accumule. Par exemple, il peut comprendre un composant ayant des parties mobiles dont le mouvement est entravé par le dépôt de sulfure de fer ou un composant comportant une voie de passage pour fluide qui est bloquée par un dépôt de sulfure de fer. Les composants spécifiques de 25 champ pétrolifère desquels un dépôt de sulfure de fer peut être éliminé comprennent les perforations, un tubage, les tubes de production, les valves, les pompes, comme les pompes submersibles électriques, et un équipement de conditionnement de fond de trou, tel qu'un équipement de sécurité et les mandrins d'extraction au gaz. Un dépôt de sulfure de fer peut être éliminé d'un objet solide en exposant 30 l'objet à une substance d'élimination pendant une durée suffisante pour éliminer la totalité ou une quantité prédéterminée du dépôt de sulfure de fer. Une quantité prédéterminée peut être la quantité suffisante pour permettre à l'objet solide de 6 3035115 remplir sa fonction prévue pendant une période de temps sélectionnée. La durée peut varier en fonction de la composition de la substance d'élimination, de la concentration en composé(s) selon la présente divulgation dans la substance d'élimination, de la quantité de dépôt de sulfure de fer à éliminer et de la température de la substance 5 d'élimination et du dépôt de sulfure de fer, entre autres facteurs. L'élimination peut être réalisée à pression atmosphérique ou sous une pression élevée aboutissant au stockage de la substance d'élimination dans un récipient sous pression. Une composition de substance d'élimination appropriée et une durée appropriée pour le procédé d'élimination peuvent être déterminées en effectuant des 10 tests, tels que ceux décrits dans les exemples suivants, conçus pour mimer le dépôt de sulfure de fer à éliminer et les conditions d'élimination. Bien que les compositions de la présente divulgation soient généralement plus sûres que les substances d'élimination classiques du sulfure de fer, des mesures et un équipement de protection doivent encore être mis en place pendant le procédé 15 d'élimination afin de protéger le personnel et/ou l'environnement et/ou de récupérer les substances d'élimination et le dépôt éliminé. Par exemple, le procédé d'élimination peut être réalisé dans un système fermé 100, tel que celui représenté sur la FIGURE 1. Un récipient hermétiquement fermé 110 peut contenir l'objet solide 120 et la substance d'élimination 130 pour éviter la 20 libération de la substance d'élimination 130, qui peut être un liquide ou un gaz. La substance d'élimination 130 peut être introduite dans un récipient hermétiquement fermé 110 par l'intermédiaire d'un raccord 140. La substance d'élimination 130 peut être stockée dans un récipient sous pression 150 ou dans un autre récipient approprié. Le raccord 140 peut contenir en outre divers distributeurs sous pression, tuyaux et/ou 25 raccords de tuyauterie (non représentés) pour transférer la substance d'élimination 130 dans le récipient hermétiquement fermé 140. Le récipient hermétiquement fermé 110 peut contenir des applicateurs (non représentés) qui dirigent la substance d'élimination 130 vers des zones particulières de l'objet solide 120. Le système fermé 100 peut contenir en outre des pompes de produit chimique antifuite, un équipement 30 de dosage et un sous-système de purge servant à éliminer la substance d'élimination 130 du récipient hermétiquement fermé 110 (tous non représentés), appropriés pour 7 3035115 être utilisés avec un objet solide 120 particulier et une substance d'élimination 130 particulière. La présente divulgation propose également un système et un procédé permettant d'améliorer la production d'un puits de pétrole et de gaz par l'élimination 5 des dépôts de sulfure de fer d'un tube situé dans le puits en utilisant une substance d'élimination, pour ainsi améliorer l'écoulement du pétrole ou du gaz à travers le tube. Par exemple, comme on peut le voir sur la FIGURE 2, le système 200 peut contenir une substance d'élimination 210 dans un récipient hermétiquement fermé 220, qui peut être un récipient sous pression. Un raccord 230 permet à la substance 10 d'élimination de s'écouler depuis le récipient 220 vers le tube 240, où elle élimine les dépôts de sulfure de fer. Le raccord 230 peut contenir des applicateurs (non représentés) qui dirigent la substance d'élimination 210 vers des zones particulières du tube 240. Le système fermé 200 peut contenir en outre des pompes de produit chimique antifuite, un équipement de dosage et un sous-système de recapture servant 15 à capturer la substance d'élimination 210 provenant du tube 240. Dans un mode de réalisation A, la divulgation propose un procédé d'élimination d'un dépôt de sulfure de fer d'un composant de champ pétrolifère présentant un dépôt de sulfure de fer, par l'application sur le composant de champ pétrolifère d'une substance d'élimination comprenant une composition ayant la 20 formule structurelle générale (I). RI est un groupe attracteur d'électrons et R2 est R', un hydrogène (H) ou un groupe carboné (C). La substance d'élimination est appliquée en une quantité et pendant une durée suffisantes pour éliminer le dépôt de sulfure de fer du composant de champ pétrolifère. Dans un mode de réalisation B, la divulgation propose un système permettant 25 d'éliminer un dépôt de sulfure de fer, le système contenant la substance d'élimination du mode de réalisation A et un système permettant d'appliquer la substance d'élimination sur le composant de champ pétrolifère en une quantité et pendant une durée suffisantes pour éliminer le dépôt de sulfure de fer du composant de champ pétrolifère. 30 Les modes de réalisation A et B peuvent être combinés l'un avec l'autre ou avec l'un quelconque des éléments supplémentaires suivants, qui peuvent également être combinés les uns avec les autres : 1) la substance d'élimination peut contenir au 8 3035115 moins deux compositions distinctes ayant la formule structurelle générale I ; 2) Ri peut comprendre un groupe acétate ; 3) RI peut comprendre un groupe nitrile ; 4) R1 peut comprendre un groupe cétone ayant la formule structurelle générale suivante : O 5 C R3 (A), dans laquelle R3 est un groupe carboné ; 5)R3 est un groupe alkyle ; 6)R1 peut comprendre un groupe halogénure d'acyle possédant la formule structurelle générale 10 suivante : O (B), X C 15 dans laquelle X est un halogénure ;7) La substance d'élimination peut comprendre en outre un solvant polaire ; 8) le solvant polaire peut comprendre de l'eau ; 9) au moins 80 % du dépôt de sulfure de fer peuvent être éliminés du composant de champ pétrolifère ; 10) l'application peut être réalisée dans un récipient hermétiquement fermé ; 11) la substance d'élimination peut être récupérée ; 12) le composant de 20 champ pétrolifère peut comprendre une perforation, un tubage, un tube de production, une valve, une pompe ou un équipement de conditionnement de fond de trou présentant un dépôt de sulfure de fer ; 13) la composition peut avoir la formule structurelle générale II ; 14) la composition peut avoir la formule structurelle générale III ; 15) la composition peut être l'acrylate de méthyle ou une composition contenant 25 de l'acrylate de méthyle ; 16) la composition peut avoir la formule structurelle générale IV ; 17) la composition peut avoir la formule structurelle générale V ; 18) la composition peut avoir la formule structurelle générale VI ; 19) la substance d'élimination peut comprendre une composition supplémentaire capable d'éliminer le dépôt de sulfure de fer du composant de champ pétrolifère ; 20) le système permettant 30 d'appliquer la substance d'élimination peut comprendre un récipient hermétiquement fermé ; 21) le système permettant d'appliquer la substance d'élimination peut comprendre en outre un sous-système de récupération de la substance d'élimination ; 9 3035115 22) le composant de champ pétrolifère peut comprendre un tube et le système permettant d'appliquer la substance d'élimination sur le composant de champ pétrolifère peut comprendre un récipient servant à recevoir la substance d'élimination et un raccord servant à introduire la substance d'élimination dans le tube ; 23) le 5 récipient peut être un récipient sous pression ; 24) le composant de champ pétrolifère peut être placé dans un récipient et le système permettant d'appliquer la substance d'élimination sur le composant de champ pétrolifère peut comprendre un récipient hermétiquement fermé dans lequel le composant de champ pétrolifère est placé, un récipient contenant la substance d'élimination et un raccord servant à introduire la 10 substance d'élimination dans le récipient hermétiquement fermé ; 25) le récipient contenant la substance d'élimination peut être un récipient sous pression. EXEMPLES Les exemples suivants illustrent davantage les modes de réalisation de la divulgation et les manières de détermination des systèmes et procédés appropriés 15 permettant d'éliminer un dépôt de sulfure de fer avec une substance d'élimination. Ils ne sont pas destinés à englober toute la portée de l'invention et ne doivent pas être interprétés de cette manière. Exemple 1 Une substance d'élimination contenant une composition de formule II a été 20 préparée et ajoutée à de l'eau contenant 10 ppm de fer et 100 ppm de sulfure, ce qui imite un dépôt de sulfure de fer. Au moment de l'ajout de la substance d'élimination, l'eau était noire en raison de la présence du sulfure de fer, comme on peut le voir sur la FIGURE 3A. Après 10 minutes à 50 °C, sous pression atmosphérique et à un pH de 7-8, l'échantillon auquel la substance d'élimination avait été ajoutée était blanc, 25 comme on peut le voir dans la bouteille de droite sur la FIGURE 3B, tandis que l'eau non traitée est restée noire, comme on peut le voir dans la bouteille de gauche sur la FIGURE 3B. Ceci montre que la substance d'élimination contenant une composition ayant la formule II est capable de réagir avec le sulfure de fer d'une manière entraînant son élimination d'un objet solide. 10 3035115 Exemple 2 Une substance d'élimination contenant une composition de formule III a été préparée et ajoutée à de l'eau contenant 10 ppm de fer et 100 ppm de sulfure, ce qui 5 imite un dépôt de sulfure de fer. Au moment de l'ajout de la substance d'élimination, l'eau était noire en raison de la présence du sulfure de fer, comme on peut le voir sur la FIGURE 4A. Après 10 minutes à 50 °C, sous pression atmosphérique et à un pH de 7-8, l'échantillon auquel la substance d'élimination avait été ajoutée était blanc, comme on peut le voir dans la bouteille de droite sur la FIGURE 4B, tandis que l'eau 10 non traitée est restée noire, comme on peut le voir dans la bouteille de gauche sur la FIGURE 4B. Ceci montre que la substance d'élimination contenant une composition ayant la formule III est capable de réagir avec le sulfure de fer d'une manière entraînant son élimination d'un objet solide. Exemple 3 15 Une substance d'élimination contenant une composition de formule IV a été préparée et ajoutée à de l'eau contenant 50 ppm de fer et 200 ppm de sulfure, ce qui imite un dépôt de sulfure de fer. Au moment de l'ajout de la substance d'élimination, l'eau était noire en raison de la présence du sulfure de fer, comme on peut le voir sur la FIGURE 5A. Après 30 minutes à 50 °C, sous pression atmosphérique et à un pH de 20 7-8, l'échantillon auquel la substance d'élimination avait été ajoutée était blanc, comme on peut le voir dans la bouteille de droite sur la FIGURE 5B, tandis que l'eau non traitée est restée noire, comme on peut le voir dans la bouteille de gauche sur la FIGURE 5B. Ceci montre que la substance d'élimination contenant une composition ayant la formule IV est capable de réagir avec le sulfure de fer d'une manière 25 entraînant son élimination d'un objet solide. Le sujet décrit ci-dessus doit être considéré comme illustratif et non restrictif, et les revendications annexées sont destinées à couvrir toutes ces modifications, ces améliorations et les autres modes de réalisation qui appartiennent à l'esprit et à la portée de la présente divulgation. Ainsi, jusqu'au degré maximal permis par la loi, la 30 portée de la présente divulgation doit être déterminée par l'interprétation la plus large autorisée des revendications suivantes et de leurs équivalents, et ne doit pas être restreinte ou limitée par la description détaillée ci-dessus. Par exemple, bien que les 11 3035115 compositions et mélanges de compositions décrits dans le présent document soient adéquats pour éliminer un dépôt de sulfure de fer en eux-mêmes, ils peuvent également être mélangés avec des substances classiques. 12 REVENDICATIONS1. Procédé d'élimination d'un dépôt de sulfure de fer d'un composant de champ pétrolifère présentant un dépôt de sulfure de fer, le procédé comprenant l'application sur le composant de champ pétrolifère d'une substance d'élimination comprenant de l'acrylate de méthyle ou d'une composition contenant de l'acrylate de méthyle en une quantité et pendant une durée suffisantes pour éliminer au moins une partie du dépôt de sulfure de fer du composant de champ pétrolifère. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la composition contenant de l'acrylate de méthyle possède la formule structurelle générale : CH3 o O CH3 (V). 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la substance d'élimination comprend en outre un solvant polaire. 15 4 Procédé selon la revendication 1, dans lequel la durée et la quantité de l'application de la substance d'élimination permettent d'éliminer au moins 80 % du dépôt de sulfure de fer , du composant de champ pétrolifère. 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'application est réalisée 20 dans un récipient hermétiquement fermé. 6. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre la récupération de la substance d'élimination. 13 3035115 7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le composant de champ pétrolifère comprend une perforation, un tubage, un tube de production, une valve, une pompe ou un équipement de conditionnement de fond de trou présentant un dépôt de sulfure de fer. 5 8. Système permettant d'éliminer un dépôt de sulfure de fer d'un composant de champ pétrolifère présentant un dépôt de sulfure de fer, le système comprenant : une substance d'élimination comprenant de l'acrylate de méthyle ou une composition contenant de l'acrylate de méthyle ; et 10 un système permettant d'appliquer la substance d'élimination sur le composant de champ pétrolifère en une quantité et pendant une durée suffisantes pour éliminer le dépôt de sulfure de fer du composant de champ pétrolifère. 9. Système selon la revendication8, dans lequel la composition contenant de l'acrylate de méthyle possède la formule structurelle générale : 15 CH, \ CH, (V). 10. Système selon la revendication 8, dans lequel la substance d'élimination comprend en outre un solvant polaire. 20 11. Système selon la revendication 8, dans lequel la durée et la quantité de l'application de la substance d'élimination permettent d'éliminer au moins 80 % du dépôt de sulfure de fer , du composant de champ pétrolifère. 14 3035115 12. Système selon la revendication 8, dans lequel le système permettant d'appliquer la substance d'élimination comprend un récipient hermétiquement fermé. 13. Système selon la revendication 8, dans lequel le système permettant d'appliquer la substance d'élimination comprend en outre un sous-système de 5 récupération de la substance d'élimination. 14. Système selon la revendication 8, dans lequel le composant de champ pétrolifère comprend une perforation, un tubage, un tube de production, une valve, une pompe ou un équipement de conditionnement de fond de trou présentant un dépôt de sulfure de fer. 10 15. Système selon la revendication 8, dans lequel le composant de champ pétrolifère comprend un tube et le système permettant d'appliquer la substance d'élimination sur le composant de champ pétrolifère comprend un récipient servant à recevoir la substance d'élimination et un raccord servant à introduire la substance d'élimination dans le tube. 16. Système selon la revendication 15, dans lequel le récipient est un récipient sous pression. 17. Système selon la revendication 8, dans lequel le composant de champ pétrolifère peut être placé dans un récipient et le système permettant d'appliquer la substance d'élimination sur le composant de champ pétrolifère comprend un récipient hermétiquement fermé dans lequel le composant de champ pétrolifère est placé, un récipient contenant la substance d'élimination et un raccord servant à introduire la substance d'élimination dans le récipient hermétiquement fermé. 18. Système selon la revendication 17, dans lequel le récipient contenant la substance d'élimination est un récipient sous pression. 15