Brevet FR3070870A1 — publié le 20190315

TRAITEMENT DES EAUX DE PRODUCTION DE CHAMPS PETROLIERS UTILISANT LA RECUPERATION ASSISTEE CHIMIQUE La récupération assistée du pétrole (EOR) par voie chimique a utilisé, depuis 15 ans, presque exclusivement des polyacrylamides pour viscosifier l'eau d'injection. Les résultats obtenus avec cette technique ont permis d'extraire en moyenne 10 % de pétrole supplémentaire au-delà de la moyenne de 30 % produite aujourd'hui. Le coût de traitement est fortement amélioré par l'augmentation de la concentration de pétrole dans l'eau produite, de 3 à 10 fois, ce qui réduit fortement le coût de l'eau injectée par rapport au pétrole produit rendant parfois le coût de l'EOR très faible. D'une manière générale, ce résultat est obtenu avec une viscosité d'eau injectée semblable à la viscosité du pétrole à la température du champ. De plus, en augmentant cette viscosité de 2 à 5 fois, on a pu obtenir des rendements de l'ordre de 20 %, ce qui est extrêmement favorable sur l'exploitation du champ. Ce résultat est d'autant plus favorable que l'eau de réinjection ne contient pas d'oxygène dégradant le polymère par effet redox. De plus, l'investissement nécessaire à la dissolution et à l'injection du polymère est totalement mineur par rapport au pétrole produit et surtout par rapport à l'ouverture de nouveaux champs. Cependant, un problème récurrent est le traitement de l'eau de production pour permettre sa réinjection. 2 Le fluide récupéré de la formation sous-terraine contient de l'eau et du pétrole. Une séparation dite primaire permet de séparer grossièrement le pétrole de l'eau dite de production. 5 Cette eau de production, après une décantation statique dans divers types de décanteurs et en particulier des décanteurs lamellaires, contient une certaine quantité de pétrole sous forme plus ou moins colloïdale et des matières solides habituellement mouillées et incluses dans les gouttelettes de pétrole. 10 Le but est de réduire la quantité de pétrole dans cette eau pour réinjection. La procédure standard pour traiter l'eau et la rendre ré-injectable est en deux étapes : - une pré-séparation par flottation avec gaz et éventuellement un agent de 15 coalescence ou de floculation jusqu'à une teneur en hydrocarbure de l'ordre de 50 à 150 mg/litre ; - puis une filtration sur filtre Nutshell permettant de descendre à une concentration de l'ordre de 5 à 10 mg/litre pour réinjection. 20 Un filtre Nutshell est un filtre contenant des coquilles de noix ou de pécans broyées (média filtrant) qui absorbent les hydrocarbures. Un lavage à contrecourant permet de récupérer le pétrole absorbé. Le contre-lavage se fait très facilement en utilisant l'eau produite traitée ou même l'eau produite elle-même. 25 Habituellement, le cycle entre deux lavages est d'une journée, ce qui définit la taille de l'appareil. Ce lavage se fait par une fluidisation à l'eau du media filtrant et souvent avec à la fois une fluidisation plus une agitation. Le pétrole récupéré et l'eau de lavage sont réintroduits en tête du traitement. Dans certains cas, le lavage du média se fait dans une cuve annexe. 30 3 Dans la récupération assistée par polymère, la flottation avec gaz ne fonctionne pas car l'eau étant visqueuse, la vitesse de flottation d'après la loi de Stokes varie en fonction de la viscosité de l'eau qui est 5 à 10 fois supérieure à celle d'une eau normale. Il faudrait donc des appareils 5 à 10 fois plus grands pour obtenir un 5 résultat ce qui n'est pas envisageable industriellement. De plus, dans cette eau visqueuse, la coalescence est fortement diminuée, ce qui impacte le rendement. 10 Diverses solutions ont été proposées pour résoudre ce problème : - Précipitation du polyacrylamide anionique par un coagulant ou un floculant cationique englobant le pétrole en suspension. Mais cette solution est extrêmement onéreuse et donne une boue très colloïdale difficile à traiter. 15 - Réduction de la viscosité de l'eau par dégradation du polymère, par exemple par la production sur site d'hypochlorite, par la réaction de Fenton, par un traitement UV. Le coût dans ce cas-là est aussi très élevé si on veut réduire la viscosité au niveau de celle de l'eau et permettre la flottation. 20 - Le remplacement de la flottation par une centrifugation avec une centrifugeuse à assiettes par exemple. La mécanique correspondante sur des volumes énormes est prohibitive. - L'utilisation de cyclones a échoué jusqu'à présent à cause de l'effet viscosité. Certains cyclones à injection de gaz ont donné cependant un 25 certain résultat. - Absorption du polymère sur divers supports se heurtant aux problèmes de régénération, en particulier par solvants, et au coût de ces médias. 4 - La méthode donnant le meilleur résultat technique est l'utilisation de l'ultrafiltration avec des membranes céramiques, qui permet la récupération de l'eau et du polymère dans le perméat et du pétrole plus de l'eau dans le concentrât. Mais ce sont des installations demandant un fort 5 investissement avec des problèmes de nettoyage assez compliqués. En d'autres termes, tous ces systèmes ne sont pas satisfaisants pour des raisons de coûts et/ou de logistique. 10 La meilleure façon de traiter l'eau de production dans ce cas est de séparer le pétrole et les matières en suspension d'un côté et l'eau avec les matières solubles y compris le polymère d'un autre côté. En effet, une telle opération permet de récupérer la viscosité résiduelle de l'eau et diminuer la quantité de polymère additionnelle nécessaire pour reviscosifier l'eau pour une nouvelle injection. 15 L'invention a donc pour objet un matériel de traitement d'une eau de production d'une opération de récupération assistée du pétrole par polymère à l'issue de la séparation primaire, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux filtres Nutshell en série, le premier étant le filtre récupérant la majorité du pétrole, le 20 second servant de finisseur. L'invention a également pour objet un procédé de traitement de l'eau de production à l'issue de la séparation primaire lors d'une opération de récupération assistée du pétrole par polymère consistant, en l'absence d'étape de flottation 25 préalable, à faire passer ladite eau de production dans au moins 2 filtres Nutshell en série. De manière avantageuse les filtres Nutshell ont une taille différente. Dans un mode préféré de l'invention, le premier a une taille 3 à 8 fois plus importante que 30 le second. Le premier Nutshell récupérera de 3 à 8 fois plus de pétrole que le second pour permettre des lavages coordonnés entre les deux appareils. 5 Mais quelle que soit la taille des appareils, le principe est le même avec seulement une différence de temps de cycles. Dans un mode préféré selon l'invention, le premier filtre Nutshell est remplacé 5 par deux filtres Nutshell en parallèle. Ce prétraitement avec deux filtres Nutshell en parallèle permet des lavages de filtre plus fréquent sans créer d'arrêt du second appareil car au moins un des deux filtres Nutshell en prétraitement fonctionne. On peut améliorer l'efficacité de ces filtres en incorporant en amont du premier 10 filtre Nutshell ou entre les deux filtres Nutshell, un coalesceur auto-nettoyant augmentant la taille des gouttelettes de pétrole. L'invention a également pour objet un procédé de récupération assisté du pétrole par polymère consistant à traiter une eau de production avec le matériel selon 15 l'invention à l'issue de la séparation primaire. L'eau ainsi traitée est de qualité suffisante pour envisager sa réutilisation dans la préparation d'un fluide d'injection pour une nouvelle opération de récupération assistée du pétrole par polymère. 20 L'invention et les avantages qui en découlent ressortiront bien de l'exemple suivant, à l'appui de la figure 1 annexée. La figure 1 représente une vue schématique du matériel de traitement d'une eau de 25 production selon l'invention. La figure 1 représente un montage comprenant une pompe à vitesse variable volumétrique (1), et l'appareil de traitement selon l'invention (2) comprenant un premier filtre Nutshell (3), un coalesceur auto-nettoyant (4) et un deuxième filtre 30 Nutshell (5). 6 L'exemple a été réalisé sur un appareil pilote. Dans cet appareil de démonstration, les deux filtres sont identiques. Ce sont des filtres de la marque Prosep de 406 mm de diamètre, une hauteur utile d'environ 5 1 mètre, et une hauteur totale de 2 m 536. L'eau de production après séparation primaire a les caractéristiques suivantes : - Viscosité 12 cps - Taux de pétrole en suspension 620 ppm 10 - Solides en suspension 47 ppm - Concentration de polymère 700 ppm Cette suspension est pompée à travers le premier filtre Nutshell à un débit de 1,5 m3/h avec les résultats suivants en moyenne sur une période de 12 heures : 15 - Viscosité 12 cps - Taux de pétrole en suspension 55 ppm - Solides en suspension 4 ppm - Concentration de polymère 700 ppm Le passage sur le coalesceur permet d'augmenter légèrement la taille des 20 particules estimée à environ 10 %. Le mélange est ensuite envoyé sur le deuxième filtre Nutshell avec le résultat suivant : - Viscosité 12 cps 25 - Taux de pétrole en suspension 6 ppm - Solides en suspension REVENDICATIONS1. Matériel de traitement d'une eau de production d'une opération de récupération assistée du pétrole par polymère à l'issue de la séparation primaire caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux filtres Nutshell en série, le premier étant le filtre récupérant la majorité du pétrole, le second servant de finisseur. 2. Matériel selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux filtres Nutshell sont de taille différente, le premier ayant une taille de préférence 3 à 8 fois plus importante que le second. 3. Matériel selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier filtre Nutshell est remplacé par deux filtres Nutshell en parallèle. 4. Matériel selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'un coalesceur auto-nettoyant est ajouté entre les deux filtres Nutshell ou en amont du premier filtre Nutshell. 5. Procédé de récupération assisté du pétrole par polymère consistant à traiter une eau de production à l'issue de la séparation primaire avec le matériel selon l'une des revendications 1 à 4. 6. Utilisation de l'eau traitée par le procédé selon la revendication 5 pour préparer un fluide d'injection d'un traitement de récupération assistée du pétrole par polymère.