Brevet FR3094091A1 — publié le 20200925

Description Titre de l'invention : DISPOSITIF ET METHODE POUR L'EVALUATION DE LA QUALITE D'UNE MOUSSE POUR LA RECUPERATION ASSISTEE D'HYDROCARBURES Domaine technique 100011 L'exploitation d'un réservoir pétrolier par récupération primaire consiste à extraire, via un puits dit de production, le pétrole présent du réservoir par l'effet de surpression régnant naturellement au sein du réservoir. Cette récupération primaire ne permet d'accéder qu'à une faible quantité du pétrole contenu dans le réservoir, de l'ordre de 10 à 15% tout au plus. 100021 Pour permettre de poursuivre l'extraction du pétrole, des méthodes secondaires de production sont employées, quand la pression du réservoir devient insuffisante pour déplacer le pétrole encore en place. Notamment, on injecte un fluide (ré-injection de l'eau produite diluée ou non, injection d'eau de mer ou de rivière, ou encore injection de gaz, par exemple) au sein du réservoir hydrocarboné, en vue d'exercer au sein du réservoir une surpression propre à entraîner le pétrole vers le ou les puits de production. Une technique usuelle dans ce cadre est l'injection d'eau (désignée également par le terme anglais « waterflooding »), dans laquelle de grands volumes d'eau sont injectés sous pression dans le réservoir via des puits injecteurs. L'cau injectée entraîne une partie du pétrole qu'elle rencontre et le pousse vers un ou plusieurs puits producteurs. Les méthodes secondaires de production telles que l'injection d'eau ne permettent toutefois d'extraire qu'une partie relativement faible des hydrocarbures en place (typiquement de l'ordre de 30%). Technique antérieure [0003] Pour essayer de récupérer le reste du pétrole, qui demeure dans les formations sou- terraines à l'issue de la mise en oeuvre des méthodes primaires et secondaires de production, il existe différentes techniques dites de « récupération assistée » (connue sous l'acronyme « EOR », correspondant à « Enhanced Oil Recovery »). Parmi ces techniques, on peut citer des techniques s'apparentant à l'injection d'cau précitée, mais employant une eau comprenant des additifs tels que des agents tensio-actifs solubles dans l'eau (on parle alors de « surfactant flooding »). [0004] On connaît également la récupération assistée par injection de gaz, miscibles ou non (gaz naturel, azote ou COn). Cette technique permet de maintenir la pression dans le réservoir pétrolier au cours de son exploitation, mais peut aussi permettre, dans le cas de gaz miscibles, de mobiliser les hydrocarbures en place et ainsi d'en améliorer le débit. Un gaz couramment utilisé est le dioxyde de carbone. 2 100051 On connaît aussi des techniques alternatives fondées sur l'injection de mousse dans le réservoir pétrolier. Cette mousse résulte du mélange intime de gaz et d'une solution d'un additif tensio-actif, ce dernier étant désigné « agent moussant ». En raison de sa viscosité apparente élevée, la mousse est considérée comme une alternative au gaz comme fluide d'injection dans les réservoirs d'hydrocarbures. La mobilité de la mousse est ainsi réduite par rapport au gaz qui, lui, a tendance à ségréeer et à percer rapidement aux puits producteurs, notamment clans les réservoirs hétérogènes et/ou épais. La récupération assistée par injection de mousse est particulièrement attractive car elle requiert l'injection de volumes liquides plus petits que pour d'autres procédés de récupération assistée à base de fluides non moussants. [0006] Dans le cas d'une récupération assistée par injection de mousse, la définition d'un schéma d'exploitation d'un réservoir pétrolier peut nécessiter de simuler numériquement, de la façon la plus réaliste possible, les écoulements en présence de mousse dans le réservoir considéré. Une telle simulation est réalisée à l'aide d'un simulateur d'écoulement comprenant un modèle de déplacement de la mousse. [0007] Un tel modèle peut nécessiter d'évaluer les performances de la mousse en termes de réduction de mobilité. En général, cette estimation passe par la réalisation d'expériences de laboratoire consistant à mesurer les pertes de charge lors de déplacements de mousse d'une part, d'eau et de gaz non moussant d'autre part dans un échantillon du réservoir pétrolier. Ces expériences sont longues et conteuses, il est donc difficile de tester un nombre important de qualité de mousses, pour en sélectionner la, ou les meilleures dans chaque contexte particulier de réservoirs d'hydrocarbures Résumé de l'invention [0008] Il est donc très intéressant de disposer, comme avec la présente invention, d'un dispositif permettant de tester rapidement un grand nombre de formulations de mousse préformée, notamment en pression et en simulation d'écoulement en longue distance. [0009] Ainsi, la présente invention concerne un dispositif d'évaluation de la qualité d'une mousse qui comporte : [0010] - une conduite contenant la mousse à tester et formant une boucle de circulation fermée, [0011] - un piston introduit dans ladite conduite, [0012] - des moyens externes de déplacement dudit piston dans ladite conduite. [0013] Dans le dispositif, le piston peut comporter au moins une partie magnétique et les moyens externes de déplacement peuvent comporter au moins un aimant permanent. [0014] La conduite peut être sensiblement circulaire et les moyens externes de déplacement peuvent comporter des moyens de mise en rotation dudit aimant permanent. 3 100151 Ladite conduite peut comporter des moyens de garage du piston hors de la boucle de circulation fermée. [0016] Le dispositif peut aussi comporter comporte des moyens dc remplissage de la mousse dans ladite conduite formant ladite boucle fermée, de préférence une vanne dc commutation. [0017] Les moyens de remplissage peuvent être adaptés à fonctionner sous pression. [0018] Le dispositif peut comporter des moyens d'analyse de la qualité dc la mousse, de préférence au moins un capteur de pression disposé pour mesurer la pression dans la conduite et/ou au moins une caméra pour avoir un suivi visuel de la mousse.. [0019] L'invention concerne également une méthode d'évaluation dc la qualité d'une mousse, dans laquelle on effectue les étapes suivantes : [0020] - on forme, à partir d'une conduite, une boucle de circulation fermée contenant la mousse à tester, [0021] - on déplace un piston introduit dans la conduite pour mettre en circulation la mousse, [0022] - on effectue au moins une mesure de pression dans la conduite. [0023] Selon la méthode, on peut déplacer le piston par des moyens externes à la conduite comportant a moins un aimant permanent. [0024] L'invention peut être avantageusement appliquée à la sélection, et/ou, la comparaison de la tenue en circulation de mousses préformées, au moins en fonction de la mesure en continu de la pression en cours de circulation. [0025] D'autres caractéristiques et avantages du dispositif et procédé selon l'invention, appa- raîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant à la figure unique annexée et décrite ci-après. Liste des figures [0026] [fig.1] [0027] La figure 1 illustre un dispositif d'évaluation de la qualité de la mousse selon un mode de réalisation de l'invention. Description des modes de réalisation 100281 Le dispositif selon l'invention est avantageusement un outil de sélection, ou « screening », de différentes qualités de mousses préformées à partir de tensio-actifs différents, pour l'EOR chimique en milieux fracturés, en particulier en fonction d'un premier critère de tenue de ladite mousse préformée sur une longue distance d'injection. 100291 Ainsi, il est proposé une solution à basse pression, jusqu'à 20 bars, qui permet d'évaluer, de comparer, et ainsi de sélectionner différentes solutions tensio-actives retenues pour une application de la mousse, notamment pour une application EOR. [0030] L'invention est fondée sur le principe d'une boucle circulaire, ou quasi circulaire, de longueur de 1 à 2 mètres dans laquelle on fait circuler une mousse préformée en conditions de température et de pression. Le circuit fermé de circulation ainsi crée facilite le réglage de la distance parcourue et la vitesse de circulation, et permet de tester la mousse avec sur une longue distance de parcours, avec un dispositif de dimensions réduites. [0031] Le nombre de tours de boucle parcouru par la mousse est représentatif de la distance d'écoulement, notamment de la distance d'écoulement dans une formation souterraine pour une application EOR. [0032] La figure 1 montre, schématiquement et de manière non limitative, un dispositif d'évaluation de la qualité de la mousse selon un mode de réalisation de l'invention. Le dispositif d'évaluation de la qualité de la mousse comprend une boucle 1, de préférence une boucle circulaire (alternativement la boucle peut avoir d'autres formes : ovale, elliptique, etc.), dans laquelle un piston racleur 2, ou «PlU », est pratiquement étanche dans la conduite tubulaire constituant la boucle I. Le piston 2 comporte au moins une partie magnétique de façon à pouvoir être déplacé par un moyen de déplacement du piston, par exemple par le déplacement d'un noyau central 3 comportant au moins un aimant permanent 4. La mise en rotation du noyau central, par tous moyens connus, entrainc le déplacement par entraincment du piston 2 dans la boucle 1, et ainsi le déplacement de la mousse contenues dans ladite conduite. Le noyau central 3 est situé au centre de la boucle circulaire 1, de manière externe à la boucle 1, ainsi le déplacement de la mousse est simplifié. Le moyen de déplacement 3 est dit externe à la boucle 1, car le moyen de déplacement n'est pas à l'intérieur de la conduite tubulaire constituant la boucle I. [0033] Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'évaluation de la qualité de la mousse peut comprendre des moyens de remplissage de la mousse dans ladite conduite formant ladite boucle fermée 1. Ces moyens de remplissage peuvent être de tous types. De préférence, les moyens de remplissage sont adaptés à fonctionner sous pression. Selon un exemple de ce mode de réalisation illustré en figure 1, une vanne de commutation 5 peut permettre de charger de manière maîtrisée et répétable la mousse à tester. L'entrée de la mousse dans une conduite 10 de la vanne de commutation est illustrée par la flèche rectiligne grise. La conduite 11 de la vanne de commutation 5 permet de fermer la boucle 1. De préférence, les conduites 10 et 11 peuvent être symétriques pour simplifier la réalisation de la vanne de commutation 5 et son utilisation. Une fois que la mousse circule dans la conduite 10 de manière uniforme, on actionne la vanne 5 de manière à remplir, au moins partiellement, la boucle 1. [0034] Conformément à une mise en oeuvre de l'invention, le dispositif d'évaluation de la qualité de la mousse peut comprendre des moyens d'analyse de la qualité de la mousse, par exemple au moins un capteur de pression, et/ou au moins une caméra. Une version peut intégrer des capteurs ultrasonores afin de suivre l'évolution de la structure même de la mousse. L'usage de la fibre optique peut être aussi envisagé pour le suivi de la pression le long de la circonférence de la boucle. [0035] Selon un exemple de réalisation, des capteurs dc pressions 6 et 7 peuvent être intégrés à la boucle 1 pour mesurer en temps réel, la perte de charge générée par la mousse et par conséquent sa tenue mécanique dans le temps. De préférence, deux capteurs pressions 6 et 7 peuvent être disposés de manière diamétralement opposée sur la boucle 1. [0036] Conformément à une option de réalisation, une caméra 8 peut être installée en face d'un hublot ménagé dans la paroi de la boucle afin d'avoir un suivi visuel de la mousse, en particulier de la taille des bulles, caractéristique d'une qualité de mousse. Alternativement, si la boucle 1 est réalisée dans un matériau transparent, une caméra 8 peut être prévue au niveau d'un emplacement quelconque de la paroi de la boucle 1 afin d'avoir un suivi visuel de la mousse, en particulier de la taille des bulles. [0037] Selon un aspect de une zone de garage 9 peut être aménagée pour dégager de la boucle 1 le piston «PIC » 2 afin de permettre dc charger la boucle 1 avec la mousse préformée à tester et assurer l'état initial avant mise en déplacement. La zone de garage peut être sous forme d'un tube de dérivation dc la boucle principale obturé par une vanne. [0038] Ainsi, ce dispositif autorise des mesures successives au sein de la boucle avec un temps de mise en oeuvre extrêmement court, ce qui ne génère pas, ou peu, de perturbation ou d'instabilité lors de l'échantillonnage. [0039] Un cahier des charges des éléments principaux du dispositif selon l'invention peut être décrit comme suit : La vanne de commutation peut être amagnétique et posséder un diamètre de passage permettant le passage du piston. Le couple Piston-Aimant peut être suffisamment puissant pour pouvoir résister à une perte de charge de l'ordre de quelques bars crée par la mousse en circulation dans la conduite. Les capteurs de pression peuvent ne pas être intrusifs dans la conduite et suffisamment précis. La voie de garage du piston peut permettre le maintien de pression lors de la mise en service, et le rangement aisé du piston à la fin des mesures. [0040] Pour exemple, les conditions suivantes peuvent être choisies pour les essais d'évaluation d'une mousse préformée : Pression = 20 bars Température = 60°C 6 Saumure = 200g/1 TDS Longueur de boucle (1 à 2 m) [0041] La mousse est préformée dans des moyens adéquats en amont de la vanne de com- mutation 5. Une fois obtenue la qualité dc mousse à étudier, la vanne 5 est tournée afin de mettre en communication le conduit avec le contenant de la mousse préformée pour remplir à saturation l'intérieur de la conduite 1 avec ladite mousse. Pendant cette phase le piston 2 est garé dans la dérivation 9 afin de ne pas perturber le remplissage de la conduite par la mousse. Une fois la saturation atteinte, la vanne de commutation est actionnée afin de refermer la boucle de test 1 pour y « piéger » la mousse. Le piston est alors extrait de la dérivation 9 par effet magnétique pour être introduit dans la conduite de la boucle. A partir de ce moment, la mise en rotation de l'aimant permanent 4 cntraine le déplacement du piston et en conséquence la mise en circulation de la mousse préformée chargée dans la boucle. La vitesse de rotation est fixée en fonction de la vitesse d'écoulement que l'on veut tester. La mesure de pression en continue permet d'observer la variation de pression duc à l'écoulement de la mousse. Cette donnée traduit un changement dans l'état dc la mousse au cours du transport. Au cours de l'essai, le suivi optique par caméra permet de corréler les mesures de la pression à une taille de bulle. Le temps de mise en rotation donne la distance parcourue par la mousse. [0042] Une fois toute la mousse détruite, le piston 2 est isolé et la vanne de commutation 5 actionnée. Cela permet de recharger avec de la mousse « fraîche » et de réaliser un autre essai, soit aux mêmes conditions ou en faisant varier un paramètre, par exemple : température, vitesse de rotation, pression, temps, type de mousse. [0043] Ainsi, l'invention concerne également une méthode d'évaluation de la qualité d'une mousse, dans laquelle on effectue les étapes suivantes : [0044] - on forme, à partir d'une conduite, une boucle de circulation fermée contenant la mousse à tester, [0045] - on déplace un piston introduit dans la conduite pour mettre en circulation la mousse, [0046] - on effectue au moins une mesure de pression dans la conduite. [0047] Selon la méthode, on peut déplacer le piston par des moyens externes à la conduite comportant a moins un aimant permanent. [0048] La méthode d'évaluation de la qualité de la mousse peut mettre en oeuvre le dispositif d'évaluation de la qualité de la mousse selon l'une quelconque des variantes ou des combinaison des variantes décrites ci-dessus. [0049] L'objectif principal de la présente invention est d'obtenir au moins une donnée sur la tenue mécanique sur une longue distance d'une mousse préformée pour une application de récupération assistée. En effet, au sein du réservoir, la mousse devra 7 parcourir une distance de l'ordre d'une centaine de mètres. [0050] Une autre donnée correspond à la tenue de la mousse à une vitesse inférieure à la vitesse nécessaire à la création de celle-ci. En effet, les vitesses d'injections nécessaires à la génération d'une mousse préformée sont souvent supérieures aux vitesses observées loin du puits injecteur. Il est donc nécessaire de pouvoir « ralentir » une mousse pour observer son comportement en fonction de contraintes différentes. Diviser la vitesse de déplacement d'une mousse sans changer la géométrie de la tuyauterie obligerait à maîtriser la séparation de deux phases de mousses générant une forte incertitude. [0051] Ainsi, le dispositif permet de tester qualitativement et, ou quantitativement un grand nombre de formulations de mousses à des fins de comparaisons de leurs performances dans des conditions identiques, ou une seule formulation dans des conditions d'écoulement variables indépendamment de la vitesse nécessaire à la formation de la mousse. 8