Application detensioactifsdans la production pétrolière
1. Tensioactifs utilisés pour l'extraction du pétrole lourd
En raison de la viscosité élevée et de la faible fluidité du pétrole lourd, son extraction pose de nombreuses difficultés. Pour extraire ces pétroles lourds, il est parfois nécessaire d'injecter une solution aqueuse de tensioactif en fond de trou afin de convertir le pétrole lourd à haute viscosité en une émulsion huile-dans-eau à faible viscosité et de l'extraire à la surface. Les tensioactifs utilisés dans cette méthode d'émulsification et de réduction de la viscosité du pétrole lourd comprennent l'alkylsulfonate de sodium, l'éther d'alcool alkylique de polyoxyéthylène, l'éther d'alkylphénol de polyoxyéthylène, le polyoxyéthylène polyoxypropylène polyène polyamine, le sel de sodium de l'éther d'alcool alkylique de polyoxyéthylène vinylique, etc. L'émulsion huile-dans-eau produite nécessite une séparation de l'eau et l'utilisation de tensioactifs industriels comme désémulsionnants pour la déshydratation. Ces désémulsionnants sont des émulsifiants eau-dans-huile. Les tensioactifs cationiques ou les acides naphténiques, les acides asphaltoniques et leurs sels métalliques multivalents sont couramment utilisés.
Les pétroles lourds spéciaux ne peuvent pas être extraits par des unités de pompage conventionnelles et nécessitent une injection de vapeur pour la récupération thermique. Pour améliorer cette récupération, des tensioactifs doivent être utilisés. L'injection de mousse dans le puits d'injection de vapeur, c'est-à-dire l'injection d'un agent moussant résistant aux hautes températures et de gaz non condensable, est l'une des méthodes de modulation les plus couramment utilisées.
Les agents moussants couramment utilisés sont les alkylbenzènesulfonates, les α-oléfinesulfonates, les sulfonates de pétrole, les éthers d'alcools alkyliques polyoxyéthylénés sulfohydrocarbylés et les éthers d'alkylphénols polyoxyéthylénés sulfohydrocarbylés. Grâce à leur activité de surface élevée et à leur stabilité aux acides, aux bases, à l'oxygène, à la chaleur et à l'huile, les tensioactifs fluorés sont idéaux pour les agents moussants haute température. Pour faciliter le passage de l'huile dispersée à travers les pores de la formation, ou pour faciliter l'évacuation de l'huile à la surface de la formation, il est nécessaire d'utiliser un tensioactif appelé agent de diffusion de film. L'agent le plus couramment utilisé est un polymère de résine phénolique oxyalkylée.
- Tensioactifs pour l'extraction du pétrole brut cireux
L'exploitation du pétrole brut paraffiné nécessite des opérations fréquentes de prévention et d'élimination de la cire. Les tensioactifs agissent comme inhibiteurs et déparaffineurs. Il existe des tensioactifs solubles dans l'huile et des tensioactifs hydrosolubles utilisés comme antiparaffineurs. Les premiers jouent un rôle antiparaffineur en modifiant les propriétés de la surface des cristaux de cire. Les tensioactifs solubles dans l'huile couramment utilisés sont les sulfonates de pétrole et les tensioactifs aminés. Les tensioactifs hydrosolubles jouent un rôle antiparaffineur en modifiant les propriétés des surfaces formées de cire (telles que les conduites d'huile, les tiges de pompage et les surfaces d'équipements). Les tensioactifs disponibles comprennent les alkylsulfonates de sodium, les sels d'ammonium quaternaire, les éthers polyoxyéthylénés d'alcane, les éthers polyoxyéthylénés d'hydrocarbures aromatiques et leurs sels de sodium sulfonates, etc. Les tensioactifs utilisés pour l'élimination de la cire se divisent également en deux catégories. Les tensioactifs solubles dans l'huile sont utilisés pour les décapants à base d'huile et les tensioactifs hydrosolubles de type sulfonate, de type sel d'ammonium quaternaire, de type polyéther, de type Tween, de type OP, de type plat à base de sulfate ou sulfo-alkylé et de type OPtensioactifLes produits sont utilisés dans les décapants à base d'eau. Ces dernières années, des décapants nationaux et étrangers ont été combinés organiquement, et des décapants à base d'huile et à base d'eau ont été combinés organiquement pour produire des décapants hybrides. Ce décapant utilise des hydrocarbures aromatiques et des hydrocarbures aromatiques mixtes comme phase huileuse, et un émulsifiant à effet de clarification de la cire comme phase aqueuse. Lorsque l'émulsifiant sélectionné est un tensioactif non ionique avec un point de trouble approprié, la température sous la section de cirage du puits de pétrole peut atteindre ou dépasser son point de trouble, de sorte que le décapant mixte peut interrompre l'émulsification avant d'entrer dans la section de cirage, et deux agents de cirage sont séparés, jouant simultanément le rôle de cirage.
3. tensioactifsutilisé pour stabiliser l'argile
La stabilisation de l'argile se divise en deux aspects : empêcher l'expansion des minéraux argileux et empêcher la migration des particules minérales argileuses. Des tensioactifs cationiques tels que les sels d'amine, d'ammonium quaternaire, de pyridinium et d'imidazoline peuvent être utilisés pour prévenir le gonflement de l'argile. Des tensioactifs cationiques non ioniques contenant du fluor sont disponibles pour empêcher la migration des particules minérales argileuses.
4. tensioactifsutilisé dans les mesures d'acidification
Afin d'améliorer l'effet d'acidification, divers additifs sont généralement ajoutés à la solution acide. Tout tensioactif compatible avec la solution acide et facilement adsorbé par la formation peut être utilisé comme retardateur d'acidification. On peut citer par exemple le chlorhydrate d'amine grasse, le sel d'ammonium quaternaire, le sel de pyridine dans les tensioactifs cationiques, ainsi que les polyoxyéthylène alcanes sulfonés, carboxyméthylés, à base d'esters phosphates ou sulfates dans les tensioactifs amphotères, les éthers de phénols, etc. Certains tensioactifs, comme l'acide dodécylsulfonique et ses sels d'alkylamines, peuvent émulsionner un liquide acide dans l'huile pour produire une émulsion acide-dans-huile. Cette émulsion peut être utilisée comme liquide industriel acidifié et joue également un rôle de retardateur.
Certains tensioactifs peuvent être utilisés comme antiémulsifiants pour acidifier les liquides. Les tensioactifs à structure ramifiée, tels que l'éther de polyoxyéthylène polyoxypropylène glycol et l'hexaamine de polyoxyéthylène polyoxypropylène pentaéthylène, peuvent être utilisés comme antiémulsifiants acidifiants.
Certains tensioactifs peuvent être utilisés comme agents de drainage en cas de déficit acide. Parmi ceux-ci, on trouve les tensioactifs de type sel d'amine, sel d'ammonium quaternaire, sel de pyridinium, non ioniques, amphotères et fluorés.
Certains tensioactifs peuvent être utilisés comme agents anti-boues acidifiants, tels que les tensioactifs solubles dans l'huile, tels que les alkylphénols, les acides gras, les acides alkylbenzènesulfoniques, les sels d'ammonium quaternaire, etc. Parce qu'ils ont une faible solubilité acide, des tensioactifs non ioniques peuvent être utilisés pour les disperser dans la solution acide.
Afin d'améliorer l'effet d'acidification, un agent d'inversion du mouillage doit être ajouté à la solution acide pour inverser la mouillabilité de la zone proche du puits, de lipophile à hydrophile. Des mélanges d'éthers d'alcool alkylique de polyoxyéthylène et de polyoxypropylène et d'éthers d'alcool alkylique de polyoxyéthylène et de polyoxypropylène à sels de phosphate sont adsorbés par la formation pour former la troisième couche d'adsorption, qui joue un rôle dans le mouillage et l'inversion.
De plus, certains tensioactifs, tels que le chlorhydrate d'amine grasse, le sel d'ammonium quaternaire ou les tensioactifs non ioniques-anioniques, sont utilisés comme agents moussants pour fabriquer des fluides de travail acides moussants afin de ralentir la corrosion et l'acidification profonde. Des mousses sont également fabriquées à partir de ces tensioactifs et utilisées comme pré-fluide pour l'acidification. Après injection dans la formation, la solution acide est injectée. L'effet Jamin produit par les bulles dans la mousse peut dévier le liquide acide, le forçant à dissoudre principalement la couche à faible perméabilité, améliorant ainsi l'effet d'acidification.
5. Tensioactifs utilisés dans les mesures de fracturation
Les techniques de fracturation sont souvent utilisées dans les champs pétroliers à faible perméabilité. Elles utilisent la pression pour ouvrir la formation et former des fractures, et utilisent des agents de soutènement pour soutenir ces fractures afin de réduire la résistance à l'écoulement des fluides et d'accroître la production et l'attention. Certains fluides de fracturation contiennent des tensioactifs parmi leurs ingrédients.
Les fluides de fracturation huile-dans-eau sont formulés à partir d'eau, d'huile et d'émulsifiants. Les émulsifiants utilisés sont des tensioactifs ioniques, non ioniques et amphotères. En utilisant de l'eau épaissie comme phase externe et de l'huile comme phase interne, on peut préparer un fluide de fracturation huile-dans-eau épaissi (émulsion polymère). Ce fluide de fracturation peut être utilisé à des températures inférieures à 160 °C et permet de rompre automatiquement les émulsions et de drainer les fluides.
Le fluide de fracturation à mousse est un fluide de fracturation utilisant l'eau comme milieu de dispersion et le gaz comme phase dispersée. Ses principaux composants sont l'eau, le gaz et l'agent moussant. Les alkylsulfonates, les alkylbenzènesulfonates, les sels d'esters de sulfate d'alkyle, les sels d'ammonium quaternaire et les tensioactifs OP peuvent tous être utilisés comme agents moussants. La concentration d'agent moussant dans l'eau est généralement de 0,5 à 2 %, et le rapport volume de phase gazeuse/volume de mousse est compris entre 0,5 et 0,9.
Un fluide de fracturation à base d'huile est un fluide de fracturation formulé avec de l'huile comme solvant ou milieu de dispersion. Le pétrole le plus couramment utilisé sur site est le pétrole brut ou sa fraction lourde. Afin d'améliorer sa viscosité et ses propriétés thermiques, il est nécessaire d'ajouter du sulfonate de pétrole soluble dans l'huile (poids moléculaire compris entre 300 et 750). Les fluides de fracturation à base d'huile comprennent également les fluides de fracturation eau dans huile et les fluides de fracturation à mousse d'huile. Les émulsifiants utilisés dans les premiers sont des tensioactifs anioniques solubles dans l'huile, des tensioactifs cationiques et des tensioactifs non ioniques, tandis que les stabilisateurs de mousse utilisés dans les seconds sont des tensioactifs polymères fluorés.
Le fluide de fracturation des formations sensibles à l'eau utilise un mélange d'alcool (tel que l'éthylène glycol) et d'huile (tel que le kérosène) comme milieu de dispersion, du dioxyde de carbone liquide comme phase dispersée et un éther d'alcool alkylique polyoxyéthyléné à sels de sulfate comme émulsifiant. Il peut également s'agir d'émulsions ou de mousses formulées avec un agent moussant pour fracturer les formations sensibles à l'eau.
Le fluide de fracturation utilisé pour la fracturation et l'acidification est à la fois un fluide de fracturation et un fluide acidifiant. Il est utilisé dans les formations carbonatées, et les deux mesures sont réalisées simultanément. La mousse acide et l'émulsion acide sont apparentées aux tensioactifs. La première utilise un alkylsulfonate ou un alkylbenzènesulfonate comme agent moussant, et la seconde un tensioactif sulfonate comme émulsifiant. Tout comme les fluides acidifiants, les fluides de fracturation utilisent également des tensioactifs comme anti-émulsifiants, agents de drainage et agents d'inversion du mouillage, qui ne seront pas abordés ici.
6. Utiliser des tensioactifs pour le contrôle du profil et les mesures de blocage de l'eau
Afin d'améliorer l'efficacité de l'injection d'eau et de freiner l'augmentation de la teneur en eau du pétrole brut, il est nécessaire d'ajuster le profil d'absorption d'eau des puits d'injection et d'augmenter la production en bloquant l'eau des puits de production. Certaines méthodes de contrôle du profil et de blocage de l'eau font souvent appel à des tensioactifs.
L'agent de contrôle du profil de gel HPC/SDS est composé d'hydroxypropylcellulose (HPC) et de dodécyl sulfate de sodium (SDS) dans de l'eau douce.
L'alkylsulfonate de sodium et le chlorure d'alkyltriméthylammonium sont dissous dans l'eau pour préparer deux liquides de travail, injectés successivement dans la formation. Ces deux liquides interagissent dans la formation pour produire de l'alkyltriméthylamine. Le sulfite précipite et bloque la couche à haute perméabilité.
Les éthers alkylphénoliques de polyoxyéthylène, les sulfonates d'alkyle et d'aryle, etc. peuvent être utilisés comme agents moussants, dissous dans l'eau pour préparer un fluide de travail, puis injectés dans la formation en alternance avec un fluide de travail au dioxyde de carbone liquide, juste dans la formation (principalement à haute perméabilité La couche) forme de la mousse, produit un blocage et joue un rôle dans le contrôle du profil.
En utilisant un tensioactif d'ammonium quaternaire comme agent moussant dissous dans un sol d'acide silicique composé de sulfate d'ammonium et de silicate de sodium et injecté dans la formation, puis en injectant un gaz non condensable (gaz naturel ou chlore), une forme liquide peut être générée dans la formation. La mousse dans la couche intermédiaire de dispersion, suivie de la gélification du sol d'acide silicique, produit une mousse dont le milieu de dispersion est un solide, qui remplit le rôle de colmatage de la couche à haute perméabilité et de contrôle du profil.
En utilisant des tensioactifs sulfonates comme agents moussants et des composés polymères comme épaississants et stabilisateurs de mousse, puis en injectant du gaz ou des substances gazogènes, une mousse aqueuse est générée au sol ou dans la formation. Cette mousse est tensioactive dans la couche de pétrole. Une grande quantité de l'agent se déplace vers l'interface pétrole-eau, provoquant la destruction de la mousse, évitant ainsi l'obstruction de la couche de pétrole. C'est un agent sélectif et bloquant l'eau des puits de pétrole.
L'agent de blocage d'eau pour ciment à base d'huile est une suspension de ciment dans l'huile. La surface du ciment est hydrophile. Lorsqu'elle pénètre dans la couche productrice d'eau, l'eau déplace l'interaction entre le puits de pétrole et le ciment à la surface du ciment, provoquant la solidification du ciment et le blocage de la couche productrice d'eau. Afin d'améliorer la fluidité de cet agent de blocage, des tensioactifs carboxylates et sulfonates sont généralement ajoutés.
L'agent hydrofuge micellaire soluble dans l'eau est une solution micellaire principalement composée de sulfonate d'ammonium de pétrole, d'hydrocarbures et d'alcools. Sa composition contient une forte teneur en eau salée et devient visqueuse pour obtenir un effet hydrofuge.
L'agent de blocage d'eau en solution tensioactive cationique à base d'eau ou d'huile est à base d'agents actifs de type carboxylate d'alkyle et chlorure d'ammonium d'alkyle et convient uniquement aux formations de grès.
L'agent hydrofuge actif pour pétrole lourd est une sorte de pétrole lourd dissous dans un émulsifiant eau-dans-huile. Après déshydratation de la formation, il produit une émulsion eau-dans-huile très visqueuse pour bloquer l'eau.
L'agent de blocage d'eau huile dans eau est préparé en émulsifiant de l'huile lourde dans l'eau à l'aide d'un tensioactif cationique comme émulsifiant huile dans eau.
7. Utiliser des tensioactifs pour les mesures de contrôle du sable
Avant les opérations de désensablement, une certaine quantité d'eau activée préparée avec des tensioactifs doit être injectée comme pré-fluide pour pré-nettoyer la formation et améliorer l'effet de désensablement. Actuellement, les tensioactifs les plus couramment utilisés sont les tensioactifs anioniques.
8. Tensioactif pour la déshydratation du pétrole brut
Lors des étapes primaires et secondaires de récupération du pétrole, des désémulsifiants eau dans huile sont souvent utilisés pour le pétrole brut extrait. Trois générations de produits ont été développées. La première génération comprend les carboxylates, les sulfates et les sulfonates. La deuxième génération comprend les tensioactifs non ioniques de faible poids moléculaire tels que l'OP, le Pingpingjia et l'huile de ricin sulfonée. La troisième génération est constituée de tensioactifs non ioniques polymères.
Aux stades ultérieurs de la récupération secondaire et tertiaire du pétrole, le pétrole brut produit se présente principalement sous forme d'émulsion huile-dans-eau. Quatre types de désémulsifiants sont utilisés, tels que le chlorure de tétradécyltriméthyloxyammonium et le chlorure de didécyldiméthylammonium. Ils peuvent réagir avec les émulsifiants anioniques pour modifier leur équilibre hydrophile en huile, ou s'adsorber à la surface des particules d'argile mouillées par l'eau, modifiant ainsi leur mouillabilité et détruisant les émulsions huile-dans-eau. De plus, certains tensioactifs anioniques et non ioniques liposolubles, utilisables comme émulsifiants eau-dans-huile, peuvent également servir de désémulsifiants pour les émulsions huile-dans-eau.
- Tensioactifs pour le traitement de l'eau
Une fois le fluide de production du puits de pétrole séparé du pétrole brut, l'eau produite doit être traitée pour répondre aux exigences de réinjection. Le traitement de l'eau a six objectifs : l'inhibition de la corrosion, la prévention de l'entartrage, la stérilisation, l'élimination de l'oxygène, l'élimination du pétrole et l'élimination des matières solides en suspension. Il est donc nécessaire d'utiliser des inhibiteurs de corrosion, des agents antitartre, des bactéricides, des désoxygénants, des dégraissants et des floculants, etc. Les aspects suivants concernent les tensioactifs industriels :
Les tensioactifs industriels utilisés comme inhibiteurs de corrosion comprennent les sels d'acide alkylsulfonique, d'acide alkylbenzènesulfonique, d'acide perfluoroalkylsulfonique, de sels d'alkylamine linéaire, de sels d'ammonium quaternaire et de sels d'alkylpyridine, les sels d'imidazoline et ses dérivés, les éthers d'alcool alkylique de polyoxyéthylène, l'alcool dialkylpropargylique de polyoxyéthylène, la colophane amine de polyoxyéthylène, la stéarylamine de polyoxyéthylène et les éthers d'alcool alkylique de polyoxyéthylène, l'alkylsulfonate, divers sels internes d'ammonium quaternaire, les sels internes de di(polyoxyéthylène)alkyle et leurs dérivés.
Les tensioactifs utilisés comme agents antisalissures comprennent les sels d'esters phosphoriques, les sels d'esters sulfatés, les acétates, les carboxylates et leurs composés polyoxyéthylénés. La stabilité thermique des sels d'esters sulfonés et carboxylés est nettement supérieure à celle des sels d'esters phosphoriques et sulfatés.
Les tensioactifs industriels utilisés dans les fongicides comprennent les sels d'alkylamine linéaire, les sels d'ammonium quaternaire, les sels d'alkylpyridinium, les sels d'imidazoline et ses dérivés, divers sels d'ammonium quaternaire, les sels d'alkyle di(polyoxy)vinyle et les sels internes de ses dérivés.
Les tensioactifs industriels utilisés dans les dégraissants sont principalement des tensioactifs à structures ramifiées et à groupes dithiocarboxylate de sodium.
10. Tensioactif pour l'injection d'huile chimique
La récupération primaire et secondaire du pétrole permet de récupérer 25 à 50 % du pétrole brut souterrain, mais une grande quantité reste encore sous terre et ne peut être récupérée. La récupération tertiaire du pétrole peut améliorer la récupération du pétrole brut. La récupération tertiaire du pétrole utilise principalement la méthode d'inondation chimique, qui consiste à ajouter des agents chimiques à l'eau injectée pour améliorer l'efficacité de l'inondation. Parmi les produits chimiques utilisés, on trouve des tensioactifs industriels. Voici une brève présentation :
La méthode d'injection chimique d'huile utilisant un tensioactif comme agent principal est appelée injection de tensioactifs. Les tensioactifs contribuent principalement à améliorer la récupération du pétrole en réduisant la tension interfaciale huile-eau et en augmentant le nombre de capillaires. La surface des formations gréseuses étant chargée négativement, les tensioactifs utilisés sont principalement anioniques, et la plupart sont des tensioactifs sulfonates. Cette méthode est obtenue en utilisant un agent de sulfonation (tel que le trioxyde de soufre) pour sulfoner des fractions pétrolières à forte teneur en hydrocarbures aromatiques, puis en les neutralisant avec un alcali. Ses spécifications : 50 % à 80 % de substance active, 5 % à 30 % d'huile minérale, 2 % à 20 % d'eau, 1 % à 6 % de sulfate de sodium. Le sulfonate de pétrole ne résiste ni à la température, ni au sel, ni aux ions métalliques coûteux. Les sulfonates synthétiques sont préparés à partir des hydrocarbures correspondants par des méthodes de synthèse appropriées. Parmi eux, l'α-oléfine sulfonate est particulièrement résistant au sel et aux ions métalliques à haute valence. D'autres tensioactifs anioniques et non ioniques, ainsi que des tensioactifs carboxylates, peuvent également être utilisés pour le déplacement d'huile. Ce déplacement nécessite deux types d'additifs : un cotensioactif, tel que l'isobutanol, l'éther butylique de diéthylène glycol, l'urée, le sulfolane, l'alcénylène benzène sulfonate, etc., et un diélectrique, notamment des sels acides et alcalins, principalement des sels, qui peuvent réduire l'hydrophilie du tensioactif et augmenter sa lipophilie, ainsi que modifier l'équilibre hydrophile-lipophile de l'agent actif. Afin de réduire les pertes de tensioactif et d'améliorer les performances économiques, l'injection de tensioactifs utilise également des produits chimiques appelés agents sacrificiels. Parmi les substances pouvant être utilisées comme agents sacrificiels figurent les substances alcalines, les acides polycarboxyliques et leurs sels. Les oligomères et les polymères peuvent également être utilisés comme agents sacrificiels. Les lignosulfonates et leurs modifications sont des agents sacrificiels.
La méthode de déplacement d'huile utilisant deux ou plusieurs agents chimiques principaux de déplacement d'huile est appelée inondation composite. Cette méthode, associée aux tensioactifs, comprend : l'inondation par tensioactif épaissi et polymère ; l'inondation par tensioactif renforcé par un alcali avec un alcali + tensioactif ou l'inondation par un alcalin renforcé par un tensioactif ; l'inondation composite à base d'éléments avec un alcali + tensioactif + polymère. L'inondation composite présente généralement des taux de récupération plus élevés qu'une simple injection. Selon l'analyse actuelle des tendances de développement nationales et internationales, l'inondation par composé ternaire présente des avantages supérieurs à l'inondation par composé binaire. Les tensioactifs utilisés dans l'inondation composite ternaire sont principalement des sulfonates de pétrole, généralement utilisés en association avec de l'acide sulfurique, de l'acide phosphorique et des carboxylates d'éthers d'alcools alkyliques polyoxyéthylénés, ainsi que des sels de sodium d'alkylsulfonates d'alcools alkyliques polyoxyéthylénés, etc., afin d'améliorer sa tolérance au sel. Récemment, tant au niveau national qu'international, la recherche et l'utilisation de biosurfactants, tels que le rhamnolipide, le bouillon de fermentation de sophorolipides, ainsi que les carboxylates mixtes naturels et la lignine alcaline, sous-produit de la fabrication du papier, ont été particulièrement importantes. Ces recherches ont obtenu d'excellents résultats lors d'essais sur le terrain et en intérieur. L'effet de déplacement d'huile est excellent.
Date de publication : 26 décembre 2023