Application detensioactifsdans la production pétrolière
1. Tensioactifs utilisés pour l'extraction du pétrole lourd
En raison de sa viscosité élevée et de sa faible fluidité, l'extraction des pétroles lourds présente de nombreuses difficultés. Pour les extraire, il est parfois nécessaire d'injecter une solution aqueuse de tensioactif dans le puits afin de les transformer en une émulsion huile-dans-eau de faible viscosité et de les remonter à la surface. Parmi les tensioactifs utilisés pour l'émulsification et la réduction de la viscosité des pétroles lourds, on trouve notamment l'alkylsulfonate de sodium, l'éther alkylique de polyoxyéthylène, l'éther alkylphénolique de polyoxyéthylène, la polyamine polyoxypropylène polyoxyéthylène, le sulfate de sodium d'éther alkylique vinylique de polyoxyéthylène, etc. L'émulsion huile-dans-eau ainsi obtenue doit être déshydratée par séparation de l'eau à l'aide de tensioactifs industriels. Ces désémulsifiants sont des émulsifiants eau-dans-huile. On utilise couramment des tensioactifs cationiques, des acides naphténiques, des acides asphaltoniques et leurs sels métalliques multivalents.
Les pétroles lourds spéciaux ne peuvent être extraits par des unités de pompage conventionnelles et nécessitent une injection de vapeur pour la récupération thermique. Afin d'améliorer l'efficacité de cette récupération, l'utilisation de tensioactifs est nécessaire. 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 d'un gaz incondensable, est une méthode de modulation couramment employée.
Les agents moussants couramment utilisés sont les alkylbenzènesulfonates, les α-oléfinesulfonates, les sulfonates de pétrole, les éthers d'alcool alkylique de polyoxyéthylène sulfohydrocarbylés et les éthers d'alkylphénol de polyoxyéthylène sulfohydrocarbylés, etc. Grâce à leur forte activité de surface et à leur stabilité aux acides, aux bases, à l'oxygène, à la chaleur et aux huiles, les tensioactifs fluorés sont des agents moussants idéaux pour les hautes températures. Afin de faciliter le passage de l'huile dispersée à travers la structure poreuse de la formation, ou de faciliter l'élimination de l'huile présente en surface, il est nécessaire d'utiliser un tensioactif appelé agent de diffusion de film. L'agent de surface polymère à base de résine phénolique oxyalkylée est couramment utilisé.
- Tensioactifs pour l'extraction de pétrole brut cireux
L'exploitation du pétrole brut paraffinique nécessite une prévention et un élimination fréquents des paraffines. Les tensioactifs agissent comme inhibiteurs et agents d'élimination des paraffines. On distingue les tensioactifs liposolubles et hydrosolubles. Les premiers agissent en modifiant les propriétés de la surface des cristaux de paraffine. Les sulfonates de pétrole et les amines sont des tensioactifs liposolubles couramment utilisés. Les tensioactifs hydrosolubles agissent en modifiant les propriétés des surfaces paraffinées (comme les conduites de pétrole, les tiges de pompage et les surfaces des équipements). Parmi les tensioactifs disponibles, on trouve les alkylsulfonates de sodium, les sels d'ammonium quaternaire, les éthers polyoxyéthyléniques d'alcanes, les éthers polyoxyéthyléniques d'hydrocarbures aromatiques et leurs sulfonates de sodium, etc. Les tensioactifs utilisés pour l'élimination des paraffines se divisent également en deux catégories. Les tensioactifs liposolubles sont utilisés dans les dissolvants de cire à base d'huile, et les tensioactifs hydrosolubles de type sulfonate, sel d'ammonium quaternaire, polyéther, Tween, OP, sulfate ou sulfoalkylé plat et OP.tensioactifLes dissolvants de cire à base d'eau contiennent souvent des hydrocarbures aromatiques. Ces dernières années, des dissolvants de cire nationaux et étrangers ont été combinés, notamment des dissolvants à base d'huile et des dissolvants à base d'eau, pour produire des dissolvants hybrides. Ces dissolvants utilisent des hydrocarbures aromatiques et des mélanges d'hydrocarbures aromatiques comme phase huileuse, et un émulsifiant ayant un effet décirant comme phase aqueuse. Lorsque l'émulsifiant choisi est un tensioactif non ionique présentant un point de trouble approprié, la température en dessous de la zone de formation de cire du puits d'huile peut atteindre ou dépasser ce point de trouble. Ainsi, l'émulsifiant est rompu avant d'atteindre la zone de formation de cire, et les deux agents décirants sont séparés, agissant simultanément pour décirer le produit.
3. tensioactifsutilisé pour stabiliser l'argile
La stabilisation de l'argile se divise en deux aspects : la prévention du gonflement et la prévention de la migration des particules minérales. 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 non ioniques-cationiques fluorés sont disponibles pour prévenir la migration des particules minérales.
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 le milieu peut être utilisé comme agent retardateur d'acidification. On peut citer, par exemple, le chlorhydrate d'amine grasse, le sel d'ammonium quaternaire, le sel de pyridine parmi les tensioactifs cationiques, ainsi que les polyoxyéthylènes sulfonés, carboxyméthylés, à base d'ester de phosphate ou d'ester de sulfate parmi les tensioactifs amphotères, à base d'éther phénolique, etc. Certains tensioactifs, tels que l'acide dodécylsulfonique et ses sels d'alkylamine, peuvent émulsionner le liquide acide dans l'huile pour former une émulsion acide-dans-huile. Cette émulsion peut être utilisée comme solution industrielle acidifiée et joue également un rôle de retardateur d'acidification.
Certains tensioactifs peuvent être utilisés comme anti-émulsifiants pour acidifier les liquides. Les tensioactifs à structure ramifiée, tels que l'éther de propylène glycol de polyoxyéthylène polyoxypropylène et l'hexaamine de pentaéthylène polyoxypropylène, peuvent être utilisés comme anti-émulsifiants acidifiants.
Certains tensioactifs peuvent être utilisés comme agents de drainage en milieu acide. Parmi les tensioactifs utilisables à cette fin, on trouve les sels d'amine, les sels d'ammonium quaternaire, les sels de pyridinium, les tensioactifs non ioniques, amphotères et fluorés.
Certains tensioactifs peuvent être utilisés comme agents acidifiants anti-boues, tels que les tensioactifs liposolubles, comme les alkylphénols, les acides gras, les acides alkylbenzènesulfoniques, les sels d'ammonium quaternaire, etc. Du fait de leur faible solubilité dans l'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 de mouillage doit être ajouté à la solution acide pour rendre la zone proche du puits lipophile et hydrophile. Des mélanges d'éthers d'alcool alkylique de polyoxyéthylène-polyoxypropylène et d'éthers d'alcool alkylique de polyoxyéthylène-polyoxypropylène salés au phosphate s'adsorbent pour former une troisième couche d'adsorption, qui joue un rôle dans le mouillage et l'inversion de mouillage.
De plus, certains tensioactifs, tels que le chlorhydrate d'amine grasse, le sel d'ammonium quaternaire ou le tensioactif non ionique-anionique, sont utilisés comme agents moussants pour la fabrication de fluides de travail acides moussants. Ces fluides permettent de ralentir la corrosion et d'obtenir une acidification en profondeur. On peut également fabriquer des mousses à partir de ces agents, qui servent ensuite de préfluide d'acidification. Après injection dans la formation, la solution acide est injectée. L'effet Jamin, produit par les bulles présentes dans la mousse, permet de dévier le liquide acide, le forçant à dissoudre principalement la couche peu perméable et améliorant ainsi l'efficacité de l'acidification.
5. Agents tensioactifs utilisés dans les mesures de fracturation
Les techniques de fracturation hydraulique sont fréquemment utilisées dans les gisements pétroliers à faible perméabilité. Elles consistent à exercer une pression pour ouvrir la formation et créer des fractures, puis à utiliser un agent de soutènement pour consolider ces fractures, réduisant ainsi la résistance à l'écoulement des fluides et permettant d'accroître la production. Certains fluides de fracturation contiennent des tensioactifs.
Les fluides de fracturation huile-dans-eau sont formulés à partir d'eau, d'huile et d'émulsifiants. Parmi ces émulsifiants, on trouve des tensioactifs ioniques, non ioniques et amphotères. En utilisant de l'eau épaissie comme phase externe et de l'huile comme phase interne, on obtient un fluide de fracturation huile-dans-eau épaissi (émulsion polymère). Ce fluide peut être utilisé à des températures inférieures à 160 °C et permet la rupture automatique des émulsions et le drainage des fluides.
Le fluide de fracturation moussant est un fluide de fracturation utilisant l'eau comme milieu de dispersion et un gaz comme phase dispersée. Ses principaux composants sont l'eau, le gaz et un agent moussant. Les alkylsulfonates, les alkylbenzènesulfonates, les esters d'alkylsulfate, les sels d'ammonium quaternaire et les tensioactifs organophosphorés 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 du volume de la phase gazeuse au 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. L'huile la plus couramment utilisée sur site est le pétrole brut ou sa fraction lourde. Afin d'améliorer sa viscosité et ses propriétés thermiques, il est nécessaire d'y ajouter du sulfonate de pétrole soluble dans l'huile (masse moléculaire 300-750). 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, cationiques et non ioniques solubles dans l'huile, tandis que les stabilisateurs de mousse utilisés dans les seconds sont des tensioactifs polymères fluorés.
Le fluide de fracturation pour formations sensibles à l'eau utilise un mélange d'alcool (comme l'éthylène glycol) et d'huile (comme le kérosène) comme milieu de dispersion, du dioxyde de carbone liquide comme phase dispersée et un éther d'alcool alkylique de polyoxyéthylène salé au sulfate comme émulsifiant. Il peut également s'agir d'une émulsion ou d'une mousse formulée avec un agent moussant pour fracturer ces formations.
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 employé dans les formations carbonatées, et les deux opérations sont réalisées simultanément. Parmi les tensioactifs, on trouve la mousse acide et l'émulsion acide. La première utilise un alkylsulfonate ou un alkylbenzènesulfonate comme agent moussant, tandis que la seconde utilise un tensioactif sulfonate comme émulsifiant. À l'instar des fluides acidifiants, les fluides de fracturation utilisent également des tensioactifs comme anti-émulsifiants, agents de drainage et agents d'inversion de mouillage ; ces aspects 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 limiter l'augmentation de la teneur en eau du pétrole brut, il est nécessaire d'ajuster le profil d'absorption d'eau dans les puits d'injection et d'accroître la production en bloquant l'eau dans les 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 du gel HPC/SDS est composé d'hydroxypropylcellulose (HPC) et de dodécylsulfate de sodium (SDS) dans de l'eau douce.
On dissout respectivement du sulfonate d'alkyle de sodium et du chlorure d'alkyltriméthylammonium dans l'eau pour préparer deux solutions de travail, qui sont injectées successivement dans la formation. Ces deux solutions réagissent entre elles au sein de 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'alkylaryle, 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 de dioxyde de carbone liquide, formant ainsi de la mousse dans la formation (principalement la couche à haute perméabilité), ce qui crée un blocage et joue un rôle dans le contrôle du profil.
L'utilisation d'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, suivie de l'injection d'un gaz incondensable (gaz naturel ou chlore), permet de générer initialement une phase liquide dans la formation. La mousse présente dans la couche intermédiaire de dispersion, puis la gélification du sol d'acide silicique, produisent une mousse dont le milieu de dispersion est solide. Cette mousse assure le colmatage de la couche à haute perméabilité et le contrôle du profil.
L'utilisation de tensioactifs sulfonates comme agents moussants et de composés polymères comme stabilisateurs de mousse épaississants, suivie de l'injection de gaz ou de substances génératrices de gaz, permet de générer une mousse aqueuse en surface ou dans la formation. Cette mousse est tensioactive au contact de la couche d'huile. Une grande quantité de l'agent migre vers l'interface huile-eau, provoquant la destruction de la mousse et empêchant ainsi l'obstruction de la couche d'huile. Il s'agit d'un agent sélectif contre l'eau dans les puits de pétrole.
L'agent de colmatage à base de ciment d'huile est une suspension de ciment dans l'huile. La surface du ciment est hydrophile. Lorsqu'il pénètre dans la couche aquifère, l'eau déplace l'interaction entre le puits de pétrole et le ciment à la surface de ce dernier, provoquant sa solidification et le colmatage de la couche aquifère. Afin d'améliorer la fluidité de cet agent de colmatage, des tensioactifs carboxylates et sulfonates sont généralement ajoutés.
L'agent hydrofuge micellaire liquide soluble à base d'eau est une solution micellaire principalement composée de sulfonate d'ammonium de pétrole, d'hydrocarbures et d'alcools. Sa forte concentration en eau salée lors de sa formation lui confère une viscosité lui permettant d'obtenir un effet hydrofuge.
L'agent de blocage de l'eau en solution tensioactive cationique à base d'eau ou d'huile est basé sur des agents actifs de type alkylcarboxylate et sel de chlorure d'alkylammonium et ne convient qu'aux formations de grès.
L'agent hydrofuge actif pour huiles lourdes est une huile lourde dissoute dans un émulsifiant eau-dans-huile. Après déshydratation, il forme une émulsion eau-dans-huile très visqueuse qui empêche la pénétration de l'eau.
L'agent anti-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 contrôle du sable, il est nécessaire d'injecter une certaine quantité d'eau activée, préparée avec des tensioactifs, comme pré-fluide afin de nettoyer préalablement la formation et d'améliorer l'efficacité du contrôle du sable. Actuellement, les tensioactifs les plus couramment utilisés sont des tensioactifs anioniques.
8. Tensioactif pour la déshydratation du pétrole brut
Lors des phases de récupération primaire et secondaire du pétrole, des désémulsifiants eau-dans-huile sont fréquemment 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 est constituée de tensioactifs non ioniques de faible masse moléculaire, tels que l'OP, le Pingpingjia et l'huile de ricin sulfonée. La troisième génération est composée de tensioactifs non ioniques polymères.
Lors des phases ultérieures de récupération secondaire et tertiaire du pétrole, le pétrole brut produit se présente majoritairement sous forme d'émulsion huile-dans-eau. Quatre types de désémulsifiants sont utilisés, tels que le chlorure de tétradécyltriméthyloxyammonium et le chlorure de didécyldiméthylammonium. Ces agents peuvent réagir avec les émulsifiants anioniques pour modifier leur équilibre hydrophile, ou s'adsorber à la surface des particules d'argile hydrophiles, modifiant ainsi leur mouillabilité et détruisant les émulsions huile-dans-eau. Par ailleurs, 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
Après la séparation du fluide de production du pétrole brut, l'eau produite doit être traitée pour répondre aux exigences de réinjection. Ce traitement poursuit six objectifs : l'inhibition de la corrosion, la prévention de l'entartrage, la stérilisation, la désoxygénation, l'élimination des hydrocarbures 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, entre autres. 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, les sels d'alkylamine linéaire, les sels d'ammonium quaternaire et les 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 esters de phosphate, les esters de sulfate, les acétates, les carboxylates et leurs composés polyoxyéthylénés. La stabilité thermique des esters de sulfonate et des carboxylates est nettement supérieure à celle des esters de phosphate et des esters de sulfate.
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 de di(polyoxy)vinyl)alkyle et les sels internes de ses dérivés.
Les tensioactifs industriels utilisés dans les dégraissants sont principalement des tensioactifs à structure ramifiée et à groupes dithiocarboxylate de sodium.
10. Tensioactif pour l'injection d'huile chimique
La récupération primaire et secondaire du pétrole permet de récupérer entre 25 % et 50 % du pétrole brut souterrain, mais une quantité importante demeure inexploitable. La récupération tertiaire permet d'améliorer ce taux. Elle repose principalement sur l'injection de produits chimiques, c'est-à-dire l'ajout d'agents chimiques à l'eau injectée afin d'en accroître l'efficacité. Parmi ces produits, on trouve notamment des tensioactifs industriels. En voici une brève présentation :
La méthode d'injection de pétrole par voie chimique 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 des tensioactifs anioniques, et plus particulièrement des tensioactifs sulfonates. Ces derniers sont obtenus en sulfonant des fractions pétrolières riches en hydrocarbures aromatiques à l'aide d'un agent de sulfonation (tel que le trioxyde de soufre), puis en les neutralisant avec une base. Leur composition est la suivante : substance active 50 % à 80 %, huile minérale 5 % à 30 %, eau 2 % à 20 %, sulfate de sodium 1 % à 6 %. Les sulfonates de pétrole sont sensibles à la température, aux sels et aux ions métalliques de valence élevée. Les sulfonates de synthèse sont préparés à partir d'hydrocarbures correspondants par des méthodes de synthèse spécifiques. Parmi eux, le sulfonate d'α-oléfine est particulièrement résistant aux sels et aux ions métalliques de valence élevée. D'autres tensioactifs anioniques et non ioniques, ainsi que des tensioactifs carboxylates, peuvent également être utilisés pour le déplacement du pétrole. Ce procédé requiert deux types d'additifs : des co-tensioactifs, tels que l'isobutanol, l'éther butylique de diéthylène glycol, l'urée, le sulfolane, le sulfonate d'alcénylène benzène, etc., et des diélectriques, notamment des sels acides et alcalins, principalement des sels, capables de réduire l'hydrophilie du tensioactif et d'augmenter sa lipophilie, modifiant ainsi l'équilibre hydrophile-lipophile de l'agent actif. Afin de limiter les pertes de tensioactif et d'améliorer la rentabilité, l'injection de tensioactifs fait également appel à des agents sacrificiels. Parmi ces agents figurent des substances alcalines, des acides polycarboxyliques et leurs sels, ainsi que des oligomères et des polymères. Les lignosulfonates et leurs dérivés constituent également des agents sacrificiels.
La méthode de déplacement du pétrole utilisant deux agents chimiques principaux ou plus est appelée injection composite. Cette méthode, qui fait appel à des tensioactifs, comprend : l’injection de tensioactifs épaissis par des polymères ; l’injection alcaline renforcée par tensioactifs (alcali + tensioactif ou alcalin renforcé par tensioactif) ; et l’injection composite à base d’éléments (alcali + tensioactif + polymère). L’injection composite présente généralement des taux de récupération supérieurs à ceux des méthodes d’injection simples. Selon l’analyse actuelle des tendances de développement en Chine et à l’étranger, l’injection de composés ternaires offre de meilleurs avantages que l’injection de composés binaires. Les tensioactifs utilisés dans l’injection de composés ternaires sont principalement des sulfonates de pétrole, souvent associés à de l’acide sulfurique, de l’acide phosphorique, des carboxylates d’éthers d’alkylalcool polyoxyéthylénés et des sels de sodium de sulfonate d’alkylalcool polyoxyéthyléné, etc., afin d’améliorer leur tolérance au sel. Récemment, tant au niveau national qu'international, une grande importance a été accordée à la recherche et à l'utilisation de biosurfactants, tels que les rhamnolipides, les bouillons de fermentation de sophorolipides, etc., ainsi que les carboxylates mixtes naturels et la lignine alcaline, un sous-produit de la fabrication du papier, etc., et des résultats significatifs ont été obtenus lors d'essais en laboratoire et sur le terrain, démontrant un bon effet de déplacement des huiles.
Date de publication : 26 décembre 2023