1. Agents tensioactifs pour les mesures de fracturation
Les techniques de fracturation hydraulique sont fréquemment utilisées dans les gisements pétroliers à faible perméabilité. Elles consistent à fracturer la formation sous pression, créant ainsi des fissures, puis à les consolider à l'aide d'agents de soutènement afin de réduire la résistance à l'écoulement des fluides, permettant ainsi d'accroître la production et l'injection. Certains fluides de fracturation contiennent des tensioactifs parmi leurs composants.
Les fluides de fracturation huile-dans-eau sont formulés à partir d'eau, d'huile et d'émulsifiants. Parmi ces émulsifiants figurent 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 type de fluide peut être utilisé à des températures inférieures à 160 °C et se désémulsionne et s'évacue automatiquement.
Les fluides de fracturation à mousse sont composés d'eau comme milieu de dispersion et de gaz comme phase dispersée. Leurs principaux composants sont l'eau, le gaz et des agents moussants. Les alkylsulfonates, les alkylbenzènesulfonates, les esters d'alkylsulfate, les sels d'ammonium quaternaire et les tensioactifs de type OP peuvent tous être utilisés comme agents moussants. La concentration des agents moussants dans l'eau est généralement de 0,5 à 2 %, et le rapport du volume de la phase gazeuse au volume de mousse varie de 0,5 à 0,9.
Les fluides de fracturation à base d'huile sont formulés en utilisant l'huile comme solvant ou milieu de dispersion. Les huiles les plus couramment utilisées sont le pétrole brut ou ses fractions lourdes. Pour améliorer leur comportement en fonction de la température et de la viscosité, il est nécessaire d'y ajouter des sulfonates de pétrole solubles dans l'huile (de masse moléculaire comprise 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 premiers utilisent des tensioactifs anioniques, cationiques et non ioniques solubles dans l'huile comme émulsifiants, tandis que les seconds utilisent des tensioactifs polymères fluorés comme stabilisants de mousse.
Les fluides de fracturation pour les formations sensibles à l'eau sont des émulsions ou des mousses formulées à partir d'un mélange d'alcools (comme l'éthylène glycol) et d'huiles (comme le kérosène) comme milieu de dispersion, de dioxyde de carbone liquide comme phase dispersée et d'éthers d'alcool alkylique de polyoxyéthylène estérifiés au sulfate comme émulsifiants ou agents moussants, utilisés pour la fracturation des formations sensibles à l'eau.
Les fluides de fracturation utilisés pour l'acidification des fractures servent à la fois de fluides de fracturation et de fluides d'acidification. Ils sont employés dans les formations carbonatées où les deux opérations sont réalisées simultanément. Parmi les produits contenant des tensioactifs, on trouve les mousses acides et les émulsions acides ; les premières utilisent des alkylsulfonates ou des alkylbenzènesulfonates comme agents moussants, tandis que les secondes utilisent des tensioactifs de type sulfonate comme émulsifiants.
Tout comme les fluides acidifiants, les fluides de fracturation utilisent également des tensioactifs comme désémulsifiants, additifs de nettoyage et modificateurs de mouillabilité, qui ne seront pas détaillés ici.
2. Agents tensioactifs pour le contrôle du profil et les mesures de colmatage à l'eau
Pour améliorer l'efficacité de l'injection d'eau et 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 de mettre en œuvre des mesures de colmatage dans les puits de production afin d'accroître la production. Certaines de ces méthodes de contrôle de profil et de colmatage utilisent des tensioactifs. L'agent de contrôle de profil HPC/SDS, un gel, est préparé en mélangeant de l'hydroxypropylcellulose (HPC) et du dodécylsulfate de sodium (SDS) dans de l'eau douce. Le sulfonate d'alkyle de sodium et le chlorure d'alkyltriméthylammonium sont dissous dans l'eau pour préparer deux fluides de travail, qui sont injectés successivement dans la formation. Au contact de ces deux fluides, des précipités d'alkylsulfite d'alkyltriméthylamine se forment, bloquant ainsi les couches à haute perméabilité. Le polyoxyéthylène alkylphénol éther, l'alkyl aryl sulfonate, etc., peuvent être utilisés comme agents moussants. Dissous dans l'eau, ils préparent un fluide de travail qui est ensuite injecté alternativement dans la formation avec du dioxyde de carbone liquide. Ce procédé génère de la mousse dans la formation (principalement dans les couches à haute perméabilité), provoquant des obstructions et permettant le contrôle du profil de production. Un tensioactif de type sel d'ammonium quaternaire, utilisé comme agent moussant, est dissous dans un sol d'acide silicique préparé à partir de sulfate d'ammonium et de silicate de sodium, puis injecté dans la formation. L'injection est suivie de celle d'un gaz incondensable (gaz naturel ou chlore gazeux). Dans un premier temps, une mousse se forme, le milieu de dispersion étant liquide dans la formation. Ensuite, le sol d'acide silicique gélifie, donnant naissance à une mousse dont le milieu de dispersion est solide. Cette mousse bloque les couches à haute perméabilité et permet le contrôle du profil de production. L'utilisation de tensioactifs de type sulfonate comme agents moussants et de composés à haut poids moléculaire comme agents épaississants et stabilisateurs de mousse, suivie de l'injection de gaz ou de substances génératrices de gaz, permet de générer une mousse aqueuse en surface ou dans la formation. Dans la couche d'huile, une grande quantité de tensioactif migre vers l'interface huile-eau, provoquant la destruction de la mousse. Ainsi, la mousse ne bloque pas la couche d'huile et constitue un agent de colmatage sélectif des puits de pétrole. L'agent de colmatage à base de ciment et 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'huile à la surface du ciment et réagit avec celui-ci, provoquant sa solidification et le colmatage de la couche aquifère. Pour améliorer la fluidité de cet agent de colmatage, des tensioactifs de type carboxylate et sulfonate sont généralement ajoutés. L'agent de colmatage fluide micellaire aqueux est une solution micellaire composée principalement de sulfonate d'ammonium et de pétrole, d'hydrocarbures, d'alcools, etc. Au contact d'une eau à forte salinité présente dans la formation, il devient visqueux et assure ainsi le colmatage. Les agents de colmatage à base de tensioactifs cationiques, aqueux ou huileux, composés principalement de tensioactifs alkylcarboxylates et de chlorures d'alkylammonium, conviennent uniquement aux formations gréseuses. L'agent de colmatage actif à base d'huile lourde est une huile lourde dissoute dans des émulsifiants eau-dans-huile. Au contact de l'eau présente dans la formation, il produit une émulsion eau-dans-huile à haute viscosité afin de colmater les infiltrations. L'agent de colmatage huile-dans-eau est préparé par émulsification d'huile lourde dans l'eau à l'aide de tensioactifs cationiques.
Date de publication : 8 janvier 2026