Evaluation d’un gel autodégradable à base d’huile pour applications pétrolières

Evaluation of an oil-based self-degradable gel for oil production applications

• Auteur / Autrice : Oscar Vernaez
• Direction : Bruno Grassl
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-chimie des polymères
• Date : Soutenance le 02/12/2015
• Etablissement(s) : Pau en cotutelle avec Universidad Simón Bolivar (Caracas)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères -- Détérioration

Polymères réticulés

Pétrole -- Puits

Rhéologie

Mots clés libres

Spectres de temps de relaxation

Dérivation chimique

Gel polymérique

Dégradation des polymères

Réticulation des polymères

Relaxation time spectrum

Chemical diversion

Polymer gel

Polymer degradation

Polymer crosslink

Résumé

Dans cette thèse, une solution de caoutchouc de styrène-butadiène (SBR) réticulé avec du peroxyde organique, a été transformé en un gel autodégradable par l’ajout d’hydropéroxyde comme agent de dégradation. La formulation a été caractérisée en rhéologie dynamique. Les spectres de temps de relaxation ont été calculés à partir des modules dynamiques de cisaillement, par une nouvelle méthode développée dans ces travaux présentée avec une revue complète de méthodes pour le calcul des spectres de relaxation à partir de données de rhéométrie de cisaillement. Des expériences in-situ et ex-situ ont été réalisées afin d’évaluer l’évolution de les réactions de réticulation et dégradation. Les changements de la structure du réseau polymérique sont mises en évidence dans les spectres de temps de relaxation. La cinétique de la dégradation de la solution de SBR a été étudiée dans des conditions anaérobies et caractérisée par diffusion de la lumière multi-angles couplée à la chromatographie d’exclusion stérique (SEC-MALS). En utilisant des équations de bilan de populations, nous avons pu calculer les constantes cinétiques de dégradation thermique et thermo-oxydative. Différentes formulations de ces gels auto-dégradables à base d’huile ont été évaluées en tant que potentiels agents de dérivation pour des opérations de traitement de puits. Le comportement rhéologique de ces gels a été mesuré en fonction du temps, pour vérifier la réticulation du polymère, la force de gel, et la dégradation ; ces variables peuvent être ajustées aux nécessités de l’opération de traitement en jouant sur la formulation. Des tests d’écoulement dans carotte simples ont été réalisés pour évaluer la résistance à la pression en fonction de la force du gel et de sa dégradation. Des tests d’écoulement dans carottes parallèles ont également été menés, afin d’évaluer l’efficacité de la dérivation et la restauration de mobilité.

In this work, a solution of peroxide crosslinked styrene-butadiene rubber (SBR) has been transformed to a self-degradable gel system by adding hydroperoxide as a degradation agent to the formulation. Dynamic rheometry was employed to calculate the relaxation time with a new method presented along with a full review of methods for calculation of the relaxation time spectrum from oscillatory rheometry. In-situ and ex-situ experiments were performed to evaluate the evolution of crosslinking and degradation reactions. Structural changes in the polymer network were visible within the relaxation time spectra. The degradation kinetics of styrene butadiene rubber (SBR) in solution was studied in anaerobic conditions and the characterization was performed by multiangle light scattering coupled to size exclusion chromatography (SEC-MALS). Using population balance equations, it was possible to calculate the kinetic constants for thermal and thermooxidative degradation. Different formulations of these oil-based self-degradable gels have been evaluated as possible diverting agents during oil wells operations. The time dependent rheological behavior of the gels was measured to verify polymer crosslinking, maximum gel strength and gel degradation, all of which can be adjusted by varying formulation depending on operation needs. Single core tests were performed to evaluate pressure resistance as a function of gel strength and gel degradation. Parallel cores tests were also carried out to validate diversion efficiency and mobility restoration.