Optimisation des formulations EOR (Enhanced Oil Recovery) chimique pour les réservoirs pétroliers fissurés.

Optimization of the chemical EOR (Enhanced Oil Recovery) formulations for the fractured petroleum reservoirs.

• Auteur / Autrice : Mohammed Abdelfetah Ghriga
• Direction : Bruno Grassl
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie des Matériaux
• Date : Soutenance le 30/06/2020
• Etablissement(s) : Pau en cotutelle avec Université M'hamed Bougara de Boumerdès (Algérie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les matériaux (Pau) - Institut Pluridisciplinaire de Recherche sur l'Environnement et les Matériaux / IPREM
• Jury : Président / Présidente : Kamel Daoud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Kamel Daoud, Amane Jada, Julien Gigault
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Amane Jada, Julien Gigault

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gélification

Polyéthylénimine éthoxylate

Polyacrylamide

Mots clés libres

Polyacrylamide partiellement hydrolysé

Polyethylenimine

Gélification thermique

Temps de gélification

La méthode des surfaces de réponses

Mécanismes de réticulation

التشابك

البولي-أكريلاميد المهدرج جزئياً

البولي-يثيلين-أمين

التشكل الحراري

، وقت تشكل جيل

منهجية أسطح الاستجابة

آليات

Partially hydrolyzed polyacrylamide

Polyethylenimine

Thermal gelation

Gelation time

Response surface methodology

Crosslinking mechanisms

Résumé

Les réservoirs fracturés naturellement occupent la première place dans les réserves mondiales et forment une classe très particulière des réservoirs d'hydrocarbures. Leur étude est très spécifique et complexe à cause de l’existence de la porosité et de la perméabilité secondaires caractéristiques des réseaux de fractures. Les fluides s'écoulent essentiellement à travers un réseau de fractures tandis que la grande quantité de pétrole est emmagasinée par la matrice rocheuse, ce qui rend la production de pétrole à partir de ces réservoirs difficile et un grand défi pour les ingénieurs pétroliers. Lors de la récupération secondaire ou tertiaire dans les réservoirs fortement fracturés, l'injection de fluides de faible viscosité, tels que le gaz ou l'eau, conduit généralement à des percées précoces de fluides (canalisation de fluide ou channeling) dans les puits de production, entraînant ainsi une mauvaise efficacité, à l’échelle microscopique et macroscopique, de la récupération de pétrole. Le challenge pour les opérations de la récupération chimique améliorée du pétrole (cEOR) dans les réservoirs fracturés, c’est d'empêcher ce phénomène de canalisation des fluides « channeling », afin que les fluides injectés puissent entrer, se mettre en contact et déplacer l'huile piégée dans la matrice. Ces opérations sont connues sous le nom de « contrôle de conformance ». Dans un réservoir fracturé, la conformance peut être améliorée en réduisant la perméabilité secondaire des fractures par l’utilisation des systèmes de gels, de la mousse ou de la croissance microbienne. L’objectif de cette thèse est d'étudier la gélification d'un système de gel polymère formé par les polyacrylamides partiellement hydrolysés (PAPHs) et les polyethylenimines (PEIs). Pour des réactifs bien caractérisés, le temps de gélification, la force du gel et la stabilité thermique du gel sont étudiés en fonction des principaux paramètres physico-chimiques du système (PAPH/PEI). La méthode des surfaces de réponses (MSR) est utilisée pour développer un modèle mathématique qui permet la prédiction du temps de gélification des systèmes (PAPH/PEI) dans l’intervalle de températures compris entre 70 et 90 °C. Les mécanismes de réticulation, du PHPA avec de la PEI, sont ensuite étudiés et quantifiés à l'aide des techniques avancées.

الخزانات الهيدروكربونية. تعتبر دراسة هذه الخزانات خاصة ومعقدة للغاية بسبب المسامية والنفاذية الثانويتين لشبكة الكسور. تتدفق السوائل بشكل أساسي عبر شبكة الكسور بينما الكمية الكبيرة من النفط تكون مخزنة في المصفوفة الصخرية، مما يجعل إنتاج النفط من هذه الخزانات تحديا كبيرا لمهندسي البترول. أثناء الاستخراج الثانوي أو العالي في الخزانات المتصدعة بشدة، عادةً ما يؤدي حقن السوائل المنخفضة اللزوجة، مثل الغاز أو الماء، إلى الاختراق المبكر لهذه السوائل لآبار الإنتاج مما يؤدي إلى ضعف مردودية استرجاع النفط المجهرية والعيانية. يتمثل التحدي الرئيسي، أثناء العمليات الكيميائية للاستخلاص المعزز للنفط في الخزانات المتصدعة، في منع ظاهرة الاختراق المبكر بحيث تتمكن السوائل المحقونة من الدخول، الاتصال وتحريك النفط المحتجز في المصفوفة. تُعرف هذه العمليات باسم التحكم في التوافق، ويمكن تحسين التوافق في خزان متصدع عن طريق تقليل نفاذية الكسور من خلال المواد الهلامية (الجل)، الرغوة أو التكاثر الميكروبي. هدف هذه الأطروحة هو دراسة التشكل الحراري لمادة هلامية (جل بقاعدة البوليمرات) المتشكلة من البولي-أكريلاميد المهدرج جزئياً والبولي-يثيلين-أمين. يتم فحص وقت التشكل، وقوة الجل، والثبات الحراري للجل، للمتفاعلات الموصوفة جيدا، اعتمادا على العوامل الفيزوكيميائية الرئيسية. تُستخدم منهجية أسطح الاستجابة لتطوير نموذج رياضي يسمح بالتنبؤ بوقت تشكل جيل أنظمة البولي-أكريلاميد المهدرج جزئياً والبولي-يثيلين-أمين في نطاق درجات الحرارة بين 70 إلى 90 درجة مئوية. يتم الفحص والتحديد الكمي لآليات التشابك بين البولي-أكريلاميد المهدرج جزئياً والبولي-يثيلين-أمين باستخدام التقنيات المتقدمة.

Naturally fractured reservoirs occupy the first places in the world's reserves and form a very special class of hydrocarbons reservoirs. Their study is very specific and complex due to the secondary porosity and permeability of the fractures network. Fluids flow essentially through the fracture network while the large amount of oil is stored by the rock matrix, making the oil production from these reservoirs a great challenge for petroleum engineers. During secondary or tertiary recovery in severely fractured reservoirs, the injection of low viscosity fluids, such as gas or water, leads usually to early breakthrough of these fluids (fluid channeling) into the production wells causing thereby a poor microscopic and macroscopic oil recovery efficiency. The main challenge in chemical enhanced oil recovery (cEOR) operations in fractured reservoirs is to prevent this fluid channeling phenomenon, so that the injected fluids can enter, get in touch and move the oil trapped in the matrix. These operations are known as conformance control and an improved conformance in a fractured reservoir can be achieved by reducing the fractures permeability through gel systems, foam systems or a microbial growth. The purpose of this thesis is to study the thermal gelation of a polymer gel system formed by partially hydrolyzed polyacrylamides (PHPAs) and polyethylenimines (PEIs). The gelation time, gel strength and gel thermal stability, of well characterized reactants, are investigated as function of the main physico-chemical parameters. The response surface methodology (RSM) is employed to develop a mathematical model that allows the prediction of the gelation time of PHPA/PEI systems in the temperature range between 70 to 90 °C. The crosslinking mechanisms of PHPA and PEI are then investigated and quantified using advanced techniques.