Synthèse et étude de copolymères hydrosolubles, associatifs et échangeables pour la récupération assistée du pétrole

Synthesis and study of associative and exchangeable water-soluble copolymers for enhanced oil recovery

• Auteur / Autrice : Julien Crozzolo
• Direction : Renaud Nicolaÿ
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des Matériaux
• Date : Soutenance le 12/06/2020
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Chimie moléculaire, macromoléculaire, matériaux (Paris ; 2005-....)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Total (1924-1999)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie Moléculaire, Macromoléculaire, et Matériaux
• Jury : Président / Présidente : Michel Cloitre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Renaud Nicolaÿ, Michel Cloitre, Damien Quémener, Philippe Roger, Nadège Pantoustier, Stéphane Jouenne
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Damien Quémener, Philippe Roger

Mots clés

Mots clés libres

Polymères associatifs

Polymérisation radicalaire

Récupération assistée du pétrole

Imines

Chimie covalente dynamique

Rhéologie

Radical polymerization

Enhanced oil recovery

Imines

Associatives polymers

Rheology

Dynamic covalent chemistry

Résumé

Une des solutions utilisées pour la récupération assistée du pétrole est l’injection de polymères hydrosolubles capables d’améliorer les propriétés rhéologiques du fluide d’extraction et permettre ainsi un meilleur balayage à l’intérieur du puits. Les polymères actuellement employés ne conduisant pas à une récupération efficace, un nouveau système a été conçu et caractérisé, notamment avec l’objectif de développer des additifs, résistant mieux aux hauts taux de cisaillement induits par l’injection. Ce système repose sur l’utilisation de polymères complémentaires capables d’associations réversibles et d’échanges via la chimie des imines. Une étude thermodynamique de l’association amine-aldéhyde a d’abord permis de quantifier l’influence de différents paramètres sur cette dernière. L’étude rhéologique des polymères seuls en solution et des formulations de polymères complémentaires a permis de montrer l’efficacité de l’association par une large augmentation de viscosité des solutions ainsi que par la formation de gels à faibles concentrations. L’étude de l’influence de paramètres structuraux a permis de montrer que les propriétés rhéologiques des mélanges peuvent être modulées en variant la composition et la fonctionnalité des copolymères complémentaires. L’influence de paramètres d’intérêt pour l’application, tels le pH, la température et la force ionique, a également été étudiée. Enfin, des tests industriels ont été réalisés avec les polymères développés au cours de cette thèse, permettant une étude complète du système mis au point, de la synthèse des monomères jusqu’aux tests pour l’application visée.

One of the solutions for enhanced oil recovery is the use of aqueous formulations of polymers in order to improve the rheological properties of the extracting fluid and allow a better sweeping in the oil well. Because the polymers currently used do not allow for an efficient oil recovery, a new system was designed and studied with the aim to develop additives that could better withstand the very high shear rates induced by the injection. This system is based on the use of complementary polymers that can reversibly associate and exchange through imine chemistry. First, a thermodynamic study of the amine-aldehyde association allowed quantifying the influence of different parameters on the latter. Then, the rheological study of polymers alone in solution and of formulations of complementary polymers has shown the efficiency of the association trough a large increase in viscosity of the solutions, as well as by the formation of gels at low polymer concentration. The study of the influence of structural parameters has shown that the rheological properties of the formulation can be adjusted by playing on the polymer composition and functionality. The influence of parameters of interest for the application, such as pH, temperature and ionic strength, has also been studied. Finally, industrial tests have been performed with the polymers developed during this thesis, providing a comprehensive study of the system, from the synthesis of the monomers to application oriented tests.