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WO 2009/016280 PCT/FR2008/000894
MÉTHODE DE RÉCUPÉRATION D'HUILE OU DE BITUME PAR
INJECTION D'UN FLUIDE DE RÉCUPÉRATION ET D'UN AGENT
DE DIVERSION
La présente invention concerne le domaine de la production de brut lourd
nécessitant
l'injection d'un fluide de récupération, notamment un fluide chaud destiné à
fluidifier le
brut pour le rendre mobile.
Différentes méthodes sont utilisées pour la récupération d'huile lourde ou de
bitume dans
des réservoirs situés à quelques dizaines ou centaines de mètres de
profondeur. Les
techniques de récupération in situ d'huile lourde ou de bitume sont appliquées
à des
ressources indigènes qui ne peuvent être exploitées à ciel ouvert par
technique minière en
raison de l'épaisseur des terrains situés au-dessus de ces réservoirs. Il est
reconnu que les
méthodes d'extraction in situ perturbent considérablement moins à la surface
et dès lors
requièrent moins d'activités que les techniques minières. Les méthodes de
récupération in
situ peuvent récupérer entre 25 et 75% du volume d'huile ou de bitume
initialement en
place. En général, les procédés de récupération in situ ont pour objet de
réduire la viscosité
de l'huile lourde ou du bitume pour leur permettre de mieux s'écouler jusqu'au
puits de
production et ensuite jusqu'en surface.
Les méthodes connues de récupération in situ d'huile lourde ou de bitume
utilisent l'un des
moyens suivants : la température, la pression et/ou un solvant pour réduire
leur viscosité et
améliorer leur capacité d'écoulement dans le réservoir.
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L'une de ces méthodes de récupération in situ est connue sous le nom de SAGD
(Steam
Assisted Gravity Drainage) décrite dans le brevet US-4,344,485. Il s'agit d'un
procédé de
drainage gravitaire assisté par l'injection de vapeur d'eau mettant en oeuvre
deux puits
horizontaux parallèles forés dans le réservoir et situés l'un au-dessus de
l'autre. Dans ce
procédé, les puits sont forés verticalement depuis la surface puis
horizontalement dans le
réservoir à deux profondeurs différentes. De façon idéale, le puits producteur
est situé à la
base du réservoir et l'injecteur à quelques mètres au-dessus du producteur. Ce
dernier est
utilisé comme puits d'injection de vapeur d'eau générée à la surface. La
vapeur pénètre
dans le réservoir par la partie horizontale de ce puits et forme une chambre
de vapeur qui
grossit avec le temps en direction du toit du réservoir, dès lors augmentant
la température
dans le réservoir. Par transfert de chaleur au milieu environnant, la vapeur
réduit la
viscosité de l'huile lourde ou du bitume présents dans le réservoir. C'est le
long de la paroi
de la chambre que s'opère principalement le chauffage de l'huile lourde ou du
bitume. A
cet endroit, la vapeur se condense en eau chaude qui s'écoule sous l'action de
la gravité en
même temps que l'huile ou le bitume fluidifié vers le puits horizontal
inférieur situé à la
base du réservoir. Ces fluides, vapeur condensée et huile réchauffée, sont
ensuite pompés à
la surface où ils sont séparés. L'huile chaude produite est généralement
transportée par
pipeline à une raffinerie ou à un "upgrader".
Les concepts théoriques et la mise en uvre requis pour conduire une opération
sur champ
de SAGD ont été publiés et ont été discutés techniquement de façon extensive
dans la
littérature pétrolière. On peut citer : Butler (Thermal recovery of oil and
bitumen, Gray-
Drain Inc., Calgary, 1997) Komery et al. (Paper 1998.214, 7111 UNITAR
International
Conference, Beijing, 1998), Butler et al. (J. Can. Pet. Tech., 39 (1); 18,
2000).
Un composant majeur des coûts d'investissement et opératoires d'une opération
industrielle
de SAGD sont les installations de surface pour : a) générer la vapeur, b)
séparer les
hydrocarbures de la vapeur condensée, et c) traiter et recycler l'eau dans les
générateurs.
Les générateurs actuels nécessitent de grandes quantités d'eau, lesquelles
sont chauffées
dans des chaudières à l'aide de gaz naturel ou d'une partie de l'huile
produite. Les quantités
de vapeur d'eau utilisées dans les opérations de SAGD sont exprimées en m3
d'eau chaude
liquide équivalente. L'huile produite est liquide et sa quantité s'exprime en
m3. Le rapport
de la quantité de vapeur injectée par quantité d'huile produite est appelé SOR
de l'anglais
Steam-Oil Ratio. Des SOR de 2 et plus généralement entre 3 et 5 sont anticipés
dans les
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projets industriels de SAGD. Le SAGD est un procédé qui nécessite donc un
énorme
volume de vapeur pour maintenir la chambre de vapeur alors que le volume
drainé par la
vapeur est rapidement désaturé des hydrocarbures qu'il contenait avant d'être
rempli de
vapeur.
Selon une variante du procédé SAGD dénommé Steam and Gas Push (SAGP) décrite
dans
la publication (Butler, R.M., "Steam and Gas Push (SAGP)", CIM 97-137, 48th
Annual
Meeting of CIM, Calgary, June 1997), un gaz non condensable est injecté avec
la vapeur
pour fournir une couche d'isolation thermique au toit de la chambre de vapeur
et limiter
ainsi les pertes thermiques vers les couches situées au-dessus du réservoir.
Bien qu'une
meilleure efficacité thermique puisse résulter de cette co-injection,
l'utilisation d'un gaz
non condensable ajoute un coût et de la complexité au procédé sans diminuer
sensiblement
la quantité de vapeur injectée.
Ces méthodes antérieures pour la récupération d'huile lourde ou de bitume in
situ ne sont
pas suffisamment efficaces tant au niveau du taux de récupération que des
coûts
d'extraction sans compter leur impact négatif sur l'environnement. La présente
invention
propose notamment une méthode capable d'augmenter la quantité d'huile produite
et/ou
d'extraire celle-ci plus économiquement que ce qui est fait selon l'art
antérieur.
La présente invention propose un procédé récupérant plus d'huile lourde ou de
bitume et
nécessitant moins de vapeur, d'une part pour réduire la quantité d'eau et
d'autre part la
quantité d'énergie utilisée pour générer la vapeur. Réduire la quantité de
vapeur a un
impact direct et fort sur l'économie du procédé puisqu'il y aura d'autre part
une quantité
moindre d'eau à recycler dans les effluents produits. Sans compter la
réduction de la
quantité de CO2 générée lors de la production de la vapeur, CO2 qui est
actuellement rejeté
à l'atmosphère.
Ainsi, la présente invention concerne une méthode pour la récupération d'huile
lourde ou
de bitume contenu dans un réservoir géologique comprenant :
a) une étape d'injection dans le réservoir d'un fluide d'extraction de
l'huile,
b) une étape de production de l'huile lourde ou du bitume extrait, et
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c) une étape d'injection d'un agent de diversion pour limiter la circulation
dudit fluide
d'extraction dans la partie du réservoir d'où l'huile lourde ou le bitume a
été extrait,
caractérisé en ce que l'étape c) est effectuée de manière à ce que l'agent de
diversion
remplace au sein du réservoir au moins en partie l'huile lourde ou le bitume
produit, et en
ce que le fluide d'extraction et l'agent de diversion sont introduits à des
localisations
distinctes dans le réservoir.
Selon la méthode l'étape c) peut être effectuée au moins en partie alors que
l'étape a) se
poursuit.
L'étape c) peut être effectuée de manière à ce que l'agent de diversion
remplace au sein du
réservoir au moins en partie l'huile lourde ou le bitume produit.
Le fluide d'extraction peut comporter au moins l'un des composés suivants:
eau, vapeur
d'eau, vapeur d'hydrocarbures ou leurs mélanges.
L'agent de diversion peut comporter au moins l'un des composés suivants: eau,
mousse,
additif viscosifiant, tensioactif, polymère, ou leurs mélanges. La mousse peut
être
constituée de liquide et de gaz stabilisée par des tensioactifs
conventionnels, selon les
techniques connues dans la production pétrolière. De préférence, on utilise
une mousse
aqueuse. La viscosité du fluide de diversion est ajustée selon les règles de
l'art, ainsi que sa
masse volumique. L'homme du métier contrôle ainsi le placement et la stabilité
du fluide
de diversion par rapport à l'injection du fluide d'extraction.
Le fluide d'extraction et l'agent de diversion sont avantageusement introduits
à des
localisations distinctes dans le réservoir.
Le fluide d'extraction et l'agent de diversion peuvent être apportés par au
moins un drain,
dans laquelle l'huile lourde ou de bitume produit est récupéré pas au moins un
drain et dans
laquelle la portion de ces drains se trouvant dans le réservoir sont
distinctes les unes des
autres.
L'une au moins de ces portions peut être horizontale.
Une portion au moins de chaque type de drain peut être horizontale, et dans
laquelle ces
portions peuvent être sensiblement dans un même plan vertical.
Le fluide d'extraction peut être injecté dans le réservoir à un niveau
inférieur à celui auquel
l'agent de diversion est injecté dans le réservoir.
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L'invention concerne également un système pour la mise en oeuvre de la méthode
selon
l'invention.
L'invention concerne également l'hydrocarbure comportant un composant
résultant au
moins en partie du raffinage d'une huile produite selon la méthode.
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Par agent de diversion, on entend tout fluide susceptible d'empêcher la
circulation de la
vapeur dans la zone que cet agent de diversion va occuper. Ce peut être, par
exemple, de
l'eau chaude recyclée issue de la production, une mousse ou tout autre fluide
ayant la
propriété d'empêcher la circulation de la vapeur dans la zone qu'il va
occuper. La
composition du fluide de diversion sera optimisée pour que sa mise en place
dans le
réservoir soit compatible avec la chambre de vapeur. Il est à noter que
l'agent de diversion
ne va pas pouvoir être injecté dans le réservoir tant que la chambre de vapeur
n'aura pas
atteint le toit du réservoir, ou au moins la côte du puits dans lequel cet
agent sera injecté.
En effet, la résistance à l'écoulement de l'huile lourde ou du bitume en place
ne permettra
pas cette injection sans risquer de fracturer le réservoir. Ce qui n'est pas
souhaité. Au
contraire, lorsque la chambre de vapeur aura atteint le toit du réservoir,
l'injection de
l'agent de diversion se fera sans difficulté puisque son injection aura lieu
dans une partie du
réservoir déjà balayée par la vapeur dont la résistance à l'écoulement est
bien moindre que
celle de l'huile lourde ou du bitume.
Bien entendu, l'agent de diversion peut être de plusieurs natures: on peut
injecter
successivement plusieurs types d'agent de diversion.
Le but principal de l'injection de l'agent de diversion dans la partie
supérieure de la
chambre de vapeur est de réduire le volume de cette chambre de vapeur et
d'empêcher
toute nouvelle quantité de vapeur injectée d'aller dans une zone du réservoir
déjà désaturée
de l'huile lourde ou du bitume qu'elle contenait, évitant ainsi de chauffer et
de maintenir
chaude inutilement toute cette partie du réservoir. La quantité de vapeur
nécessaire pour
réchauffer l'huile lourde ou le bitume, et lui permettre de s'écouler par
gravité vers le (ou
les) puits de production va ainsi être grandement réduite dès lors que l'agent
de diversion
va être injecté. En effet, dès l'injection de cet agent, celui-ci va repousser
la vapeur en
direction de la paroi de la chambre de vapeur. Un autre bénéfice de
l'injection de l'agent de
diversion sera de limiter les pertes thermiques vers les couches situées au-
dessus du
réservoir. Le bénéfice principal de l'injection d'un agent de diversion peu
coûteux comme
ceux évoqués précédemment est toutefois une réduction substantielle de la
quantité de
vapeur nécessaire pour récupérer une même quantité d'huile lourde ou de
bitume. Ce
bénéfice se traduit par une réduction des coûts d'investissement et des coûts
opératoires par
la réduction de la quantité d'eau nécessaire pour générer la vapeur, par la
réduction
d'énergie nécessaire pour transformer l'eau en vapeur et par la réduction des
émissions de
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gaz à effet de serre issus du brûlage du combustible utilisé pour transformer
l'eau en
vapeur. Si l'eau produite est utilisée comme agent de diversion, soit seule,
soit comme
composant de cet agent, le volume d'eau produite à traiter pour la recycler au
niveau du
générateur de vapeur sera également moindre.
La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus
clairement à
la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation de l'invention
illustrés par les
figures ci-après annexées, parmi lesquelles:
- la figure 1 montre la formation de la chambre de vapeur dans une
configuration
à trois puits horizontaux selon l'invention;
- la figure 2 montre l'expansion de la chambre de vapeur selon la
configuration
précédente;
- la figure 3 montre l'injection de l'agent de diversion;
- la figure 4 montre l'expansion de la chambre de vapeur compte tenu de
l'agent
de diversion;
- la figure 5 montre une variante de configuration;
- la figure 6 montre une autre variante de configuration;
- la figure 7 montre une chambre de vapeur selon une procédure de
l'invention.
Plusieurs configurations d'architecture de drainage peuvent être envisagées
pour la mise en
oeuvre de la méthode de récupération selon l'invention. Selon l'invention :
= l'injection de la vapeur pour la formation de la chambre de vapeur est
réalisée par au
moins un puits d'injection,
= l'injection de l'agent de diversion par au moins un autre drain
d'injection,
= et la production de l'huile chauffée par au moins un puits de production.
Dans la configuration de base selon les figures 1 à 4, les trois puits sont
parallèles et situés
sensiblement les uns au-dessus des autres : le puits de production à la base
du réservoir, le
puits d'injection de vapeur quelques mètres au-dessus du puits de production
comme dans
le procédé SAGD décrit précédemment, et le puits d'injection de l'agent de
diversion dans
la partie supérieure du réservoir.
Sur la figure 1, on a représenté une vue schématique en coupes verticale et
latérale
montrant la mise en uvre de l'invention dans une configuration préférée. Un
réservoir 1
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est limité par son toit 3 et son mur 2. Un puits de production 10 est foré à
partir de la
surface 5 et traverse les morts terrains 4 avant de pénétrer dans le réservoir
1. Ce puits se
termine par une partie sensiblement horizontale située vers la base du
réservoir. Un puits
d'injection de vapeur 11 est foré de la même façon. Il se termine également
dans le
réservoir 1 par une partie horizontale. La vapeur d'eau est injectée dans le
puits 11 et forme
dans le réservoir une chambre de vapeur 21. L'huile lourde ou le bitume rendus
moins
visqueux par transfert de chaleur s'écoulent en même temps que la vapeur
condensée vers
le puits de production 10 le long de la paroi 20 de la chambre de vapeur. Un
puits 12 est
foré comme les puits 10 et 11 depuis la surface 5. Il se termine par une
partie horizontale
située dans la partie supérieure du réservoir 1. Les trois puits 10, 11 et 12
sont parallèles et
situés les uns au-dessus des autres. Ils ont sensiblement la même longueur
horizontale.
Comme représentée sur la figure 1, la chambre de vapeur 20 est en formation et
n'a pas
encore atteint la côte du puits 12, ni le toit 3 du réservoir. En général,
rien n'est injecté dans
le puits 12 tant que la chambre de vapeur 21 n'a pas atteint le toit du
réservoir 3, ou même
la côte de la partie horizontale de ce puits 12 (tant que ce n'est pas le cas,
la viscosité de
l'huile lourde ou du bitume peut être trop élevée pour permettre l'injection
d'un fluide dans
le puits 12 sans fracturer le réservoir). Les flèches au-dessus du puits 11
indiquent la
montée de la vapeur dans le réservoir 1. Les flèches le long de la paroi 20 de
la chambre de
vapeur 21 indiquent le sens d'écoulement de l'huile déplacée depuis la chambre
de vapeur
21 vers la paroi 20 de cette chambre ainsi que l'écoulement de la vapeur
condensée. L'huile
et l'eau s'écoulent vers le puits de production 10.
La figure 2 présente une vue schématique de la configuration de la figure 1,
lorsque la
chambre de vapeur 21 a atteint le toit 3 du réservoir. A partir de cet
instant, toute la partie
du réservoir située dans cette chambre est désaturée d'huile lourde et de
bitume. L'injection
de l'agent de diversion pour réduire la zone envahie par la vapeur peut
commencer dans le
puits 12.
La figure 3 montre le début de l'injection de l'agent de diversion dans le but
de repousser la
vapeur vers la paroi 20 de la chambre de vapeur 21 et ainsi minimiser le
volume de
réservoir de la zone à chauffer. En effet, seule la partie proche de la paroi
dans la zone non
encore drainée nécessite de la vapeur. La zone 30 envahie par l'agent de
diversion
augmente de volume en se déplaçant vers le bas compte tenu de l'imperméabilité
du toit du
réservoir 1.
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La figure 4 montre l'évolution de la chambre de vapeur après plusieurs mois
d'injection de
l'agent de diversion, période de temps depuis le début d'injection pendant
laquelle
l'injection de vapeur dans le puits 11 a été poursuivie. On observe que la
chambre de
vapeur 21 grossit latéralement. La zone 30 envahie par l'agent de diversion
est elle aussi de
plus en plus grande, ne laissant qu'une faible zone de vapeur en contact avec
le réservoir
non encore balayé.
D'autres configurations de puits d'injection et de drainage sont possibles.
Le puits d'injection de vapeur peut être remplacé par un ou plusieurs puits
verticaux ou
multibranches et le puits d'injection de l'agent de diversion par un ou
plusieurs puits
verticaux 12 ou multibranches (figure 5).
Les injections de la vapeur et de l'agent de diversion peuvent être réalisées
dans des puits
différents comme dans la configuration de base mais aussi à partir des mêmes
puits s'ils
sont verticaux. Dans ce cas, les injections sont réalisées grâce à une double
complétion des
puits permettant l'injection de la vapeur dans la partie basse des puits et
l'injection de
l'agent de diversion dans une partie supérieure des puits.
Dans la configuration où les puits sont horizontaux, les injections de la
vapeur et de l'agent
de diversion peuvent être réalisées à partir du même puits. Seuls deux puits
sont alors
nécessaires comme dans le SAGD classique, un pour l'injection, l'autre pour la
production.
Dans ce schéma, l'injection de la vapeur a lieu dans la partie horizontale du
puits injecteur
alors que l'injection de l'agent de diversion a lieu dans la partie du puits
située à proximité
du toit du réservoir à l'intérieur de celui-ci.
Une autre configuration de puits proche de la précédente est de considérer un
puits
d'injection ayant deux branches horizontales forées à partir d'une même partie
verticale. La
branche supérieure est utilisée pour injecter l'agent de diversion, la branche
inférieure pour
injecter la vapeur (figure 6).
L'injection de l'agent de diversion peut aussi être réalisée alors que
l'injection de vapeur est
réduite pendant un certain temps de telle sorte qu'une grande partie du volume
occupé par
la vapeur soit presque totalement remplacée par cet agent (figure 7). Ce
remplacement de
la vapeur par l'agent de diversion va provoquer une migration de la vapeur
déjà injectée
vers la paroi ou front de la chambre de vapeur limitant ainsi le besoin
d'injecter autant de
vapeur pendant un certain temps. Lorsque le remplacement aura été fait, les
débits
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d'injection de vapeur et de l'agent de diversion seront adaptés de telle sorte
que le volume
de vapeur effectif entre la zone occupée par l'agent de diversion et la zone
non encore
balayée par la vapeur soit minimum.
