Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
1
Description
Titre : Procédé pour la récupération des huiles lourdes et/ou extra-lourdes
d'un
réservoir géologique par injection séquentielle de vapeur et de mousse
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine de l'exploitation des gisements non
conventionnels d'hydrocarbures de type huiles lourdes et/ou extra-lourdes.
Les huiles lourdes ("heavy oil" en anglais) et extra-lourdes ("extra-heavy
oil" en
anglais) sont des hydrocarbures dont les densités et viscosités sont très
élevées, ce qui rend
difficile voire impossible leur récupération par des moyens de production
conventionnels. Par
la suite, on parlera de manière générale et non limitative d'huiles lourdes
pour désigner ce
type d'hydrocarbures.
Une méthode de production non conventionnelle des huiles lourdes consiste à
injecter
de la vapeur dans le réservoir géologique comprenant ces huiles lourdes.
L'injection de
vapeur, par la hausse de température engendrée dans le réservoir, permet de
réduire la
viscosité des huiles lourdes.
Une méthode classique d'injection de vapeur dans un gisement d'huiles lourdes
est le
procédé de drainage gravitaire assisté par injection de vapeur d'eau, connu
sous l'acronyme
SAGD (pour "Steam-Assisted Gravity Drainage" en anglais). Un tel procédé est
mis en oeuvre
généralement au moyen d'au moins deux puits horizontaux forés l'un au-dessus
de l'autre
dans le réservoir d'huiles lourdes. Plus précisément, de la vapeur d'eau est
injectée en
équilibre thermodynamique avec sa phase liquide au travers du puits supérieur,
dit puits
injecteur, afin de chauffer l'huile lourde dans un volume du réservoir appelé
chambre de
vapeur. Par effet gravitaire, l'huile lourde dont la viscosité a été ainsi
réduite se déplace,
principalement le long des bords de la chambre de vapeur, jusqu'au puits
inférieur, dit puits
producteur, pour son extraction jusqu'à la surface du réservoir.
Les procédés SAGD présentent toutefois l'inconvénient de nécessiter des
consommations d'eau et d'énergie très importantes afin de générer la vapeur.
De plus, le
développement irrégulier de la chambre de vapeur, dû aux hétérogénéités du
réservoir,
dégrade l'efficacité du transfert de chaleur vers l'huile lourde, tout comme
le contact entre la
chambre de vapeur et les couches surplombant le réservoir, qui accentue les
pertes de chaleur
du procédé.
On connait également le procédé connu sous l'acronyme FA-SAGD (pour "Foam
Assisted-Steam-Assisted Gravity Drainage" en anglais, ou "drainage gravitaire
assisté par
injection de vapeur d'eau et par injection de mousse" en français) qui
consiste à injecter une
Date Reçue/Date Received 2020-08-13
2
mousse de manière continue et simultanée à l'injection de vapeur (en réalité
une injection
simultanée de vapeur et d'agent moussant). On parle aussi de procédé
d'injection de mousse-
vapeur pour ce type de procédé. Plus précisément, ce type de procédé est mis
en oeuvre au
moyen au moins des deux puits injecteur et producteur d'un procédé classique
de type SAGD,
le puits injecteur servant, en plus de la vapeur, à injecter un agent
moussant. Cet agent
moussant, tel qu'un surfactant, dilué dans une solution aqueuse pour son
injection, permet de
former une mousse dans la chambre de vapeur. De manière générale, la présence
de mousse
permet un meilleur contrôle de la mobilité d'un gaz. Appliqué à un procédé
SAGD et donc à
un gaz de type vapeur, cela permet d'obtenir une chambre de vapeur plus
régulière et une
diminution du contact entre la chambre de vapeur et les couches surplombant le
réservoir, ce
qui favorise les transferts de chaleur entre la vapeur et l'huile lourde.
Technique antérieure
Les documents suivants seront cités au cours de la description :
Butler, R.M., "SAGD Comes of AGE!", Journal of Canadian Petroleum Technology,
vol.
37, no. 7, pp. 9-12, July 1998.
Chen, Q., Gerritsen, M. G., & Kovscek, A. R. (2010, January 1). lmproving
Steam-
Assisted Gravity Drainage Using Mobility Control Foams: Foam Assisted-SAGD (FA-
SAGD).
Society of Petroleum Engineers. doi:10.2118/129847-MS.
Saltuklaroglu M., Wright, G.N., Conrad, P.R., Mclntyre, J.R. and Manchester,
G.J.,
Mobil's SAGD Experience at Celtic, Saskatchewan, Journal of Canadian Petroleum
Technology. - 2000. - 4 : Vol. 39. - pp. 45-51
On connait le document (Chen et al. 2010) qui présente des résultats d'une
simulation
numérique d'un procédé d'injection continue et simultanée de mousse-vapeur. Ce
document
décrit notamment les effets de la ségrégation gravitaire dans le cas de ce
type de procédés.
En effet, sous l'effet du drainage gravitaire, la colonne de mousse s'assèche
à son sommet
alors que le liquide s'accumule au bas, en s'écoulant à travers les films de
la mousse.
Autrement dit, à cause de la gravité, la vapeur est sèche dans la partie
supérieure de la
chambre de vapeur, alors que dans la partie inférieure de la chambre de
vapeur, la vapeur est
humide (c'est-à-dire que la qualité de la vapeur est faible) car l'eau liquide
redescend
naturellement et s'accumule. De manière générale, la qualité de la vapeur est
un paramètre
caractérisant la proportion d'eau à l'état vapeur par rapport à l'eau à l'état
liquide. Ainsi, à
Date Reçue/Date Received 2020-08-13
3
cause de la ségrégation gravitaire, la qualité de la vapeur augmente lorsqu'on
se déplace vers
le haut du réservoir.
De plus, un procédé d'injection continue et simultanée de mousse-vapeur va
également
favoriser la production en surface rapide du surfactant injecté, car celui-ci
est transporté dans
la phase aqueuse, laquelle, comme décrit ci-dessus, va s'accumuler vers le bas
de la chambre
de vapeur aux alentours des puits producteurs.
De ce fait, les procédés de FA-SAGD classiques, consistant en une co-injection
continue
d'agent moussant et de vapeur, ont une rentabilité limité.
On connait aussi le brevet d'invention FR 2918102 B1 (WO 2009/016280) qui
concerne
un procédé d'injection continue et simultanée de vapeur et d'un agent de
diversion, et dans
lequel l'injection de l'agent de diversion, qui peut être du surfactant dans
le but de produire de
la mousse, est réalisée dans un autre puits que l'un des deux puits injecteur
et producteur
classiques d'un procédé SAGD. Selon ce procédé, ce puits additionnel est placé
dans la partie
supérieure de la chambre de vapeur, ce qui permet de dévier la vapeur injectée
des zones où
l'huile lourde a déjà été produite, et ainsi de limiter la quantité de vapeur
injectée. Toutefois,
ce procédé présente l'inconvénient de fortement augmenter les coûts liés à
l'exploitation des
huiles lourdes d'un réservoir, en raison de la nécessité de forer un troisième
puits.
La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant une
alternative aux
procédés de FA-SAGD connus de l'art antérieur. Plus précisément, le procédé
selon l'invention
consiste à injecter un agent moussant dans un réservoir d'huiles lourdes et/ou
extra-lourdes
de manière séquentielle avec une injection de vapeur, et non pas de manière
simultanée. Par
ailleurs, selon l'invention, l'injection d'agent moussant est réalisée dans le
même puits injecteur
que celui utilisé pour l'injection de la vapeur, et non dans un puits
distinct. Cette séquence
d'injections de vapeur puis d'agent moussant, qui peut être avantageusement
pilotée par des
mesures in situ, permet d'améliorer le rendement de l'exploitation des huiles
lourdes et/ou
extra-lourdes du réservoir géologique étudié. De plus, le procédé selon
l'invention ne nécessite
pas de forages supplémentaires par rapport à un procédé SAGD classique. Ce
procédé peut
être mis en place au début de l'exploitation des huiles lourdes et/ou extra-
lourdes d'un réservoir
géologique, ou bien en cours d'une exploitation débutée par un procédé SAGD
classique.
Résumé de l'invention
La présente invention concerne un procédé pour la récupération assistée des
huiles
lourdes et/ou extra-lourdes d'un réservoir géologique par injection de vapeur
et de mousse,
Date Reçue/Date Received 2020-08-13
4
au moyen d'au moins un puits producteur et d'un puits injecteur forés dans
ledit réservoir selon
des trajectoires sensiblement horizontales et parallèles entre elles, ladite
trajectoire dudit puits
producteur correspondant sensiblement à une translation verticale vers des
profondeurs plus
élevées de ladite trajectoire dudit puits injecteur.
Selon l'invention, on récupère au moins une partie desdites huiles lourdes
dudit
réservoir par ledit puits producteur pendant au moins les étapes séquentielles
suivantes :
A) On réalise une première injection de vapeur dans ledit puits injecteur ;
B) On arrête ladite injection de vapeur et on réalise une injection d'une
solution aqueuse
comportant au moins un agent moussant dans ledit puits injecteur ;
C) On arrête ladite injection de ladite solution aqueuse comportant ledit
agent moussant et
on réalise une deuxième injection de vapeur dans ledit puits injecteur.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, on peut réitérer au moins une fois
les étapes
B) et C).
Selon une mise en oeuvre de l'invention, ledit agent moussant peut être un
surfactant.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, ledit agent moussant peut comprendre
au
moins :
- au moins un premier tensioactif anionique qui est un sulfonate d'alpha-
olefine en C12 à
C28; et
- au moins un deuxième tensioactif anionique qui est un alkyl benzène
sulfonate, où le
groupe alkyle comporte plus de 12 atomes de carbone ; et
- de préférence au moins un troisième tensioactif qui est un alkyl glyceryl
ether sulfonate ou
un alkyl ether carboxylate.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, on peut déterminer une durée desdites
première
et/ou deuxième injections de vapeur en fonction d'une évolution dans le temps
d'un rapport
entre un volume cumulé de ladite vapeur injectée dans ledit réservoir et un
volume cumulé de
ladite partie desdites huiles récupérées dudit réservoir.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, on peut mesurer au cours du temps
ledit volume
cumulé de ladite vapeur injectée dans ledit réservoir et ledit volume cumulé
de ladite partie
desdites huiles lourdes et/ou extra-lourdes récupérées dudit réservoir.
Date Reçue/Date Received 2020-08-13
5
Alternativement, on peut simuler de manière numérique ledit volume cumulé de
ladite
vapeur injectée dans ledit réservoir et ledit volume cumulé de ladite partie
desdites huiles
lourdes et/ou extra-lourdes récupérées dudit réservoir au cours du temps.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, on peut déterminer ladite durée de
ladite
première et/ou de ladite deuxième injection de vapeur en analysant une courbe
représentative
de l'évolution dans le temps dudit rapport cumulé pour détecter un instant
pour lequel ladite
courbe présente un minimum local.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, on peut détecter ledit instant pour
lequel ladite
courbe représentative de ladite évolution au cours du temps dudit rapport
cumulé présente un
minimum local de la manière suivante : on détermine une dérivée première de
ladite courbe
et on recherche un changement de signe de ladite dérivée première, puis on
détermine une
dérivée seconde de ladite courbe à l'instant dudit changement de signe de
ladite dérivée
première, et on vérifie que le signe de ladite dérivée seconde audit instant
de changement de
signe de ladite dérivée première est positif.
D'autres caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention,
apparaîtront à la
lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations,
en se référant aux
Figures annexées et décrites ci-après.
Liste des figures
[Fig 1]
La figure 1 présente les variations du facteur de réduction de mobilité dans
une section
verticale d'un réservoir géologique à différentes instants d'un procédé FA-
SAGD selon l'art
antérieur.
[Fig 2]
[Fig 3]
Les figures 2 et 3 présentent les variations du facteur de réduction de
mobilité dans une
section verticale d'un réservoir géologique à différentes instants d'une mise
en oeuvre du
procédé selon l'invention.
[Fig 4]
La figure 4 présente l'évolution dans le temps du rapport vapeur sur huile
dans le cas d'un
procédé SAGD selon l'art antérieur, dans le cas du procédé selon l'invention,
et dans le cas
du procédé selon l'invention mis en oeuvre selon sa variante principale.
Date Reçue/Date Received 2020-08-13
6
Description des modes de réalisation
De façon générale, l'un des objets de l'invention concerne un procédé pour la
récupération assistée des huiles lourdes et/ou extra-lourdes d'un réservoir
géologique par
injection de vapeur et de mousse, au moyen d'au moins un puits producteur et
d'un puits
injecteur forés dans le réservoir géologique étudié. En particulier, le
procédé selon l'invention
repose sur une injection séquentielle de vapeur et d'agent moussant, et non
pas sur une
injection simultanée de vapeur et d'agent moussant.
Par "huiles lourdes", on entend des composés hydrocarbonés dont la densité est
comprise entre 22.3 à 10 API et la viscosité est comprise entre 100 cp et
10000 cp.
Par "huiles extra-lourdes" on entend des composés hydrocarbonés dont la
densité est
inférieure 10 API et la viscosité est comprise entre 100 cp à 10000 cp.
Par "vapeur", on entend une vapeur formée essentiellement à partir d'eau mais
qui peut
également contenir d'autres éléments dans la phase gazeuse tels que du diazote
ou des
hydrocarbures gazeux.
Par "mousse", on entend un produit résultant du mélange intime d'un gaz, en
l'espèce
principalement de la vapeur d'eau, et d'une solution d'un additif tensio-actif
(tel qu'un
surfactant) appelé également "agent moussant" par la suite.
De manière classique dans le domaine de la récupération assistée des
hydrocarbures
d'un réservoir géologique, un puits injecteur est un puits par lequel on
injecte des produits
(eau, polymère, surfactant, vapeur, etc) pour réduire à son maximum la
quantité
d'hydrocarbures piégés dans la porosité du réservoir. De manière classique, un
puits
producteur est un puits par lequel on récupère les hydrocarbures chassés de la
porosité du
réservoir.
Selon l'invention, les puits injecteur et producteur sont forés dans le
réservoir selon des
trajectoires sensiblement horizontales et parallèles entre elles, la
trajectoire du puits
producteur correspondant sensiblement à une translation verticale vers des
profondeurs plus
élevées de la trajectoire du puits injecteur. Il s'agit d'une configuration
des puits injecteur et
producteur mise en oeuvre de manière classique pour la récupération d'huiles
lourdes et/ou
extra-lourdes dans un réservoir géologique. On pourra se référer par exemple
au brevet US
6257334 B1 ou au document (Butler, 1998) qui décrivent ce type de
configuration.
Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre selon au moins les étapes
suivantes :
1) Première injection de vapeur
Date Reçue/Date Received 2020-08-13
7
2) Injection d'une solution aqueuse comportant un agent moussant
3) Deuxième injection de vapeur
Selon une variante principale du procédé selon l'invention, on peut réitérer
au moins une
fois les étapes 2) et 3).
Les étapes du procédé selon l'invention sont décrites ci-après. Selon
l'invention, ces
étapes sont appliquées séquentiellement.
1) Première injection de vapeur
Au cours de cette première étape, on réalise une première injection de vapeur
dans le réservoir
géologique étudié, par le puits injecteur, et on récupère au moins une partie
de l'huile lourde
et/ou extra-lourdes du réservoir géologique par le puits producteur.
Il s'agit ici d'une étape classique de récupération assistée des huiles
lourdes ou extra-lourdes
d'un réservoir par une injection de vapeur dans le réservoir géologique
étudié. Cette étape
peut être mise en oeuvre par toute variante d'un procédé de type SAGD connu de
l'art
antérieur. On pourra se référer au brevet US 6257334 B1 ou au document
(Butler, 1998) qui
décrivent des exemples de mise en oeuvre de procédés de type SAGD.
De manière classique, la phase gaz est essentiellement formée d'une vapeur
d'eau mais elle
peut aussi contenir du diazote pour les besoins du procédé FA-SAGD ou des
hydrocarbures
gazeux.
De manière classique, la vapeur d'eau est injectée en équilibre
thermodynamique avec sa
phase liquide. Selon une mise en oeuvre de l'invention, la qualité massique de
la vapeur
injectée est comprise entre 10% et 70% et vaut préférentiellement 60%. La
qualité massique
de la vapeur s'exprime selon le rapport entre masse de la vapeur et masse
totale d'eau. De
manière générale, la qualité de la vapeur est un paramètre qui qualifie la
proportion d'eau à
l'état vapeur et d'eau à l'état liquide.
De manière classique, la vapeur est injectée à une pression supérieure à la
pression
hydrostatique du réservoir étudié, sans toutefois dépasser la pression de
fracturation. La
température de la vapeur à l'injection est alors conditionnée par la pression
d'injection
(équilibre thermodynamique).
La récupération d'une partie de l'huile lourde et/ou extra-lourde au niveau du
puits producteur
pendant cette première injection est réalisée aux moyens des infrastructures
de production
classiques mises en oeuvre dans des procédés SAGD.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, la durée de cette première étape
d'injection de vapeur
peut être déterminée en fonction d'une évolution dans le temps d'un rapport
entre un volume
Date Reçue/Date Received 2020-08-13
8
cumulé de la vapeur injectée dans le réservoir et un volume cumulé de la
partie des huiles
lourdes et/ou extra-lourdes récupérées du réservoir.
De manière générale, le rapport entre volume cumulé de vapeur injectée et
volume cumulé
d'huile récupérée est connu sous le terme "Steam-Oil ratio" ou encore
l'acronyme SOR, pour
"rapport vapeur sur huile" en français. Il s'agit d'un paramètre utilisé de
manière classique dans
le domaine pour qualifier le rendement d'une récupération assistée
d'hydrocarbures par
injection de vapeur car il permet de mesurer l'efficacité de la vapeur
injectée en termes de
production d'huile. Ainsi, plus le SOR est faible, plus on produit d'huile
pour une quantité de
vapeur injectée donnée, et donc plus le procédé est efficace. Par la suite et
à des fins de
simplification, on utilisera le terme "rapport vapeur sur huile" pour parler
du rapport entre
volume cumulé de vapeur injectée et volume cumulé d'huile lourde et/ou extra-
lourde
récupérée.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le rapport vapeur sur
huile peut être formé
à partir de la mesure au cours du temps du volume cumulé de la vapeur injectée
dans le
réservoir (mesuré par exemple en volume équivalent d'eau froide) et de la
mesure du volume
cumulé de la partie des huiles lourdes et/ou extra-lourdes récupérées du
réservoir. Ces
mesures peuvent être par exemple réalisées en conditions de surface.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, on peut mesurer le volume cumulé de
vapeur injectée
au moyen d'un débitmètre.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, on peut mesurer le volume cumulé de
l'huile lourde
et/ou extra-lourde récupérée au moyen d'un débitmètre.
Avantageusement mais de manière non limitative, les mesures du volume cumulé
de vapeur
injectée et du volume cumulé de l'huile récupérée peuvent être réalisées de
manière
simultanée, par exemple selon des intervalles de temps prédéfinis qui peuvent
être réguliers
ou non. Selon une mise en oeuvre de l'invention, les mesures du volume cumulé
de vapeur
injectée et du volume cumulé de l'huile récupérée peuvent être réalisées tous
les jours, de
préférence toutes les heures, et très préférentiellement de manière continue.
Selon une mise en oeuvre selon laquelle les mesures du volume cumulé de vapeur
injectée et
du volume cumulé de l'huile récupérée ne sont pas réalisées de manière
simultanée et/ou bien
sont réalisées selon des intervalles de temps trop espacés (par exemple toutes
les semaines)
ou trop irréguliers, on utilise des méthodes de ré-échantillonnage pour se
ramener à des
mesures qui auraient été réalisées simultanément et/ou selon une séquence
d'instants
prédéfinis, définie par exemple par des intervalles de temps réguliers. On
peut alors
déterminer les valeurs du rapport vapeur sur huile pour cette séquence
d'instants prédéfinis
en faisant le rapport entre le volume cumulé de vapeur injectée et le volume
cumulé de l'huile
récupérée ré-échantillonnés pour cette séquence d'instants prédéfinis. On
parle par la suite
Date Reçue/Date Received 2020-08-13
9
de mesures du rapport vapeur sur huile même dans le cas où les valeurs de ce
rapport
résultent d'un ré-échantillonnage.
Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention décrit ci-dessus, le
rapport vapeur sur
huile peut être formé à partir de la simulation numérique au cours du temps du
volume cumulé
de la vapeur injectée dans le réservoir et la mesure du volume cumulé de la
partie des huiles
lourdes et/ou extra-lourdes récupérées du réservoir. Selon une mise en oeuvre
de cette
variante, une telle simulation numérique peut être réalisée au moyen d'un
simulateur
d'écoulement et d'un modèle d'écoulement représentatif du réservoir géologique
étudié, le
simulateur d'écoulement étant apte à simuler les écoulements induits au moins
par une
injection de vapeur dans un puits injecteur tel que selon l'invention, et
d'estimer le volume
d'huile produit à un puits producteur tel que selon l'invention. Un exemple
d'un tel simulateur
est le logiciel PUMAFLOW (IFP Energies nouvelles, France). Au moyen d'une
telle simulation
numérique, on peut ainsi estimer une évolution dans le temps d'un rapport
cumulé entre
volume cumulé de vapeur injectée et volume cumulé d'huile récupérée. Cette
variante peut
être avantageusement mise en oeuvre pour dimensionner en amont l'exploitation
des huiles
lourdes et/ou extra-lourdes du réservoir géologique étudié, et notamment pour
avoir une
première estimation de la durée de la première phase d'injection de vapeur.
Avantageusement,
cette deuxième variante de l'invention peut être combinée avec la première
variante de
l'invention décrite ci-dessous, de manière à affiner la durée d'injection de
la vapeur estimée
numériquement en fonction de mesures réalisées in situ pendant l'injection de
vapeur de
l'étape 1.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, on peut déterminer la durée de cette
première étape
d'injection de vapeur, ou autrement dit, on peut arrêter l'injection de vapeur
dans le réservoir
via le puits injecteur, lorsque le rapport vapeur sur huile montre que
l'injection de vapeur perd
de son efficacité. Selon une mise en oeuvre de l'invention, on peut arrêter au
plus tard l'injection
de vapeur dans le réservoir via le puits injecteur lorsque le rapport
instantané vapeur sur huile
est supérieur ou égal à 5, ce qui est généralement considéré comme la limite
de rentabilité
d'un procédé SAGD.
Selon une autre mise en oeuvre de l'invention, on peut déterminer la durée de
cette première
étape d'injection de vapeur, ou autrement dit, on peut arrêter l'injection de
vapeur dans le
réservoir via le puits injecteur, lorsque la courbe représentative de
l'évolution dans le temps
du rapport vapeur sur huile, après avoir décru, a tendance à remonter vers des
plus fortes
valeurs du rapport vapeur sur huile, et/ou a tendance à décroitre de plus en
plus lentement,
par exemple avec un taux de décroissance divisé par 10 sur un mois.
Date Reçue/Date Received 2020-08-13
10
Selon une mise en oeuvre avantageuse de l'invention, on peut déterminer la
durée de cette
injection de vapeur, ou autrement dit, on peut arrêter l'injection de vapeur
dans le réservoir via
le puits injecteur lorsqu'on détecte un minimum local sur une courbe
représentative de
l'évolution au cours du temps du rapport vapeur sur huile. Avantageusement, la
détection d'un
minimum local de la courbe représentative de l'évolution au cours du temps du
rapport vapeur
sur huile peut être réalisée de manière régulière dans le temps, tout au long
de l'exploitation
des huiles du réservoir géologique.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, on peut détecter un minimum local de
la courbe
représentative de l'évolution dans le temps du rapport vapeur sur huile de la
manière suivante
:
a) on détermine une dérivée (première) de cette courbe : avantageusement pour
une telle
mise en oeuvre, on peut avoir recours préalablement à une étape de ré-
échantillonnage telle
que décrite ci-dessus lorsque les mesures ou estimations du volume cumulé de
vapeur
injectée et du volume cumulé de l'huile récupérée sont réalisées selon des
intervalles de temps
trop espacés et/ou irréguliers.
b) on recherche un instant pour lequel la dérivée de la courbe change de signe
:
avantageusement, pour que cet instant soit retenu comme déterminant la fin de
la première
injection de vapeur selon l'invention, la dérivée doit être par ailleurs
globalement de signe
constant pendant une durée prédéterminée respectivement avant et après le
changement de
signe. Selon une mise en oeuvre de l'invention, la durée prédéterminée selon
laquelle le signe
de la dérivée reste constant peut être comprise entre 7 et 20 jours, et vaut
préférentiellement
15 jours. Il s'agit ici d'éviter de détecter des changements de signe de la
dérivée de la courbe
représentative de l'évolution dans le temps du rapport vapeur sur huile qui
seraient induits par
des erreurs de mesure.
c) on détermine ensuite la dérivée seconde de ladite courbe à l'instant du
changement de
signe de la dérivée première et on détermine son signe. Si le signe de la
dérivée à l'instant du
changement de signe de la dérivée première est positif, alors à l'instant du
changement de
signe de la dérivée première correspond bien à un minimum local de la courbe
représentative
de l'évolution dans le temps du rapport vapeur sur huile. Sinon, cela signifie
qu'il ne s'agit pas
d'un minimum local, et les étapes a) à c) sont répétées ultérieurement, à un
autre instant de
l'exploitation des huiles du réservoir géologique étudié.
Selon une autre mise en oeuvre de l'invention, on peut détecter un minimum
local de la courbe
représentative de l'évolution dans le temps du rapport vapeur sur huile de
manière graphique.
L'homme du métier a parfaite connaissance de méthodes graphiques pour
déterminer un
minimum local sur une courbe.
Date Reçue/Date Received 2020-08-13
11
Cette première étape du procédé selon l'invention a pour but de créer une
chambre de vapeur
et de produire une majorité de l'huile lourde contenue dans la portion du
réservoir géologique
étudié dans lequel la chambre de vapeur s'est formée, afin de faciliter la
propagation de l'agent
moussant qui sera ensuite injecté (cf. étape 2 décrite ci-dessous) pour former
de la mousse
dans la chambre de vapeur.
Par ailleurs, l'huile ayant tendance à détruire la mousse formée, la
récupération d'une majorité
de l'huile lourde dans le réservoir étudié, avant l'injection de mousse,
permet une meilleure
stabilité de la mousse une fois créée.
La mise en oeuvre avantageuse de l'invention selon laquelle l'instant de
l'arrêt de l'injection de
vapeur est déterminé en détectant un minimum local de la courbe représentative
du rapport
huile sur vapeur permet d'optimiser le rendement du procédé de récupération
assistée des
huiles lourdes d'un réservoir, en déterminant l'instant particulier pour
lequel l'injection de
vapeur commence à perdre de son efficacité. Il est toutefois possible
d'arrêter l'injection de
vapeur à tout autre moment, par exemple en fonction d'une valeur du rapport
cumulé vapeur
sur huile, d'un taux de croissance dans le temps du rapport cumulé vapeur sur
huile ou bien
de tout autre critère permettant de caractériser que la chambre de vapeur est
suffisamment
développée dans le réservoir pour passer à l'injection d'un agent moussant
selon l'étape 2
décrite ci-dessous.
2) Injection d'une solution aqueuse comportant un agent moussant
Au cours de cette deuxième étape, on arrête l'injection de vapeur dans le
puits injecteur et on
injecte, à la place de la vapeur et dans le puits injecteur, une solution
aqueuse comprenant un
agent moussant. On parle de manière classique dans le domaine pétrolier de
"bouchon
d'injection", ou "slug" en anglais pour une injection d'une solution aqueuse
comportant un
agent moussant.
La concentration en agent moussant de la solution aqueuse injectée dans le
puits injecteur est
comprise de manière classique entre 2000 et 5000 ppm ou entre 2 et 5 g/L.
Selon la mise en
oeuvre avantageuse de l'invention selon laquelle l'instant de l'arrêt de
l'injection de vapeur est
déterminé en détectant un minimum local de la courbe représentative du rapport
huile sur
vapeur, la deuxième étape du procédé selon l'invention débute avantageusement
sans délai
au moment où le minimum local de la courbe représentative de l'évolution dans
le temps du
rapport vapeur sur huile est détecté.
De manière préférée, l'agent moussant injecté contient au moins un surfactant,
tel qu'un AOS.
Les surfactants sont des agents moussants particulièrement efficaces. En
présence d'un gaz
(en l'espèce de la vapeur d'eau), le surfactant va engendrer une mousse.
Avantageusement, l'agent moussant peut comprendre :
Date Reçue/Date Received 2020-08-13
12
- au moins un premier tensioactif anionique qui est un sulfonate d'alpha-
olefine (dit
AOS) en C12 à C28, c'est-à-dire qui comprend entre 12 et 28 atomes de carbone
; et
- au moins un deuxième tensioactif anionique qui est un alkyl benzène
sulfonate (dit
ABS), où le groupe alkyle comporte plus de 12 atomes de carbone, par exemple
entre
12 et 24 ; et
- de préférence au moins un troisième tensioactif qui est un alkyl glyceryl
ether
sulfonate (AGES) ou un alkyl ether carboxylate.
Préférentiellement, lorsque l'étape 2 est appliquée pour la première fois, la
durée de l'injection
d'agent moussant peut être comprise entre 25 jours et 35 jours, et vaut
préférentiellement 30
jours. Une telle durée d'injection d'un bouchon d'agent moussant est classique
dans le
domaine pétrolier.
Selon la variante principale de l'invention selon laquelle les étapes 2 et 3
du procédé selon
l'invention sont répétées dans le temps, la durée de l'injection d'agent
moussant peut
augmenter au fur et à mesure des réitérations des étapes 2 et 3. Par exemple,
si l'agent
moussant a été injecté pendant une durée d'injection comprise entre 25 jours
et 35 jours,
(préférentiellement 30 jours) lors de la première itération de l'étape 2, la
durée d'injection de
l'agent moussant peut être comprise entre 45 et 55 jours (et valoir
préférentiellement 50 jours)
lors de la deuxième injection d'agent moussant, entre 75 et 85 jours (et
valoir
préférentiellement 80 jours lors de la troisième injection d'agent moussant)
etc. Cette
augmentation de la durée d'injection de l'agent moussant en fonction du nombre
d'injections
d'agent moussant réalisées dans le réservoir géologique étudié permet à
l'agent moussant de
se propager vers les bords de la chambre de vapeur, qui ne cesse de croître à
chaque injection
de vapeur de la mise en oeuvre de la variante principale de l'invention.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention décrit ci-dessus, on peut
poursuivre, au
cours de cette étape 2, la mesure du volume d'huile produite pendant
l'injection de la solution
aqueuse comprenant au moins un agent moussant pour déterminer une évolution au
cours du
temps du rapport vapeur sur huile.
Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention décrit ci-dessus, on peut
estimer de
manière numérique une évolution au cours du temps du rapport vapeur sur huile,
au moyen
d'un simulateur d'écoulement et d'un modèle d'écoulement représentatif du
réservoir
géologique étudié, le simulateur d'écoulement étant en outre apte à simuler
les écoulements
induits par une injection d'une solution aqueuse comprenant un agent moussant
dans un puits
injecteur tel que selon l'invention, et d'estimer le volume d'huile produit à
un puits producteur
tel que selon l'invention.
Date Reçue/Date Received 2020-08-13
13
Ainsi, au cours de cette étape, une fois que la chambre de vapeur a été formée
lors de l'étape
1, on arrête l'injection de vapeur et on commence l'injection d'eau sous forme
liquide contenant
au moins un agent moussant. Une partie de la vapeur précédemment injectée
continue sa
propagation vers le haut de la chambre de vapeur tandis qu'une autre partie se
condense. La
seule phase mobile dans les pores contenant l'agent moussant en cours
d'injection est donc
de l'eau sous forme liquide et il n'y a plus d'inconvénient lié à la
ségrégation gravitaire. L'eau
chargée en agent moussant peut donc se propager vers le haut du réservoir à
l'intérieur de la
chambre de vapeur. La zone déjà produite peut ainsi être entièrement envahie
par l'eau
chargée en agent moussant. Notamment l'agent moussant peut venir au contact
des bords de
la chambre de vapeur.
3) Deuxième injection de vapeur
Selon l'invention, à l'issue de l'étape 2, on arrête l'injection de la
solution aqueuse comportant
un agent moussant et on réalise une nouvelle injection de vapeur, au niveau du
puits injecteur.
Cette nouvelle injection de vapeur peut être mise en oeuvre selon toute
variante connue d'un
procédé de SAGD, variante qui peut être identique ou non à celle utilisée pour
la mise en
oeuvre de l'étape 1 du procédé selon l'invention.
Cette nouvelle injection de vapeur, après l'injection de la solution aqueuse
comprenant un
agent moussant, a pour but de générer une mousse, en faisant entrer en contact
la vapeur
d'eau injectée au cours de cette étape avec l'agent moussant injecté lors de
l'étape 2 décrite
ci-dessus. Ainsi, cela permet de créer de la mousse dans l'ensemble de la
chambre de vapeur
: d'une part sous le puits injecteur où de l'eau contenant de l'agent moussant
a coulé vers le
puits producteur, et d'autre part vers le haut du réservoir jusqu'à la limite
de la chambre de
vapeur. La mobilité de la vapeur injectée lors de l'étape 3 est ainsi
contrôlée par l'action de la
mousse, en particulier dans la zone du réservoir en cours de production.
Ainsi, la séquence d'injections vapeur-agent moussant-vapeur selon l'invention
permet
d'améliorer, par rapport à une injection simultanée de vapeur et de mousse, la
propagation de
l'agent moussant dans la chambre de vapeur et ainsi d'obtenir une formation de
mousse-
vapeur sur l'ensemble de la chambre de vapeur. Il s'en suit un contrôle
efficace de la mobilité
de la vapeur, ainsi que la possibilité de développer une chambre de vapeur
plus régulière tout
en limitant le contact entre la chambre de vapeur et les couches surplombant
le réservoir, ce
qui améliore l'efficacité des transferts de chaleur entre la vapeur et l'huile
et diminue les pertes
thermiques inhérentes aux procédés SAGD classiques.
La mise en oeuvre de l'invention selon laquelle la durée de toute étape
d'injection de vapeur
est déterminée à partir de la détection d'un minimum local sur une courbe
représentative de
l'évolution au cours du temps du rapport vapeur sur huile permet d'optimiser
le rendement du
Date Reçue/Date Received 2020-08-13
14
procédé selon l'invention, en ce sens que les phases d'injection de vapeur
sont arrêtées dès
que leur rendement décroit. Le rendement de la récupération des huiles lourdes
d'un réservoir
géologique produit selon cette mise en oeuvre de l'invention est donc ainsi
sensiblement
augmenté, car la quantité de vapeur à injecter pour récupérer un volume donné
d'huile est
ainsi contrôlé et diminué, ce qui conduit à un coût global de production
réduit.
Variantes
Avantageusement, à l'issue de l'étape 3, on peut réitèrer au moins une fois
les étapes 2 et 3
du procédé selon l'invention. Très avantageusement, on peut réitèrer les
étapes 2 et 3 du
procédé selon l'invention tout au long de l'exploitation des huiles lourdes du
réservoir
géologique étudié. De cette manière, la propagation de l'agent moussant dans
la chambre de
vapeur est pilotée de manière optimale, pour former de la mousse dans
l'ensemble de la
chambre de vapeur pendant toute la durée d'exploitation des huiles lourdes du
réservoir
géologique étudié.
Le procédé selon l'invention peut être avantageusement mis en oeuvre sur un
réservoir
géologique pour lequel une récupération assistée des huiles lourdes par un
procédé de SAGD
selon l'art antérieur est déjà en cours. Autrement dit, si une récupération
assistée des huiles
lourdes d'un réservoir géologique a été dans un premier temps réalisée par une
simple
injection de vapeur (ce qui correspond à l'étape 1 du procédé selon
l'invention), on peut mettre
en place à tout moment l'étape 2 du procédé selon l'invention, avantageusement
en fonction
de l'évolution dans le temps du rapport vapeur sur huile pendant la phase
d'injection de vapeur.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, si on détecte que la courbe
représentative de
l'évolution dans le temps du rapport vapeur sur huile a atteint un minimum
local et/ou a
tendance à remonter vers des plus fortes valeurs du rapport vapeur sur huile
et/ou a tendance
à décroitre de plus en plus lentement (par exemple avec un taux de
décroissance divisé par
10 sur une durée d'un mois par exemple), on peut arrêter l'injection de vapeur
du procédé
SAGD (qui correspond à l'étape 1 du procédé selon l'invention) et entamer
l'injection de
solution aqueuse comprenant au moins un agent moussant (étape 2 du procédé
selon
l'invention), avant une nouvelle injection de vapeur (étape 3 du procédé selon
l'invention).
Avantageusement, on peut réitèrer plusieurs fois les étapes 2 et 3 du procédé
selon l'invention.
Selon une mise en oeuvre de l'invention selon laquelle le procédé selon
l'invention est mis en
oeuvre dès le début de l'exploitation des huiles lourdes et/ou extra-lourdes
du réservoir
Date Reçue/Date Received 2020-08-13
15
géologique étudié, on peut préchauffer le réservoir géologique selon tout
procédé de
préchauffage tel que décrit par exemple dans le document (Saltuklaroglu et
al., 2000).
L'objectif de cette mise en oeuvre de l'invention est de réchauffer la zone du
réservoir située
entre les puits injecteur et producteur afin de faire chuter la viscosité de
l'huile dans cette zone
et de faciliter l'injection de vapeur et la production d'huile. Pour ce faire,
on peut par exemple
faire circuler de la vapeur dans chacun des puits des doublets injecteur-
producteur. Cette
étape est notamment recommandée avant la première injection de vapeur dans le
réservoir
(étape 1).
Exemples
Les caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention apparaîtront
plus
clairement à la lecture de l'exemple d'application ci-après.
L'exemple d'application correspond à une récupération assistée des huiles
lourdes d'un
réservoir géologique typique de ceux situés en Athabasca (Canada) situé à 209
mètres de
profondeur, d'épaisseur 18 mètres, et de dimensions 420 m dans la direction X
et 150 m dans
la direction Y. Par ailleurs, les perméabilités horizontale et verticale sont
de 10 mD et 3,5 mD
respectivement. Les puits injecteur et producteur ont une longueur de 420 m
dans le réservoir,
sont espacés de 6 m verticalement, et sont orientés horizontalement selon la
direction X. La
mousse injectée pour cet exemple d'application a une qualité de 70%, et est
générée par un
surfactant en tant qu'agent moussant.
Un modèle d'écoulement représentatif de ce réservoir a été construit en vue de
simuler
de manière numérique les écoulements dans ce réservoir.
La figure 1 présente les résultats d'une simulation numérique, réalisées au
moyen du
logiciel PUMAFLOW (IFP Energies nouvelles, France), d'une co-injection
continue de vapeur
et de mousse, ou autrement dit d'un procédé FA-SAGD selon l'art antérieur.
Plus précisément,
la figure 1 présente les variations du facteur de réduction de mobilité R de
la phase gazeuse
engendrée par la présence de mousse dans une section verticale du réservoir
(section
verticale perpendiculaire à la direction X), après 8 mois (en haut) et après
16 mois (en bas)
d'une injection simultanée de vapeur et de mousse. Ainsi, une valeur de 1 du
facteur de
réduction de mobilité R correspond à l'absence de mousse formée, tandis qu'une
valeur
supérieure à 1 indique que de la mousse est présente. On peut observer sur
cette figure que
la mousse ne se forme que dans une zone située entre les puits injecteur et
producteur (dont
les sections dans un plan perpendiculaire à la direction X sont représentés
par des étoiles en
figure 1, ainsi qu'en figures 2 et 3 ci-dessous). Si la présence de mousse
dans la zone inter-
puits peut bien avoir un effet bénéfique sur le steam breakthrough (percée
de vapeur) en
diminuant la production de vapeur, comme décrit dans le document (Chen et al.,
2010), il n'en
Date Reçue/Date Received 2020-08-13
16
reste pas moins que le phénomène de ségrégation gravitaire entre l'eau chargée
en agent
moussant et la vapeur injectées entraine la production quasi immédiate du
surfactant injecté
et l'absence de formation de mousse dans la partie de la chambre de vapeur où
l'huile est en
cours de production. Le procédé FA-SAGD selon l'art antérieur n'est donc pas
fonctionnel
dans le cas d'une co-injection continue d'eau en équilibre thermodynamique
liquide-vapeur
avec du surfactant injecté dans la phase eau liquide.
La figure 2 présente les résultats d'une simulation numériqueõ réalisées au
moyen du
logiciel PUMAFLOW (IFP Energies nouvelles, France), d'une injection alternée
de vapeur et
de mousse selon l'invention. Plus précisément, la figure 2 présente les
variations du facteur
de réduction de mobilité R de la phase gazeuse engendrée par la présence de
mousse dans
une section verticale du réservoir (section verticale perpendiculaire à la
direction X), après 8
mois (en haut) et après 16 mois (en bas) de la mise en oeuvre du procédé,
l'injection du
bouchon de surfactant ayant eu lieu à 8 mois. Ainsi, la figure 2 en haut
montre la chambre de
vapeur qui se développe pendant la première injection de type SAGD (étape 1 du
procédé
selon l'invention), qui crée une première chambre de vapeur, et la figure en
bas montre l'état
du réservoir pendant la seconde phase d'injection de vapeur (étape 3 du
procédé selon
l'invention), réalisée après l'injection d'un bouchon de surfactant (étape 2
du procédé selon
l'invention). On peut ainsi observer que des valeurs fortes du facteur de
réduction de mobilité
R sont obtenues jusqu'en haut du réservoir et sur les bords de la chambre à
l'issue du procédé
selon l'invention, ce qui enseigne que la mousse s'est bien formée dans
l'ensemble de la
chambre de vapeur. Cela témoigne de l'efficacité du procédé d'injection
alternée vapeur-
mousse du procédé selon l'invention.
La figure 3 montre l'évolution du facteur de réduction de mobilité R dans le
réservoir dans le
cas de la mise en oeuvre de l'invention telle que décrite pour la figure 2,
après 20 mois (en
haut) et après 28 mois (en bas) de la mise en oeuvre du procédé selon
l'invention
comprenant une seule injection de surfactant (réalisée après 8 mois). On peut
constater sur
cette figure que l'efficacité de l'injection alternée de surfactant diminue
progressivement. En
effet, on observe qu'il y a de plus en plus de vapeur qui n'est pas sous forme
de mousse sur
la partie supérieure de la chambre de vapeur, et que la zone affectée par la
vapeur qui n'est
pas sous forme de mousse tend à augmenter au cours du temps. Tout se passe
comme si
l'eau chargée en surfactant avait tendance à retomber. En effet, sous l'effet
de la gravité la
mousse s'assèche de haut en bas, l'eau s'écoulant vers le bas à travers les
films de la
mousse. Par ailleurs, on peut observer également que l'eau liquide chargée en
surfactant est
balayée par l'eau liquide en équilibre thermodynamique avec la vapeur
injectée. Une telle
observation peut être un indicateur selon lequel une réitération des étapes 2
et 3 du procédé
selon l'invention serait avantageuse.
Date Reçue/Date Received 2020-08-13
17
La figure 4 compare l'évolution dans le temps T (en mois) du rapport vapeur
sur huile cSOR
dans le cas d'un procédé SAGD classique (courbe Cl), dans le cas du procédé
selon
l'invention mis en oeuvre avec une seule injection de surfactant
(correspondant à la mise en
oeuvre de l'invention telle que décrite pour les figures 2 et 3 ; courbe C2 ;
injection 11 réalisée
au bout de 8 mois) et dans le cas du procédé selon l'invention mis en oeuvre
avec deux
injections de surfactant (injections 11 et 12 réalisées au bout de 8 et 20
mois respectivement)
alternées avec une injection de vapeur (autrement dit, la courbe C3 est
obtenue par une
réitération des étapes 2 et 3 tel que décrit ci-dessus), dont (seule) la
deuxième injection est
pilotée par la détection d'un minimum local tel que décrit ci-dessus (courbe
C3). On peut
observer notamment que la deuxième injection de surfactant permet de
stabiliser la courbe du
rapport vapeur sur huile avant que celui-ci ne recommence à augmenter
temporairement, puis
à diminuer fortement à nouveau. Ceci est dû au fait qu'en pratique,
l'observation de l'effet
d'une injection de surfactant est retardée dans le temps par rapport à
l'instant de l'injection
elle-même. En effet, le surfactant doit se propager jusqu'au bord de la
chambre de vapeur,
puis l'huile produite sous l'action de la mousse créée après l'injection de
vapeur doit ensuite
gagner le puits producteur avant qu'un impact sur l'évolution du rapport
vapeur sur huile puisse
être observé. Par ailleurs, on peut observer sur cette figure qu'au moins une
injection de
surfactant (courbes C2 et C3) permet d'améliorer le rendement par rapport à
injection de
vapeur seule (courbe Cl), les valeurs du rapport vapeur sur huile étant plus
faibles avec au
moins une injection de surfactant. Enfin, on peut observer que la courbe C3
présente un
rapport vapeur sur huile le plus faible au bout de 26 mois d'exploitation, ce
qui démontre
l'efficacité d'un procédé d'injection alternée de vapeur et de mousse selon la
variante principale
de l'invention.
.. Ainsi, de manière générale, le procédé d'injection de mousse-vapeur selon
l'invention permet
de favoriser la formation de la mousse aux endroits où l'huile est produite,
c'est-à-dire sur les
bords de la chambre de vapeur, ce qui permet d'avoir un rendement supérieur
par rapport
aux procédés d'injection de mousse-vapeur selon l'art antérieur.
Date Reçue/Date Received 2020-08-13
