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Polymères associatifs pour la récupération améliorée des hydrocarbures : synthèse, caractérisation, et tests d’injectivité en milieux poreux modèles

Guillaume Dupuis, IFP Reuil-Malmaison - IPREM Pau

30 juin 2010

La structure moléculaire spécifique des polymères hydrophobiquement associatifs (PHA) leur confère des propriétés épaississantes et d’adsorption supérieures à celles des polymères classiques. Néanmoins, la forte capacité d’adsorption de ces polymères peut dégrader leur injectivité lors de leur utilisation en "polymer flooding". Par ailleurs, la sensibilité des liens entre chaînes vis à vis du cisaillement peut s’avérer pénalisante lors d’opérations de traitements de puits. L’objectif de ce travail est d’apporter des éléments nouveaux sur les mécanismes d’interactions entre les PHA et les milieux poreux. La démarche choisie consiste à étudier les relations entre la structure chimique des PHA, leurs propriétés en solution aqueuse et leur comportement en milieu poreux modèles.

Dans un premier temps, une série cohérente de PHA et de leurs équivalents non-associatifs (PNA) a été synthétisée par copolymérisation radicalaire micellaire. Les PHA obtenus sont des polyacrylamides sulfonés modifiés avec des unités portant des chaînes alkyles hydrophobes. La caractérisation de ces PHA a impliqué la mise au point d’une méthode originale de détermination de la distribution des masses molaires de chaque polymère par chromatographie d’exclusion stérique couplée à la diffusion de la lumière. Cette méthode, dite "micellaire", repose sur l’utilisation de tensioactifs pour rompre les liens hydrophobes et accéder aux propriétés des chaînes macromoléculaires isolées. Les solutions diluées de PHA ont été caractérisées en termes de taille hydrodynamique des particules, de viscosité intrinsèque et de constante de Huggins. Puis les propriétés rhéologiques des solutions semi-diluées ont été examinées.

Dans un deuxième temps, des études d’injectivité en milieux poreux modèles ont été réalisées. Une étude sur des membranes à pores capillaires calibrés a tout d’abord permis de définir des conditions expérimentales permettant d’étudier directement l’adsorption des PHA sur la paroi des pores et de comparer l’injectivité de ces polymères à leur caractère associatif. Ensuite, les solutions de PHA et de PNA ont été injectées dans des milieux poreux modèles granulaires. Comme attendu, de fortes réductions de mobilité ont été observées lors de l’injection des PHA. Toutefois, un colmatage complet des milieux poreux n’a jamais été observé. De plus, l’évolution du profil des réductions de mobilité le long des carottes, n’est pas compatible avec l’image classique de l’adsorption de toutes les chaînes sous la forme de multicouches, mais suggère que l’injectivité est contrôlée par l’adsorption d’espèces polymères spécifiques et minoritaires. Nous avons pu montrer que ces espèces "endommageantes" pouvaient être éliminées sans altérer les propriétés associatives des PHA. Ces résultats, qui restent à compléter, ouvrent potentiellement la voie à la mise au point de nouvelles procédures de filtration et d’injection des PHA, destinées en particulier à améliorer leur injectivité.