Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

FR3146689A1 - Procédé de récupération assistée d’hydrocarbures utilisant un polymère d’une forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonique - Google Patents

Procédé de récupération assistée d’hydrocarbures utilisant un polymère d’une forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonique Download PDF

Info

Publication number
FR3146689A1
FR3146689A1 FR2302307A FR2302307A FR3146689A1 FR 3146689 A1 FR3146689 A1 FR 3146689A1 FR 2302307 A FR2302307 A FR 2302307A FR 2302307 A FR2302307 A FR 2302307A FR 3146689 A1 FR3146689 A1 FR 3146689A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
acrylamido
water
methylpropanesulfonic acid
sodium salt
crystalline form
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR2302307A
Other languages
English (en)
Inventor
Cédrick Favero
Benoit LEGRAS
Johann KIEFFER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SNF SA
Original Assignee
SNF SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SNF SA filed Critical SNF SA
Priority to FR2302307A priority Critical patent/FR3146689A1/fr
Priority to PCT/EP2024/056686 priority patent/WO2024189088A1/fr
Priority to EP24711876.3A priority patent/EP4453127A1/fr
Publication of FR3146689A1 publication Critical patent/FR3146689A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/58Compositions for enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons, i.e. for improving the mobility of the oil, e.g. displacing fluids
    • C09K8/588Compositions for enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons, i.e. for improving the mobility of the oil, e.g. displacing fluids characterised by the use of specific polymers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F120/00Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride, ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F120/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F120/52Amides or imides
    • C08F120/54Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide
    • C08F120/58Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide containing oxygen in addition to the carbonamido oxygen, e.g. N-methylolacrylamide, N-acryloyl morpholine
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/52Amides or imides
    • C08F220/54Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide
    • C08F220/56Acrylamide; Methacrylamide

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

Procédé de récupération assistée d’hydrocarbures comprenant les étapes suivantes :a) Préparation d’un fluide d’injection comprenant au moins un polymère hydrosoluble obtenu à partir d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique, avec de l’eau ou avec de la saumure,l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique étant, avant polymérisation, une forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique ayant un diagramme de diffraction des rayons X sur poudre comprenant des pics à 11,7° ; 12,2° ; 13,2° ; 13,5° ; 15,6° ; 16,8° ; 17,8° ; 18,5° ; 19,1° ; 20,6° ; 21,4° ; 23,3° ; 25,1° ; 25,8° ; 26,9° ; 29,1° ; 29,5° ; 31,0° ; 33,0° ; 33,6° ; 34,4° ; 35,2° ; 35,9° ; 37,1° ; 38,4° ; 39,6° ; 41,1° ; 42,9° ; 45,1° ; 46,0° ; 47,2° ; 47,6° degrés 2-thêta ;b) Injection du fluide d’injection dans une formation souterraine ;c) Balayage de la formation souterraine à l’aide du fluide injecté ;d) Récupération d’un mélange aqueux et hydrocarboné.

Description

Procédé de récupération assistée d’hydrocarbures utilisant un polymère d’une forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonique Domaine de l’invention
La présente invention concerne un procédé de récupération assistée d’hydrocarbures (pétrole et/ou gaz) utilisant des polymères hydrosolubles obtenus à partir de la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique.
Etat antérieur de la technique
La plupart des champs de pétrole actuellement exploités sont devenus matures et ont, de fait, amorcé le déclin de leur production ou sont sur le point de le faire. Le taux de récupération de ces champs est actuellement de l’ordre de 15 à 35 % en moyenne par rapport à la quantité initiale de pétrole. Ils offrent donc un potentiel de production encore considérable.
De manière générale, la récupération du pétrole brut contenu dans les gisements s’effectue en plusieurs temps.
La production résulte d’abord de l’énergie naturelle des fluides et de la roche qui se décompriment. A l’issue de cette phase de déplétion, la quantité de pétrole récupérée en surface représente en moyenne quelques 5 à 15 % de la réserve initiale. Il est donc nécessaire, dans un deuxième temps, d’employer des techniques visant à accroître le rendement de récupération en maintenant la pression du champ.
La méthode la plus fréquemment mise en œuvre consiste à injecter de l’eau dans le gisement par le biais de puits injecteurs dédiés à cette fin. On parle alors de récupération secondaire. Cette deuxième phase s’arrête lorsque le rapport eau/pétrole est trop important, c’est-à-dire lorsque la quantité en eau dans le mélange produit par les puits producteurs est trop importante. Cette récupération secondaire permet ainsi d’obtenir un taux de récupération additionnelle de l’ordre de 10 à 20 %.
Les autres techniques utilisables sont regroupées sous le nom de récupération assistée du pétrole (RAP ou EOR acronyme anglais de « Enhanced Oil Recovery »). Leur but est de récupérer entre 10 et 35 % de pétrole additionnel par rapport à la quantité initiale de pétrole. Sous le terme de récupération assistée du pétrole, sont connues diverses techniques thermiques, ou non, telles que les techniques dites électrique, miscible, vapeur, ou encore chimique de récupération améliorée du pétrole restant en place (voir « Oil & gas science and technology » – revue IFP, vol 63 (2008) n°1, pp 9-19).
Par « pétrole », on désigne tout type d’huile, à savoir huile légère comme huile lourde, voire bitumineuse. Une huile résulte généralement de la transformation naturelle de matière organique et est composée d’un mélange d’hydrocarbures. Dans la description de l’art antérieur ou de l’invention, les termes « pétrole » et « huile » sont utilisés pour désigner la même matière, à l’exception de la mention de la composition d’une émulsion ou d’une dispersion.
L’efficacité du balayage par injection d’eau est généralement améliorée par l’addition de polymères hydrosolubles. Les bénéfices attendus et prouvés de l’utilisation de polymères, au travers de la « viscosification » des eaux injectées, sont l’amélioration du balayage et la réduction du contraste de viscosité entre les fluides pour maîtriser leur ratio de mobilité dans le champ, et ce afin de récupérer les hydrocarbures rapidement et efficacement. Ces polymères augmentent la viscosité de l’eau.
Il est connu de l’homme du métier que les polymères hydrosolubles synthétiques, en particulier les polymères à base d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (ATBS), sont des polymères très avantageux pour augmenter la viscosité des solutions aqueuses et sont utilisés en récupération assistée. En effet, les polymères à base d’ATBS sont connues pour être tolérants aux sels divalents ainsi qu’aux hautes températures.
En plus d’augmenter la viscosité de l’eau les polymères utilisés doivent avoir une bonne filtrabilité. Les polymères possédant une mauvaise filtrabilité ont tendance à boucher la formation et ralentir voire inhiber la production d’hydrocarbures (pétrole et/ou gaz). Or, la filtrabilité se détériore lorsque le poids moléculaire du polymère augmente. Il existe donc un compromis délicat entre poids moléculaire et filtrabilité.
Les polymères ajoutés à l’eau d’injection sont généralement soumis à de longs temps de séjour dans le gisement, entre les puits injecteurs et les puits producteurs, pouvant aller de quelques mois à quelques années. Durant ce laps de temps, ils peuvent subir une dégradation thermique se traduisant par une augmentation de leur taux d’hydrolyse par conversion d’unités acrylamide ou ATBS en acrylates, ou une dégradation chimique conduisant à une rupture de chaine (baisse du poids moléculaire) par attaque radicalaire. Dans les deux cas, ces mécanismes se traduisent généralement par une diminution de la viscosité et donc par une perte de l’efficacité de balayage de la formation souterraine par la solution aqueuse de polymère injectée. Il y a donc un réel intérêt à développer des polymères plus résistants à ces processus impliqués dans tout projet de récupération assistée d’hydrocarbures (pétrole et/ou gaz).
La Demanderesse a trouvé et mis au point un procédé de récupération assistée d’hydrocarbures (pétrole et/ou gaz) mettant en œuvre des polymères hydrosolubles contenant comme monomère une forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique, lesdits polymères présentant des propriétés améliorées notamment en termes de filtrabilité et de stabilité chimique et thermique.
Les meilleures performances du fluide d’injection contenant des polymères obtenus à partir de la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique permettent la réduction de la quantité de produit nécessaire et donc la réduction de la consommation globale d’eau et des émissions de gaz à effet de serre comme le CO2.
Plus précisément, l’invention concerne un procédé de récupération assistée d’hydrocarbures (pétrole et/ou gaz) comprenant les étapes suivantes :
a) Préparation d’un fluide d’injection comprenant au moins un polymère hydrosoluble d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique, avec de l’eau ou de la saumure ;
l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique étant, avant polymérisation, une forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique ayant un diagramme de diffraction des rayons X sur poudre comprenant des pics à 11,7° ; 12,2° ; 13,2° ; 13,5° ; 15,6° ; 16,8° ; 17,8° ; 18,5° ; 19,1° ; 20,6° ; 21,4° ; 23,3° ; 25,1° ; 25,8° ; 26,9° ; 29,1° ; 29,5° ; 31,0° ; 33,0° ; 33,6° ; 34,4° ; 35,2° ; 35,9° ; 37,1° ; 38,4° ; 39,6° ; 41,1° ; 42,9° ; 45,1° ; 46,0° ; 47,2° ; 47,6° degrés 2-thêta ;
b) Injection du fluide d’injection dans une formation souterraine ;
c) Balayage de la formation souterraine à l’aide du fluide injecté ;
d) Récupération d’un mélange aqueux et hydrocarboné (mélange comprenant de l’eau et des hydrocarbures).
De manière tout à fait surprenante, l’utilisation d’au moins un polymère hydrosoluble obtenu à partir de la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique permet le traitement efficace de formations souterraines. C’est bien l’utilisation de la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique, dans la préparation du polymère hydrosoluble, qui confère audit polymère des propriétés particulières, permettant d’améliorer la récupération d’hydrocarbures.
Description de l’invention
Par « polymère », on désigne un homopolymère ou un copolymère. Un copolymère désigne un polymère obtenu à partir d’au moins deux monomères différents. Il peut donc s’agir d’un copolymère d’au moins deux monomères choisis parmi les monomères anioniques hydrophiles, les monomères cationiques hydrophiles, les monomères non ioniques hydrophiles, les monomères zwitterioniques hydrophiles, les monomères hydrophobes et leurs mélanges.
Par « monomère hydrophile », on désigne un monomère qui présente un coefficient de partage octanol/eau, Kow, inférieur à 1, dans lequel le coefficient de partage Kowest déterminé à 25°C dans un mélange octanol/eau ayant un rapport volumique de 1/1, à un pH compris entre 6 et 8.
Par « monomère hydrophobe », on désigne un monomère qui présente un coefficient de partage octanol/eau, Kow, supérieur à 1, dans lequel le coefficient de partage Kowest déterminé à 25°C dans un mélange octanol/eau ayant un rapport volumique 1/1, à un pH compris entre 6 et 8.
Le coefficient de partage octanol/eau, Kow, représente le rapport des concentrations (g/L) d’un monomère entre la phase octanol et la phase aqueuse. Il est défini comme suit :
Par définition, un polymère hydrosoluble est un polymère qui donne une solution aqueuse sans particules insolubles lorsqu’il est dissous sous agitation à 25°C et avec une concentration de 50 g.L-1dans l’eau.
Par « X et/ou Y », on désigne « X », ou « Y », ou « X et Y ».
Font également partie de l’invention, toutes les combinaisons possibles entre les différents modes de réalisation divulgués, qu’il s’agisse de modes de réalisation préférés ou donnés à titre d’exemple. En outre, lorsque des plages de valeurs sont indiquées, les bornes font partie de ces plages. La divulgation inclut également toutes les combinaisons entre les bornes de ces plages de valeurs. Par exemple, les plages de valeurs « 1-20, préférentiellement 5-15 », impliquent la divulgation des plages « 1-5 », « 1-15 », « 5-20 » et « 15-20 » et des valeurs 1, 5, 15 et 20.
Forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique
La forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique a un diagramme de diffraction des rayons X sur poudre comprenant des pics à 11,7° ; 12,2° ; 13,2° ; 13,5° ; 15,6° ; 16,8° ; 17,8° ; 18,5° ; 19,1° ; 20,6° ; 21,4° ; 23,3° ; 25,1° ; 25,8° ; 26,9° ; 29,1° ; 29,5° ; 31,0° ; 33,0° ; 33,6° ; 34,4° ; 35,2° ; 35,9° ; 37,1° ; 38,4° ; 39,6° ; 41,1° ; 42,9° ; 45,1° ; 46,0° ; 47,2° ; 47,6° degrés 2-thêta. L’incertitude de ces pics est généralement de l’ordre de +/- 0,1°.
La cristallographie aux rayons X, radiocristallographie ou diffractométrie de rayons X est une technique d’analyse qui permet d’étudier la structure de la matière cristalline à l’échelle atomique. Elle s’appuie sur le phénomène physique de diffraction des rayons X. Un diffractomètre ayant une source au cuivre peut être utilisé.
Une poudre formée d’une phase cristalline particulière présente toujours des pics de diffraction dans les mêmes directions. Ce diagramme de diffraction forme ainsi une véritable signature de la phase cristalline. Il est donc possible de déterminer la nature de chaque phase cristalline au sein d’un mélange ou d’un produit pur.
Cette signature est spécifique à chaque composé cristallin organique ou inorganique, et se présente sous la forme d’une liste de pics de position en angle 2θ (2-thêta).
Cette technique est utilisée pour caractériser la matière, en particulier les différentes formes cristallines qui peuvent exister pour une même molécule chimique.
La forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique a un spectre infra-rouge à transformée de Fourier comprenant des pics à 3576 cm-1, 3485 cm-1, 3310 cm-1, 3079 cm-1, 2975 cm-1, 1658 cm-1, 1629 cm-1, 1543 cm-1, 1403 cm-1, 1321 cm-1, 1301 cm-1, 1205 cm-1, 1187 cm-1, 1163 cm-1, 1046 cm-1, 980 cm-1, 629 cm-1. L’incertitude de ces pics est généralement de l’ordre de 8 cm-1.
La mesure infra-rouge est réalisée par transformée de Fourier, par exemple au moyen d’un spectromètre de type Spectrum 100 de la marque Perkin Elmer équipé d’un accessoire de Polarisation ATR simple réflexion, dont la précision est de 8 cm-1.
La spectroscopie infra-rouge à transformée de Fourier est l’analyse des vibrations émises, absorbées ou diffusées par les molécules. Cette technique est sensible aux interactions dites courtes (influence de la maille unitaire sur les liaisons). Dans la majorité des cas, les spectres infra-rouges à transformée de Fourier de différents systèmes cristallins diffèrent de manière significative. Le spectre infra-rouge à transformée de Fourier reflète donc les détails de la structure cristalline d’un composé chimique.
De manière générale, et sauf indication contraire, le diagramme de diffraction des rayons X et le spectre infra-rouge sont obtenus à 20°C et à une pression de 1 atmosphère absolue (101 325 Pa).
La forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique a une énergie minimale d’inflammation supérieure à 500 mJ, préférentiellement supérieure à 1000 mJ (1 mJ = 10-3joule).
L’énergie minimale d’inflammation représente l’énergie minimale qui doit être fourni à un produit (composé chimique) pour provoquer son inflammation. L’énergie peut être électrique ou thermique. L’énergie minimale d’inflammation est une donnée essentielle pour la prise en compte du risque d’explosion lors de la manipulation du produit (transfert, stockage, réaction, mise en forme...).
L’énergie minimale d’inflammation dépend des propriétés de la poudre (composition) ainsi que de sa structure macromoléculaire (granulométrie, forme cristalline, surface spécifique).
Dans le cadre des solides, cette énergie est l’énergie minimale d’une étincelle électrique susceptible d’enflammer un nuage de poussière. Plus la valeur de l’énergie minimale d’inflammation est élevée, moins le solide présente un risque lors de son utilisation, manipulation, stockage.
La mesure de l’énergie minimale d’inflammation est réalisée selon la norme NF EN 13821.
La forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique présente 4 phénomènes thermiques avec la technique de calorimétrie différentielle à balayage, à 49,8°C ; 144,8°C ; 169,8°C et 254,3°C. L’incertitude relative à l’observation de ces phénomènes est généralement de l’ordre de 10°C, avantageusement 5°C ou moins.
Les phénomènes thermiques sont mesurés par calorimétrie différentielle à balayage (DSC). Cette technique exploite la mesure de la variation de chaleur associée à la dénaturation thermique du composé lorsque celui-ci est chauffé à vitesse constante, par exemple avec une rampe de chauffe de 10°C/minute.
Procédé de fabrication de la forme cristalline du sel de sodium
Le procédé de fabrication de la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique comprend au moins les étapes successives suivantes :
1) mélange d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique avec une solution aqueuse SA1et au moins un sel de sodium, avantageusement pendant au moins 1 minute, afin de former une solution aqueuse ou une suspension aqueuse SA2;
2) distillation à une pression inférieure à la pression atmosphérique de la solution aqueuse ou de la suspension aqueuse SA2afin de former une suspension S1;
3) séparation solide / liquide de la suspension S1et isolement des cristaux de la suspension S1obtenus à l’issue de l’étape 2) sous la forme d’une composition C1.
Les cristaux obtenus sont sous forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique.
Par sel(s) de sodium dans l’étape 1), on entend au moins un sel(s) inorganique(s), par exemple l’hydroxyde de sodium, le carbonate de sodium, le bicarbonate de sodium ou leurs mélanges.
La température et le temps de mélange de l’étape 1) peuvent varier en fonction notamment de la concentration en acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique. L’homme du métier saura adapter la variation de température et le temps de mélange pour optimiser la formation des cristaux.
Le procédé de fabrication de la forme cristalline du sel de sodium peut se faire sur n’importe quelle forme de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique, comme par exemple la forme aiguille ou la forme hydratée.
Le procédé de fabrication peut être réalisé sur n’importe quelle dégrée de pureté de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique.
Ainsi le procédé peut être réalisé en aval de tout type de procédé de fabrication de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique. Il peut également être réalisé sur des cristaux de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique déjà obtenus.
Etape 1) du procédé de fabrication de la forme cristalline du sel de sodium :
L’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique est issu d’un procédé de fabrication tel que décrit précédemment (acrylonitrile, acide sulfurique fumant et isobutylène). L’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique peut être sous forme de poudre fine ou mis en forme de manière contrôlée par un procédé tel que la compaction, la granulation, ou l’extrusion.
L’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique peut être ajouté dans une solution aqueuse SA1avant, après ou en parallèle du sel de sodium, préférentiellement l’ajout se fait en parallèle.
Avantageusement, la concentration de la solution aqueuse ou de la suspension aqueuse SA2en sel de sodium est comprise entre 1% en poids et saturation, préférentiellement entre 10% en poids et saturation, plus préférentiellement entre 20% en poids et saturation, plus préférentiellement entre 30% en poids et saturation, plus préférentiellement entre 40% en poids et saturation, et encore plus préférentiellement entre 50% en poids et saturation, en poids par rapport au poids de la solution aqueuse ou de la suspension aqueuse SA2.
L’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique et le sel de sodium peuvent être ajoutés en une fois ou en plusieurs fois. Préférentiellement, ils sont ajoutés en plusieurs fois.
Lorsque l’ajout se fait en plusieurs fois, l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique et le sel de sodium sont ajoutés en fractions.
Lorsque l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique et le sel de sodium sont ajoutés en fractions, il n’y a pas de limite au nombre de fractions, avantageusement il y a au moins deux fractions, préférentiellement au moins trois fractions.
Il n’y a pas de limitation quant à l’ordre d’addition entre l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique et le sel de sodium. Ils peuvent être ajoutés en même temps (c’est-à-dire en parallèle), l’un après l’autre (l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique en premier puis le sel de sodium, ou inversement), ou de façon alternée (une première fraction d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique, puis une première fraction du sel de sodium, suivie d’une deuxième fraction d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique puis d’une deuxième fraction du sel de sodium et ainsi de suite), préférentiellement ils sont ajoutés en même temps.
Lors de l’ajout l’un après l’autre ou de façon alternée, le début de l’ajout du second composé (que ce soit l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique ou le sel de sodium) peut commencer avant la fin de l’ajout du premier composé.
Une première fraction F1 d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique représente avantageusement au moins 1 mol% du total de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique présent dans la solution aqueuse ou la suspension aqueuse SA2, préférentiellement au moins 5 mol%, plus préférentiellement au moins 10 mol%, encore plus préférentiellement au moins 15 mol% et encore plus préférentiellement au moins 20 mol%.
Une deuxième fraction F2 d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique représente avantageusement au moins 1 mol% du total de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique présent dans la solution aqueuse ou la suspension aqueuse SA2, préférentiellement au moins 5 mol%, plus préférentiellement au moins 10 mol%, encore plus préférentiellement au moins 15 mol% et encore plus préférentiellement au moins 20 mol%.
Une troisième fraction F3 d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique représente avantageusement au moins 1 mol% du total de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique présent dans la solution aqueuse ou la suspension aqueuse SA2, préférentiellement au moins 5 mol%, plus préférentiellement au moins 10 mol%, encore plus préférentiellement au moins 15 mol% et encore plus préférentiellement au moins 20 mol%.
Dans un mode particulier, le procédé se fait en continu, dans ce cas-là, l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique et le sel de sodium sont ajoutés en continu.
La quantité d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique dans la solution aqueuse ou la suspension aqueuse SA2est avantageusement comprise entre 10 et 90% en poids par rapport au poids total de la solution aqueuse ou de la suspension aqueuse SA2, préférentiellement entre 20 et 85% en poids, plus préférentiellement entre 30 et 80% en poids.
Le mélange de l’étape 1) est avantageusement réalisé à une température comprise entre 0 et 90°C, préférentiellement entre 5 et 60°C, plus préférentiellement entre 10 et 40°C, afin d’obtenir la solution aqueuse ou la suspension aqueuse SA2.
Dans un mode particulier, la solution aqueuse ou la suspension aqueuse SA2peut comprendre un ou plusieurs solvants organiques.
La quantité de solvant organique peut varier en fonction de la température, de la quantité d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique ou de sel de sodium. Cette quantité n’est pas limitée tant que cela n’empêche pas l’obtention de la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique. L’homme du métier saura déterminer cette limite qui reste une tache de routine. De manière générale, la solution aqueuse ou la suspension aqueuse SA2comprend plus d’eau (en volume) que de solvant organique.
Le ou les solvants organiques sont avantageusement choisis parmi les composés suivants :
- acides organiques, avantageusement les acides carboxyliques comprenant de 1 à 8 carbones ;
- les amides comprenant avantageusement de 1 à 8 atomes de carbone ;
- les alcools comprenant avantageusement de 1 à 8 atomes de carbones ;
- les cétones comprenant avantageusement de 3 à 8 atomes de carbones ;
- les éthers comprenant avantageusement de 2 à 8 atomes de carbones ;
- les esters comprenant avantageusement de 2 à 8 atomes de carbones ;
- les alcanes comprenant avantageusement de 4 à 8 atomes de carbones ;
- les composés hydrocarbonés halogénés comprenant avantageusement de 2 à 8 atomes de carbones ;
- les nitriles comprenant avantageusement de 1 à 8 atomes de carbones ; ou
- leurs mélanges.
Lorsqu’un solvant organique est utilisé dans le cadre de l’invention, la température peut être ajustée pour que le mélange solvant + eau reste sous forme liquide.
Ces composés peuvent être linéaires ou ramifiés. Ils peuvent être saturés ou comprendre des insaturations, une insaturation correspond à une double ou une triple liaison (par exemple C=C ou C≡C).
Préférentiellement, le solvant organique est choisi parmi l’acrylonitrile, l’isopropanol, l’acide acrylique, l’acide acétique ou leurs mélanges. Préférentiellement, le solvant organique est de l’acrylonitrile.
Le solvant organique est généralement sous forme de liquide à la température de réalisation des étapes 2) et 3). En outre, il est avantageusement partiellement miscible dans l’eau, préférentiellement complètement miscible dans l’eau.
Le solvant organique peut, le cas échéant, permettre de solubiliser d’éventuelles impuretés ou sous-produits présents avec l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique utilisé pour former la solution aqueuse ou la suspension aqueuse SA2. En revanche, l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique n’est pas nécessairement soluble dans le solvant.
Dans un mode préféré selon l’invention, la solution aqueuse ou la suspension aqueuse SA2ne contient pas de solvant organique.
Le temps de mélange entre la solution aqueuse SA1, l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique est avantageusement d’au moins 1 minute, préférentiellement entre 1 minute et 600 minutes, plus préférentiellement entre 5 minutes et 400 minutes, et encore plus préférentiellement entre 10 minutes et 240 minutes.
Le mélange des composés de l’étape 1) peut s’effectuer par diverses technologies. A titre d’exemples et de manière non limitative, nous pouvons citer les réacteurs avec agitateur, les réacteurs boucle, les mélangeurs statiques, les microréacteurs, les réacteurs piston, les réacteurs filtres sécheurs agités, par exemple Nutsche, les mélangeurs à palettes, les mélangeurs bicônes, les mélangeurs à soc de charrue, et les mélangeurs à disques.
Le pH de l’étape 1) est avantageusement contrôlé entre 6 et 14, préférentiellement entre 8 et 14, plus préférentiellement entre 10 et 14, encore plus préférentiellement entre 12 et 14, encore plus préférentiellement entre 13 et 14.
Etape 2) du p rocédé de fabrication de la forme cristalline du sel de sodium :
La distillation de la solution aqueuse ou de la suspension aqueuse SA2se fait à une pression inférieure à la pression atmosphérique. Elle se fait généralement dans un dispositif de distillation sous vide, qui est typiquement un évaporateur. Elle est donc également qualifiée ici de « distillation sous vide ».
Lorsque la solution aqueuse ou la suspension aqueuse SA2est distillée, typiquement par passage dans un évaporateur, des cristaux du sel de sodium d’acide acrylamido-2-méthyl-2-propane sulfonique commencent à se former. Il y a alors coexistence de la solution aqueuse ou de la suspension aqueuse SA2comprenant de l’acide acrylamido-2-méthyl-2-propane sulfonique, au moins un sel de sodium, et des particules solides cristalline du sel de sodium de l’acide acrylamido-2-méthyl-2-propane sulfonique.
La distillation de la solution aqueuse ou de la suspension aqueuse SA2peut se faire à l’aide d’un évaporateur. Il peut s’agir d’un évaporateur à film tombant, ou d’un évaporateur à film montant, ou d’un évaporateur à film mince raclé, ou d’un évaporateur court trajet, ou d’un évaporateur à circulation forcé, ou d’un évaporateur à tube spiralé, ou encore d’un évaporateur par refroidissement flash. Il peut également s’agir d’un réacteur agité en continu. Préférentiellement, la distillation se fait dans un évaporateur à film mince raclé, ou un évaporateur court trajet, ou un évaporateur à circulation forcée. Encore plus préférentiellement, la distillation se fait dans un évaporateur à film mince raclé.
De manière générale, un évaporateur est un dispositif comprenant une entrée de solution à traiter (solution aqueuse ou suspension aqueuse SA2), une sortie pour évacuer le solvant distillé (l’eau et d’éventuels solvants organiques) et une sortie pour évacuer la suspension S1.
Le temps de résidence de la solution aqueuse ou de la suspension aqueuse SA2dans le dispositif de distillation (avantageusement sous vide), qui est avantageusement un évaporateur, autrement dit la durée de distillation à une pression inférieure à la pression atmosphérique, est avantageusement compris entre 1 seconde et 600 secondes, préférentiellement entre 3 secondes et 300 secondes, plus préférentiellement entre 30 secondes et 100 secondes. Le temps de résidence correspond à la durée nécessaire à la réalisation de l’étape 2), c’est-à-dire à la durée de la préparation de la suspension S1par distillation de la solution aqueuse ou de la suspension aqueuse SA2. En d’autres termes, dans le cas d’un évaporateur, il s’agit du temps de séjour de l’acide acrylamido-2-méthyl-2-propane sulfonique (et/ou sa forme cristalline de sel de sodium), entre l’entrée et la sortie du dispositif. Ce temps de résidence dépend de la quantité d’eau (et des éventuels solvants organiques), d’acide 2-acrylamido-2-propane sulfonique, et de sel de sodium présent dans la solution aqueuse ou la suspension aqueuse SA2.L’homme du métier saura adapter ce temps de séjour afin d’obtenir de l’acide 2-acrylamido-2-propane sulfonique sous forme cristalline de sel de sodium en fonction de la quantité des constituants de la solution aqueuse ou de la suspension aqueuse SA2.
La distillation peut être effectuée dans un évaporateur vertical ou horizontal. Préférentiellement, elle est effectuée dans un évaporateur vertical.
La solution aqueuse ou la suspension aqueuse SA2peut circuler à co-courant ou à contre-courant par rapport aux vapeurs générées par l’évaporation. Préférentiellement, elle circule à contre-courant des vapeurs dans le dispositif de distillation. En d’autres termes, la solution aqueuse ou la suspension aqueuse SA2est préférentiellement introduite dans le dispositif de distillation, avantageusement un évaporateur, à co-courant ou à contre-courant par rapport au solvant distillé.
La solution aqueuse ou la suspension aqueuse SA2peut circuler dans un ou plusieurs évaporateurs en série avant d’obtenir la suspension S1. Préférentiellement, elle circule dans un évaporateur unique.
La pression lors de la distillation est avantageusement comprise entre 1 et moins de 1000 mbar absolu (1 mbar = 100 Pa). Elle est préférentiellement inférieure à 900 mbar absolu, plus préférentiellement inférieure à 800 mbar absolu, plus préférentiellement inférieure à 700 mbar absolu, plus préférentiellement inférieure à 600 mbar absolu, plus préférentiellement inférieure à 500 mbar absolu, plus préférentiellement inférieure à 400 mbar absolu, plus préférentiellement inférieure à 300 mbar absolu, plus préférentiellement inférieure à 200 mbar absolu, plus préférentiellement inférieure à 100 mbar absolu et encore plus préférentiellement inférieure à 50 mbar absolu, et avantageusement supérieure à 1 mbar absolu. La pression absolue correspond à la pression par rapport à la pression zéro (vide).
Dans un mode particulier, l’étape 2) comprend une étape 2’) (optionnelle), permettant de faciliter l’évaporation du solvant. L’étape 2’) consiste alors en une augmentation de la température de la solution aqueuse ou de la suspension aqueuse SA2, autrement dit la distillation selon l’étape 2’) se fait à chaud.
Le chauffage durant la distillation peut se faire par diverses technologies. A titre d’exemple et de manière non limitative, nous pouvons citer le chauffage avec de la vapeur, à l’eau chaude, par électricité, par compression de vapeur, ou encore à l’aide d’une pompe à chaleur. Ainsi, le dispositif de distillation peut être de type double paroi, un fluide caloporteur chaud circulant entre les deux parois.
La solution aqueuse ou la suspension aqueuse SA2est avantageusement chauffée à une température comprise entre plus de 5°C et 95°C, préférentiellement entre plus de 10°C et 60°C, plus préférentiellement entre plus de 20°C et 40°C.
Lorsque la solution aqueuse ou la suspension aqueuse SA2est chauffée, la température est avantageusement supérieure à la température de l’étape 1).
La montée en température de la solution ou de la suspension aqueuse SA2se fait avantageusement à une rampe comprise entre 0,1 et 10°C/heure, préférentiellement entre 0,2 et 9°C/heure, plus préférentiellement entre 0,3 et 8°C/heure, et encore plus préférentiellement entre 0,5 et 5°C/heure.
La montée en température peut ne pas être constante tout le long du processus. A titre d’exemple, la solution aqueuse ou la suspension aqueuse SA2peut être chauffée de 5°C par heure pendant les trois premières heures, et ensuite être chauffé à une vitesse de 10°C par heure jusqu’à l’obtention de la température finale.
Selon un autre mode particulier de l’invention, l’étape 2) peut comprendre une étape 2") (optionnelle), à la suite de l’étape 2’), ou à la place de l’étape 2’), permettant d’augmenter la productivité et la rentabilité du procédé de l’invention en accélérant la cristallisation de l’acide acrylamido-2-méthyl-2-propane sulfonique sous forme cristalline de sel de sodium. L’étape 2") consiste alors en une baisse de la température de la solution aqueuse ou de la suspension aqueuse SA2.
La solution aqueuse ou la suspension aqueuse SA2est avantageusement refroidie à une température comprise entre 5 et moins de 95°C, préférentiellement entre 10 et moins de 60°C, plus préférentiellement entre 20 et moins de 40°C.
Lorsque la solution aqueuse ou la suspension aqueuse SA2est refroidie, la température est avantageusement inférieure à la température des étapes 1), 2) et optionnellement 2’).
La baisse en température de la solution aqueuse ou de la suspension aqueuse SA2se fait avantageusement à une rampe comprise entre 0,1 et 10°C/heure préférentiellement entre 0,2 et 9°C/heure, plus préférentiellement entre 0,3 et 8°C/heure, et encore plus préférentiellement entre 0,5 et 5°C/heure.
La baisse en température peut ne pas être constante tout le long du processus. A titre d’exemple, la solution aqueuse ou la suspension aqueuse SA2peut être refroidie de 5°C par heure pendant les trois premières heures, et ensuite être refroidie à une vitesse de 10°C par heure jusqu’à l’obtention de la température finale.
Lors du refroidissement de la solution aqueuse ou de la suspension aqueuse SA2, des cristaux du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique se forment et on obtient une suspension S1.
Dans un mode particulier, des cristaux de sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique préalablement obtenus peuvent être ajoutés lors de cette étape afin de modifier la formation de la suspension S1. Il s’agit d’un ensemencement en cristallisation qui permet de mieux contrôler la température de cristallisation, la granulométrie des cristaux, la distribution granulométrique, la pureté du produit final et, éventuellement, le rendement. Les cristaux de sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique ainsi ajoutés ont avantageusement un diagramme de diffraction des rayons X sur poudre comprenant des pics à 11,7° ; 12,2° ; 13,2° ; 13,5° ; 15,6° ; 16,8° ; 17,8° ; 18,5° ; 19,1° ; 20,6° ; 21,4° ; 23,3° ; 25,1° ; 25,8° ; 26,9° ; 29,1° ; 29,5° ; 31,0° ; 33,0° ; 33,6° ; 34,4° ; 35,2° ; 35,9° ; 37,1° ; 38,4° ; 39,6° ; 41,1° ; 42,9° ; 45,1° ; 46,0° ; 47,2° ; 47,6° degrés 2-thêta (+/- 0,1°).
Selon un mode particulier de l’invention, le solvant distillé dans l’étape 2) peut être recyclé partiellement ou totalement pour former la solution aqueuse SA1de l’étape 1). En d’autres termes, le solvant distillé est avantageusement recyclé au moins partiellement dans la solution aqueuse SA1.
Selon un autre mode particulier de l’invention, le solvant distillé peut être recyclé partiellement ou totalement, généralement pour laver les cristaux de sel de sodium de d’acide acrylamido-2-méthyl-2-propane sulfonique obtenus après l’étape 3) de séparation liquide/solide, dans une étape optionnelle 4), avec ou sans étape de traitement préalable.
La suspensions S1, obtenue comprend avantageusement entre 30 et 80% en poids d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique sous forme cristalline de sel de sodium, par rapport au poids total de la suspension S1, préférentiellement entre 50 et 60% en poids.
Lors de l’étape 2), le pH est avantageusement supérieur à 10, préférentiellement supérieur à 11, plus préférentiellement supérieur à 12, encore plus préférentiellement le pH est compris entre 13 et 14.
Etape 3 du p rocédé de fabrication de la forme cristalline du sel de sodium :
Les cristaux de sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique contenus dans la suspension S1obtenus à l’issue de l’étape 2) sont isolés par une étape de séparation liquide/solide et se présentent sous la forme d’une composition C1.
L’étape de séparation liquide/solide peut s’effectuer par diverses technologies. A titre d’exemples et de manière non limitative, nous pouvons citer l’utilisation d’une centrifugeuse, d’un décanteur, d’un filtre presse, d’un filtre lisseur agité, d’un filtre à bande, d’un filtre à disques, ou d’un filtre à tambour rotatif. D’une manière préférentielle la séparation liquide/solide s’effectue à l’aide d’une centrifugeuse. La séparation liquide/solide peut également s’effectuer par décantation gravitaire.
L’étape 3) est avantageusement réalisée à une température comprise entre -20 et 40°C, préférentiellement entre -5 et 30°C.
Préférentiellement après l’étape 3) de séparation liquide/solide, les cristaux de sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique ne sont pas séchés.
La composition C1isolée a un taux de cristaux de sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique avantageusement compris entre 40 et 99% préférentiellement entre 60 et 99% en poids, plus préférentiellement entre 60 et 98%, en poids par rapport au poids de la composition C1. Le restant de la composition C1peut être de l’eau et/ou du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique solubilisé, et/ou du sel de sodium introduit dans l’étape 1).
A l’issue de cette étape 3), les cristaux sont caractérisés comme étant des cristaux du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique.
Dans un mode particulier, la phase liquide obtenue à la suite de la séparation liquide/solide est utilisée totalement ou partiellement dans la solution aqueuse SA1de l’étape 1).
Lors de l’étape 4) le pH est avantageusement contrôlé entre 6 et 14, préférentiellement entre 8 et 14, plus préférentiellement entre 10 et 14, encore plus préférentiellement entre 12 et 14, encore plus préférentiellement entre 13 et 14.
Etape 4) du p rocédé de fabrication de la forme cristalline du sel de sodium :
Dans une étape 4) optionnelle, la composition C1contenant les cristaux obtenus à l’issue de l’étape 3) est lavée à l’aide d’une solution de lavage.
La solution de lavage peut-être de l’eau, une solution aqueuse de sel de sodium (saturée ou non), ou une solution (saturée ou non) en sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (avantageusement sous la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique), préférentiellement il s’agit d’une solution saturée d’un sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique.
Comme solution de sel de sodium, on peut citer une solution d’hydroxyde de sodium, de carbonate de sodium, de bicarbonate de sodium ou de leurs mélanges.
La solution de lavage peut comprendre un ou plusieurs solvants organiques.
La quantité de solvant organique peut varier en fonction de la température, de la quantité de sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique ou de la quantité de sel de sodium.
Avantageusement, la solution de lavage ne comprend pas de solvant organique.
Comme déjà indiqué en relation avec l’étape 1), le solvant organique est avantageusement choisi parmi les acides organiques, les amides, les alcools, les cétones, les éthers, les esters, les alcanes, les composés hydrocarbonés halogénés, les nitriles, ou leurs mélanges. Préférentiellement, le solvant organique est choisi parmi l’acrylonitrile, l’isopropanol, l’acide acétique ou leurs mélanges. Plus préférentiellement, le solvant organique est l’acrylonitrile.
Dans un mode particulier, le lavage de la composition C1obtenue à l’issue de l’étape 3) est effectué en pulvérisant de la solution de lavage sur ladite composition C1.
Dans un mode particulier, le lavage de la composition C1obtenue à l’issue de l’étape 3) est effectué en mettant en suspension la composition C1dans la solution de lavage.
Le ratio en poids entre la solution aqueuse de lavage et la composition C1obtenue à l’issue de l’étape 3) est avantageusement compris entre 0,05 :1 et 10 :1 et plus préférentiellement entre 0,1 :1 et 5 :1.
Cette étape de lavage est avantageusement réalisée à une température comprise entre -5 et 40°C, préférentiellement entre 0 et 30°C. L’homme du métier saura ajuster la température de manière à ne pas solubiliser les cristaux du sel de sodium d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique.
Les cristaux du sel de sodium d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique obtenus à l’issue de cette étape 4) optionnelle peuvent être isolés de la solution de lavage par une étape de séparation liquide/solide, sous la forme d’une composition C2.
L’étape de séparation liquide/solide peut s’effectuer par diverses technologies. A titre d’exemples et de manière non limitative, nous pouvons citer l’utilisation d’une centrifugeuse verticale ou horizontale, d’un décanteur, d’un filtre presse, d’un filtre à bande, d’un filtre à disques, d’un filtre poussoir, ou d’un filtre à tambour rotatif. La séparation liquide/solide peut également s’effectuer par décantation gravitaire.
Dans un mode particulier, la solution de lavage récupérée peut être utilisée, totalement ou partiellement, de nouveau en étape 4), avec ou sans étape de traitement préalable.
Dans un mode particulier, la solution de lavage récupérée peut être utilisée, totalement ou partiellement, dans la solution aqueuse SA1en étape 1), avec ou sans étape de traitement préalable.
Le pH de la solution de lavage de l’étape 5 est avantageusement contrôlé entre 6 et 14, préférentiellement entre 8 et 14.
Etape 5) du p rocédé de fabrication de la forme cristalline du sel de sodium :
Dans une étape 5) optionnelle, la composition C1obtenue à l’issue de l’étape 3) ou la composition C2obtenue à l’issue de l’étape 4) est séchée.
L’étape de séchage peut s’effectuer par diverses technologies. A titre d’exemples et de manière non limitative, nous pouvons citer l’utilisation de toutes technologies de séchage par convection, conduction ou rayonnement (sécheur à lit fluidisé, lit traversé, séchage sur bande convoyeuse, séchage micro-onde séchage sur filtre lisseur agité chauffé, séchage par rayonnement haute fréquence, infra-rouge, séchage par atomisation).
L’opération de séchage peut être réalisée à pression atmosphérique ou bien sous vide.
L’étape de séchage peut être réalisée de manière discontinue (batch) ou en continu.
Autres étapes du p rocédé de fabrication de la forme cristalline du sel de sodium :
Pendant le procédé de fabrication, c’est-à-dire pendant les étapes 1) à 5), et quelle que soit l’étape, il est possible d’introduire au moins un inhibiteur de polymérisation de manière à éviter l’éventuelle polymérisation de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique ou de son sel. Cet inhibiteur peut être choisi de manière non limitative parmi l’hydroquinone, le paraméthoxyphénol, la phénotiazine, le 2,2,6,6-tétraméthyl(pipéridin-1-yl)oxyl, le 4-hydroxy-2,2,6,6-tétraméthyl(pipéridin-1-yl)oxyl, les dérivés de phénylène diamines, ou leurs mélanges.
Préférentiellement, l’inhibiteur est le paraméthoxyphénol ou le 4-hydroxy-2,2,6,6-tétraméthyl(pipéridin-1-yl)oxyl.
La quantité d’inhibiteur introduite par rapport à la quantité d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique introduite à l’étape 1) est avantageusement comprise entre 0,001% et 5% en poids, plus préférentiellement entre 0,01% et 1% en poids.
L’inhibiteur peut être introduit au cours d’une ou plusieurs quelconques étapes du procédé. Préférentiellement, il est introduit en quantité supplémentaire pendant l’étape 1). Plus préférentiellement, l’inhibiteur fait partie de la solution aqueuse SA1introduite en étape 1).
Le procédé de fabrication (étapes 1) à 5)) peut être effectué de manière continue ou discontinue (en batch).
Composition du polymère hydrosoluble
Le polymère hydrosoluble est obtenu à partir de la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique, et avantageusement d’au moins un autre monomère qui peut être choisi parmi les monomères non ioniques hydrophiles et/ou les monomères anioniques hydrophiles et/ou les monomères cationiques hydrophiles et/ou les monomères zwitterioniques hydrophiles et/ou les monomères hydrophobes et leurs mélanges. Il peut donc s’agir d’un polymère de plusieurs monomères distincts ou d’un homopolymère.
Avantageusement, le ou les monomères hydrophiles non ioniques pouvant être utilisés dans le cadre de l’invention sont choisis, notamment, dans le groupe suivant : l’acrylamide, le méthacrylamide, les N-alkylacrylamides, les N-alkylméthacrylamides, les N,N-dialkyl acrylamides, les N,N-dialkylméthacrylamides, la N-vinylpyrrolidone, les hydroxyalkylacrylates, les hydroxyalkyl méthacrylates, et leurs mélanges. Parmi ces monomères non ioniques, les groupes alkyle sont avantageusement en C1-C5, plus avantageusement en C1-C3. Il s’agit préférentiellement d’alkyles linéaires. Préférentiellement, le monomère hydrophile non ionique est l’acrylamide.
Le polymère hydrosoluble comprend avantageusement entre 0 et 99 mol% de monomère(s) non-ionique(s), préférentiellement entre 5 et 99 mol%, plus préférentiellement entre 25 et 99 mol%.
Avantageusement, le ou les monomères hydrophiles anioniques pouvant être utilisés dans le cadre de l’invention peuvent être choisis dans un large groupe. Ces monomères peuvent présenter des fonctions vinyliques (avantageusement acryliques, maléiques, fumariques, malonique, itaconique, ou allyliques), et contenir un groupe carboxylate, phosphonate, phosphate, sulfate, sulfonate, ou un autre groupe à charge anionique. Le monomère anionique peut être sous forme acide ou bien sous forme de sel de métal alcalino-terreux, de sel de métal alcalin ou de sel d’ammonium. Des exemples de monomères convenables incluent l’acide acrylique ; l’acide méthacrylique ; l’acide diméthylacrylique ; l’acide itaconique ; l’acide crotonique ; l’acide maléique ; l’acide fumarique ; l’acide acrylamido undécanoïque ; l’acide 3-acrylamido 3-méthylbutanoïque ; l’anhydride maléique ; l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (ATBS) ; les monomères de type acide fort présentant par exemple une fonction de type acide sulfonique ou acide phosphonique tels que l’acide vinylsulfonique, l’acide vinylphosphonique, l’acide allylsulfonique, l’acide méthallylsulfonique, l’acide 2-méthylidenepropane-1,3-disulfonique, le 2-sulfoéthylméthacrylate, le sulfopropylméthacrylate, le sulfopropylacrylate, l’acide allylphosphonique, l’acide styrène sulfonique, l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane disulfonique ; les sels hydrosolubles de ces monomères comme leurs sels de métaux alcalins, de métaux alcalino-terreux, ou d’ammonium ; et leurs mélanges. Dans cette liste, les monomères mentionnés de type acide fort présentant une fonction de type acide sulfonique n’incluent pas la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique.
Le polymère hydrosoluble comprend avantageusement entre 1 et 100 mol% de monomère(s) hydrophile(s) anionique(s), préférentiellement entre 5 et 60 mol%, plus préférentiellement entre 10 et 50 mol%, ces pourcentages incluant le monomère correspondant à la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique.
Dans un mode particulier, le ou les monomères hydrophiles anioniques, autres que l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique sous forme cristalline du sel de sodium, peuvent être salifiés.
Par salifié, on entend qu’au moins une fonction acide du monomère anionique est remplacée par un sel neutralisant la charge négative de la fonction acide. Autrement dit, la forme non neutralisée (non salifiée) correspond à la forme acide du monomère, par exemple R-C(=O)-OH dans le cas de la fonction acide carboxylique, alors que la forme neutralisée du monomère correspond à la forme R-C(=O)-O-X+, X+étant un contre-ion (par exemple un sel métallique ou un ammonium) de charge positive. La neutralisation des fonctions acides du polymère hydrosoluble peut être partielle ou totale.
La forme salifiée correspond avantageusement aux sels de métaux alcalins (Li, Na, K…), de métaux alcalino-terreux (Ca, Mg…) ou d’ammonium (par exemple l’ion ammonium ou un ammonium tertiaire). Le sel préféré est le sel de sodium.
La salification peut se faire avant, durant ou après la polymérisation.
Dans un mode particulier, le polymère hydrosoluble comprend avantageusement entre 1 et 100 mol% de monomère(s) anionique(s) de forme salifiée, préférentiellement entre 20 et 100 mol%, plus préférentiellement entre 50 et 100 mol% et encore plus préférentiellement entre 80 et 100 mol%.
Avantageusement, le ou les monomères hydrophiles cationiques pouvant être utilisés dans le cadre de l’invention sont choisis, notamment parmi les monomères dérivés des motifs de type vinylique (avantageusement acrylamide, acrylique, allylique ou maléique), ces monomères possédant une fonction phosphonium ou ammonium quaternaire. On peut citer, en particulier et de façon non limitative, l’acrylate de diméthylaminoéthyle (ADAME) quaternisé, le méthacrylate de diméthylaminoéthyle (MADAME) quaternisé, le chlorure de diméthyldiallylammonium (DADMAC), le chlorure d’acrylamido propyltriméthyl ammonium (APTAC), et le chlorure de méthacrylamido propyltriméthyl ammonium (MAPTAC). L’agent de quaternisation peut être choisi parmi les chlorures d’alkyle, les sulfates de dialkyle ou les halogénures d’alkyle. Les groupes alkyles sont avantageusement en C1-C3et linéaires. Préférentiellement, l’agent de quaternisation est choisi parmi le chlorure de méthyle ou le diéthyle sulfate. Préférentiellement, l’agent de quaternisation est choisi parmi le chlorure de méthyle ou le diéthyle sulfate.
L’homme du métier saura préparer les monomères quaternisés, notamment par protonation, par exemple au moyen d’halogénure d’alkyle de type R-X, R étant un groupement alkyle et X étant un halogène (notamment le chlorure de méthyle). En outre, la présente invention couvre également les monomères de type DADMAC, APTAC et MAPTAC dont le contre-ion halogénure est le fluorure, le bromure ou l’iodure à la place du chlorure.
Dans un mode préféré selon l’invention, le monomère hydrophile cationique est choisi parmi les sels de diallyldialkyl ammonium comme le chlorure de diallyl diméthyl ammonium (DADMAC) ; les sels acidifiés ou quaternisés de dialkyl- aminoalkylacrylamides ; les sels acidifiés ou quaternisés de de dialkyl- aminoalkylméthacrylamides, comme par exemple le chlorure de méthacrylamido-propyl triméthyl ammonium (MAPTAC), le chlorure d’acrylamido-propyl triméthyl ammonium (APTAC) et leurs mélanges. Avantageusement, les groupes alkyles sont en C1-C3.
Le polymère hydrosoluble comprend avantageusement entre 0 et 20 mol% de monomère(s) cationique(s), préférentiellement entre 0 et 6 mol%.
Avantageusement, le ou les monomères hydrophiles zwitterioniques peuvent être un dérivé d’un motif de type vinylique (avantageusement acrylamide, acrylique, allylique ou maléique), ce monomère possédant une fonction amine ou ammonium quaternaire et une fonction acide de type carboxylique (ou carboxylate), sulfonique (ou sulfonate) ou phosphorique (ou phosphate). On peut citer, en particulier et de façon non limitative les dérivés de l’acrylate de diméthylaminoéthyl, tel que le 2-((2-(acryloyloxy)éthyl) diméthylammonio) éthane-1-sulfonate, le 3-((2-(acryloyloxy)éthyl) diméthylammonio) propane-1-sulfonate, le 4-((2-(acryloyloxy)éthyl) diméthylammonio) butane-1-sulfonate, le [2-(acryloyloxy)éthyl] (diméthylammonio) acetate, les dérivés du méthacrylate de diméthylaminoéthyle tel que le 2-((2-(méthacryloyloxy) éthyl) diméthylammonio) éthane-1-sulfonate, le 3-((2-(méthacryloyloxy) éthyl) diméthylammonio) propane-1-sulfonate, le 4-((2-(méthacryloyloxy) éthyl) diméthylammonio) butane-1-sulfonate, le [2-(méthacryloyloxy)éthyl] (diméthylammonio) acétate, les dérivés du diméthylamino propylacrylamide tel que le 2-((3-acrylamidopropyl) diméthylammonio) éthane-1-sulfonate, le 3-((3-acrylamidopropyl) diméthylammonio) propane-1-sulfonate, le 4-((3-acrylamidopropyl) diméthylammonio) butane-1-sulfonate, le [3-(acryloyloxy) propyl] (diméthylammonio) acétate, les dérivés du diméthylamino propyl méthylacrylamide tel que le 2-((3-méthacrylamidopropyl) diméthylammonio) éthane-1-sulfonate, le 3-((3-méthacrylamidopropyl) diméthylammonio) propane-1-sulfonate, le 4-((3-méthacrylamidopropyl) diméthylammonio) butane-1-sulfonate et le [3-(méthacryloyloxy)propyl] (diméthylammonio) acétate et leurs mélanges.
Le polymère hydrosoluble comprend avantageusement 0 et 20 mol% de monomère(s) zwitterionique(s), plus préférentiellement entre 0 et 10 mol%.
Des monomères hydrophobes, dont le coefficient de partage Kowest supérieur à 1, peuvent également être utilisés dans la préparation du polymère hydrosoluble utilisé dans le procédé de l’invention. Ils sont de préférence choisis dans la liste suivante : les esters d’acide (méth)acrylique à chaîne alkyle, arylalkyle et/ou éthoxylée et/ou propoxylée ; les dérivés de (méth)acrylamide à chaîne alkyle, arylalkyle ou dialkyle et/ou éthoxylée et/ou propoxylée ; des dérivés cationiques d’allyle ayant une chaîne alkyle, arylalkyle ou dialkyle et/ou une chaîne éthoxylée et/ou propoxylée ; des dérivés hydrophobes anioniques ou cationiques de (méth)acryloyle ; et des dérivés monomères anioniques ou cationiques de (méth)acrylamide portant une chaîne hydrophobe. Les monomères hydrophobes peuvent comprendre des atomes d’halogène, par exemple du chlorure.
Parmi ces monomères hydrophobes :
- les groupes alkyle sont de préférence en C3-C20. Les alkyles en C6-C20sont de préférence des alkyles linéaires tandis que les alkyles en C3-C5sont de préférence ramifiés,
- les groupes arylalkyle sont de préférence en C7-C25, plus préférablement en C7-C15,
- les chaînes éthoxylées comprennent de préférence 6 à 100 groupes -CH2-CH2-O-, plus préférentiellement 10 à 40,
- les chaînes propoxylées comprennent de préférence 0 à 50 groupes -CH2-CH2-CH2-O-, plus préférablement 0 à 20.
Le polymère hydrosoluble comprend avantageusement moins de 5 mol% de monomères hydrophobes.
Lorsque le polymère hydrosoluble comprend des monomères hydrophobes, ils sont présents en quantité telle que le polymère reste soluble dans l’eau.
Les monomères présentant une fonction fluorescente peuvent également être utilisés dans le cadre de l’invention. Un monomère présentant une fonction fluorescente peut être détecté par n’importe quelle méthode appropriée, par exemple par fluorométrie avec un fluorimètre à longueur d’onde fixe. Généralement, la détection du monomère présentant une fonction fluorescente se fait aux maximas d’excitation et d’émission, qui peuvent être déterminés à l’aide d’un fluorimètre à balayage.
Les monomères présentant une fonction fluorescente sont choisis, par exemple, parmi les monomères comprenant le styrène sulfonate de sodium et le styrène sulfonique, le vinylimidazole et ses dérivés, le 9-vinyl anthracène et ses dérivés, la pyranine et ses dérivés, la coumarine et ses dérivés, la quinolaxine et ses dérivés, le pinacyanol et ses dérivés, le xanthydrol et ses dérivés, le luminol et ses dérivés, le dabsyl et ses dérivés, l’acide 3-hydroxy-2-méthylène-3-(1-naphtyl)propionique et ses dérivés, la rhodamine et ses dérivés, la N-dibenzosubérénylacrylamide et ses dérivés, la N-9-xanthénylacrylamide et ses dérivés, les dérivés naphtaliques, la fluorescein et ses dérivés, le pyrène et ses dérivés, le carbostyril et ses dérivés, la pyrazoline et ses dérivés, l’allyl dibenzosuberenol et ses dérivés, chinconicine et ses dérivés, quininone et ses dérivés, luminol et ses dérivés, et cinchoninone et ses dérivés.
Dans un mode particulier selon l’invention, le polymère hydrosoluble peut comprendre au moins un monomère cyclique présentant une fonction hydrolysable. Avantageusement le ou les monomères cycliques présentant une fonction hydrolysable sont choisis parmi les acétals de cétènes cycliques, les thionolactones et leurs mélanges.
L’acétal de cétène cyclique est avantageusement choisi parmi : 2-methylene-1,3-dioxepane (MDO), 5,6-benzo-2-methylene-1,3-dioxepane (BMDO), 2-methylene-4-phenyl-1,3-dioxolane (MPDL), 2-methylene-1,3,6-trioxocane (MTC), et leurs mélanges. Préférentiellement, il s’agit du 2-methylene-1,3-dioxepane (MDO).
La thionolactone est avantageusement choisie parmi : Dibenzo[c,e]oxepine(7H)-5-thione (DOT), ε-thionocaprolactone, 3,3-dimethyl-2,3-dihydro-5Hbenzo[e][1,4]dioxepine-5-thione (DBT) et leurs mélanges. Préférentiellement, il s’agit de 3,3-dimethyl-2,3-dihydro-5Hbenzo[e][1,4]dioxepine-5-thione.
Dans un mode de réalisation particulier selon l’invention, le polymère hydrosoluble peut comprendre au moins un groupement à LCST.
Selon les connaissances générales de l’homme du métier, un groupement à LCST correspond à un groupement dont la solubilité dans l’eau pour une concentration déterminée, est modifiée au-delà d’une certaine température et en fonction de la salinité. Il s’agit d’un groupement présentant une température de transition par chauffage définissant son manque d’affinité avec le milieu solvant. Le manque d’affinité avec le solvant se traduit par une opacification ou une perte de transparence qui peut être due à une précipitation, une agrégation, une gélification ou une viscosification du milieu. La température de transition minimale est appelée « LCST » (température critique inférieure de solubilité, de l’anglais « Lower Critical Solution Température »). Pour chaque concentration de groupement à LCST, une température de transition par chauffage est observée. Elle est supérieure à la LCST qui est le point minimum de la courbe. En dessous de cette température, le polymère est soluble dans l’eau, au-dessus de cette température, le polymère perd sa solubilité dans l’eau.
Dans un mode de réalisation particulier selon l’invention, le polymère hydrosoluble peut comprendre au moins un groupement à UCST.
Selon les connaissances générales de l’homme du métier, un groupement à UCST correspond à un groupement dont la solubilité dans l’eau pour une concentration déterminée, est modifiée en dessous d’une certaine température et en fonction de la salinité. Il s’agit d’un groupement présentant une température de transition par refroidissement définissant son manque d’affinité avec le milieu solvant. Le manque d’affinité avec le solvant se traduit par une opacification ou une perte de transparence qui peut être due à une précipitation, une agrégation, une gélification ou une viscosification du milieu. La température de transition maximale est appelée « UCST » (température critique supérieure de solubilité, de l’anglais « Upper Critical Solution Température »). Pour chaque concentration de groupement à UCST, une température de transition par refroidissement est observée. Elle est inférieure à la UCST qui est le point maximum de la courbe. Au-dessus de cette température, le polymère est soluble dans l’eau, en-dessous de cette température, le polymère perd sa solubilité dans l’eau.
Les quantités des différents monomère(s) seront ajustées par l’homme du métier afin de ne pas dépasser 100% molaire lors de la préparation du polymère hydrosoluble.
Polymère hydrosoluble
L’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane utilisé pour obtenir le polymère hydrosoluble est avantageusement au moins à 50 mol% sous la forme cristalline du sel de sodium avant polymérisation, préférentiellement entre 70 et 100 mol%. Plus préférentiellement, 100 mol% de l’acide 2acrylamido-2-méthylpropane sulfonique utilisé est sous la forme cristalline du sel de sodium.
Dans un mode particulier selon l’invention, le polymère hydrosoluble comprend entre 1 et 100 mol% d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique, préférentiellement entre 5 et 100 mol% d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique, encore plus préférentiellement entre 25 et 100 mol% d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique ; avec avantageusement au moins 50 mol% de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique utilisé sous la forme cristalline du sel de sodium, préférentiellement entre 70 et 100 mol%. Plus préférentiellement, 100 mol% de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique utilisé est sous la forme cristalline du sel de sodium.
Dans un mode préféré selon l’invention, le polymère hydrosoluble contient uniquement des unités monomériques anioniques et des unités monomériques non-ioniques. En d’autres termes, il est préférentiellement obtenu à partir d’au moins un monomère hydrophile anionique et d’au moins un monomère hydrophile non-ionique.
Dans un mode particulier selon l’invention, le polymère hydrosoluble est un polymère à base d’acrylamide et d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique, au moins 50 mol% de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique utilisé étant, avant polymérisation, sous la forme cristalline du sel de sodium. Préférentiellement, le polymère hydrosoluble est un polymère constitué d’acrylamide, d’acide acrylique et d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique, au moins 50 mol% de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique étant, avant polymérisation, sous la forme cristalline du sel de sodium.
Dans un mode préféré selon l’invention, le polymère hydrosoluble est un homopolymère d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique avec au moins 50 mol% de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique utilisé sous la forme cristalline du sel de sodium.
Le polymère hydrosoluble peut être partiellement ou totalement post hydrolysé.
Selon l’invention, le polymère hydrosoluble peut avoir une structure linéaire, branchée, réticulée, en forme d’étoile (ou « star ») ou en forme de peigne (ou « comb »). Cette structure peut être obtenue, selon les connaissances générales de la personne du métier, par exemple par sélection de l’amorceur, de l’agent de transfert, de la technique de polymérisation telle que la polymérisation radicalaire contrôlée dite RAFT (transfert de chaîne réversible par addition-fragmentation, de l’anglais « Reversible-Addition Fragmentation chain Transfer »), NMP (polymérisation en présence de nitroxyde, de l’anglais « Nitroxide Mediated Polymerization ») ou ATRP (polymérisation radicalaire par transfert d’atomes, de l’anglais « Atom Transfert Radical Polymerization »), de l’incorporation de monomères structuraux, ou de la concentration.
Le polymère hydrosoluble peut en outre être structuré par un agent de ramification. Par polymère structuré, on désigne un polymère non linéaire qui possède des chaînes latérales de manière à obtenir, lorsque ce polymère est mis en solution dans l’eau, un fort état d’enchevêtrement conduisant à des viscosités à bas gradient très importantes.
L’agent de ramification est avantageusement choisi parmi :
- les agents de structure, pouvant être choisis dans le groupe comprenant des monomères à insaturation polyéthylénique (ayant au minimum deux fonctions insaturées), comme par exemple les fonctions vinyliques, allyliques, acryliques et époxy et l’on peut citer par exemple le méthylène bis acrylamide (MBA), la triallyamine, ou le chlorure de tétraallylammonium ou 1,2 dihydroxyethylène bis-(N-acrylamide), et/ou
- les monomères ayant au moins deux fonctions époxy,
- les monomères ayant au moins une fonction insaturée et une fonction époxy,
- les macroamorceurs tels que les polyperoxydes, polyazoïques et les polyagents de transfert tels que les polymères polymercaptants, et les polyols, et/ou
- les polysaccharides fonctionnalisés.
La quantité d’agent de ramification dans le polymère hydrosoluble est avantageusement inférieure à 40 000 ppm, par rapport au poids total des monomères du polymère hydrosoluble, préférentiellement inférieure à 10 000 ppm, plus préférentiellement inférieure à 5 000 ppm.
Dans un mode particulier, la quantité d’agent de ramification est au moins égale à 0,1 ppm, par rapport au poids total des monomères du polymère hydrosoluble, préférentiellement au moins 1 ppm.
Lorsque le polymère hydrosoluble comprend un agent de ramification, le polymère reste soluble dans l’eau. L’homme du métier saura ajuster la quantité d’agent de ramification, et éventuellement la quantité d’agent de transfert afin d’arriver à ce résultat.
Dans un mode préféré selon l’invention, le polymère hydrosoluble ne comprend pas d’agent de ramification.
Dans un mode particulier selon l’invention, le polymère hydrosoluble comprend un agent de transfert.
L’agent de transfert est avantageusement choisi parmi le méthanol, l’alcool isopropylique, l’hypophosphite de sodium, de calcium, de magnésium ou de potassium ; le 2-mercaptoéthanol ; le 3-mercaptopropanol ; le dithiopropylène glycol ; le thioglycérol ; l’acide thioglycolique ; l’acide thiohydracrylique ; l’acide thiolactique ; l’acide thiomalique ; la cystéine ; et l’aminoethanethiol ; le méthallysulfonate de sodium, de calcium, de magnésium ou de potassium ; et leur mélange. Préférentiellement, il s’agit de l’hypophosphite de sodium.
La quantité d’agent de transfert dans le polymère hydrosoluble est avantageusement compris entre 0 et 100 000 ppm par rapport au poids total des monomères du polymère, préférentiellement entre 0 et 10 000 ppm, plus préférentiellement entre 0 et 1 000 ppm, encore plus préférentiellement entre 0 et 100 ppm. Lorsqu’il est présent, l’agent de transfert représente au moins 0,1 ppm, par rapport au poids total des monomères du polymère hydrosoluble, préférentiellement au moins 1 ppm.
Dans un mode particulier selon l’invention, le polymère hydrosoluble ne comprend pas d’agent de transfert.
De manière générale, le polymère hydrosoluble ne nécessite pas de développement de procédé de polymérisation particulier. En effet, il peut être obtenu selon toutes les techniques de polymérisation bien connues par l’homme de métier. Il peut notamment s’agir de polymérisation en solution ; polymérisation en gel ; polymérisation par précipitation ; polymérisation en émulsion (aqueuse ou inverse) ; polymérisation en suspension ; polymérisation par extrusion réactive ; polymérisation eau dans eau ; ou de polymérisation micellaire.
La polymérisation est généralement une polymérisation radicalaire de préférence par polymérisation en émulsion inverse ou par polymérisation en gel. Par polymérisation radicalaire, nous incluons la polymérisation par radicaux libres au moyen d’initiateurs UV, azoïques, redox ou thermiques ainsi que les techniques de polymérisation radicalaire contrôlée (PCR) ou les techniques de polymérisation sur matrice.
Comme technique de polymérisation radicalaire contrôlée, on peut citer de façon non limitative, les techniques telles que la polymérisation par transfert d’iode « (Iodine Transfer Polymerization » en anglais (ITP)), la polymérisation contrôlée par des nitroxydes, (« Nitroxide Mediated Polymerization » en anglais (NMP)), par transfert d’atome (« Atom Transfer Radical Polymerization » en anglais (ATRP)), par transfert de chaîne par addition-fragmentation réversible (« Reversible Addition Fragmentation chain Transfer Polymerization » en anglais (RAFT)), dont fait partie la technologie MADIX (« MAcromolecular Design by Interchange of Xanthates » en anglais), diverses variations de polymérisations avec des composés organométalliques (« Organometallic Mediated Radical Polymerization » en anglais (OMRP)), la polymérisation radicalaire contrôlée par des composés hétéroatomiques (« OrganoHeteroatom-mediated Radical Polymerization » en anglais (OHRP)).
Comme déjà indiqué, le polymère hydrosoluble peut être post hydrolysé. La post hydrolyse est la réaction d’hydrolyse du polymère après sa formation par polymérisation de monomère(s). Cette étape consiste en la réaction de groupes fonctionnels hydrolysables de monomères avantageusement non ioniques, plus avantageusement les fonctions amide ou ester, avec un agent d’hydrolyse. Cet agent d’hydrolyse peut être une enzyme, une résine échangeuse d’ion, ou un acide de de Brønsted (par exemple un acide halogénohydrique) ou une base de Brønsted (par exemple un hydroxyde alcalin ou un hydroxyde alcalino-terreux). Préférentiellement, l’agent d’hydrolyse est une base de Brønsted. Durant cette étape de post-hydrolyse du polymère hydrosoluble, le nombre de fonctions acide carboxylique augmente. En effet, la réaction entre la base et les fonctions amides ou esters présentes dans le polymère hydrosoluble produit des groupes carboxylate.
Le polymère hydrosoluble peut se présenter sous forme liquide, gel ou solide lorsque sa préparation inclut une étape de séchage tel que le séchage par pulvérisation (« spray drying »), le séchage sur tambour le séchage par rayonnement tel que le séchage micro-ondes, ou encore le séchage en lit fluidisé.
Le polymère hydrosoluble a avantageusement un poids moléculaire moyen en poids d’au moins 1 million g/mol, préférentiellement entre 2 et 40 millions g/mol, plus préférentiellement entre 5 et 30 millions g/mol. Le poids moléculaire s’entend en poids moléculaire moyen en poids.
Le poids moléculaire moyen en poids est déterminé par la viscosité intrinsèque du polymère. La viscosité intrinsèque peut être mesurée par des méthodes connues de l’homme du métier et peut être calculée à partir des valeurs de viscosité réduite pour différentes concentrations en polymère par méthode graphique consistant à relever les valeurs de viscosité réduite (axe des ordonnées) sur la concentration (axe des abscisses) et d’extrapoler la courbe jusqu’à concentration nulle. La valeur de viscosité intrinsèque est relevée sur l’axe des ordonnées ou en utilisant la méthode des moindres carrés. Le poids moléculaire peut alors être déterminé par l’équation de Mark-Houwink :
[η] = K Mα
[η] représente la viscosité intrinsèque du polymère déterminée par la méthode de mesure de viscosité en solution.
K représente une constante empirique.
M représente le poids moléculaire du polymère.
α représente le coefficient de Mark-Houwink.
K et α dépendent du système particulier polymère-solvant.
Le polymère hydrosoluble a avantageusement un quotient de filtration (« filter ratio » en anglais, noté « FR ») inférieur à 1,5, préférentiellement inférieur à 1,3 plus préférentiellement inférieur à 1,1.
Le terme quotient de filtration est utilisé dans le présent document pour désigner un test utilisé pour déterminer la performance de la solution de polymère dans des conditions approchant la perméabilité du gisement consistant à mesurer le temps pris par des volumes/concentrations donnés de solution pour traverser un filtre. Le FR compare généralement la filtrabilité de la solution polymère pour deux volumes consécutifs équivalents, ce qui indique la tendance de la solution à boucher le filtre. Les FR plus faibles indiquent un meilleur rendement.
Le test utilisé pour déterminer le FR consiste à mesurer les temps que mettent des volumes donnés de solution à 1000 ppm (en poids) de polymère pour s’écouler au travers d’un filtre. La solution est contenue dans une cellule pressurisée à deux bars de pression et le filtre est de 47 mm de diamètre et d’une taille de pores définies. Généralement, le FR est mesuré avec des filtres ayant une taille de pores de 1,2 µm, 3 µm, 5 µm ou 10 µm.
Les temps nécessaires pour obtenir 100 ml (t100ml) ; 200 ml (t200ml) et 300 ml (t300ml) de filtrat sont mesurés, et est défini alors un FR s’exprimant par :
Les temps sont mesurés à 0,1 seconde près.
Le FR représente ainsi la capacité de la solution de polymère à colmater le filtre pour deux volumes consécutifs équivalents.
Les polymères utilisés selon l’invention, présentent une résistance à la dégradation chimique et à la dégradation thermique améliorée par rapport à des polymères de poids moléculaires équivalents obtenus à partir d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique n’étant pas sous forme cristalline du sel de sodium.
Le test utilisé pour déterminer la résistance à la dégradation chimique consiste à préparer une solution de polymère à une concentration donnée dans une saumure donnée en conditions aérobiques et de la mettre en contact avec un contaminant chimique tel que le fer ou le sulfure d’hydrogène. La viscosité de la solution de polymère est mesurée avant et après 24 heures d’exposition au contaminant. Les mesures de viscosité sont réalisées dans les mêmes conditions de température et de gradient de cisaillement.
Le test utilisé pour déterminer la résistance à la dégradation mécanique consiste à préparer une solution de polymère à une concentration donnée dans une saumure de composition donnée en conditions anaérobiques (utilisation d’une boîte à gants inertée, par exemple à l’azote) et à la laisser vieillir dans une cellule en acier inoxydable placée à une température donnée pendant un temps prédéfini. A échéance, la cellule en acier inoxydable est refroidie à température ambiante puis la viscosité de la solution de polymère qu’elle contient est mesurée et comparée à sa valeur initiale. Toute manipulation de la cellule en acier inoxydable est réalisée dans l’enceinte de la boîte à gants pour éviter toute exposition à l’oxygène. Les cellules en acier inoxydable sont étanches pour prévenir toute entrée d’oxygène dans la solution lors du vieillissement en température. Les mesures de viscosité avant et après vieillissement sont réalisées en boîte à gants dans les mêmes conditions de température et de gradient de vitesse.
La résistance à la dégradation chimique et à la dégradation thermique est quantifiée par la valeur de perte de viscosité exprimée en pourcent et déterminée à échéance par :
Procédé de récupération assistée d ’hydrocarbures ( pétrole et/ou gaz)
L’invention concerne un procédé de récupération assistée d’hydrocarbures (pétrole et/ou gaz) comprenant les étapes suivantes :
a) Préparation d’un fluide d’injection comprenant au moins un polymère hydrosoluble d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique, avec de l’eau ou de la saumure ;
l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique étant, avant polymérisation, une forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique ayant un diagramme de diffraction des rayons X sur poudre comprenant des pics à 11,7° ; 12,2° ; 13,2° ; 13,5° ; 15,6° ; 16,8° ; 17,8° ; 18,5° ; 19,1° ; 20,6° ; 21,4° ; 23,3° ; 25,1° ; 25,8° ; 26,9° ; 29,1° ; 29,5° ; 31,0° ; 33,0° ; 33,6° ; 34,4° ; 35,2° ; 35,9° ; 37,1° ; 38,4° ; 39,6° ; 41,1° ; 42,9° ; 45,1° ; 46,0° ; 47,2° ; 47,6° degrés 2-thêta ;
b) Injection du fluide d’injection dans une formation souterraine ;
c) Balayage de la formation souterraine à l’aide du fluide injecté ;
d) Récupération d’un mélange aqueux et hydrocarboné.
Lorsque le polymère hydrosoluble mis en œuvre dans la préparation du fluide d’injection est sous forme de poudre, la taille moyenne des particules de polymère hydrosoluble est avantageusement inférieure à 1,5 millimètres, préférentiellement inférieure à 850 micromètres. La taille moyenne des particules de polymère hydrosoluble est avantageusement supérieure à 5 µm.
La taille moyenne des particules de polymère hydrosoluble est la taille moyenne de la dimension la plus importante, par exemple le diamètre pour des particules sphériques. Elle est avantageusement mesurée avec un appareil de mesure laser utilisant les techniques conventionnelles qui font partie des connaissances de l’homme du métier. A titre d’exemple, un appareil de type Mastersizer de la société Malvern, par exemple le MS2000 pourra être utilisé à cet effet. Ce type d’appareil permet de mesurer, par diffraction laser, la distribution granulométrique des particules en milieu liquide ou sous forme solide.
Lorsque le polymère hydrosoluble est sous forme de particules, il peut être dissous dans un milieu aqueux dans un dispositif de dispersion. Un exemple de dispositif de dispersion est l’unité de tranchage de polymères (PSU) décrite dans le document US 8,186,871, qui permet la préparation d’une solution aqueuse concentrée en polymère.
L’eau ou la saumure utilisée pour la préparation du fluide d’injection peut être une eau de production. On désigne par « eau de production » toutes les eaux salées ou non salées, saumures, eau de mer, eau d’aquifère qui sont issues d’un réservoir d’hydrocarbures. Cette eau de production peut préalablement être traitée avant la préparation du fluide d’injection comme décrit dans la demande de brevet WO 2018/020175.
Les polymères hydrosolubles peuvent être associés avec des composés stabilisants. Les composés stabilisants (agents stabilisants) peuvent être des composés qui protègent convenablement les polymères, par exemple contre la dégradation thermique, chimique et/ou mécanique. Des exemples d’agents stabilisants appropriés sont fournis dans la demande de brevet WO 2010/133258.
L’injection du fluide d’injection comprenant le polymère hydrosoluble, selon la technique employée, se fait seule ou en conjonction avec un ou plusieurs composés chimiques utiles à la récupération améliorée d’hydrocarbures (pétrole et/ou gaz). Parmi ces composés chimiques, on citera l’utilisation de base faible, forte ou super-forte, minérale ou organique pouvant saponifier les bruts et fabriquer in-situ des espèces tensioactives solubilisantes des hydrocarbures, en particulier du pétrole. A titre d’exemple, on trouve parmi ceux-ci le carbonate de sodium ou de potassium, la soude caustique, les composés borates et metaborates, les amines, les espèces polymériques basiques. Une autre famille de composés largement injectée avec les polymères est celle des composés tensioactifs, souvent anioniques, zwiterrioniques, cationiques et parfois aussi non ioniques. Ces composés sont rarement injectés purs, mais généralement avec un cotensioactif et un co-solvant pour améliorer leur compatibilité et leur efficacité dans le réservoir (formation souterraine).
Le fluide d’injection comprend avantageusement entre 10 et 15 000 ppm en poids de polymère hydrosoluble, préférentiellement entre 50 et 10 000 ppm, plus préférentiellement entre 100 et 5 000 ppm.
De manière totalement surprenante, la Demanderesse a découvert que les polymères hydrosolubles obtenu à partir de la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique, ont une meilleure filtrabilité ainsi qu’une meilleure résistance à la dégradation chimique et à la dégradation thermique par rapport à des polymères de poids moléculaire équivalents obtenus à partir d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique n’étant pas sous forme cristalline du sel de sodium. Par ailleurs, il est connu que la filtrabilité se détériore lorsque le poids moléculaire du polymère augmente. L’un des intérêts de l’invention réside dans la possibilité d’obtenir des polymères hydrosolubles de très haut poids moléculaire qui, en même temps, présentent une bonne filtrabilité. De plus, la concentration en polymère hydrosoluble nécessaire pour atteindre une viscosité de fluide d’injection cible se trouve réduite, ce qui améliore les conditions économiques de la récupération des hydrocarbures (pétrole et/ou du gaz) contenus dans la formation souterraine.
Les polymères hydrosolubles selon l’invention ont pour fonction de viscosifier les eaux injectées dans les réservoirs (formations souterraines) contenant des hydrocarbures (pétrole et/ou gaz) pour assurer un contrôle de mobilité sans qu’un recours à la réticulation, c’est à dire un pontage chimique inter chaines, ne soit nécessaire.
Dans un mode particulier, le procédé de récupération assistée d’hydrocarbures (pétrole et/ou gaz) comprend les étapes suivantes :
a) Préparation d’un fluide d’injection comprenant un polymère hydrosoluble ayant un poids moléculaire supérieure à 5 millions g/mol :
- le fluide d’injection ayant une concentration en sel(s) supérieure à 100 g/l dont au plus 50 g/l de sel(s)s divalent(s) ;
- le polymère comprenant au moins 80% mol d’ATBS dont avantageusement au moins 50 mol% de l’ATBS est, avant polymérisation, sous la forme cristalline du sel sodium, préférentiellement au moins 70 mol%, plus préférentiellement 100 mol% ;
- la concentration en polymère hydrosoluble dans le fluide d’injection étant inférieure à 3 000 ppm en poids,
- le fluide d’injection avant l’étape de cisaillement b) ayant une viscosité V1;
b) Cisaillement du fluide d’injection pour obtenir une baisse de la viscosité de plus de 25% par rapport à V1avec :
où,
V1 correspond à la viscosité du fluide d’injection avant l’étape de cisaillement à la température de la formation ;
V2est la viscosité du fluide d’injection après l’étape de cisaillement à la température de la formation ;
Veauest la viscosité de l’eau utilisée pour la préparation du fluide d’injection à la température de la formation ;
c) Injection du fluide d’injection dans une formation souterraine,
la formation souterraine étant une formation carbonatée, ayant une perméabilité inférieure à 300 millidarcy et une température supérieure à 100°C ;
d) Balayage de la formation souterraine à l’aide du fluide injecté ;
e) Récupération d’un mélange aqueux et hydrocarboné (pétrole et/ou gaz).
L’étape de cisaillement peut être effectuée, par exemple, à l’aide d’une vanne, d’un orifice ou d’une pompe.
Préférentiellement, la concentration en sel(s) divalent(s) dans le fluide d’injection est comprise entre 3 et 50 g/l.
Les formations carbonatées sont des formations de roches sédimentaires dont la composition en carbonates est d’au moins 50 %.
L’invention et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des figures et exemples suivants donnés afin d’illustrer l’invention et non de manière limitative.
Description des figures
La illustre le diagramme par diffraction des rayons X des cristaux obtenus selon l’exemple 1.
La illustre le diagramme par diffraction des rayons X des cristaux obtenus selon l’exemple 2.
La illustre la perte de viscosité en fonction de la forme de l’ATBS et de la teneur en fer de polymères.
La illustre la perte de viscosité en fonction de la forme de l’ATBS en vieillissement à 90°C de polymères.
La illustre la perte de viscosité en fonction de la forme de l’ATBS et de la teneur en fer d’homopolymères.
Exemples de réalisation de l’invention
Exemple 1 : Synthèse de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique
Dans un réacteur agité de 2000 ml ayant une double enveloppe, sont ajoutés 1522 grammes d’acrylonitrile contenant 0,4% d’eau en poids et 180 grammes d’acide sulfurique fumant titrant 104% H2SO4(18% Oléum). Le mélange est agité pendant 1 heure et refroidi par la double enveloppe du réacteur qui maintient la température du mélange sulfonant à -20°C.
97 grammes d’isobutylène sont additionnés au mélange sulfonant précédent, à un débit de 1,6 grammes/minute.
La température du mélange est contrôlée à 45°C lors de l’introduction de l’isobutylène. Les particules de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique précipitent dans le mélange et le taux de solide est d’environ 20% en poids. Le mélange réactionnel est filtré sur un filtre de type Büchner et séché sous vide à 50°C. Le solide obtenu est l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique et se présente sous forme de poudre blanche très fine.
Exemple 2 : Synthèse de la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique
Dans un réacteur agité de 1000 mL ayant une double enveloppe, sont ajoutés 439 grammes d’une solution d’hydroxyde de sodium à 22% (en poids dans l’eau). Au mélange précédent sont ajoutés 452 grammes d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (poudre blanche obtenue issue de l’exemple 1).
Le mélange est agité pendant 30 minutes, à 10°C, pour former une solution aqueuse SA2.
La solution aqueuse SA2est chauffée jusqu’à une température de 40°C sous un vide de 50 mbars, pendant 20 minutes, puis la température est maintenue pendant 30 minutes à la pression atmosphérique, puis refroidie à une température de 10°C. Le temps de refroidissement entre 40°C et 10°C est de 6 heures. Une suspension S1de cristaux du sel de sodium de de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique est obtenue. La suspension S1est filtrée sur une essoreuse verticale de marque Robatel. Un solide de composition C1est obtenu, il contient 80% en poids de cristaux du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique.
Exemple 3 : Analyse par diffraction aux rayons X
Les solides obtenus aux exemples 1 et 2 sont préalablement broyés pour former des poudres et sont analysés par diffraction aux rayons X sur une gamme angulaire de 10 à 90° (figures 1 et 2). L’équipement utilisé est un diffractomètre miniflex II de marque Rigaku et est équipé d’une source au cuivre.
Nous pouvons observer que le solide obtenu à l’issu de l’exemple 2 ( ) a un diagramme de diffraction aux rayons X ayant les pics caractéristiques suivants :
11,7° ; 12,2° ; 13,2° ; 13,5° ; 15,6° ; 16,8° ; 17,8° ; 18,5° ; 19,1° ; 20,6° ; 21,4° ; 23,3° ; 25,1° ; 25,8° ; 26,9° ; 29,1° ; 29,5° ; 31,0° ; 33,0° ; 33,6° ; 34,4° ; 35,2° ; 35,9° ; 37,1° ; 38,4° ; 39,6° ; 41,1° ; 42,9° ; 45,1° ; 46,0° ; 47,2° ; 47,6° degrés 2-thêta (+/- 0,1°).
Exemple 4 : Préparation de polymè re s (P1, P2 et P3) acrylamide/acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique de forme cristalline du sel de sodium (75/25 mol%)
Dans un bécher de 2000 mL sont ajoutés 1035 g d’eau déionisée, 520,5 g d’acrylamide (en solution à 50% en poids dans l’eau), 16,2 g d’urée et 285 g de cristaux d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (forme cristalline du sel de sodium) obtenus à l’exemple 2.
La solution ainsi obtenue est refroidie entre 5 et 10°C et transférée dans un réacteur de polymérisation adiabatique, un bullage d’azote est réalisé pendant 30 minutes afin d’éliminer toute trace d’oxygène dissout.
Sont ensuite ajoutés dans le réacteur :
- 0,45 g de 2,2’-azobisisobutyronitrile,
- 1,5 ml d’une solution à 2,5 g/l de dihydrochlorure de 2,2'-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane],
- 1,5 à 10 ml d’une solution à 1 g/l d’hypophosphite de sodium,
- 1,5 ml d’une solution à 1 g/l de ter-butyl hydroperoxyde,
- 1,5 ml d’une solution à 1 g/l de sulfate d’ammonium et de fer(II) hexahydraté (sel de Mohr).
Après quelques minutes, l’arrivée d’azote est fermée et le réacteur est clos. La réaction de polymérisation se déroule pendant 2 à 5 heures jusqu’à atteindre un pic de température. Le gel caoutchouteux obtenu est haché et séché pour obtenir une poudre grossière elle-même broyée et tamisée pour obtenir le polymère sous forme de poudre.
Exemple 5 : Préparation de polymè re s (P’1, P’2 et P’3) acrylamide/acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique de forme non cristalline du sel de sodium (75/25 mol%)
Les polymères sont obtenus comme dans l’exemple 3, mais en remplaçant l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique de forme cristalline du sel de sodium (exemple 2) par 257 g d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique n’étant pas de forme cristalline du sel de sodium (obtenu à l’exemple 1) et 99 g d’hydroxyde de sodium à 50% de concentration en poids dans l’eau.
Exemple 6 : Mesure du quotient de filtration des solutions de polymères
Des tests de filtration ont été réalisés sur 3 polymères obtenus à partir de la forme non cristalline de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique P’1, P’2 et P’3 de poids moléculaire croissants respectifs 6,5, 9 et 11,5 millions Da, obtenus comme décrit dans l’exemple 4, et sur 4 polymères obtenus à partir de la forme cristalline sous forme sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique P1, P2, P3 et P4 de poids moléculaire croissants respectifs 6,5, 9, 11 et 13 millions Da, obtenus comme décrit dans l’exemple 3.
Les solutions de polymères ont été obtenues à une concentration active de 1 000 ppm dans une saumure contenant de l’eau, 30 000 ppm de NaCl et 3 000 ppm de CaCl2,2H2O (ppm en poids). Le quotient de filtration (FR) a été mesuré sur des filtres ayant une taille de pore de 1,2 µm représentatifs de gisements de faible perméabilité.
Tableau 1 : Polymères testés pour le quotient de filtrabilité
Nous pouvons observer dans le tableau 1 qu’à poids moléculaire équivalents les polymères obtenus à partir de la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (P1-P3) présentent toujours un FR inférieur à celui des polymères obtenus à partir de la forme non cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (P’1-P’3). Cet écart devient de plus en plus important quand le poids moléculaire du polymère augmente. Le polymère obtenu à partir de la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique de poids moléculaire 13 millions Da (P4) présente même un FR inférieur à celui du polymère obtenu à partir de la forme non cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique de poids moléculaire inférieur (11,5 millions Da, P’3).
Exemple 7 : Mesure de la résistance à la dégradation chimique de solutions de polymères de poids moléculaire équivalents
Des tests de résistance à la dégradation chimique des polymères P3 et P’3 ont été réalisés en conditions aérobiques en présence de différentes concentrations en fer(II) (2, 5, 10 et 20 ppm) dans une saumure composée d’eau, de 37 000 ppm de NaCl, 5 000 ppm de Na2SO4et 200 ppm de NaHCO3(ppm en poids). Ces tests ont été réalisés sur un polymère obtenu à partir de la forme non cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (P’3) et sur un polymère obtenu à partir de la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (P3). Les deux polymères ont la même composition chimique. Les résultats obtenus après 24 heures de mise en contact de la solution de polymère avec le contaminant sont présentés sur la .
Nous pouvons observer que, pour chaque concentration en fer(II), le polymère P3 subit une perte de viscosité moins importante que celle du polymère P’3 équivalent.
Exemple 8 : Mesure de la résistance à la dégradation thermique de solutions de polymères de poids moléculaire équivalents
Des tests de résistance à la dégradation thermique des polymères P3 et P’3 ont été réalisés en conditions anaérobiques à une concentration active de 2 000 ppm dans une saumure composée de 30 000 ppm de NaCl et 3 000 ppm de CaCl2,2H2O (ppm en poids). Ces tests ont été réalisés sur un polymère obtenu à partir de la forme non cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (P’3) et sur un polymère obtenu à partir de la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (P3). Les deux polymères ont la même composition chimique. Les solutions de polymères ont été vieillies pendant 6 mois à 90°C. Les résultats obtenus sont présentés sur la en termes de perte de viscosité. Nous pouvons observer que le P3 perd moins de viscosité que le polymère P’3 équivalent.
Exemple 9 : Préparation d’homo polymères (P5, P6 et P7) de la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique
Dans un bécher de 2000 mL sont ajoutés 800 g d’eau déionisée, et 500 g de cristaux d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (forme cristalline du sel de sodium) obtenus dans l’exemple 2.
La solution ainsi obtenue est refroidie entre 5 et 10°C et transférée dans un réacteur de polymérisation adiabatique, un bullage d’azote est réalisé pendant 30 minutes afin d’éliminer toute trace d’oxygène dissout.
Sont ensuite ajoutés dans le réacteur :
- 0,45 g de 2,2’-azobisisobutyronitrile,
- 1,5 ml d’une solution à 2,5 g/l de dihydrochlorure de 2,2'-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane],
- 1,5 à 30 ml d’une solution à 1 g/l d’hypophosphite de sodium,
- 1,5 ml d’une solution à 1 g/l de ter-butyl hydroperoxyde,
- 1,5 ml d’une solution à 1 g/l de sulfate d’ammonium et de fer(II) hexahydraté (sel de Mohr).
Après quelques minutes, l’arrivée d’azote est fermée et le réacteur est clos. La réaction de polymérisation se déroule pendant 2 à 5 heures, jusqu’à atteindre un pic de température. Le gel caoutchouteux obtenu est haché et séché pour obtenir une poudre grossière elle-même broyée et tamisée pour obtenir le polymère sous forme de poudre.
Exemple 10 : Préparation d’homo polymères (P’5 et P’6) de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique de forme non cristalline du sel de sodium .
Les polymères sont obtenus comme dans l’exemple 7, mais en remplaçant l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique de forme cristalline du sel de sodium (exemple 2) par 452 g d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique n’étant pas de forme cristalline du sel de sodium synthétisé en exemple 1 et 175 g d’hydroxyde de sodium à 50% de concentration en poids dans l’eau.
Exemple 11 : Mesure du quotient de filtration des solutions de polymères
Des tests de filtration ont été réalisés sur 2 polymères obtenus à partir de la forme non cristalline de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique P’5, P’6 de poids moléculaire croissants respectifs 3,1 et 5,3 millions Da, obtenus comme décrit dans l’exemple 10, et sur 3 polymères obtenus à partir de la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique P5, P6 et P7 de poids moléculaire croissants respectifs 3,1, 5,3 et 15 millions Da, obtenus comme décrit dans l’exemple 9. Le grade de poids moléculaire 15 millions Da n’est pas accessible lors de l’utilisation de la forme non cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique.
Les solutions de polymères ont été obtenues à une concentration active de 1 000 ppm dans une saumure contenant de l’eau, 30 000 ppm de NaCl et 3 000 ppm de CaCl2,2H2O (ppm en poids). Le quotient de filtration (FR) a été mesuré sur des filtres ayant une taille de pore de 1,2 µm représentatifs de gisements de faible perméabilité.
Tableau 2 : Polymères testés pour le quotient de filtrabilité
Nous pouvons observer dans le tableau 2 qu’à poids moléculaire équivalents les polymères obtenus à partir de la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (P5-P6) présentent toujours un FR inférieur à celui des polymères obtenus à partir de la forme non cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (P’5-P’6). Cet écart devient de plus en plus important quand le poids moléculaire du polymère augmente. Le polymère obtenu à partir de la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique de poids moléculaire 15 millions Da (P7) présente même un FR plus faible que le polymère obtenu à partir de la forme non cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique de poids moléculaire inférieur (5,3 millions Da, P’6).
Exemple 12 : Mesure de la résistance à la dégradation chimique de solutions des polymères P 6 et P’ 6 .
Des tests de résistance à la dégradation chimique des polymères P6 et P’6 de poids moléculaire 5,3 millions Da ont été réalisés en conditions aérobiques en présence de différentes concentrations en fer(II) (2, 5, 10 et 20 ppm) dans une saumure composée d’eau, de 37 000 ppm de NaCl, 5 000 ppm de Na2SO4et 200 ppm de NaHCO3(ppm en poids). Ces tests ont été réalisés sur un polymère obtenu à partir de la forme non cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (P’6) et sur un polymère obtenu à partir de la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (P6). Les deux polymères ont la même composition chimique. Les résultats obtenus après 24 heures de mise en contact de la solution de polymère avec le contaminant sont présentés sur la .
Nous pouvons observer que pour chaque concentration en fer(II) le polymère P6 perd moins de viscosité que le polymère P’6 équivalent.
Exemple 13 : Préparation du polymè re P 8 acrylamide/acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique de forme cristalline du sel de sodium (75/25 mol%) post hydrolysé .
Dans un bécher de 2000 mL sont ajoutés 1035 g d’eau déionisée, 520,5 g d’acrylamide (en solution à 50% en poids dans l’eau), 16,2 g d’urée et 285 g de cristaux d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (forme cristalline du sel de sodium) obtenus à l’exemple 2.
La solution ainsi obtenue est refroidie entre 0 et 5°C et transférée dans un réacteur de polymérisation adiabatique, un bullage d’azote est réalisé pendant 30 minutes afin d’éliminer toute trace d’oxygène dissout.
Sont ensuite ajoutés dans le réacteur :
- 0,45 g de 2,2’-azobisisobutyronitrile,
- 1,5 ml d’une solution à 5 g/l de dihydrochlorure de 2,2'-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane],
- 1,5 ml d’une solution à 1 g/l d’hypophosphite de sodium,
- 2,25 ml d’une solution à 1 g/l de ter-butyl hydroperoxyde,
- 3,0 ml d’une solution à 1 g/l de sulfate d’ammonium et de fer(II) hexahydraté (sel de Mohr).
Après quelques minutes, l’arrivée d’azote est fermée et le réacteur est clos. La réaction de polymérisation se déroule pendant 2 à 5 heures jusqu’à atteindre un pic de température. Le gel caoutchouteux obtenu est haché en particules d’une taille comprise entre 1 et 6 mm.
Post-hydrolyse de l’acrylamide : 500,0 g de gel préalablement haché sont ensuite mélangés à 16,0 g de lessive de soude à 50% en poids dans l’eau, le mélange est porté et maintenu à une température de 90°C pour une durée de 90 minutes.
Le gel est ensuite séché et broyé pour obtenir le polymère sous forme de poudre.
Exemple 14 : Préparation du polymè re P’ 8 acrylamide/acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique de forme non cristalline du sel de sodium (75/25 mol%) post hydrolysé .
Le polymère est obtenu comme dans l’exemple 13, mais en remplaçant l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique de forme cristalline du sel de sodium (exemple 2) par 257g de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique n’étant pas de forme cristalline du sel de sodium (exemple 1), et 99,5g d’hydroxyde de sodium à 50% de concentration en poids dans l’eau.
Exemple 15 : Mesure du quotient de filtration des solutions de polymères
Des tests de filtration ont été réalisés sur un polymère obtenu à partir de la forme non cristalline de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique P’8 de poids moléculaire 22 millions Da, obtenu comme décrit dans l’exemple 14, et sur un polymère obtenu à partir de la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique P8 de poids moléculaire de 26 millions Da, obtenu comme décrit dans l’exemple 13.
Les solutions de polymères ont été obtenues à une concentration active de 1 000 ppm dans une saumure contenant de l’eau, 30 000 ppm de NaCl et 3 000 ppm de CaCl2,2H2O (ppm en poids). Le quotient de filtration (FR) a été mesuré sur des filtres ayant une taille de pore de 3 µm représentatifs de gisements de faible perméabilité.
Tableau 3 : Polymères testés pour le quotient de filtrabilité
Nous pouvons observer dans le tableau 3 que, malgré un poids moléculaire plus élevé, le polymère obtenu à partir de la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (P8) présente un FR équivalent à celui du polymère obtenu à partir de la forme non cristalline de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (P’8).

Claims (10)

  1. Procédé de récupération assistée d’hydrocarbures comprenant les étapes suivantes :
    a) Préparation d’un fluide d’injection comprenant au moins un polymère hydrosoluble d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique, avec de l’eau ou avec de la saumure,
    l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique étant, avant polymérisation, une forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique ayant un diagramme de diffraction des rayons X sur poudre comprenant des pics à 11,7° ; 12,2° ; 13,2° ; 13,5° ; 15,6° ; 16,8° ; 17,8° ; 18,5° ; 19,1° ; 20,6° ; 21,4° ; 23,3° ; 25,1° ; 25,8° ; 26,9° ; 29,1° ; 29,5° ; 31,0° ; 33,0° ; 33,6° ; 34,4° ; 35,2° ; 35,9° ; 37,1° ; 38,4° ; 39,6° ; 41,1° ; 42,9° ; 45,1° ; 46,0° ; 47,2° ; 47,6° degrés 2-thêta ;
    b) Injection du fluide d’injection dans une formation souterraine ;
    c) Balayage de la formation souterraine à l’aide du fluide injecté ;
    d) Récupération d’un mélange aqueux et hydrocarboné.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide d’injection comprend entre 10 et 15 000 ppm en poids de polymère hydrosoluble.
  3. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins 50 mol% de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane du polymère hydrosoluble est, avant polymérisation, sous la forme cristalline du sel de sodium.
  4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère hydrosoluble comprend entre 10 et 100 mol% de monomère(s) anionique(s), ce pourcentage incluant le monomère correspondant à la forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique.
  5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère hydrosoluble contient uniquement des unités monomériques anioniques et des unités monomériques non-ioniques.
  6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère hydrosoluble est constitué d’acrylamide et d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique, dont au moins 50 mol% est, avant polymérisation, sous la forme cristalline du sel de sodium.
  7. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère hydrosoluble a un quotient de filtration inférieur à 1,5.
  8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polymère hydrosoluble est un homopolymère d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique, au moins 50 mol% de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique étant, avant polymérisation, sous la forme cristalline du sel de sodium.
  9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le polymère hydrosoluble a un quotient de filtration inférieur à 1,5.
  10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le fluide d’injection comprend entre 10 et 15 000 ppm en poids de polymère hydrosoluble.
FR2302307A 2023-03-13 2023-03-13 Procédé de récupération assistée d’hydrocarbures utilisant un polymère d’une forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonique Pending FR3146689A1 (fr)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2302307A FR3146689A1 (fr) 2023-03-13 2023-03-13 Procédé de récupération assistée d’hydrocarbures utilisant un polymère d’une forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonique
PCT/EP2024/056686 WO2024189088A1 (fr) 2023-03-13 2024-03-13 Procédé de récupération améliorée d'hydrocarbures mettant en oeuvre un polymère d'une forme cristalline de sel de sodium d'acide 2-acrylamido-2-méthylpropanesulfonique
EP24711876.3A EP4453127A1 (fr) 2023-03-13 2024-03-13 Procédé de récupération améliorée d'hydrocarbures mettant en oeuvre un polymère d'une forme cristalline de sel de sodium d'acide 2-acrylamido-2-méthylpropanesulfonique

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2302307 2023-03-13
FR2302307A FR3146689A1 (fr) 2023-03-13 2023-03-13 Procédé de récupération assistée d’hydrocarbures utilisant un polymère d’une forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonique

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR3146689A1 true FR3146689A1 (fr) 2024-09-20

Family

ID=86851515

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2302307A Pending FR3146689A1 (fr) 2023-03-13 2023-03-13 Procédé de récupération assistée d’hydrocarbures utilisant un polymère d’une forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonique

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4453127A1 (fr)
FR (1) FR3146689A1 (fr)
WO (1) WO2024189088A1 (fr)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010133258A1 (fr) 2009-05-18 2010-11-25 Snf Sas Nouvelles formulations de polymères hydrosolubles et d'additifs stabilisants pour l'injection d'un seul composé utilisable dans des fluides d'injection pour une méthode chimique de récupération améliorée du pétrole
US8186871B2 (en) 2007-10-12 2012-05-29 S.P.C.M. Sa Device for preparing a dispersion of water-soluble polymers in water, and method implementing the device
WO2018020175A1 (fr) 2016-07-28 2018-02-01 S.P.C.M. Sa Procede de traitement d'une eau de production issue d'un procede de recuperation assistee du petrole et/ou du gaz
WO2018172684A1 (fr) * 2017-03-20 2018-09-27 S.P.C.M. Sa Fluide de fracturation comprenant un (co)polymere d'une forme cristalline hydratee de l'acide 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonique et procede de fracturation hydraulique
CN113528113A (zh) * 2020-04-15 2021-10-22 爱森(中国)絮凝剂有限公司 包含含作为单体的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸的(共)聚合物的压裂流体

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2087715A1 (fr) 1991-06-03 1992-12-04 Robert E. Quinn Methode de preparation d'un derive monomere purifie d'acide acrylamidosulfonique
AU2012343935A1 (en) 2011-11-29 2014-07-03 Basf Se Method for producing and purifying salts of acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid
FR3104578B1 (fr) 2019-12-16 2022-07-15 S N F Sa Nouveaux monomeres sulfobetaine, procede de preparation et leurs utilisations

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8186871B2 (en) 2007-10-12 2012-05-29 S.P.C.M. Sa Device for preparing a dispersion of water-soluble polymers in water, and method implementing the device
WO2010133258A1 (fr) 2009-05-18 2010-11-25 Snf Sas Nouvelles formulations de polymères hydrosolubles et d'additifs stabilisants pour l'injection d'un seul composé utilisable dans des fluides d'injection pour une méthode chimique de récupération améliorée du pétrole
WO2018020175A1 (fr) 2016-07-28 2018-02-01 S.P.C.M. Sa Procede de traitement d'une eau de production issue d'un procede de recuperation assistee du petrole et/ou du gaz
WO2018172684A1 (fr) * 2017-03-20 2018-09-27 S.P.C.M. Sa Fluide de fracturation comprenant un (co)polymere d'une forme cristalline hydratee de l'acide 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonique et procede de fracturation hydraulique
WO2018172682A1 (fr) * 2017-03-20 2018-09-27 S.P.C.M. Sa Procede de recuperation assistee du petrole utilisant un (co)polymere d'une forme cristalline hydratee de l'acide 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonique
EP3601220B1 (fr) * 2017-03-20 2021-05-05 Spcm Sa Procede de recuperation assistee du petrole utilisant un (co)polymere d'une forme cristalline hydratee de l'acide 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonique
EP3601222B1 (fr) * 2017-03-20 2021-06-02 Spcm Sa Fluide de fracturation comprenant un (co)polymere d'une forme cristalline hydratee de l'acide 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonique et procede de fracturation hydraulique
CN113528113A (zh) * 2020-04-15 2021-10-22 爱森(中国)絮凝剂有限公司 包含含作为单体的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸的(共)聚合物的压裂流体

Also Published As

Publication number Publication date
EP4453127A1 (fr) 2024-10-30
WO2024189088A1 (fr) 2024-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3601220B1 (fr) Procede de recuperation assistee du petrole utilisant un (co)polymere d'une forme cristalline hydratee de l'acide 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonique
Kumar et al. Synthesis and evaluation of physicochemical properties of anionic polymeric surfactant derived from Jatropha oil for application in enhanced oil recovery
EP4077275A1 (fr) Nouveaux monomeres sulfobetaine, procede de preparation et leurs utilisations
FR3114095A1 (fr) Polymère d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique ou de ses sels
WO2020094961A1 (fr) Procede de recuperation assistee de petrole par injection d'une composition aqueuse polymerique
CA2880842A1 (fr) Composition de polymeres pour l'inhibition de la formation de depots inorganiques et/ou organiques au sein de formations souterraines
FR3146689A1 (fr) Procédé de récupération assistée d’hydrocarbures utilisant un polymère d’une forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonique
FR3146679A1 (fr) Forme cristalline du sel de potassium de l’acide 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonique
FR3146690A1 (fr) Fluide de fracturation comprenant un polymère d’une forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonique et procédé de fracturation hydraulique
FR3146680A1 (fr) Forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonique
EP4367197A1 (fr) Polymere d'acide 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonique et leur utilisation
OA19373A (en) Procédé de récupération assistée du pétrole utilisant un (co)polymère d'une forme cristalline hydratée de l'acide 2-acrylamido-2méthylpropane sulfonique.
FR3146673A1 (fr) Procédé de traitement d’une suspension de particules solides dans l’eau utilisant un polymère d’une forme cristalline du sel de sodium de l’acide 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonique
Saxena et al. Surfactant from Palm Oil for Improved Oil Recovery
WO2022129768A1 (fr) Macromonomere, son procede d'obtention et le copolymere le contenant
WO2025012557A1 (fr) Polymere, sa preparation et son utilisation comme inhibiteur de tartre
CN118108906A (zh) 一种驱油用疏水缔合稠油乳液降粘剂及其制备方法和应用
FR3107654A1 (fr) Procede de traitement d'effluent aqueux

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20240920