CA1294867C - Procede de recuperation des petroles lourds - Google Patents

Abstract

DU CONTENU TECHNIQUE DE L'INVENTION ( ) PROCEDE DE RECUPERATION DES PETROLES LOURDS Michel Gondouin Procédé d'hydrogénation "in situ" des pétroles lourds par injection de mélanges gazeux comprenant:hydrogène,vapeur et gaz solubles,à température modérée et pression élevée. Le mélange gazeux est produit dans un réacteur de fond par une réaction catalytique exothermique réversible utilisant de l'eau et un couple de réactifs préparés en surface à partir de matières premières économiques:eau,air et combustibles peu couteux.Le réacteur de fond débite dans un puits d'injection horizontal.La production d'huile fluide s'effectue soit par le mème puits fonctionnant alternativement en injecteur et en producteur,soit par des puits de production disposés autour de l'injecteur en rangs parallèles pour les puits verticaux et parallèlement pour les puits horizontaux. Ce procédé est particulièrement applicable aux gisements profonds de pétroles lourds.

Description

7' rROC~DE ~ RECUPERA~ION DES P~'l`ROL~S LOURDS

~OI~IN~ T~`CE~IQUE
_ .
La presente invention a trait a un procédé per-mettant la r~cuperation des huiles lourdes très vis~ueuses contenues dans des roches réser~oir prof`ondes. Ce~le -ci s'effectue par l'inaection, grace à un puit~ fore horizon-talement dans le rQservoir d'un melange ~;azeux contenant de l`h~drogène , de la vapeur d'eau, et dans certain~ cas des ~az ou vapeurs solubles dans l'huile. ~'huile lourde, au contact de ce mélange ~azeux~présente une réduction de vis-cosité et de ~ensité en raison des effets combinés de l'h~-10 drogénation, ~e la dissolution ~es gaz solubles et ae lachaleur dégagée par la vapeur et par la xéaction exothermi-que d'hydrogénation de l'huile.
Sous lle~et des fluides injectés" 17huile de viscosité
réduite s'accumule dans une zone mobile ~ haute saturation - d'huile qui se deplace pro~ressivement vers les puits de production à mesure que l'huile 8 ~ écoulant dans les puits de production est remontée à la surface.
Le puits horizontal utilise pour l'injection permet au ~az inJect~ de contacter dans le gisement une zone étendue ~0 autour de chaaue puits. Il en résulte un taux élevé de ré-cuparation de l'huile et un coût d'exploitation relative-ment faible par tonne d'huile produite~ mème pour des gise-ments profonds d'huiles lourdes où l'application des pro-cedas traditionnels (injection de vapeur pure, combustion "in situ") serait trop coùteuse.
Dans ce procédé, le mélange gazeux injecté est produit dans un réacteur de fond par une réaction catalyti~ue large-ment exothermi~ue. La chaleur dégagée dans ce réacteur contribue a produire "in situ" la vapeur d'eau présente dans 301e mélange ~azeux injecté, ou sa pressionpartie~le est ~or-tement reduite par la présence des autres gaz. En conséquence le trans~er~ de chaleur ~ l'huile lourde du réservoir est accru.

La température du mélange gazeux injecte est pourta~t très inférieure ~ celles produites dans le procédé traditionnel de récupération par combustion "in situ" , de sorte que 1~
huile lourde a moins tendance ~ produire des dépot6 solides de coke par decomposition thermique. La pression partielle élevée de 1'hydrogène d~n~ le ~lange ga~eux injecté ~'oppo-se égale~ent à cette d~composition et contribue ainsi à main-tenir la perméabilité de la roche réservoir a une v~leur proche de sa valeur initiale. Ceci est un facteur important 10 pour obtenir un fort taux de x3cuperation d'huile et u~e pro-ductivité élevée des puit~.
~ es fluides e~trant dans le réacteur de fond so~t prépa-rbs en surface en utilisant comme matières premières l~eau, l'air, et les combustibles bon marché tels que le gaz natu-rel, le coke, la houille ou les rasidus lourd~ du pétrole.
La pollution atmospherique résultant de cette prép~ra tion est réduite par rapport à celle des autre~ procédés de recupération~ du ~ait de la réduction du volume et de la toxicité des sous-produits gazeux re~etés à l'atmosphère 20 par tonne de combustible utilise.

~TA~ Al~RIEUR DE IA ~ECHNIt~UE

Il existe dans le ~onde de nombreux gisements d'huile lourde. ~'exploitation de ces gisements n'est généralement pas possible par les moyens utilis~s pour les gisements d'huile légère.~a viscosité de l'huile lourde dépasse ~ou-vent 1000 centipoises, ce qui re~d extrèmement lent son ecoulement dan~la roche réservoir vers les puit~ de produc-tion~ ~e débit naturel des puits est donc trop faible pour ~ue l'exploitation so~t rentable. ~orsgue le gisement est a 30 ~aible profondeur (moins de lOOOm) l'exploi~ation est rendue possible par l'injection de vapeur d'eau pure dont la conden-sation ~ournit une chaleur ~u~isante pour accroitre la tem-perature de l'huile et de la roche r~servoir jusqu'à environ ~50C. A cette température, la viscosite de llhuile e~t reduite par un facteur pourant aller jusqu'à l/lOOO.L'huile lourde ainsi chauf~ée peut alors 8 1 écouler plus librement et le dabit des puits de production devient ~uf~isamment élevé pour que llexploitation soi~ rentable. ~'emploi de la ~ 7 vapeur as~ tOUte~bI~ limité aux faibles profondeurs5 par deux racteurs: d'une part les pertes thermiaues à travers les tu-bages d'injection de vapeur, d'autre part la pression criti que de la vapeur d'eau (218 bare à 374C)~ au delà de la-quelle la condensation n'est plus pos~ible. La production dans des chaudi~res de surface de grandes quantité~ de vapeur exige une dêpense importante de combustible,~genéralement constitué par une partie de l'huile produite). Cette combu~t-tion est souvent aussi une source importante de pollution 10 atmospherique Pour les ~isement~ plus profond~, la récupération de 1' huile lourde est parfois possible par combustion "in ~itu".
Dans ce cas on injecte de l'air à la pression du réservoir et en quantité suffisante pour qu'u~ front de combustio~
s'établisse de raçon stable après allumage et se propage autour du puits d'injection. ~ous l'ef~et de la combustion~
la température augmente dans le gi eme~t ~usqu'à des valeurs comprises géneralement entre 400 et 800C. A ce~ températures éleYécsa l'huile lourde est soumi~e à un craquage thermique 20 inten~e qui réduit la masse moléculaire des hydrocarbures qui composent l'huile lourde. Certaines des molécules ainsi craquées sont converties en carbone e~ hydrogèneO Le carbone forme de~ dépots solides dans la roche réser~oir, tandis que les molécule~ plus légeres résultant du thermocraquage s'ac-cumule~t dans diverses zones en avant du front de combustion s'écoulent vers les puits de production. La combustion s'e~-fectue donc principalement dan~ la zone la plus riche e~
carbone en produisant surtout CO, C02, I~O~,S02~ Néanmoinst une partie de l'hydrogène, ~ous-produit du thermocraqu~ge, SO se combine avec l'oxygène de l'air in~ecte. La vapeur d'eau ainsi produite s'ajoute a celle formée par la vapori~atiOn de l'eau du gisement et, dans le cas de la combustion dite "humide" par celle de l'eau injectée pour récuperer la chaleur residuelle emmagasinée dans la roche en arrière du front de combustion. A la complexité du phénomène de combustion ~in situ" s'ajoute encore le phénomène d'oxydation partielle de l'huile lourde, à basee temperature, qui se produit en avant du front de combustion. Cette ox~dation partielle par de faibles concentrations d'air forme des produits oxygénés 40 (aldeh~des, c~ton~s, alcools) dont la presence tend a aug-. ~

menter la visco~,ité de l'huile lourde (facteur défavorable).En raison de la difficulte de controler un ~ystème aussi complexe à .srande profondeur, dans de~~r~servoirs dont 1' hétérogénéite est tou~iours mal connue l'~pplication a gran-de échelle de ce~te technique se limite aux cas ju~és le~
plus favorables (profondeurs et viscosités moyennes)O Ia séparation de l'huile et des ga3 de combustion et le re~et de ceux-ci ci l'a~mosph3re dans des condi~ions qui limitent la pollution atmo~phérique constituent un ~lément i~portant 10 du cout de production.
De~ essais ont été f~its pour 1'emploi de chaudieres de fond ~unie~ de bruleur~ de type~ divers, pour créer de la va-peur à haute temper~ture au fond du puits. Danq ce cas on injecte par plusieur~ tubages dans le pUit8 respe~cti~ement de l'eau, de l'air et du combustible. Les produit~ de la com-bustion (CO, C02, NOx, S02, e~c...) sont soit in~ectés da~s le réservoir, soit ramenés en surface par un autre tubage.
Aux profondeurs dé~assant 2000m, la pression du ré~ervoir est egale ou supérieure à la pression criti~ue de l'eau, ce -'0 ~!ui réduit beaucoup llefficacité du transfert de ~haleur.
En outre, aux températures élevée~ du bruleur7 en~iron ~00C, les produits de la combustion~ e~ pre~ence d'eau, ~o~t extrè-mement corrosifs et détruisent rapidement les tubages ainsi que la chaudière de fond elle-mème.

EXPOSE D~ L~INVENTIO~
La procéd~ selon l'in~ention permet de remédier à ce~ in-convénients en injectant dans le réservoir un mélange d'hy-drogène, de vapeur d'eau et de gaz solubles dan~ l'huile à
température modéree ( 250 à 400C) et à une pre~sion égale SO ou sup~rieure à celle du ré~ervoir. Parce que la chaleur ac-quise par le melan~e injecté e~t produite e~ ma~eure partie dan~ un réacteur catal~tique de fond, les pertæs thermiques à travers les tubage~ d'amenée so~t fortement réduites. Ia qualité de la vapeur injectée ne dépend plu8 de la pro~ondeur du gi~ementO Sa conden~ation dans le mélange gazeux , plu9 la chaleur produite par le~ reaction~ exothermi~ue~ d'hy-drogénation de l'huile lourde, permettent de chauffer celle-ci ju~qu'-` une température modérée (250 à 400C). Celle-ci ~' est suffisante pour que, dans les conditions de gisemerlt (pressions élevées~ grande surface de contact, et pxésence de cataly~eurs naturels dans l'huile et la roche) les réac-.
tions d'hydrogenation procèdent à une vitesse telle qu'une réduction importante de la Yiscosité de la majeure partie de l'huile lourde situ~e dans la zone de drainage des puits de production entourant le puits d'injection horizontal inter-vienne avant la percee des gaz d'in~ection aux puits de pro-duction. La température des xaactions catalytiques ayant 10 lieu "in 8i~UIl peut à~re controlée automa~ uement en ré-glant la composition, non steuchiométrique, de~ raactifs alimentant le r~acteur de fond~ La nature des catalyseurs employés dans le reacteur de f`on~ depend du choix des réac-tions cataly~ique~ qui s'y produi~ent et de la nature de ce~ reactifs. Dan~ tous le~.cas, ces réactions sont lar~e-ment exothermiques, et leurs produit~ sont enti~rement en pha~e gazeuse à la température du réacteur de ~ond.L'ef-fluent du reacteur contient toujours de~ concentrations élevées d'hydrogene et de ~apeur d'eau. ~es autres compo-20 sant~ sont en ma~eure partie solubles dan~ l'huile. Le .' catalyseur dans le réacteur de ~ond est ou bien solide ,en lit fixe, ou bien liquide ou ~olide, en suspen~on. ~e puits a~ injection e~t de prefarence horizontal et situ~
près du mur de la couche pétrolifère. 3ans tou~ les ca~, l'un des réactifs alimentant le r~acteur de fond( vapeur, eau chaude ou oXygène) est amene par un tubage séparé, tan-dis que le9 autres réactifs ( C0, H2, ou leur mélange) 50nt amsné~ par l'an~ulaire tubage-colonna. Dans le cas d'un reacteur vertical, ou le catalyseur est e~ su~pension, ce 30 dernier efit amené p~r un deuxi~me tubage. ~es deux tubages peuvent ètre utillqés de façon intermitte~te pour faire cir-culer la suspension de catalyseur jusqu'e~ surface lor~qua celle-ci a perdu ~on efficacité~ et pour la remplacer par une suspension de catalyseur neuf ou re~énéré. Du matériel pétrolier ordinaire (vanne~ de circulation, packer~, cou-li8~e8, etc...) ect utili~é à cet ef~et pour co~ecter le réacteur de ~ond respectivement aux tubages, colonne et puit~ d'in~ection hor~zontal.
I~ puit~ horizontal d'i~ection e~t foré soit dans la ~0 zone à huil~ proprement dite, ~oit dans l'aquifère voisin, ' ..

pr~s du contact eau-huile. ~orsque le mur de la couche pé-trolî~ère est constitué par une ar~ilite, le puits horizon-tal peut aussi ètre foré dans 1'~rgilite à proximité immédi-ate de la surface de contact et à condition que des commu-~- ~i¢ation~ puissent ètre établies avec la zone à huile par l'intermédlaire de fractures ou per~orations verticale~.
La réduction de viscosité de 1'huile lourde et l'abaisse-.
ment de 3a densite au contact du mélanæe ~azeux intjecté
d~n~ le r~servoir résultent des phénomènes suivt~nts qui in-10 terviennent successivement ou simultanément :
- échauffement de l'huile par la vapeur humide se conclensant et par la chaleur dégagée par l'hydrogénation (réaction .
exothermique) - augmentatîon du volume spéciPique de l'huile par dissolu-tion de ~az ~oluble~ (C~4y ~02) ou de ~apeurs ~olubles (methanol, ) présent~ dans le mélange ga~eux injecté ou produits locale~ent fC~4) par l'hydxogt5nation de l'huile lourde.
- hydrogénation catal~Qée par les métaux lourds (Ni~ V, etc) .
présents initialement dans l'huile lourde et dans le~ mi-néraux argileux de la roche reservoir. ~a vitesse de réac- ", tio~ de l'hydrogenation p æ l'hydrogène ~azeux est déter-minée par la temperature ainsi obtenue et par la pression du réservoirO Cette dernit~re est maintenue à une valeur - aus~i élevée que possible.
~ 'eau de formatio~ du réservoir est deplacée par le~
~lu.ides injectés et par le gonfleme~t de l'huile lourde ac-compagnant la dissolution de gaz solubleq. L'huile h~rdrogé-née, d~ vi~cosité réduite, d.evient alors mobi~a et s'écou-301e avec la vapeur et les æaz d'inaection pour occuper l'e5-p~ce poreux libéré par l'eau deplacée. 11 se forme ~insi une .
zon~ à ~aturation elevée en huile fluide dont l'étendue 8 accrolt autour du puits d'in~ection.
Selon une forme de réalisation pré~érentielle, le puits d'injection peut alternativement servir aussi de pu~t~
de production (moda opéxatoire "huff and puff").Dans une au-tra varia~te, le pUit5 d'injection e~t entouré de plusieur~
puits de production foré~ ~erticalement en dif~érent~ point~
situé~ autour du puit~ d'in~ection~ ou bien foré~ hor~zonta-lement dansune direction parallèle à celle du puit~ d'injection~

. ~

.

Pour faciliter le drainage ~le l'eau de formation et pour ac-croitre le gradient de pression provoquant l'écoulement d' huile fluide, les puits de production sont soumis à un pom-page ou à un gas.-lift~ ~a communication entre puits d'inaec tion et puit~ de production peut en outre ètre améliorée par les procédés habituels, tels que la fracturation hydraulique.
Sou~ les effets combinés de l'injectio~ et du pompage~
un écoulement e~t établi dans le réservoir. Le~ fluides arri-~vant aux puits de productio~ sont successivement riches en eau de formation et eau de conden~ation de la vapeur in~ectée pui~ riches en huile fluide et en gaz. I,e débit en huile des puiks de production passe par un maximum pUi9 décline a cau ~e de la ségrégation par gravité ds la vapeur et des gaz in~e¢tés qu~ tendent à monter vers le toit de la couche d' huile lourde et à faire une percée dans les puits dc produc-~ion. ~e déclin de la production peut etre ralenti par di-ver~ procédés connu~ tel~ ~ue l'injectian de ciment dans la partie haute des puits de production verticaux apres la percée des gaz. Cela permet e~ ef~et d'améliorer le bala~age ~0 par les gaz et de contacter ainsi une ~raction plu9 impor-ta~te de l'huile en place, afin de la soumettre à l'hydrogé-natio~ avant que le débit de~ puits atteigne la limite infé-rieure de rentabilité4 ~ a récupération de l'huile dan~ la totalité d'un gisement est obt~nue par la combinaison de plu~ieurs ensemble~ grou-pant de~ pUit9 de production, verticaux ou horizontaux, autour d'un puits d'injectiont suivant une géométrie appro-priée. Le mème re~ultat peut QU9Si ètre obtenu par l'emploi de plu~iaurs puits horizontaux ~onctionnant alternativement ~0 en in~ecteur~ et en producteur~. ~a di~tance entre puits est dét~rminée par de~O~lc~l~ qui tiennent en compte les flux de chaleur, la distribution dQs températures, la vitesse d'hy dro~énation dans cha¢un de ces en~embles, au cours de la pé-riode d'exploitation éco~omique des puits, et la distributio~
: de3 écoulements de fluides (gaz, huilo et eau), pendant cette période.
~ 'orie~tatio~ des puit~ horizontaux est de pre~érence perpe~diculaire à cell8 deQ ré~aau~ de ~ractureq .naturelle~
du g~seme~t lorsque ceux-ci exis~e~tO

3~?

Lorsque des puits horizontaux 80~t utili9és pour la pro~
duction, e~ association Rvec des puit6 d'in~ec~lon p~ralleles le~ pUitB de production sont de pré~érence forés à une dis-.
tance verticale du mur de la couche suffisa~te pour reduire la production d'eau par "water coni~g".

PRES~NTATION VES DES~INS

Les dessins annexés illustrent l'invention:
La fi~ure 1 repr~sente un schéma du procédé de récupération de l'huile lourde montrant la circulatio~ des fluides au-de~-10 sous du 801 au~si ~len qu'en surface.
LQ fi~ure 2 est une carte indiquant les position~ respec-tive~ du puit~ d'injection horizontal et de plusieurs puit~
de production verticaux, alnsl que l'emplacement des installa tion~ de surface nécessaire~ production et au transport de~ fluides alimentant le reacteur de fond, et celles néces-saires à la séparation ou à la valorisation de l'huile.
Ia~ représente u~e coupe verticale d'un réacteur -catalytique de fond vertic~l dans lequel le catalyseur e~t e~ suspension, et la connection du réacteur à un puits d' ~0 in~ection horizontal.
~ est une coupe longitudinale de la partie hori-zontale d'un puits dlinJection comprenant un réacteur à lit fixe de catalyseur et un sy~tème de controle automatique des débits au fond.
La fi~ure 5 est la coupe transversale du réacteur de fond avec lit catalytique fixe,combiné avec un puits d'injection, représenté sur la figure 4.
~ L~ est un schéma des installations de sur~ace n&cessaires ~ la production d'un couple de réactifs dans 30 lequel l'hydro6ène est obtenu comme sous-produit de la con-version du ga~ naturel.
Ia fi~ure ? est un schéma de procédé montrant les divers .
flux entrant et sortant des installation~ de surface neces ~aires ~ la production des réactifs lorsque le combustible utilisé e~t du Ga~ Naturel~
La figure 8 est un schéma de procédé des installations de surface nécessaires à la product~on deq réactifs lorsque le combustible utilisé est du coke ou du charbonO
~ L~ est un schéma de procedé des installations de 40 ~urface nécessaires à la produc~ion des r'~actifs lorsque le combustible utilisé est du fuel lourd.

. ~ .

La ~igure 10 e3t une carte montrant l'emploi de puits de production horizon~aux recoupant un ré~eau de fractures ver-ticale~ pour remplacer les deux rangées de puit~ vertlcaux de la figure 2.
f~y~c~ est une coupe verticale montrant le~ cotes ralative~ des puits horizontaux d'injection et de produc-tio~ au sein de la coucha pétrolifère dans le cas de la ~igure 10.
DESCRIPTION DU PROCEDE C~IMIQUE AU FOND
10 Une étape néces~aire pour ~ormer un front d'huile ~luide est l'in~ec~io~ dans le gisemen~ d'un mélange d'hydrogène,de va-peur de haute qualité et de gaz solubles dans l'huile.Ce mé-lan~e e~t in~e¢té à tra~er~ les per~oratious de la colonne d'un puits horizontAl.LA chaleur neces~aire à la production de vapeur de haute qualité à la cote du gi~eme~t est fournie en ma~eure partie par une réaction exothermique produite dans un réacteur catal~tiqus de fond.Le catalyseur utilisé
est 80it sou~ forme de quqpension,soit en lit ~ixe de parti-cule~ Rolides.L'alimentation en réactifs du réacteur de fond 20 ~'e~rec~ue par un ou plusieur~ tubages,de préférence concen-triques.Les réactions catalytiques qui con~iennent à cette appllcation doivent avolr les caractéristiques suivantes:
a)Elle~ produisent de la vapeur d'eau,ou da l'hydrogène,du ga~ carbonique ou n'importe quel gaz ou vapeur trè~ ~oluble dans l'huile lourde,t01 que le méthane,les hydroc~rbures lé-gers,le méthanol,etc...
b)Ces réactions sont soit indépendantes de la pres~ion,soit favorisée~ par celle-ci.
c)Le taux de conversion en u~e seule passe est élevé,à la 30 pres~ion du gi~emen~ et à la température de la réaction.

- d)La température de réact~on est telle` que l'eau en contact therm~que avec le catalyseur ~e ~apori~e à une pression é~a-le ou supérieure à ~a pres~ion partielle dans le mélange in-~ecte dans le ré~e~voir~ar c~nséquentla température d.e réac tion depend de la presaion de gisement et de la compo~itlon du mélange injecté.Pour un~ pression partielle de 100~ la température est donnée par la relation ~pprochée (1):
pro~ondeur(mètre~)/10,5 ~température(C)/100)4........ (1) Dans cet e~emple,à 1000 m de profondeur la température 10 maximale e~t 312C et à 2000 m elle est de ~72C.Ces tempe-ratures so~t encore net.tement in~érieures à celle~ produite~
par le~ bruleurs dans de~ chaudi~re~ de fond.De ce ~ait les risques de ~orrosion 80nt plu8 faibls~.
e)~es produits de la réaction,au contact avec l'huile lourde et l'eau de formation du gisement ne forment pa~ de dépots solides ~usceptible3 d'obturer le~ pores du réservoir ou de cimenter les catalyssurs employé~.
f)Les aatalyseur~ utllisé~ ré~istent à l'eau.
g)Le~ catalyseur~ utilisés ne sont pa~ désactivés de ~açon 20 perma~en~e par les fluides du ~i~eme~t ~u~ peuvent acciden-telleme~t refluer dans le réacteur de fond.
h)Ia réaction catal~tique exothermique e~t réversible et sa températur~ es~ eontrolable par r~glage des déb~ts d'eau et d'au moins un de~ réactifs alimentant le réacteur de fond.
i)Le catalyseur a une longue durée de vie~
A tibre d~exemples,les réactions suivantes présentent des caractéristiques acceptable~:
-l'oxydatlon de l'hydrogène gazeux: -

2 ~ 1/2 02 _r~~ H20 (QH--59J3 Kcal/~.mole)........ (2) ~0 -la réactlon de shi~t du gaz a l'eau:

H20 + C0 = C02 ~ H2 (~~-9,8 Kcal/g.mole).......... (3) ~les réactions de méthanation:
C0 -~ 3 H2 ~ CH4 + ~20 (~=~49,2 Kcal/g.mole)..... (4) C02 + 4 E2 ~__ CH4 + 2 ~20 ~H~-39,4 Kcal/g.mole).~(5) -les réactions de Fi~cher rropsch:
~ CO ~ ~2 ~ C02 + (-CH2-) (~=~ Kcal/g.mole)..(6) CO + 2 H2 ~__~ H20 + (-C~2-) (~ -35 Kcal/g.mole)..(7) la aynth~se du méthanol:
2 ~2 + C0 ~-_ C~30H (~H~-2~ Kcal/g.mole)... ~....... (8) 10 Il est évide~t à 1' homme de llart qua d'autres réactions catalytique~ peuvent également ètre utilisees dans le mèm~ esprit sans quitter le domaine de l'invention.
Aux très grandes profondeurs,la réaction (2) est la xéac-tio~ pxéférée parce que lea ri~ques de corrosion sont très réduit~.Dans ce cas l'oxygène est liquéfié,pompé à la pres-sion requise et re-vaporisé.~'eau necessaire au controle de la température de réa¢tiou e~t amenée au réacteur par 1' espace annulaire séparant le courant d'oxygène gazeux du courant d'h~drogène.A l'heure actuelle les compresseurs d' 20 hydrogène ont une pression de sortle limitée à environ 1~5 bars7ce QUi limiterait l'application de cette réaction à une profondeur voiai~e de 1500 m.Bien que cette profon-deur soit largement supérieure à celle des gisements soumls à 1' in~ectlon de vapeur conventionnelle,il eat possible d' atteindre des pressions d'hydro~ène plus élevée~ par liqué
faction et pompage ~ui~i de re-vaporisation1comme pour 1' ox~gène.
Pour les application~ moin~ profo~des les réactions (~), (4) et (5) peuvent ètre préférablea,malgré les risques plu8 .30 grands de corrosion par le C02.Il y a alora intérèt à main-,.
, ~ , ', `

~enir 1'eau de xefroidissement du réacteur de ~ond séparée du flux alimentaire en C02 ~réaction 5)~ Ceci exige un con-trole préci~ des débits de réactifs et d'eau dans le réac-te~r de rond3 Parmi le~ cataly~eurs con~enabl~ pour la réac-tion (~), l'oxydation de l'hydrogène gazeu~, on peut citer en particulier le~ métaux ~Pt, Pd~ ~i, Rh, Co, etcØ) dépo3é~ ~ur un oxyde reractaire servant de suppert, les oxy-de~ de~ métaux de transition (Co3 o4, Mn ~a NiO~ Cu 0~ e~c~
les oxydeq mixte~ (NiCo~04~ CuCo~04,etc.0), e~ les oarbures (WC9Cr7C3, l~lo~C, etc...). L'efficacité relative de ces cata-lyseur~ est indiquée par ~K Bore~kov dans le chapitr0 2q ~olume 3~ de Catalysis Science and ll~echnology t édita par I.R.
Anderson et M. Boudart (~pringer ~erlag New-York lC)82). ~es catalyseurs disponibles dans le commerce comprenne~t e~ par-ticulier C-53 (Pt-Ni sur Alumine) t C-~4 (Pd ~ur Alumine ac-tive) ~our~is par Catalysts and Chemicals lnc.~ ain~i que l~
cataly~eurs de Pd, Pt~ et Rh sur supports ~ournis par l~a~they ~i8~.0p Inc. . ~es catalyseur~ con~enables pour la reaction

(3) comprennent les ~erro-chromeB~ z~o-cuo~ e~ plus gé~rale-. 20 ment tous le3 cataly~eurs de ~hift du gaz à l'eau. Ies eata-l~seur3 industriels disponible~ includent C-18-3-02 (CuO
sur Alumine) four~i par Catalyst~ and Chemicals Inc. et 15-14(oxyde de fer, Chromie) fournipar Katalco Corp.
~ e~ catalyseur~ convenables pour la r~action (4) et la réaction (53 comprennent tou~ le~ catal~seurs connus de mé-thanation~ en particulier le Ruthénium, le Rhodium, le Nlckel sur ~upport d'alumine ou de carbone.
Pour le~ r~actions (6) et (7) les proprieté~ catalytiques de~ CarbureS9nitrures, et ¢arbonltrures de ~er 30nt bien ~0 connues, ain~i ~ue celle~ de~ metaux des ~roupes 8 et 6B , sur ~upport d'alumine et de ThO2, avea et san~ promoteurs ( métaux alcalins).
Les catalyseurs pour la réaction (8) sont e~alement bien connu~ comprennent les oxydes mixtes de Cr et d'autres : métaux de tran~ition. Leur select}on pour l'application pre-sent~ est déterminée ~urtout par leur ¢apacité à fournir ~n tau~ de co~version élevé en une seule pas3e, ainsi que par leur durée de vie~

P;Z~:

i7 DESCRIPl'ION DES PROC~VES UTILISES ~N SURFACE

S~lon une forme de realisation préferentielle 9 les réactif~
alimentant 18 réacteur de fond résultent de la conversion du gaz naturel en hydrocarbures liquides qui peut ètre re-pre~entée par la réaction (9~:
C~ C6 ~ ~ 9 ~2 ~ ~) ~'h~drogène peut également ètre fourni par la conver~ion en hydrocarbures liquide~ des composants lourds du ~az naturel illustrée par la réaction (10):
3 C2 ~6_~6 H2 ~ C6 H6 (10~
10 Ces procédés includent la désh~drogénation thermique (pro-cédé Pyrd~oxm) ou la déhydro-c~clo~dimérisation (pxocédé
C~clar) des matièreq premières telles que le propane et les butanes.
L' a~antage principal de ce~ procédés, illus~ré~ 8ur la fi-gure 6 est qu' ~15 produisent également un Rolvant (hydroi carbures legers) qui peut ètre mélangé à l'huile lourde pro-duite.Celle-ci, en dépit de l'hydrogénation "in ~itu" re~te plu~ vi~queu~e que les p~troles brut~ ordinaires; et elle est de ce fait plus difficile à transporter. Son mélange avec '~0 u~ solvanb la rend compatible avec le~ ~péci~ications habi-tuolle~ du transport pax Oléoduc. Ce~ type~ de procédés n'ont pas encore atteint le stade du développement i~dustriel tandis que les procédés indiqués ~ur les figures 7, 89 et y ~o~t utili~é~ dans de nombreuse~ installations industrielles, depuis plusieurs années pour la production d'h~drogène, de CO
et de vapeur. A titre d'exemple, différent~ combustible~ bon marcha o~t éte envisagé~, correspondant aux réactions æloba- .
le~ ~ui~antes:
C~ ~ 02 -~nCO ~ 2E2~ ~ 2(n-2) ~ (11) ~0 pour le procé~.é da la figure ~ 9 baqé sur l'oxydation parti-ells du methane, et 3C ~ 02 ~ H20 _ ~ 3CO ~ H2 (12) pour le procedé de la figure 7, basé sur le steam reformin~
du coke ou du charbon. Le coke peut ~tre le ~ous-produit du raf~inage de 1'~uile lourde, obtenu ~ar l'ap,plicatio~ du proc6dé ~laxicoke, par exemple~ sur une partie de l'huile 1~

~ 8 produite~ Cette valor~ation ~ pour but de fournir des hy~l~o carbure~ liquides léger~ pour falre un mél~nge avec 1'huile lourde qui soit ~acilement transportable.
De~ réacti~s convenables sont également ~ourni~ par la réac-tion:
n(C~2) ~ 02 + ~20 ~ C0 + 3 ~20 ~ (n-2) ~2.... ~ .... (13) pour le procedé décrit sur la figure 8~ba~é sur le reforming autothermique de~ ré~idu~ pétrolier~ lourds~
Dans tou3 les ca~,il e~t important d'uti.li3er un combusti-10 ble disponible à bon marche sur le ~ite du giseme~t car celareprésente un élément mRjaur du cout de production de l'huile lourde.~es procédé~ connu~ de récupératio~ des huiles lourdes par in~ection de vapeur exi~en.t -~ouven~ de brule~ dan~ le9 chaudière~ une part importa~te de l'huile produite.~es Pumées de ce~ chaudières con~tituent une ~ource de poll~tion atmos-phérique.~orsque le coke de raffinage est utili3é pour la production de~ réactif~une par~ plu8 ~aible de la ~aleur de l'huile produite est ainsi dépen~é~.En outre la pollutlon atmoephéri~ue est réduite du fait qus tou~ le~ produit~ nocif~
20 sont injecté~ dan~ le réacteur de fond et convertis en subs-tance~ ~on polluantes (C02,CH4).
Llintégration de~ unités de valorisat~on de l'huile lourde avec les installation~ n~ce~saires à la production des réac-ti~ pour le réacteur de ~ond et a~ec les installations de ~éparatio~ d'huile permet de faire de~ economies importante~
et d'améliorer le bila~ éner~étique global.Alors que,dans le procédé courant d'in~ectio~ de vapeur le~ chaudi~res sont de préfére~ce d~spersées sur le champ à proximite des tete~ de puit~ d'i~e¢tion,la prés~te i~vention permet de conc~ntrer 30 la plupart des installation~ e~ un seul androit aXin de rédui-re le~ cout~ ~p~r~Q~res-Dan~ le~ ohamp~ ou plusieurs couche~ pétroli~ères 3uperposée~
existen~ à différente~ pro~ondeur~,il peut ètr~ avantageu~ de combiner di~er~ procédés de récupératio~.Par exemple,les résex VO1r8 peu profond3 peu~e~t ~tre exploités avea un réacteur de fo~d utilisa~t 1~ réac~ion (3~ tandi~ que les couches trè~
profo~des utilisent un~éacteur ba~e ~ur le~ réactio~ (2) ou

(4).Les hulle~ lou~de~ ~roduites par les différe~te3 couches peu~e~t ètr~ mélan~ées dane toutes les installations da trai-.

, .~ement en ~urfaee. Une telle combinaison peut etre déduite de la figure 17 Ou) pour simplifier~ on nla indiqué qulun seul couple de r~actifs prod~lit a parti~ des installatlons de ~uxfaceg et in~ecte dan~ un seul réacteur de fond. Dans ce cas, les réactifs 1 et 2 pourraient ètre par exemple C0 et vapeur, plus 11 eau de re~roidissement et dan~ un autre cas H2 ~ 02 plu8 de 1 ' eau. A titre de simplification égaleme~t la flgure 1 ne présente qu'un seul puits de production ~ertical, alor~ ~ulil en faut géneralement plusieursg Un ou plusieurs puit~ de production horizontaux peuven~ également a~re subs-titué3 au puits vertical de la figure 1.
Ia figure 2 montre les emplacements (~n plan) des instal-latlon~ de ~urface et de subsurface respectivement~ comprenant un pUit5 d'injection horizontal (1) et plusieur~ puits de pro-duction verticaux (2) associés a celui-ci. Les tuyaux de col-lecte (3) des puîts de production alimentent l'u~ité de sé-paratlon qui fournit une partie ~) de sa production d'huile lourd.e ~HØ) au~ installatiQns de valorisation. Le résidu

(5) du procédé ds valorisa~ion 6ert de aombustible aux i~stal~
20 lation~ de préparation de3 reacti~s. L'huile valorisée (6) et llhuile lourde re~ta~te (7) sont enquite melangées pour ètre expédiées par l'oléodu¢ ~8). Ia figure 3 montre le réacteur vertical à ~ataly~eur en suspension utilisé par exemple pou~
la rsaction (2). ~'alimentation en oxygène ~'effectue par le tubag~ central (9)~ ~'eau e~t introduite par l'annulaire entre le~ deux tubages concentrique~ alimen~atlon en hydrogène est effectuee par llannulaire e~trg le ~econd tubing (9) et la oolonne (11). Un packer (12) i~ole la partie ~upérieure du pui~ du réacteur de fond (13). U~ s~stème de van~e~ à re~ort 30 (1~) a¢tion~ée~ d~ la surface par l'en~oi d'un go-devil ou par un cable électri~ue et de~ outils de wire-line permet d'établir la communication entre le tubing central et chacu~ des deu~
e~pace3 annulaires, ain3i que la communicatio~ entre l'annu-laire extérieur au dessu~ du packer et l'annulaire axtérieur autour du réacteur d~ ~ond. Ia conception et le fonctio~nement de ae genre de ~anne de fond 80nt bie~ co~nus de l'ho~me de l'art. 0~ ne décrira donc pa~ ce ~ystème en détail, mais le~
fonctions qu'il doit remplir sero~t anal~sée~ comme suit:
Dans le mode d'injection, ~uand le réacteur de ~ond ~st e~ opératio~ normale, la Yanne est dans la position " , ~

~;1J~ ~ ~ ~7 indiquée sur la figure 3,avec l'hydrogène débitant à tra-vers le packer (12) dan~ l'espace annulaire entre la paroi externe du réacteur (13) et,de la,ver~ le ba~ du réacteur ou ce gaz fait fonctionner des distributeurs du type "bubble cap" par exemple.~'oxygène est introduit en partie basse du catal~seur en suspension (15) ou il réagit avec les bulle~
d'hydrogène enprésence du catalyseur.Le niveau de liquide ~16) est maintenu constant par l'ajustement automatique du débit d'eau dans l'espace annulaire et dans le réacteur.La 10 vapeur d'eau produite dans le réacteur et celle produite à
partir de l'eau injectée 5 'écoulent dans l'espace annulaire entre la colonne cimentée (11) du puits et le réacteur (13) et,de là,la vapeur entre dan~ le puits horizo~tal d'injec-tion (17).Le sy~tème automatique decontrole du niveau liqui-de nlest pas indiqué en détail.Le~ spécification6 relatiYes à son fonctionnement sont do~nées dans le tableau 1 .
Pour pa6ser du cycle d'injection au cycle de productlon du puit~le système de vannes à ressort est déclenché de la surface par un ou plusieur~ go-devils ou par des outils de 20 wire line descendus par cable dans le tubage central.Les po-qition~ de~ ~annes sont telles que la séquence suivante de~
opérations peut ètre réalisée:
a)l'oxygène e~t dépla¢é par de l'azote injecté dans le tuba-ge central, b)de l'eau est injectée dans le réacteur et dans l'espace annulaire extérieur afin de purger le puit~ de l'hydrogène qu'il contient, c)la communication e~t farmée entre l'espace an~ulaire exté-rieur au des~ou~ du packer et l'espace rempll de ~apeur dans 30 le réacteur de fond.~a communication est établie e~tre les espaces annulaire~ extérieurs au dessus et au de~sous du packer, d~la pres~ion de l'annulaire extérieur au dessu~ du packer e~t réduite en établis~ant la communication avec le tubage central ou de l'azote est in~ecté pour alléger la colonne d'eau.Cela permet à l'huile fluide du réser~oir de s'écouler dans le puits horizontal et,de la,autour du réacteur de fond pour atteindre l'espace annulaire extérieur au dessus du packer.En continuant l'injection d'azote ou d'un autre ~az 40 on peut alléger la colonne d'huile et permettre 80n écoule-.

.
.

ment en surface.
A la suite de ce cycle de production le système de vannes ~ ressorts est de nouveau déclenché de la surface pour permettre de circuler la suspension de catal~seur ~usqu'en surface par l'annulaire entre les deux tuba~es.
Une fois le réacteur rechargé avec une suspension de catalyseur neuf, le système de vannes a ressorts est remis en position initiale pour préparer un nouveau cycle d'injec-tion de vapeur et d'hydrogène dans le réservoir. Pour déclen-cher la réaction le réacteur est d'abord réchauflé par une circulation d'eau chaude sous pression, établie entre l'annu-laire extérieur au dessus du packer et l'intérieur du rëac-teur, avec évacuation par l'annulaire sépaxant les deux tu-bages.Une fois que le réacteur a atteint une température sufrisante pour le démarrage de la réaction catalytique d' oxydation de l'hydrogène, la circulation d'eau chaude est stoppée et l'injection des flux d'oxygène et d'hydrogène est reprise commençant ainsi un nouveau cycle d'injection dans le réservoir.
Par exemple, les fractions molaires d'ox~gàne, hydrogène et eau lourde dans les flux alimentant le réacteur sont les suivantes:
02 0.05 ~2 0.55 ~20 0.40 Les conditions d'injection sont:
Pression: 135 bars Température: 338C
Pour chaque mole entrant dans le reacteur, il sort:
vapeur: 0.50 mole ~0 1~2 0.45 mole Bie~ que le fonctionnement du réacteur ait été décrit pour la réaction (2) un réacteur semblable peut ètre utilisé pour les réactions ~), (4), (5), (6) ou (7). Dans le cas de la reac-tion (~)~ l'in~ection de vapeur est ef~ectuée par le tuba~e central. ~'annulaire entre les deux tubages est utilisé comme séparateur eau/vapeur. Le réactif C0 est injecté dans l'es-pace annulaire extérieur.Pour les réactions (4), (5), (6) et (7) les réactifs oxygénés (C0, C02) s'ils sont obtenus à
1'état pur, sont de préférence injectés par le tuba~e cent~al.

- ,: . ~ i ~ .

~'eau est injectée par l'annulaire sé~arant les deux tu-bages. La température de réaction est controlee en ré~lant le~ débitæ relatifs d'hydrogène, de ao, C02, et dleau entrée du réacteur.
~ e~ figures 4 et 5 montrent un autre type de réac-teur de fond dan~ lequel le catalyseur est di~posé en lit fi~e de pré~érence dan~ le puits d'injection horizontal lui-mème~
~a f~gure 4 est une coupa lo~gitudinale, et la figure 5 une coupe transversale de ce réacteur combiné avec un puits d'in-10 j~ction. Dans ce ca3 le puits d'injection ne peut plu~ ètreutilisé alternativement pour 1Q production d'hui7e ~luide (cycle "huff a~d "puff'7)~ mais seulement co~me in~ecteur.
~'huile fluide est alors balayée ver~ des puit~ de production sépares~ non indiqués ~ur ces figures. Ce type de re~cteur de fond est particulièrement adapté aux reactions ~3) à (8) qui procèdent à de~ vitesses plus faible~ que la réaction (2~ à
partir de réactif~ ga~eux. ~'eau et au moins l'un de~ réacti~s (~apeur 9 CO OU CO~) ~ont alors injectes dans le réacteur par au moin~ un tubage perforé (18). Les reactifs ~azeux (~2 et 20 C0 par exemple) peuvent également etre in~ecté~ sous forme de melange, l'eau étant amenée separément. Iie tubage (18) es-t ~itué situé dan~ la colonne perforée du puit~ horizontal et se trouYe en partie basse. Il porte des perforation~ placées dan~ le quadrant supérieur ~eulement. Le~ particule~ de cata-l~eur (19) ~ont tassée~ dans 1'eqpace annulaire autour de ce tubage. A titre d'exemple, le~ flux alimentaire~ entra~t dan~
le xéacteur ont la composition globale ~uivante:
C0 0.30 (~rac~ion molaire) vapeur 0.~0 ~0 eau 0.40 (corre~pondant à u~e quali~é
ou titre, de vapeur de 57~3. Par exemple, la pre~sion d'in-jection est de 68 bars, correspondant à un réservoir situé
à une profondeur d'~nviron 700m. Si l'on suppo~eque le ren- .
dement de conversion est de 90% dan~ le reacteur, le flux in~e¢té dans le r&~ervoir a la composition suivante:
C0 0.03 (fraction molaire) C02 0.27 ~2 0.27 Yapeur surchau~ée 0.43 1~

~ans ce ca~, l'apport de chaleur au réservoir est augmente dans un rapport supérieur ~ 5 relativement à celui du mélange eau/vapeur e~trant dan~ le réacteur de fond.
. Pour les réactions (4) à (8) l'hydrogène5en excès par rapport à l'alimentatio~ en reactifs oxygénés, est injecté
dans l'e~pace annulaire. Une partie du déb~t d'hydrogène ré-agit avec le réactif o~ygèné (C0 ou C02~. ~e~ produits de la réaction, en phase gazeuse, ainsi que l'excédent d'hydrogène ~pénètrent vertlcalement dans le reservo.r par les perfora-lO tions de la colonne. ~a chaleur de la réactlon vaporise aus~8i de l'eau (qui peut ètre pré-chauffée) injectée par le tubage. La vapeur produite traverse le lit de catalyseur et pénètre dans ie réservoir par les perforation~ de la colon~e.
Pour la réaction (~)9 le flux ds réactif C0 peut ètre injecté 80it dan~ l'e~pace annulaire comme l'hydrogène, solt méla~gé a la vapeur dans le tubage. Un packer(l2)i~ole.~
controleur de niveau d'eau (18) a~uste les dé~it~ relatifs d'eau et de réactif~ selon les speciYications du ~ableau l.
Pour démarrer la réaction, le lit de cataly~eur 20 e~t pre-chau~é par injection de vapeur~ suivie de l'injec-tion du ~lux de C0 quand la catalyseur a atteint la tempéra-ture nécessaire pour que la réaction commencec ~e démarrage de~ réactions (4) et (8) est obtenu par un chauffage é:Léctri-que de fond (non indi~ué) ou par l'emplo~ de m~langes hyper-~oliqu~.
1~ figure ~6) est un schéma de procédé montrant l'utili~ation de~ produits d~une installation da ~urface fournissant de l'hydrogè~e comme ~ou -produit d'une usine de conversion du gaz na~urel. ~e flux d'hydrogène e~t comprimé
30 à la pre~sion requise au moyen d'un compres~eur (20). hlox~-gène est obtenu ~ou~ ~orme liquide à partir d 'une u~ine de séparation cryog~nique de l'air. Il est en~uite pompé avec une pompe cryogeni~ue (21) et revaporisé d~n~ l'echangeur thermique (22)~ ~e procédé fournit un ~eul couple de réaatif3 (H2 et 02), plus de l'eau. En outre, les sous-produit~ de cette usin3 sont d'une part l'azote qui est re~eté à l'at-mosphère, utilise comme gaz inerte, ou encore utili é pour la synthè~e de l'ammoniac, et d'autre part un flu~ dlhydro-c~rbures li~uide~ re~ultant de la conversion du gaz naturel 9 qui est melangé à l'huile lourde produite pour en réduire lg .. _ _ . _ _ .. . .. . . .. . . . . .

~..,~ 4~3~7 la viscosité.~ matiere~ première~ sont respective~ent le gaz ~aturel (ou GPL) 9 11 air et l'eau-La ~igure 7 est un ~chéma de procédé montrant laproduction simultanee de deu~ couples ae réacti~s:
E2 et 02, plus de 1 ' eau CO et vapeur, plus de l'eau Cha~ue couple de réactifs est injecté dans un réacteur de fond séparé. ~es deux réacteur~ peu~ent ètre respectivement du type à catalyseur en suspension (comme ~ur la ~igure 3) 10 et du type ~ lit fixe de ¢Qtalyseur (comme sur ~a ~igure 4)~
~e~ matière~ premières sont encore le gaz ~aturel, l'air et l'eau. Ce procédé fournit en outre comme sou~-produit de 1' azote.
Le procéde est ba~é sur 1'oxydation partielle du gaz naturel da~ un réacteur à haute pression (23). L'effluent du réacteur fournit de la chaleur a une chaudière t24) avant d'ètre envoyé à un de~sicateur (25). ~leffluent gazeux sec e~ alors envoyé à une installation d'extraction de CO ~26) utilisant par exemple le procedé COSORB. Aprè~ extraction du 20 00 l'e~luent ne ~ontient plu5 que H2~ C02 et du gaz naturel non converti. L'h~dro~ène est extr~it dans l'unité (27), par exemple, par le proc~dé PS~ (pres~ure ~wing adsorption). ~e ~az residuel (28) co~tenant seulement CH4 et C02 est reeyclé
ver~ le réacteur d'~xydation partielle.
~ 'alimentation en ox~gèna du réacteur d'oxydation partielle est fournie par une u~i~e ¢ryogénioue de séparation de l'air, le ré6idu riche e~ azote é~ant re~eté a l'atmos-pher~. D'autre~ procédé~ de préparatio~ du gaz de synthè~e ~ynga ) peuvent ètre utilisé~ égaleme~t. D'autre.~ procédé~
30 d'extractlon du CO, comme par exemple la séparation cryogé-nique, peu~ent ètre substitu~s aux procédas COSQRB et PSA, mais dans ce ca~ l'extraction préalable du C02 est nécessaire.
Elle est réalisée par des procédés COnIlU9 de 1'homme de l'a3~..
. La figure 8 est un ~chéma de procédé pour la pro- -duction slmultanée de deux couples de réacti~s, ¢omme la ~igure 7~ Il est basé sur la production de gaz à l'eau à par-tir do houill~ ou de coke obtenu par exemple comme ~ou~-produit de la ~alorisation de l'huile lo~de dans u~ instal-lation de Fle~icoking ~non indiquée)O L'ef~luent du réacteur (29) est ~oumis aux meme procéd~s (24), (25)9 (26)~ et (27 . . ~ .

que ceux de la fi~ure 7. ~e flux recyclé (28~ est mainte-nant riche en C02. Les produits de la réac~ion, C0~ ~29 e$
02 80nt obtenus à une pression plus faible que dans le procé-d~ de la figure 7 et ils doivent ètre ~omprimés dans les compresseurs ~30)~ ~31), et ~32) respectivement~ D'autres procédé~ co~nus utilisant l'air au lieu d'oxygène pur sont aussi applicables, y compris ceux utilisant des fours à
tubes de steam reformin~.
La figure 9 montre un schéma de procédé pour la prépara~ion de~ mèmes réactifs, basé sur le reforming auto-thermique des résidu3 petroliers lourd~. ~es flux alime~-taires dans le réacteur de re~ormlng sont respectiveme~t:
ré~idu pétrolier lourd, vapeur et oxygène; le reste du pro-cédé e~t iden~ique à celui de la ~igure 8.
c ~e~ ~igures 10 et 11 ~ont respecti~ement une carte et une coupe ~er~icale montrant leY emplacement~ respectifs d'un puits d'injection horizontal (33) et de deux puits da productio~ horizontaux, (34) et (35), forés perpendiculaire-ment à un ré~eau de fis~ures verticales (36). Les front~
20 respectif~ de l'hydrogàne (~7), da la ~apeur se condensant (38), et de l'huile ~luide (39), sont indiqués. Alors aue ~uelque3 formes de réalisation de l'invention ont eté décri tes en détail de nombreu~e~ autres combi~aisons et modifi-~ations sont possibles ~ans quitter l'esprit et le su~et de la pré~ente invention. ~outes ces combi~aisons et modifica-tio~s so~t couvertes par le~ re~endications ci-~ointe~.
~e~ reactions chimiques inter~enant dans le phénomène d'hy.
drogénation "in situ" peuve~t varier avec la composition de l'huil~ lourde, la pre~sion du gisement, le t~pe de roche ~0 ré~ervoir. Elle~ comprennant e~ particulier l'~ydrocraquage, l'h~droi~oméri~ation, l'h~drodealkylation, l'h~drode~ul~uri-sQtio~9 etaO.. Leurs effet~ con~oint~ 80nt dans tou les ca~
de réduire la ~isco~ite de l'huile lourde et sa densité.
~e terme "h~drogenation" dans le~ revendication~ ci-~ointes couvre l'ensemble de toute~ ~e~ rea~tions aui contribuent à
re~dre fluide l'huile lourde ou l'une de ses ~ractions.
L'in~ection de "gaz et ~apeurs solubles dans l'huile"dan3 la réservoir qui fait partie de certains des procédés de ré-cupératio~ présente~ent décrit3 et revendiqués s'accompagne ~luhe dissolution partielle dans l'eau de formation~ Il peut ~'^

. ~ . .

~.'?~
en résulter une réduction de la tension interfaciale et un changement de la mouillabilité de la roche réservoir.
Ces effets qui peuvent contribuer à la récupération de 1' huile fluide sont inclus dans le procédé ici revendiqué.
Différents produi~s chimiques, tels gue les amines que l'on peut ~abri~uer e~ surfaceà partir des mèmes mati-ères premières , peuvent ètre a~outés à l'eau entrant dans le réacteur de fond~ afin de proté~er les métaux contre la corrosion et d'accroitre l'efficacité des ca-talyseurs d'hy-10 drogénation naturellement présents dans les huiles lourdeset dans certaines roches réservoir. Ce phénomène est bien documenté dans les pages 152 à 155 du livre "Chemistry of Catalytic Hydrocarbon conversions" de Herman Pines, Academic Press, 1981, New~York. Les procédés de préparation de ces produits chimiques sont inclus dans les procédés utilisés en surface pour la production des réactif~ injectés dans le réacteur de ~ond pour r~aliser "in situ" l'hydrogénation de l'huile lourde.

Claims (14)

1/ Un procédé pour la récupération de l'huile lourde conte-nue dans des roches réservoir aux profondeurs supérieures à
300m , caractérisé en ce que:
a- il comporte des installations de surface produisant divers réactifs chimiques gazeux et de l'eau qui sont injectés dans un puits et transférés à un réacteur de fond par l'intermédiaire de tubages d'alimentation, b- ces réactifs et l'eau, en présence d'un catalyseur approprié sont convertis , selon une réaction exother-mique réversible, en un mélange gazeux contenant de l'hydrogène et de la vapeur d'eau de haute qualité à
une température telle qu'à la pression requise pour l' injection de ce mélange dans le réservoir , l'hydrogé-nation de l'huile lourde puisse commencer et progresser à une vitesse suffisante pour approcher de l'équilibre pendant la durée de production de l'huile contenue dans l'aire de drainage associée au puits d'injection, c- après avoir été au contact du catalyseur, le mélange gazeux sortant du réacteur de fond à haute pression pénètre dans le réservoir ou il entre en contact avec l'huile lourde pour former autour du puits d'injection une zone mobile dont le rayon augmente avec le temps, remplie d'huile fluide s'écoulant librement vers le ou les puits de production associés au puits d'injection.

2/ Un procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les réactifs chimiques, y compris l'eau, produits dans les installations de surface et injectés ensemble présentent une composition non steuchiométrique vis à vis de la réaction catalytique se produisant dans le réacteur de fond et en ce que leurs propriétés physiques sont déterminées par un ou plu-sieurs des procédés chimiques suivants:
- la conversion du gaz naturel, - l'aromatisation des gaz de pétrole liquéfiés(GPL), - l'oxydation partielle du gaz naturel, - le reforming catalytique à la vapeur et le shift du gaz à l'eau, - la séparation des composants de l'air, - la préparation des eaux de chaudière, - la production de vapeur, - la compression des gaz;procédés connus qui sont utilisés et surface et utilisent comme matières premières l'eau, l'air et au moins l'un des combustibles de la liste suivante:
- le gaz naturel ou ses composants, - la houille ou le lignite, - le coke, - les résidus pétroliers lourds dont certains peu-vent ètre obtenus comme sous-produits des trai-tements de valorisation de l'huile lourde.

3/ Un procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le mélange gazeux produit dans la réacteur de fond contient, en plus de l'hydrogène et de la vapeur de haute qualité, des gaz ou vapeurs solubles dans l'huile tels que le gaz carboni-que, le méthane, les hydrocarbures légers et le méthanol.

4/ Un procédé selon la revendication 3 caractérisé
en ce que la réaction catalytique réversible ayant lieu dans le réacteur de fond satisfait aux conditions suivantes:
a- elle produit H2O, H2, CO2, ou des gaz ou vapeurs solu-bles dans l'huile, b- elle est indépendante de la pression ou favorisée par les pressions élevées, c- le taux de conversion en une seule passe est élevé, à
la pression du réservoir et à la température de réaction, d-la température maximale de réaction est égale à 100 fois la racine quatrième de la fraction: profondeur en mètres divisée par 10.5; elle peut en outre ètre controlée par ajus-tement des débits d'eau et de réactifs, e- il se forme peu(ou pas)de dépots solides quand les pro-duits de la réaction sont en contact avec l'huile lourde et l'eau de formation du gisement, f- le catalyseur a une longue vie; il n'est pas affecté
par l'eau et n'est pas empoisonné de façon permanente par les composants de l'eau de gisement et de l'huile lourde, g- les réactions préférentielles comprennent:

- l'oxydation de l'hydrogène gazeux, - la réaction de shift du gaz à l'eau, - les réactions de méthanation, - les réactions Fischer Tropsch, - la synthèse du méthanol.

5/ Un procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que le réacteur catalytique de fond est un réacteur vertical à
catalyseur en suspension débitant dans un ou plusieurs puits d'injection horizontaux forés à la base de la couche pétrolifère de façon que le mélange gazeux injecté puisse contacter un volume d'huile lourde aussi grand que possible.

6/ Un procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que le le mélange gazeux est produit dans un réacteur catalytique de fond à lit fixe de catalyseur.

7/Un procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que le lit fixe de catalyseur est placé dans l'espace annulaire séparant la colonne d'injection et un ou plusieurs tubages amenant respectivement des réactifs gazeux et de l'eau à ce réacteur de fond.

8/ Un procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'angle du puits d'injection par rapport à la verticale est proche de 90° et le puits pénètre dans la partie inférieure du réservoir d'huile lourde au moyen d'une colonne perforée afin d'améliorer le contact avec l'huile lourde de la vapeur de l'hydrogène, et des gaz solubles , dans une zone étendue du réservoir.

9/ Un procédé selon les revendications 5 ou 6 caractérisé
par le fait que la température du réacteur est ajustée à
une valeur prédéterminée par réglage automatique au fond des débits respectifs d'eau et de chacun des réactifs de telle sorte que la composition globale des flux alimentaires soit non steuchiométrique, avec excès d'hydrogène et d'eau.

10/ Un procédé selon la revendication 9 caractérisé par le fait que la température du réacteur de fond peut aussi ètre controlée de la surface, au moyen de vannes de controle de façon à modifier les écoulements dans le puits pour utiliser celui-ci soit comme injecteur quand le réacteur fonctionne, soit comme producteur lorsque le réacteur est arrèté ou disconnecté du puits horizontal considéré.

11/ Un procédé selon les revendications 5 ou 8 caractérisé
par le fait que les puits d'injection horizontaux sont entou-rés de puits de production verticaux disposés en rangs approxi-mativement parallèles aux puits horizontaux et soumis à un pompage ou gas lift.

12/ Un procédé selon les revendications 5 ou 8 caractérisé
par le fait que les puits d'injection horizontaux sont entou-rés de puits de production horizontaux forés sensiblement pa-rallèles aux puits d'injection mais à plus faible profondeur.

13/ Un procédé selon la revendication 12 caractérisé en ce que les puits horizontaux d'injection et de production sont orien-tés dans une direction sensiblement perpendiculaire à celle des fractures verticales présentes dans le réservoir.

14/ Un procédé selon les revendications 1 ou 3 caractérisé en ce que l'hydrogénation de l'huile lourde dans le réservoir est catalysée par des bases organiques, telles que les amines et l'ammoniac, qui sont ajoutés à l'eau injectée.