Depuis le milieu du 20ème siècle, les techniques de récupération assistée du pétrole (RAP) ont été beaucoup utilisées afin d’améliorer le rendement d’extraction du pétrole brut. Des polyacrylamides modifiés hydrophobiquement ont montré des propriétés intéressantes en tant que modificateurs de rhéologie en vue d’une application en RAP. Cependant, la synthèse de polymères hydrosolubles comportant des segments hydrophobes le long de la chaîne est un défi puisque les monomères hydrophiles et hydrophobes sont rarement miscibles dans le même solvant. Le but de cette thèse a été de développer des copolymères à base d’acrylamide pouvant ensuite être utilisés en RAP. Au cours de l’extraction du pétrole, des polymères possédant des longues chaînes sont mélangés à l’eau puis injecté dans le puits afin de pousser le pétrole brut en dehors de celui-ci. Le polymère a alors pour rôle d’accroître la viscosité de l’eau de sorte qu’elle puisse déplacer plus efficacement le pétrole hors du réservoir. Au cours de cette thèse, la technique RAFT/MADIX a été combinée à la polymérisation micellaire dans le but de synthétiser de nouveaux copolymères associatifs d’architectures contrôlées et possédant de nombreux blocs hydrophobes distribués le long de la chaîne. En phase aqueuse, les segments hydrophobes s’associent et forment un réseau viscoélastique résultant en une augmentation de la viscosité. La combinaison de RAFT/MADIX avec la polymérisation micellaire nous permet également de limiter la dérive en composition observée en polymérisation micellaire conventionnelle. Dans un premier temps, l’étude de l’effet des monomères et de sels sur le comportement des micelles de tensio-actif a montré que la présence de NaAMPS gouverne le procédé de micellisation du SDS par rapport à l’acrylamide. Cette étude a également prouvé qu’il est possible de prévoir l’évolution du NH en fonction de la composition du milieu réactionnel au cours de la synthèse. La compréhension des interactions tensio-actif-monomères permet ainsi de prévoir la microstructure du polymère. Dans un second temps, il a été démontré que les polymères associatifs synthétisés ici se comportent comme des chaînes vivantes et peuvent être étendus avec de l’acrylamide pour former des polymères à bloc de haute masse molaire. L’addition d’un sel monovalent tel que le chlorure de sodium (NaCl) s’est révélée un outil efficace pour contrôler la microstructure du polymère, rendant possible le passage d’une composition de type gradient vers une composition plus homogène (rmonomères hydrophiles/tBS proche de 1). Enfin, l’analyse des relations structure-propriété a montré que tous les polymères synthétisés possèdent un comportement associatif et accroissent la viscosité de l’eau comparé à l’homopolyacrylamide. La présence de NaAMPS dans la chaîne diminue fortement la viscosité du polymère alors qu’elle n’est pas affectée par celle du chlorure de sodium. Le polymère présentant les meilleures propriétés en vue d’une application en RAP est P(Am90-co-AMPS10-co-(Am/NaCl)10-co-tBS1). L’utilisation de NaCl assure de bonnes propriétés rhéologiques tandis que le NaAMPS favorise la solubilité du copolymère en solution aqueuse. / Since the middle of the 20th century, enhanced oil recovery (EOR) techniques have been used to improve the extraction of crude oil. Hydrophobically modified polyacrylamides have shown great properties as rheology modifiers for EOR purposes. However, the synthesis of water-soluble polymers containing hydrophobic segments along the backbone is challenging as hydrophilic and hydrophobic monomers are rarely soluble in the same solvent. The aim of this project was to develop acrylamide-based copolymers for enhanced oil recovery (EOR). In this process, long chain polymer molecules are mixed with water and injected into the oil field in order to drive the oil out of the well. The polymer serves to increase the viscosity of the water, making it more effective at displacing the oil. In this thesis, RAFT/MADIX technique has been combined with micellar polymerization in order to synthesize new associative copolymers with controlled architectures and numerous hydrophobic blocks distributed along the backbone. The associations generate a viscoelastic network in aqueous media resulting in a viscosity increase. The combination of RAFT/MADIX with micellar polymerization allows us to limit the compositional drift observed in conventional micellar polymerization. First, the study of the effect of monomers and salts on the behavior of surfactant micelles has shown that the influence of NaAMPS dominates that of acrylamide in its effect on the micellization behavior of SDS. This study has proven that it is possible to predict how NH would vary depending on the composition of the reactive medium during the synthesis. Understanding the surfactant-monomer interactions thus enables prediction of the microstructure of the polymer. In a second step, it has been demonstrated that the associative polymeric chains were living chains and could be further extended to high molar masses with acrylamide. Increasing the content of NaAMPS in the hydrophilic backbone led to a significant increase in the reactivity ratio. The addition of monovalent salt (especially NaCl) is a useful tool to control the polymer microstructure, enabling switching between a gradient-type composition and a more homogeneous one (rhydrophilic monomers/tBS close to 1). Finally, the examination of structure-property relationships of the associative polymers has highlighted that all polymers displayed associating properties as well as enhanced viscosity compared to homopolyacrylamide. The polymer viscosity strongly decreased upon incorporation of NaAMPS within the backbone while it was unaffected by the presence of NaCl during the synthesis. The polymer displaying the best properties for use in EOR is P(Am90-co-AMPS10-co-(Am/NaCl)10-co-tBS1). The use of NaCl ensures good rheological properties while AMPS enhances the solubility of the copolymer.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2017TOU30385 |
| Date | 29 November 2017 |
| Creators | Barthet, Cécile |
| Contributors | Toulouse 3, Harrisson, Simon, Chassenieux, Christophe |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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