New hydrogels for water shut-off treatments via inverse miniemulsion and emulsion polymerization

To date, reduction of the water production during hydrocarbons extraction is one of the most important challenges of the Oil&Gas companies. In the last few years, different solutions have been tested to solve that problem. Among them, mechanical treatments have been progressively abandoned due to their inability of acting deeply in the reservoir. For this reason, the attention has been focused on the chemical treatments, in particular on systems capable to inhibit the water production, after for instance the addition of physical or chemical additives, but at the same time to overcome the application limits of mechanical treatments. However, it is worth to note that the main weakness of the chemical treatments is the reduced selective capacity, which means a reduction in water production, but on the other hand also a decrease in term of volumes of the oil and gas extracted. The problem lies in the intrinsic inability of these systems to distinguish the various fluids, thus resulting in resistance to any kind of flow. In order to avoid this significant limitation, which also affects the oil production, studies and researches have been addressed to the possible exploiting of the inevitable interaction between the chemical additives used and the fluids present in the formation. As a consequence, this work involves the production of smart hydrogels that are affine to the lipophilic phase (oil) but able of absorbing water at the same time, with the advantage of being adaptable, so suitable in both fractured and sandstone reservoirs. Therefore, the study objective has been to clarify the potential of the innovative proposed system, by comparing it with other available treatments, to identify and - as far as possible - solve problems that may arise passing from laboratory to large-scale materials and instruments as the outcome of the industrialization of a product that, at the moment, is winning on a laboratory scale. This project has been developed as a result of the existing collaboration between Drilling&Completion Department of Eni S.p.A. and the Laboratories of the Department of Chemistry, Materials and Chemical Engineering "Giulio Natta" of Politecnico di Milano.

La riduzione della produzione di acqua in fase di estrazione degli idrocarburi è una tra le più importanti sfide attuali dell’industria petrolifera. Negli ultimi anni sono state progressivamente abbandonate le soluzioni che prevedevano trattamenti di tipo meccanico, strettamente vincolate all’area pozzo, incapaci quindi di agire in profondità nel giacimento. L'attenzione si è spostata verso lo sviluppo di trattamenti di natura chimica che inibiscano la produzione di acqua, tramite l'aggiunta di additivi fisici o chimici, e allo stesso tempo consentano di vincere i limiti applicativi dei trattamenti meccanici. Ad oggi, il loro principale punto di debolezza è dato dalla ridotta capacità selettiva, che implica da un lato una riduzione della produzione di acqua, ma dall'altro anche una diminuzione nei volumi di petrolio e gas estratti. Il problema risiede nell'intrinseca incapacità dei sistemi chimici di distinguere i diversi fluidi, che causa così una resistenza a qualunque tipo di flusso. Per ovviare a queste significative limitazioni, che interessano anche la produzione di petrolio, gli studi e le ricerche si sono focalizzati nel cercare di sfruttare al meglio l'inevitabile interazione tra gli additivi chimici usati e i fluidi presenti in formazione. In virtù di questo, è stato sviluppato questo progetto che interessa la produzione di idrogeli affini alla fase lipofila (petrolio), ma capaci allo stesso tempo di assorbire l'acqua, con il vantaggio di essere versatili e quindi di trovare applicazione sia in giacimenti fratturati sia in sabbie. Lo studio ha avuto quindi l’obiettivo di chiarire al meglio le potenzialità dell’innovativo sistema proposto, tramite il confronto con gli altri trattamenti disponibili, di identificare e - per quanto possibile - risolvere i problemi che possono sorgere nell’industrializzazione di un prodotto che al momento è vincente su scala da laboratorio. Il lavoro è stato svolto in collaborazione tra l’unità di Perforazione e Completamento di Eni S.p.A. e i laboratori del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta” del Politecnico di Milano.