Я бы работал с классом
TFileStream. Считали блок данных размером с искомый паттерн, и посимвольно пробегаем в поиске первого байта паттерна. Если нашли, то запоминаем позицию (начало искомой последовательности) и проверяем следующий бай. Совпал - продолжаем с третьим и т.д. на всю длину паттерна. (если дошли до конца прочитанного блока, то дочитываем недостающую длину и продолжаем сверку). Если же ничего не нашлось, то снова считываем следующую партию байт и повторяем процесс пока не найдем всю последовательность.
А дальше бы уже прибегнул к дополнительному потоку (хоть TFileStream, хоть TMemoryStream). Копируем в дополнительный поток все что до начала искомого паттерна, потом записываем нужный паттерн (PATTERN2) и повторяем все действия до конца файла.
Если нужно, то переносите содержимое дополнительного потока в первый и сохраняете. Или же оригинальный файл переименовывем и сохраняем доп.поток в файл с прежним именем.
С таким подходом не будет никакой разницы какой, какой паттерн длиннее или короче, хоть вообще "удалять" искомый набор байт.