Contribution à l'étude structurale de fluides de gisement par résonance magnétique nucléaire

Structural study of fluid deposit by nuclear magnetic resonance

• Auteur / Autrice : Bernard Rousseau
• Direction : Henri Szwarc
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance en 1987
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Jean Michel Cantacuzène
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Fuchs, Gilbert Weill, Jacques Courtieu, Henri Szwarc, Gérard Auxiette, Jean Michel Cantacuzène

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résonance magnétique nucléaire

Pétrole

Mots clés libres

Fluides de gisement

Résumé

Ce travail s'inscrit dans le cadre d'une étude initiée par la Compagnie Française des Pétroles TOTAL qui vise à représenter correctement les équilibres liquide-vapeur sous pression de fluides de gisement à l'aide d'un modèle thermodynamique. Cette modélisation est basée sur l'utilisation d'une équation d'état cubique dans laquelle les paramètres d'interactions intermoléculaires sont remplacés par des contributions de ''groupes fonctionnels'' (CH 3, CH 2 , noyaux aromatiques, etc). Dans cette étude, notre groupe est chargé de fournir les renseignements structuraux nécessaires à l'utilisation de ce modèle. Ces données sont obtenues par la technique de Résonance Magnétique Nucléaire (R. M. N. ). L'objectif initial de ce premier travail effectué sur le fluide ''Alwyn'' (préalablement séparé en coupes de distillation) était de caractériser chaque coupe lourde par une ''molécule moyenne'' fictive représentant, de par sa structure, l'ensemble pondéré des motifs structuraux présents dans le mélange. Une détermination de la masse molaire moyenne de chaque coupe était également recherchée. Dans son usage habituel, la représentation par une Molécule moyenne est destinée à rendre compte de l'évolution d'un fluide lors d'un procédé de conversion. La masse molaire moyenne utilisée provient en général d'une mesure indépendante, et peu précise, par osmométrie en phase vapeur. Pour cette étude de fluides de gisement la précision de la valeur de la masse molaire moyenne utilisée est cruciale puisque elle est directement introduite dans une équation d'état. Une première analyse des problèmes nous a conduit à faire séparer (par chromatographie liquide) chaque coupe de distillation en une fraction aromatique et une fraction aliphatique et à étudier de manière extensive les fractions aromatiques lourdes du fluide Alwyn. La R. M. N. Permet d'obtenir avec une bonne précision les valeurs de différents paramètres moyens qui sont utilisés pour construire les molécules moyennes. Plusieurs méthodes, basées sur l'exploitation de spectres proton et/ou carbone-13 peuvent-être utilisées pour la détermination de ces paramètres. L'évolution en fonction de la température d'ébullition de la coupe, d'un paramètre crucial (le rapport du nombre d'atomes de carbone aromatiques substituables sur le nombre total d'atomes de carbone aromatiques, (Cs/Car) a servi de test pour comparer la pertinence des différentes méthodes publiées dans la littérature ou proposées dans ce travail. Nous proposons une méthode nouvelle , basée sur la combinaison de spectres proton et d'éditions de spectres carbone-13 par échos de spins J-modulés, qui conduit à une évolution physiquement plus réaliste du paramètre Cs/Car et donne des valeurs de masse molaire moyennes en bon accord avec des résultats indépendants obtenus par spectrométrie de masse haute résolution. C'est, à notre connaissance, la première fois que la masse molaire moyenne d'un mélange fluide complexe est déterminée par une méthode n'utilisant que la R. M. N. Enfin, une analyse de l’ensemble des résultats expérimentaux disponibles nous a conduit à proposer plusieurs (de 2 à 4) molécules moyennes pour représenter chaque fraction aromatique de coupe lourde de façon plus fiable. Ce travail doit être poursuivi par la modélisation des fractions aliphatiques de coupes lourdes et par celle des fractions moins lourdes dont la température d'ébullition est inférieure à 254°C. Une représentation complète du fluide Alwyn sera ainsi possible par les modèles thermodynamiques. Ce premier travail a atteint les objectifs fixés initialement. Il a permis de mettre au point une nouvelle méthode de caractérisation quantitative de mélanges fluides complexes dont les applications devraient largement dépasser le cadre des fluides actuellement étudiés.