Etude du comportement des asphaltènes et de leurs dépôts

Behaviour of asphaltene deposits.

• Auteur / Autrice : Valérie Montel
• Direction : Véronique Lazzeri
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-chimie des milieux dispersés
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Pau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Filtration

Granulométrie

Précipitation (chimie)

Asphaltènes

Résumé

Les dépôts d’asphaltènes peuvent apparaître dans n’importe quelles parties du système d’exploitation pétrolier provoquant à terme une baisse de la production. Dans ce travail, l’objectif est d’identifier les paramètres contrôlant leur potentiel endommageant. Notre démarche consiste à minimiser les interactions particules / milieu afin de caractériser les propriétés intrinsèques des dépôts d’asphaltènes. Un procédé de filtration à pression différentielle constante a été développé à cet effet. Nous avons identifié trois paramètres caractéristiques des gâteaux de filtration : la résistance spécifique, la porosité et le temps nécessaire à la formation des premières couches de gâteau. La valeur moyenne des résistances spécifiques (quelque soit le fluide asphalténique d’origine) est de l’ordre de 1014 m. Kg-1, soit quelques dizaines de µdarcy pour les perméabilités. Une telle résistance est remarquable compte tenu de la porosité moyenne des gâteaux d'asphaltènes qui est très élevée de l’ordre de 90%. Ce constat expérimental suggère que seule une faible partie des pores du gâteau d’asphaltènes contribuent réellement à l’écoulement. Pour vérifier ce point, nous avons choisi d’utiliser trois outils expérimentaux que sont la DNPA (Diffusion de Neutrons aux Petits Angles), la cryofracture et la microscopie pour mettre en évidence la structure poreuse du dépôt d’asphaltènes. Les résultats montrent que les grains d’asphaltènes précipités s’organisent selon 3 échelles « imbriquées »: l’échelle des agrégats en suspension qui se présentent comme des grains accolés de diamètre caractéristique de 2µm (microscopie); l’échelle des briques élémentaires de diamètre variant de 10 à 50nm (cryofracture) qui forment les grains de 2µm (suspension) et l’échelle des occlusions de solvant à l’intérieur des grains élémentaires qui est de l’ordre du nanomètre (DNPA). Cette dernière échelle correspond à une porosité non percolante (fermée) et elle représente 6 à 8% du volume de solvant présent dans le précipité. La majorité des pores du gâteau d’asphaltènes contribuent donc à l’écoulement. C’est leur taille de l’ordre du nanomètre et leur forme (tortuosité) qui est à l’origine des propriétés macroscopique de résistance et de porosité mesurée à l’aide du procédé de filtration.

One of the major problems encountered during the exploitation of the oil reservoir is deposition of asphaltene in the porous rock near the wellbore. The crude oil asphaltene considerably reduces the rock permeability and consequently the oil production. The aim of this work is to propose a specific test to identify the relevant parameters controlling the damaging potential of asphaltene deposits. Our approach is to avoid the particle / porous media interactions in order to allow the characterisation of asphaltene deposits specific properties. To this end, a filtration process (carried out under static pressure) has been developed. Experiments conducted on crude oils indicated that three parameters essentially characterize the asphaltene cake: the intrinsic cake properties which are the specific resistances and the porosities and the delay of the cake growth depending on the pressure drop. Over all, asphaltene cake shows intrinsic properties (specific resistances, porosities) similar to those of clay or sludge. The absolute porosity of asphaltene deposit is high, around 90% and specific resistances are high either around 1014 m. Kg-1corresponding to low permeabilities (10 μDarcy). This intriguing apparent contradiction suggests that the porosity, which effectively contributes to the permeation flow, corresponds only to a small portion of the total porosity of the deposit. In order to check this point, we have used small angle neutrons scattering, cryofracture and optical microscopy to visualize the porous structure of the asphaltene cake. Measurements shows that asphaltenes grains are organised trough 3 different scales. The first corresponds to the suspension aggregate which is composed of relatively monodispersed grain of 2µm diameter. The second one corresponds to a network of 20 to 50 nm grains which composed the 2µm grains of the first scale. The third scale is the solvent occlusion scale. We put into light that asphaltene’s grains contain occlusions of 1nm radius corresponding to 6-8% of the solvent volume trapped into the precipitate. Taking these observations into account, our interpretation of the filtration behaviour is that a high majority of cake’s pores are percolant. Their nanosize and high tortuosity are responsible of the high specific resistances measured with the filtration process.