Propriétés thermodynamiques de systèmes contenant des gaz acides. Étude bibliographique

Thermodynamic Properties of Acid Gas Containing Systems: Literature Review

Institut Français du Pétrole

Auteur de correspondance : j-charles. de-hemptinne@ifp. fr

Résumé

Des besoins de plus en plus importants se font sentir quant à la connaissance du comportement de mélanges contenant des gaz acides (CO2 et H2S) avec des hydrocarbures et/ou de l'eau. Ces besoins sont actuellement bien identifiés dans le domaine de l'injection de gaz acides pour la production améliorée d'hydrocarbures et/ou pour se conformer aux contraintes environnementales (gisements poubelles). En particulier, la description du comportement des mélanges fluides (gaz injecté + hydrocarbures en place + aquifère) dans les conditions de l'injection est nécessaire à la mise au point du procédé. Par ailleurs, la propriété de ces gaz de former des solutions acides en milieu aqueux peut avoir des conséquences importantes sur le choix des matériaux mis en Suvre afin d'éviter les problèmes induits par la corrosion. Cet article présente l'état de l'art en ce qui concerne les propriétés thermodynamiques des systèmes eau-hydrocarbures-gaz acides. La première partie se concentre sur les données actuellement disponibles, aussi bien en ce qui concerne les équilibres de phases que les propriétés volumétriques. De nombreuses données binaires sont disponibles, dans des conditions de pression relativement modérées. Cependant, peu de mesures d'enveloppes de phases de systèmes réels ont été acquises, en particulier de mesures de point de rosée eau. Par ailleurs, bien qu'il soit connu que les systèmes avec CO2 peuvent former des équilibres liquide-liquide à haute pression, ce phénomène n'a pas été recensé pour l'hydrogène sulfuré. Dans la seconde partie, nous présentons les modèles généralement utilisés pour décrire les équilibres de phases des systèmes susmentionnés. Nous en concluons que les systèmes anhydres peuvent être décrits correctement avec une équation d'état cubique. En présence d'eau, la complexité des phénomènes à prévoir augmente et il est nécessaire de coupler des modèles spécifiques pour les phases hydrocarbonées et aqueuse.

Abstract

The need for a description of the properties of mixtures containing acid gases with hydrocarbons and wateris increasing. These needs are well identified in the field of acid gas injection, either for enhanced hydrocarbon recovery and/or for responding to environmental constraints. In particular, an improved knowledge of fluid mixtures (injected gas + hydrocarbons in place + aquifer) behaviour in the reservoir conditions is needed for the design of the process. In addition, the capability of these gases to form corrosive mixtures in aqueous solutions may have major consequences on the choice of the materials to be used. This paper presents the state of the art concerning the thermodynamic properties of such systems. In a first section, the available data, dealing with phase equilibria and volumetric properties, are reviewed. Many low pressure binary data are available. However, few phase envelopes of real systems have been gathered, and in particular water dew point data. Moreover, while it is well known that systems containing CO2 can form liquid-liquid equilibria at moderate pressures, very few indications concerning such a behaviour with H2S exist. The second part of this paper deals with the models that are generally used for describing the phase behaviour of the above-mentioned systems. We conclude that cubic equations can describe correctly the systems not containing water. In the presence of water, however, the coupling of specific models for the hydrocarbon and the aqueous phase is needed.