Encapsulation of Crude Oil Emulsions

Encapsulation d'émulsions pétrolières

Institut français du pétrole

Corresponding author: christine.noik@ifp.fr

Abstract

The formation of crude oil emulsions is unavoidable during crude oil production. The characterisation of such emulsions on-site is an important challenge in order to identify problems that can occur in separation processes. On-line characterisation by classical techniques (light diffusion, acoustic attenuation) is particularly difficult because of the opacity, high volume fraction of dispersed phase and presence of gas bubbles. Consequently, one of the best way to measure on-site droplets size in crude oil emulsions is to sample a representative part of the flow and to lock the system, in order to avoid any coalescence of the droplets before analysis in the laboratory. Prevention of coalescence can be easily performed by encapsulation of the droplets by formation of a polymer film at the oil/water interface. Within this interfacial stabilisation, the emulsion droplets size distribution can be determined in the laboratory by classical techniques such as optical microscopy and image analysis. This technique was applied on-site to characterise actual crude oil emulsions but also in the laboratory. The additives were selected according to the nature of the organic phase (crude oil). Concentrations were optimised in order to obtain a resistant film of polymer, even for very high volume fractions of dispersed phase.

Résumé

La formation d'émulsions est inévitable en production pétrolière. La caractérisation de ces émulsions de pétrole brut est un challenge important car elle permet d'identifier les problèmes susceptibles de se produire dans les procédés de séparation. La caractérisation en ligne par les techniques classiques (diffusion de lumière, ondes acoustiques) est difficile à cause de l'opacité de ce type d'émulsions, du grand volume de phase dispersée et de la présence de gaz. Par conséquent, l'un des meilleurs moyens de mesure de la taille des gouttes des émulsions sur site est de prélever une partie représentative de l'écoulement et de bloquer le système. Ce procédé permet d'éviter la coalescence des gouttelettes avant l'analyse au laboratoire. La prévention de la coalescence peut se faire grâce à l'encapsulation des gouttelettes par formation d'un film de polymère à l'interface eau/huile. L'émulsion ainsi stabilisée, la distribution en tailles de gouttes est déterminée par des techniques classiques comme la microscopie optique associée à l'analyse d'images. Cette technique a été appliquée au laboratoire et validée sur site pétrolier. Les additifs ainsi que leurs concentrations ont été optimisés en fonction de la nature de la phase organique (pétrole brut) à diverses fractions de phase dispersée (eau salée).