Composition and Heavy Oil Rheology
Rhéologie des bruts lourds en relation avec leur composition
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Institut français du pétrole
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Laboratoire de rhéologie, mécanique des structures, université de Bretagne occidentale
Corresponding author: loic.barre@ifp.fr
Increasing energy demand persuades oil companies to exploit heavy crude oil and extra-heavy crude oil resources. These crudes are essentially characterized by high viscosity that makes impossible surface transportation in their natural state (high pressure drops). Our investigation procedure was to perform both rheological and structural experiments (Small Angle X-ray Scattering SAXS) in order to link macroscopic and microscopic properties of crudes. We studied the influence of the two heaviest and most polar components of the crude: asphaltenes and resins. Results showed the major influence of asphaltenes on viscosity of crude oils. Two viscosity domains, confirmed in SAXS, proved the existence of a critical concentration above which asphaltenes are no longer independent particles but are overlapped. Influence of resins has been developed in aromatic solvent and when adding a model molecule of resins: nonylphenol. It has been shown that resins reduce the influence of asphaltenes on viscosity. They act in two ways: in one part, they act as a stabilizing agent by covering asphaltenes and in the other part, they dissociate asphaltenes by diminishing both size and molecular mass of asphaltenes. The influence of resins has been confirmed in real crude. Then it was shown that small addition of alcohol in aromatic solvent reduced the association of asphaltenes
Résumé
La forte demande en énergie conduit les industries pétrolières à exploiter les réserves de bruts lourds et extralourds. Ces bruts sont en particulier caractérisés par leur forte viscosité qui rend leur transport en surface impossible sous leur état naturel (pertes de charge importantes). Plusieurs méthodes de traitement existent ; afin de les améliorer, il est nécessaire de comprendre l'origine de ces fortes viscosités. Notre démarche a été de réaliser des études rhéologiques et structurales (diffusion de rayons X ou SAXS) afin de relier les propriétés macroscopiques et microscopiques des bruts lourds. Nous avons étudié l'influence des deux composés les plus lourds et les plus polaires des bruts que sont les asphaltènes et les résines. Les résultats ont montré le rôle prépondérant des asphaltènes sur la viscosité des bruts lourds. Deux régimes de viscosité, confirmés en SAXS, ont montré l'existence d'une concentration critique à partir de laquelle les asphaltènes ne sont plus des particules indépendantes et se recouvrent. Le rôle des résines a été développé dans un solvant aromatique puis en ajoutant une molécule modèle des résines : le nonylphénol. Il a été montré que la présence de résines réduit l'influence des asphaltènes sur la viscosité. Leur mode d'action sur les asphaltènes est double : d'une part, elles ont un rôle stabilisant en recouvrant les asphaltènes ; d'autre part, elles ont un effet dissociant en diminuant la taille des asphaltènes et en réduisant leur masse. L'influence des résines a été également confirmée dans le brut réel. Enfin, il a été montré que l'addition modérée d'un alcool dans un solvant aromatique réduisait l'association des asphaltènes.
© IFP, 2004