BioDiesel as Additive in High Pressure and Temperature Steam Recovery of Heavy Oil and Bitumen

Utilisation d’un biogazole comme additif pour la récupération d’huile lourde et de bitume par injection de vapeur à hautes pression et température

¹ University of Alberta, Department of Civil and Environmental Engineering, School of Mining and Petroleum Engineering, 3-112 Markin CNRL-NREF, Edmonton, AB, T6G 2W2 - Canada
² Apex Engineering Inc., Edmonton, Alberta - Canada
e-mail: tayfun@ualberta.ca - apexeng@telusplanet.net

^⋆ Corresponding author

Abstract

Use of additives to improve the efficiency of thermal heavy oil and bitumen recovery processes has been studied extensively over the decades. Two common types of additives used in thermal applications, mainly steam assisted recovery, are solvents and surfactants. Commercial use of solvents has setbacks due to their high costs and retrieval difficulties. Cost and stability of the surfactants under reservoir operating temperature and pressure are the major concerns. We propose the use of bioDiesel such as fatty acids methyl ester as a surfactant additive reducing heavy oil/bitumen-water interfacial tension in steam assisted recovery processes. Advantages of using bioDiesel as a surfactant additive are that bioDiesel is chemically stable under the operating pressure and temperature of the reservoir, it causes no harm on bitumen fuel quality and on release water chemistry and its use is economically feasible.

We conducted a series of steam assisted bitumen recovery experiments to clarify the additional recovery potential and efficiency improvement capacity of bioDiesel. High pressure steam at 1.8 MPa pressure, 205°C was used in these tests at a 900 g/h feed rate. The porous media used was a normal grade oil sands ore obtained from a surface mine operation in Northern Alberta, Canada. Oil sands ore was packed in a basket and placed in a high pressure cell. Bitumen recovery experiments were performed by spraying canola oil fatty acid methyl ester on oil sands ore at a 2 g/kg-bitumen dosage. These tests show that bitumen recovery efficiency increases over 40%. In another series of tests, tall oil fatty acids methyl ester was injected into a high pressure steam line at a 8.3 g-bioDiesel/kg-steam dosage. Because of the solubility of bioDiesel in bitumen, the effect of bioDiesel on bitumen recovery could not be accurately concluded. Vapor pressure measurements performed on canola oil and tall oil derived bioDiesel samples suggest that saturation compositions of bioDiesel in steam at 1.8 MPa pressure and 205°C are at least one order of magnitude higher than the requested bioDiesel dosages. Further tests are planned by reducing bioDiesel dosages to about 0.5 to 1.0 g-bioDiesel/kilogram-steam and by monitoring the solubility of bioDiesel in bitumen.

Résumé

L’utilisation d’additifs pour améliorer l’efficacité des procédés de récupération thermique d’huile lourde et de bitume a été étudiée de manière approfondie pendant des décennies. Deux types courants d’additifs utilisés dans des applications thermiques, principalement en récupération assistée par injection de vapeur, consistent en des solvants et des agents tensioactifs. L’utilisation de solvants présente des inconvénients du fait de leur coût élevé et de la difficulté à les récupérer. Le coût et la stabilité des agents tensioactifs aux température et pression de réservoir limitent leur usage. Nous proposons l’utilisation d’un biogazole tel qu’un ester méthylique d’acides gras en tant qu’additif tensioactif pour réduire la tension interfaciale huile lourde/bitume-eau dans les procédés de récupération assistée par injection de vapeur. Les avantages de l’utilisation d’un biogazole en tant qu’additif tensioactif consistent en ce que le biogazole est chimiquement stable aux pression et température d’exploitation du réservoir, qu’il ne dégrade pas la qualité des hydrocarbures produits ni la composition chimique des eaux de production et que son utilisation est économiquement viable.

Nous avons mené une série d’expériences de récupération assistée de bitume par injection de vapeur afin de clarifier le potentiel de récupération additionnelle et la capacité d’amélioration d’efficacité du biogazole. De la vapeur à 1,8 MPa et 205 °C a été utilisée au cours de ces essais, à un débit de 900 g/h. Le milieu poreux utilisé consistait en un sable pétrolifère à teneur normale en bitume, provenant de l’exploitation d’une mine à ciel ouvert en Alberta du Nord, au Canada. Le sable bitumineux a été mis dans un récipient puis à l’intérieur d’une cellule haute pression. Les expériences de récupération du bitume ont été réalisées en pulvérisant un ester méthylique d’acide gras de colza sur le sable à raison de 2 g/kg de bitume. Ces essais montrent une augmentation de la récupération du bitume de plus de 40 %. Au cours d’une autre série d’essais, un ester méthylique d’acides gras d’huile de pin a été injecté avec de la vapeur à raison de 8,3 g de biogazole / kg de vapeur. Du fait de la solubilité du biogazole dans le bitume, l’effet du biogazole sur la récupération de bitume n’a pas pu être évalué précisément. Les mesures de pression de vapeur réalisées sur les échantillons de biogazole dérivés d’huile de colza et d’huile de pin suggèrent que les compositions à la saturation du biogazole dans la vapeur à 1,8 MPa et 205 °C sont supérieures d’au moins un ordre de grandeur aux dosages de biogazole requis. Des essais supplémentaires sont planifiés pour lesquels des dosages de biogazole seront réduits jusqu’à environ 0,5 à 1,0 g de biogazole/kg de vapeur et la solubilité du biogazole dans le bitume sera suivie de près.