The Colloidal Approach. A Promising Route for Asphaltene Deposition Modelling

L'approche colloïdale : une voie prometteuse pour la modélisation des dépôts d'asphaltènes

Institut français du pétrole, IFP, 1-4 avenue de Bois-Préau, 92852 Rueil-Malmaison Cedex - France

Corresponding authors: lahcen.nabzar@ifp.fr maria.aguilera@ifp.fr

Abstract

It is now widely recognized that asphaltene exist in crude oils both as dissolved and particulate matter and that asphatenic crude oils behave as colloidal systems. The objective of this research work is to check if, in porous media and under dynamic conditions, asphaltene also behave as colloids. In this case, their deposition kinetic should obey the classical laws for colloid deposition in porous media. To achieve this, asphaltene deposition kinetics has been investigated as a function of the main controlling parameters such as flow rate, asphaltene aggregation state, resin content and crude origin. The study has been performed, first under well controlled condition using model fluids and porous media, and then under more representative conditions using actual crude oils and outcrop sandstones. The results confirmed that, indeed, the kinetics of asphaltene deposition in porous media obeys the general scaling low of colloid deposition. They allowed us to propose general scaling laws for the deposition kinetics in the form , η is the capture efficiency and γ the shear rate. The exponents s are universal exponents that are characteristic of the deposition regimes while the power law pre-factors A encompass all the specific features of the system considered (asphaltene and porous media). These kinetic laws show that the thickness of the deposit increases rapidly with decreasing shear rate. Accordingly and under favourable conditions, a thick deposit is expected to form during heavy oil extraction from high permeability formations and under low flow rate conditions. Such deposition could then have significant impact on the efficiency of heavy oil recovery. Therefore, its impact on permeability and on flow properties of reservoir fluids needs to be assessed as a part of process optimisation and evaluation. The Colloidal approach provides a new and promising route for asphaltene deposition and associated permeability damage modelling.

Résumé

Il est généralement admis que les asphaltènes existent dans les bruts sous forme dissoute et particulaire et que les bruts asphalténiques se comportent en solution comme des systèmes colloïdaux. L'objectif de ce travail était de vérifier qu'en présence d'écoulement et au sein d'une matrice poreuse, les asphaltènes conservent ce comportement colloïdal. Pour cela, nous avons étudié expérimentalement la cinétique du dépôt en milieux poreux en fonction des paramètres pertinents tels que la vitesse, l'état d'agrégation des asphaltènes, le contenu en résines et l'origine de l'huile. L'étude a été menée à la fois sous des conditions bien contrôlées avec des systèmes modèles et sous des conditions plus représentatives de l'application avec des huiles réelles et des roches d'affleurement. Les résultats obtenus nous ont permis d'établir que le dépôt des asphaltènes obéit effectivement aux mêmes lois cinétiques que le dépôt des colloïdes en milieux poreux. Ils nous ont permis de proposer des lois cinétiques de type lois d'échelle de la forme , η étant l'efficacité du dépôt et γ le cisaillement. Les exposants, s, sont des exposants universels caractéristiques des régimes de dépôt alors que les préfacteurs A englobent l'ensemble des autres caractéristiques spécifiques au système considéré (asphaltènes et milieux poreux). Ces lois cinétiques montrent que l'épaisseur du dépôt, qui se fait par multicouche, croît fortement lorsque le cisaillement diminue. Par conséquent, si les conditions sont favorables, la formation rapide d'un dépôt épais est attendue lors de la récupération des bruts lourds dans des formations très perméables et à des faibles vitesses d'écoulement. Un tel dépôt peut donc avoir un impact significatif sur l'efficacité de la récupération des bruts lourds. L'estimation de cet impact devrait donc faire partie intégrante de l'évaluation et de l'optimisation de tout procédé de récupération. À cette fin, l'approche dite "Colloïdale" constitue une voie nouvelle et prometteuse pour la modélisation du dépôt et de l'endommagement associé.