L'industrie pétrolière et gazière se compose de nombreux processus complexes différents, y compris le forage, l'amélioration de la récupération du pétrole, le transport par Pipeline et le traitement des raffineries, pour n'en nommer que quelques - uns.

Dans l'extraction de pétrole brut, les défis liés aux processus d'interaction de surface, ainsi que l'optimisation, sont principalement deux: le premier est l'amélioration de la récupération du pétrole brut et l'autre est une nouvelle approche pour traiter et prévenir l'encrassement des pipelines.

Le seul pétrole disponible sur cette planète rend nécessaire l'étude des moyens d'extraire autant de pétrole brut que possible des champs existants et d'améliorer les processus de production. Une façon de le faire est d'optimiser le processus de recyclage pour obtenir plus d'huile de votre réservoir. Cela peut être facilité par une meilleure compréhension des processus de libération de pétrole brut minéral dans les réservoirs. Une autre façon d'augmenter la quantité d'huile consiste à séparer efficacement le pétrole brut de l'eau et d'autres substances.

Un autre défi est l'encrassement qui se produit à différents stades de la production pétrolière, ce qui entraîne une réduction de l'efficacité de transmission, une consommation excessive d'énergie et une augmentation des coûts. Le principal facteur qui pose problème à cet égard est l'asphaltène, qui tend à s'adsorber à l'interface de chaque étape de la production pétrolière. Les asphaltènes peuvent s'accumuler et se déposer dans diverses conditions de traitement, et ce dépôt à tendance élevée est un mal de tête car il peut entraîner une accumulation et un blocage de précipités, tels que l'accumulation d'échangeurs de chaleur et le blocage de tuyaux.

Améliorer la récupération du pétrole

Au cours de la phase d'extraction, le rendement peut être amélioré en utilisant différentes méthodes de récupération optimisées telles que les tensioactifs ou les huiles propulsées au dioxyde de carbone. Après injection de tensioactifs ou de dioxyde de carbone dans le réservoir, ils entrent en contact avec le réservoir et interagissent avec lui, modifiant ainsi les conditions d'équilibre du pétrole brut et les propriétés des fluides. Cela peut entraîner la sédimentation et l'accumulation de solides organiques lourds, principalement des asphaltènes. Ces phénomènes entraînent une modification de la mouillabilité et une diminution de la perméabilité des roches du réservoir, ce qui entraîne une baisse du taux de récupération.

La tension interfaciale entre le pétrole brut et le propulseur est un paramètre important. Plus la valeur de tension interfaciale est faible, meilleure est la solubilité de l'agent de propulsion vis - à - vis du pétrole brut. La tension interfaciale entre le dioxyde de carbone et le pétrole brut a été étudiée en profondeur, car le dioxyde de carbone est l'un des propulseurs les plus prometteurs.

Diagramme de la relation fonctionnelle de la tension interfaciale vs pression entre le dioxyde de carbone et le pétrole brut. Obtenu par un test avec le module haute tension attansion Theta.

Résumé de l'application: utilisation du CO2 pour améliorer la récupération du pétrole brut

Qsense QCM - D peut simuler l'adsorption de tensioactifs au niveau moléculaire pour optimiser le processus d'extraction de pétrole en temps réel. L'utilisation expérimentale de polymères pour l'adsorption simulée, cette reproduction au niveau nanométrique améliore le rendement de récupération du pétrole brut et est également réalisable.

Adsorption des asphaltènes sur les surfaces solides

En plus de pouvoir stabiliser les joints huile - eau, les asphaltènes peuvent également être adsorbés sur des surfaces solides à différents stades du processus de récupération et de transfert du pétrole. Pour comprendre le mécanisme du dépôt d'asphaltènes, une compréhension de base des interactions asphaltène - solide est nécessaire. Qsense QCM - D peut être utilisé pour caractériser l'adsorption et l'incrustation des asphaltènes sur diverses surfaces dans différentes conditions de solvant.

La sédimentation et l'accumulation d'asphaltènes entraînent une altération de la mouillabilité et une diminution de la perméabilité des roches du réservoir, ce qui entraîne une diminution de la récupération. Les relations de mouillabilité et de tension interfaciale entre le pétrole brut, les fluides et les roches peuvent être étudiées par mesure de l'angle de contact. La mesure de l'angle de contact peut également être effectuée à haute pression et à haute température simulant les conditions du réservoir.

[comportement des tensioactifs et des émulsions / tensioactifs]

Presque tous les produits industriels utilisent des tensioactifs, des nettoyants aux peintures, des cosmétiques aux aliments. Les tensioactifs peuvent agir comme agents nettoyants, mouillants, émulsifiants, moussants et dispersants selon le système auquel ils sont appliqués. Les tensioactifs naturels peuvent également entraîner des propriétés indésirables du produit. La caractérisation des tensioactifs est essentielle pour assurer des performances optimales des produits et des processus.

Les tensioactifs sont généralement des composés organiques amphiphiles, ce qui signifie qu'ils contiennent à la fois des fractions hydrophiles (solubles dans l'eau) et hydrophobes (insolubles dans l'eau). En raison de leur nature Amphiphile, les tensioactifs sont adsorbés sur les interfaces, ce qui réduit les tensions superficielles et interfaciales entre les deux phases.

Dans de nombreux procédés industriels, des tensioactifs peuvent être ajoutés pour améliorer les propriétés du produit. Par exemple, les tensioactifs sont utilisés dans les détergents pour améliorer l'efficacité des produits de nettoyage et peuvent également être utilisés comme agents mouillants dans les peintures ou les émulsifiants dans les produits alimentaires. Un autre aspect des tensioactifs est les composés naturels qui agissent comme tensioactifs. Ceux - ci comprennent les asphaltènes trouvés dans le pétrole brut lourd et peuvent causer divers problèmes dans la production de pétrole brut.

Adsorption du tensioactif à l'interface gaz - liquide ou liquide - liquide

L'efficacité des tensioactifs a été déterminée en mesurant leur capacité à réduire la tension superficielle ou interfaciale et à stabiliser l'émulsion et en étudiant leur équilibre hydrophile - lipophile (HLB).

En mesurant la fonction de tension superficielle et interfaciale en fonction de la concentration, il est possible de déterminer la valeur maximale de la chute de tension superficielle ou interfaciale qu'un tensioactif donné ou un mélange de tensioactifs peut générer. Ceci est également important d'un point de vue économique, car la quantité de tensioactif utilisée a un impact direct sur le coût du produit. Les facteurs environnementaux doivent également être pris en compte en ce qui concerne la concentration en tensioactifs et la toxicité des tensioactifs. La mesure de la concentration Micellaire critique est généralement utilisée pour déterminer la quantité optimale de tensioactif dans une formulation.

[Télécharger tension de surface et d'interface - Qu'est - ce que c'est et comment la mesurer?]

Adsorption de surfactants sur des surfaces solides

Il est important de comprendre l'adsorption des tensioactifs sur les surfaces solides, par exemple dans des processus tels que la fabrication de peintures, la filtration de l'eau ou la production de pétrole brut. Prenons l'exemple d'une peinture, un mélange complexe à base d'eau comprenant différents composants tels que des particules de pigments, des polymères et des tensioactifs. Les particules pigmentaires sont la couleur nécessaire pour donner à la peinture, et les polymères augmentent la viscosité et les tensioactifs pour augmenter la stabilité et la mouillabilité de la peinture. Des problèmes se posent si l'adsorption du polymère sur la surface du pigment est préférentielle à celle du tensioactif. Cela entraîne une diminution de l'apparence de la couleur et des propriétés adhésives du film sec.

Problèmes causés par l'adsorption des asphaltènes dans la production de pétrole brut

L'intérêt suscité par les asphaltènes augmente en raison de la présence d'asphaltènes (sables bitumineux, huiles lourdes) dans de nombreuses réserves récemment découvertes. Les asphaltènes, composants de poids moléculaire élevé du pétrole brut dont la structure moléculaire exacte est inconnue, sont généralement classés comme insolubles dans les alcanes tels que le n - pentane et le n - heptane, mais solubles dans le toluène. Les asphaltènes ont tendance à s'adsorber sur l'interface, augmentant ainsi la stabilité de l'émulsion huile - eau (liée à la stabilité de l'émulsion) et modifiant le comportement de mouillage du réservoir. L'adsorption des asphaltènes pendant le traitement du pétrole brut peut également causer des problèmes tels que la pollution des pipelines.

Pour comprendre le mécanisme de dépôt des asphaltènes, une compréhension de base des interactions asphaltène - solide est nécessaire. Qsense QCM - D peut être utilisé pour caractériser l'adsorption et la contamination des asphaltènes sur diverses surfaces dans différentes conditions de solvant.

La précipitation et le dépôt d'asphaltènes entraînent une modification de la mouillabilité et une diminution de la perméabilité des roches du réservoir, ce qui entraîne une diminution de la récupération d'huile. La mesure de la mouillabilité et de la tension interfaciale entre l'huile, le fluide et la roche peut être étudiée par mesure de l'angle de contact. La mesure de l'angle de contact peut également être effectuée dans des conditions de réservoir simulées à haute pression et à haute température.

Caractérisation cinétique d'adsorption des tensioactifs interfaciaux solide - liquide

Comme nous l'avons vu, les tensioactifs à l'interface solide - liquide et leur comportement sont au cœur de nombreux domaines, allant des applications biologiques à la décontamination et au nettoyage en passant par l'amélioration de la récupération du pétrole. La technologie QCM - D de qsense permet de caractériser les tensioactifs, les systèmes de tensioactifs et les mélanges de tensioactifs en fonction de la dynamique et du comportement sur l'interface. Avec cette technique de sensibilité de surface, il est possible d'étudier les cinétiques d'adsorption et de désorption des tensioactifs sur différentes surfaces et de suivre la dynamique d'adsorption en temps réel. La surface peut varier facilement, ce qui permet de planifier les effets du matériau de surface, de la fonctionnalité de surface et de l'hydrophilie ou de l'hydrophobicité. Il est également possible de déterminer l'épaisseur de la couche de tensioactif adsorbé et de suivre les variations morphologiques de la membrane adsorbée en fonction des différentes concentrations de tensioactif, du pH, de la concentration en sel et de la température. Cette technique permet également d'explorer et de caractériser les interactions entre les tensioactifs et, par example, les vésicules lipidiques ou les couches de polymères et de polyélectrolytes.

[tensioactifs et stabilité des émulsions / émulsions]

Une émulsion est un mélange de deux ou plusieurs liquides, souvent incompatibles entre eux. D'un point de vue thermodynamique, l'émulsion est un système instable, car le système liquide - liquide a tendance naturelle à se séparer et à réduire son énergie interfaciale.

La stabilité d'une émulsion peut être définie comme la capacité d'un système à résister aux variations de ses propriétés physico - chimiques au cours du temps. La stabilité des émulsions est importante dans de nombreuses applications industrielles, y compris les peintures, les aliments, les formulations agricoles, les soins personnels et le pétrole. Plusieurs mécanismes, tels que l'émulsification, la floculation et l'agrégation, peuvent conduire au lait brisé.

Bien que la stabilité de l'émulsion soit nécessaire dans la plupart des produits et processus industriels, il existe également des processus de traitement qui ne nécessitent pas la stabilité de l'émulsion. Par exemple, la récupération du pétrole brut nécessite la séparation du pétrole brut de l'eau avant le transport, ou le traitement des eaux usées ne nécessite pas non plus d'émulsion huile - eau.

Le test rhéologique Interfacial prédit la stabilité de l'émulsion

La Rhéologie interfaciale est une branche particulière de la Rhéologie qui implique l'étude de systèmes bidimensionnels particuliers formés sur des interfaces. Tout comme la Rhéologie est l'étude de l'écoulement des fluides, la Rhéologie interfaciale est l'étude des caractéristiques de l'écoulement Interfacial des fluides.

Rhéologie interfaciale dans les aliments et les boissons

Les protéines peuvent agir comme tensioactifs dans les aliments, mais d'autres Stabilisants peuvent également être ajoutés pour améliorer la stabilité. La lécithine est l'un des rares tensioactifs naturels. Les Surfactants naturels suscitent de plus en plus d'intérêt à mesure que les préoccupations en matière d'environnement et de santé se font jour.

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Caractérisation de surface des émulsifiants non ioniques de qualité industrielle

Les tensioactifs en polyoxyéthylène sont largement utilisés dans des applications industrielles telles que les peintures, les aliments, les formulations agricoles, les soins personnels et le pétrole, où la stabilité des émulsions et des mousses est importante. Les éthoxylates d'alcools remplacent les éthoxylates d'alkylphénols plus toxiques qui sont traditionnellement utilisés comme émulsifiants dans de nombreuses applications. Cependant, les éthoxylats d'alcools linéaires ne présentent pas les mêmes propriétés émulsifiantes que les éthoxylats d'alkylphénols, principalement en raison de la queue plus volumineuse de ces derniers. Ceci est dû à la différence de taille de la tête polaire et de la queue d'hydrocarbure, ce qui empêche la formation de films minces qui s'accumulent étroitement sur l'interface.

On a étudié les propriétés adsorbantes et rhéologiques de surface de deux tensioactifs non ioniques de qualité industrielle d'alcools de C10 - Guerbet basés sur un nombre différent de groupes EO. Ils sont c10eo6 et c10eo14.

Les isothermes de pression de surface des deux tensioactifs sont conformes au modèle de réorientation. Cependant, il existe différentes interprétations des données rhéologiques de surface. Il montre que le c10eo6 peut être interprété dans le cadre d'un modèle de processus de relaxation par diffusion, tandis que le c10eo14 s'écarte du processus de relaxation par diffusion et a une réaction rhéologique de surface proche de celle d'un tensioactif polymère non ionique. Les figures 1 (c10eo6) et 2 (c10eo14) montrent les modules de stockage d'énergie (E ') et de perte (E ") résultant de perturbations oscillatoires à deux fréquences (0,02 Hz et 0,5 Hz) pour les deux tensioactifs. Les traits pleins et pointillés sont des données expérimentales appropriées obtenues à partir du modèle de diffusion. Les résultats montrent que seules les données expérimentales sur le tensioactif c10eo6 sont en bon accord avec le modèle proposé.

Figure 1. Fonction du module de stockage (E ', symbole creux) et du module de perte (E ", symbole solide) du tensioactif c10eo6 en fonction de la concentration en masse du tensioactif à deux fréquences (0,02 Hz - triangle) et (0,5 Hz - losange). Les lignes pleines et pointillées sont les courbes les mieux ajustées pour les données expérimentales du modèle de diffusion.

Figure 2. Fonction du module de stockage (E ', symbole creux) et du module de perte (E ", symbole solide) du tensioactif c10eo14 en fonction de la concentration en masse du tensioactif à deux fréquences (0,02 Hz - triangle) et (0,5 Hz - losange). Les lignes pleines et pointillées sont les courbes les mieux ajustées pour les données expérimentales du modèle de diffusion.

Les propriétés rhéologiques superficielles des deux tensioactifs indiquent qu'ils forment une couche viscoélastique à l'interface air / eau, mais les films adsorbants présentent des comportements différents en raison du nombre différent de groupes oxyéthylène. Pour les tensioactifs plus petits, les données d'adsorption et de Rhéologie sont conformes au modèle de diffusion, tandis que les tensioactifs c10eo14 plus grands présentent un comportement de surface plus proche de celui des tensioactifs polymères. De plus, la comparaison de l'élasticité expansive et de la viscosité des deux tensioactifs montre que l'élasticité peut être augmentée en augmentant le nombre de groupes EO. L'élasticité du film de tensioactif adsorbé est directement liée à la stabilité de la mousse et de l'émulsion. Ainsi, le tensioactif c10eo14 peut former une couche anti - Coalescence plus stable que le tensioactif c10eo6 plus court. Néanmoins, l'utilisation de c10eo6 a une plus grande capacité de formation de mousse que de c10eo14 en raison de la plus grande diffusivité du premier tensioactif. Ces résultats peuvent donc trouver des applications intéressantes pour le développement rationnel de mousses et émulsions stables en utilisant des tensioactifs non ioniques contenant des groupes oxyéthylène.

文献依据: P. Ramírez, L.M. Pérez-Mosqueda, L.A. Trujillo-Cayado, M. Ruiz, J. Munoz, R.Miller, Equilibrium and surface rheology of two polyoxyethylene surfactants (CiEOj) differing in the number of oxyethylene groups, Colloids Surf., A 375(2011) 130–135.

Huile stabilisée aux asphaltènes - émulsion aqueuse

Lorsque l'huile est récupérée, des émulsions huile - eau complexes sont formées. Les asphaltènes adsorbés à l'interface huile - eau ont tendance à augmenter la stabilité de ces émulsions. Les émulsions huile - eau stables ne sont généralement pas nécessaires, car cela augmente les coûts de pompage et de transport et peut corroder les tuyaux, les pompes et les colonnes de distillation.

L'activité de surface des asphaltènes peut être évaluée avec un tensiomètre optique par une simple mesure de tension interfaciale. En combinant des cavités haute pression dans le système, il est possible de réaliser des mesures à haute pression et à haute température.

Une autre méthode largement utilisée consiste à étudier la Rhéologie interfaciale de l'interface huile - eau. L'élasticité de l'interface est liée à la stabilité de l'émulsion huile - eau. La Rhéologie interfaciale de la couche d'asphaltènes adsorbés peut être étudiée par la méthode de la goutte oscillante. Une autre approche consiste à utiliser une fonction relationnelle de caractérisation de la densité d'accumulation d'asphaltènes basée sur la Rhéologie en cisaillement Interfacial (ISR) d'un rhéomètre à aiguille flottante.

Le microscope angulaire Brewster permet une étude morphologique de la visualisation des asphaltènes à l'interface air - eau.

Application Digest Download: Adsorption gélifiée interfaciale de protéines aux interfaces air - eau et huile - eau

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[tensioactifs et émulsions / brise - lait]

Tout comme la stabilité de l'émulsion est importante dans de nombreux processus industriels et produits, le brise - lait est essentiel dans d'autres environnements.

Action anti - émulsionnante ou brise - lait, particulièrement importante dans la production de pétrole brut et le traitement des eaux usées. Dans la production de pétrole brut, une émulsion eau - dans - huile est généralement produite. Ces émulsions peuvent être très stables en raison des asphaltènes et des résines naturellement présentes dans de nombreux pétroles bruts. Une séparation efficace du pétrole brut et de l'eau est essentielle en termes de qualité du pétrole brut, tout en assurant la séparation d'une phase aqueuse de haute qualité à faible coût.

Désémulsifiant pour rendre l'émulsion eau - dans - huile instable

D'un point de vue process, le Breaking a deux aspects: le taux auquel la séparation a lieu et la quantité d'eau restante dans le pétrole brut. Le pétrole produit doit généralement répondre aux spécifications de l'entreprise et du pipeline. En règle générale, le pétrole chargé à bord d'une unité de traitement du pétrole brut humide ne peut contenir plus de 0,2% de BS & W (précipités essentiels et eau) ou 4,5 kg de sel par millier de barils de pétrole brut. Cette exigence de concentration assez faible vise à réduire la corrosion et le dépôt de sel.

Le processus de séparation de l'émulsion en huile et en eau implique la déstabilisation du film émulsifiant autour des gouttelettes d'eau. Plusieurs méthodes peuvent être utilisées pour déstabiliser une émulsion, telles que l'ajout d'un désémulsifiant chimique, l'augmentation de la température de l'émulsion, l'application d'un champ électrique favorisant l'agrégation de l'émulsion et la modification des caractéristiques physiques. L'incorporation de désémulsionnants chimiques est actuellement une méthode couramment utilisée.

Les émulsionnants sont des agents tensioactifs pour la migration de l'interface huile - eau et la neutralisation de l'influence de l'émulsifiant. Le choix du bon désémulsifiant est essentiel pendant le processus de désémulsionnement. En raison de la grande variété de divers composants dans le pétrole brut, il est important de choisir un désémulsifiant en fonction du type de pétrole brut. Les paramètres rhéologiques interfaciaux, en particulier l'élasticité de dilatation interfaciale, sont liés à la stabilité de l'émulsion. L'efficacité du désémulsifiant peut être obtenue en mesurant la Rhéologie interfaciale de l'interface huile - eau en présence du désémulsifiant ajouté.

[tensioactifs et émulsions / mousses]

Les mousses sont très importantes dans de nombreux produits et procédés industriels. Les mousses sont souvent nécessaires dans les soins du corps et les aliments, mais dans certains processus industriels tels que l'impression, le pompage et la lubrification, les mousses ne sont pas nécessaires et nécessitent l'utilisation d'agents anti - mousse. Et de nombreux processus tels que la flottation et l'amélioration de la récupération du pétrole utilisent la mousse.

La mousse peut être considérée comme une émulsion air - eau. Tout comme dans les émulsions huile - eau, des molécules de tensioactifs sont nécessaires pour réduire la tension superficielle entre les interfaces gaz - eau afin de former une mousse.

Bulles pour améliorer la récupération du pétrole

L'injection de gaz (comme le dioxyde de carbone, le méthane ou l'azote) est souvent utilisée pour améliorer la récupération du pétrole brut. Cependant, comme les gaz ont une viscosité et une densité inférieures à celles de l'eau et de l'huile, des problèmes tels que la migration des canaux gazeux à travers les zones de perméabilité élevée et des gaz vers la partie supérieure du milieu poreux se posent. Par conséquent, l'efficacité de balayage volumétrique du lecteur d'air a tendance à être mauvaise. Pour améliorer l'efficacité de l'entraînement à l'air, l'injection de mousse est recommandée.

La mousse offre un moyen de réduire la fluidité du gaz pour améliorer le déplacement et l'efficacité de la purge. Un problème majeur avec la méthode EOR basée sur la mousse est la stabilité de la mousse. La mousse doit être maintenue stable dans la structure poreuse pour devenir un agent de récupération efficace. Les tensioactifs occupent une position clé dans la stabilité de la mousse. Par exemple, pour produire des mousses de dioxyde de carbone dans l'eau stables (l'un des systèmes de mousse les plus étudiés), il est essentiel de développer des tensioactifs qui stabilisent l'interface CO2 - eau dans des conditions de stockage.