Etude expérimentale et modélisation de l'endommagement aux abords des puits lors de la production de bruts asphalténiques

L'objectif de ce travail, d'une part, de contribuer à la compréhension des mécanismes d'endommagement par le brut asphalténique, d'autre part, d'acquérir des données nécessaires à une modélisation de cet endommagement.Au cours de cette étude, nous avons utilisé deux types d'asphaltènes: les asphaltènes extraits du brut de Weyburn par la méthode au n-heptane (Norme Française AFNOR 60-115), et les asphaltènes Safania extrait du résidu sous vide. Pour étudier l'effet de la présence de résines sur l'endommagement, les asphaltènes Safania ont été extraits, soit par la méthode au n-heptane, soit par la méthode au n-pentane (Norme Américaine).Des séries d'expériences d'injection d'asphaltènes à travers des milieux poreux bien caractérisés (grès de Fontainebleau), et des capillaires ont été effectuées.Ces résultats ont pour but d'étudier l'endommagement induit par les asphaltènes dissous dans le solvant et de valider expérimentalement l'approche colloïdale adoptée dans la version "Asphaltènes" du modèle PARIS dédiée à la simulation de l'endommagement par les bruts asphalténiques.Les résultats des expériences ont montré que, la cinétique de dépôt des asphaltènes en monocouche à la surface de la roche obéit à la loi de dépôt des colloïdes en régime de convection- diffusion. Le dépôt se fait selon le régime DLD (dépôt limité par la diffusion).Les résultats obtenus ont clairement mis en évidence que, la rétention des asphaltènes procéder bien par dépôt en multicouches (agrégation en surface) et que ce dépôt est limité par le cisaillement.Nous avons déterminé les effets du pourcentage en n-heptane (paramètre b d'interaction asphaltènes/ asphaltènes du modèle PARIS) sur le cisaillement critique (gc), ainsi que de la présence de résines. Pour un type d'asphaltènes donné, le cisaillement critique augmente avec l'augmentation du pourcentage en n-heptane. Pour le même pourcentage, le cisaillement critique est plus élevé en absence q'en présence de résines. Nous avons démontré que le cisaillement critique (gc) est relié au paramètre b.Ces résultats montrent qu'il est possible d'établir les corrélations empiriques nécessaires à la modélisation de l'endommagement des milieux poreux par les bruts asphalténiques.L'ensemble des données expérimentales obtenues valide les lois physiques et les concepts introduits dans le modèle PARIS.The present research work had two main objectices:To get better insight into the mechanisms of asphaltene deposition and asphaltene-induced formation damage.To gather the reliable laboratory data required for the modeling of asphaltenes deposition and plugging.The experiments have been performed using the model system, : toluene/asphaltene/n-heptane. The asphaltene powder has been extracted either from Weyburn crude (n-heptane method) or from Safania crude (n-pentane method).Both coreflood experiments and capillary tests (TBT) were carried out. For coreflood experiments, we used outcrop Fontainebleau sandstone and for the TBT experiments stainless steel capillaries have been used. The experiments aimed et validating the basic laws of asphaltene deposition and plugging implemented in the asphaltene version of our 1-D numerical model (PARIS model: PARticle Injection Simulator) . In building up this asphaltene version of the model, we adopted the so-called "colloidal approach". Thus, the asphaltenic crudes are supposed to behave as colloidal systems containing small particle submitted to Brownian motion. These systems may undergoes flocculation upon solvent, pressure or temperature changes.Our experimental results have thoroughly validated the use of this colloidal approach . Indeed, we showed:Firstly that the monolayer deposition takes place according to the well-known scaling law of the diffusion limited deposition regime (DLD): the collection efficiency varies as the Peclet number to the power -2/3. Moreover, our experimental results showed that, in pure toluene, asphaltene deposition is a slow but continuous process. This indicates that, even in their stable state, the asphaltene deposition results in the formation of thick multilayer deposit on the adsorbing surface.[...]STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Modélisation physique et prévention de l'endommagement des abords de puits par dépôts asphalténiques

Le dépôt d'asphaltènes aux abords de puits provoque l'endommagement de la perméabilité qui cause des baisses sévères de la productivité. Les objectifs de ce travail sont de contribuer à la compréhension de l endommagement des abords de puits par dépôts asphalténiques et d'explorer de nouvelles voies de prévention de l'endommagement fondées sur l'inhibition de l'adsorption d'asphaltènes sur la roche. Nous avons utilisé les bruts Weyburn, Hassi Messaoud et Arabian Light et des carottes de grès de Fontainebleau. Les résultats des expériences ont validé les lois physiques de l'approche dite colloïdale et ont mis en évidence que les asphaltènes se déposent selon les lois d'échelle efficacité de capture proportionnelle au cisaillement à la puisance -s. Nous avons mis en évidence l'existence de deux régimes de dépôt : (1) la cinétique de dépôt suit la loi d'échelle s=-2/3 (régime Diffusion Limited Deposition), et (2) la cinétique de dépôt suit la loi d'échelle s=-5/3 ou -2, en l absence et en présence d une barrière de potentiel, respectivement (régime Shear Limited Deposition). Nous avons mis en évidence l existence d'un cisaillement critique seuil qui dépend de l'état d'agrégation des asphaltènes et à partir duquel la cinétique de dépôt change du DLD au SLD. Les résultats montrent l'existence d'un cisaillement critique limitant le dépôt. Par rapport à la prévention, nous avons utilisé un copolymère biséquencé dissous dans un solvant sélectif, l'effet inhibiteur du copolymère à été mis en évidence, les effets de la longueur des séquences et de la concentration du copolymère ont été étudiés. La mise en place du copolymère permettrait une protection plus efficace et durable.Asphaltene deposition in the near wellbore region provokes permeability reduction and severe well productivity decline. The aims of this work are to investigate the kinetics of asphaltene deposition and to explore new ways to prevent asphaltene induced formation damage through avoiding asphaltene adsorption onto rock surface. Experiments were performed by injecting Weyburn, Hassi Messaoud and Arabian Light crude oils into sandstone cores. Asphaltene deposition takes place according to the scaling law of Diffusion Limited Deposition (DLD) and Shear Limited Deposition (SLD) regimes (capture efficiency proportional to shear rate at s power law). The results demonstrated that above a lower critical shear rate, which depends on asphaltene aggregation state, the multilayer deposition kinetics is slowed down upon increasing injection flow rate. The dependence between deposition efficiency and shear rate switches from S = -2/3 (DLD) to -5/3 (SLD). We found that in the presence of an energy barrier the deposition efficiency power law becomes s=-2 in SLD. The results also put into evidence the existence of an upper critical shear rate value beyond which multilayer deposition is hindered. On the other hand, an innovative approach is proposed in order to avoid asphaltene adsorption, this approach consist in a dibloc copolymer adsorption onto porous media surface in order to mitigate asphaltene adsorption. In conclusion, the "colloidal approach" is a valuable route for asphaltene deposition modeling that can be used to develop a more realistic asphaltene near-wellbore damage model. The dibloc copolymer tested is an efficient way to diminish asphaltene induced formation damage.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Relaxation au sein de couches homogènes et hétérogènes saturées de la conformation de polyélectrolytes adsorbés à l'interface silice/eau

L'auteur a étudié la relaxation des couches homogènes et hétérogènes saturées qui se manifeste par une augmentation de l'aire interfaciale moyenne des macromolécules adsorbées à l'interface silice/eau. Les investigations ont été effectuées à l'aide de la chromatographie d'exclusion de surface, chromatographie dans laquelle on s'intéresse plus spécialement à l'histogramme d'adsorption du polymère sur la phase stationnaire, constituée d'un empilement de filtres de fibre de silice.Divers polymères linéaires et ramifiés, différents entre eux par la nature chimique, le taux d'hydrolyse et la masse moléculaire ont été étudiés en couche homogène lorsque l'élution a été effectuée avec une solution d'un polymère donné, ou en couche hétérogène lorsque l'éluant était une solution d'un mélange de polymère. Dans le premier cas, la vitesse et l'amplitude de la reconformation dépendent des paramètres moléculaires et dans le deuxième cas, la reconformation d'un polymère donnée a été trouvée dépendante du système.La méthode a également permis de déterminer la stabilité des systèmes lorsque les couches polymères sont équilibrées avec des solutions du même polymère (échange) ou d'un autre polymère (déplacement). Finalement, l'auteur a étudié l'impact sur le processus de floculation d'un latex de polystyrène de la reconformation interfaciale de la polyvinylamine utilisée comme agent de floculation.The author investigated the relaxation characteristics of saturated homogeneous and heterogeneous layers that developed with the modification of the interfacial area of polyelectrolytes adsorbed at the silica/water interface. The investigations were carried out employing the Surface Area Exclusion Chromatography for which one focuses on the adsorption histogram of the polymer on the stationary phase composed of stacked glass fiber filters.The characteristics of linear and branched polymers differing by the chemical nature, the hydrolysis grade and the molecular weight were investigated within homogeneous layer, when the eluent contained a single polymer, or within heterogeneous layers, when the eluent contained a mixture of two polymers. In the first case, the molecular reconformation was determined to depend on the molecular characteristics while in the latter case, the reconformation of a given polymer was determined to be a function the polymer environment.The method allowed to determine the interfacial stability of the adsorbed layer when the layer was equilibrated with a solution of the same polymer (exchange process) or with a solution of a different polymer (displacement process). Finally, the author investigated the effect on the flocculation process of polystyrene latex particles of the reconformation of the polyvinylamine molecules employed as flocculating agent.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Etude numérique de la cohésion d'agglomérats obtenus par collage d'amas bi- et tri-dimensionnels

STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocALBI-ENSTIMAC (810042301) / SudocSudocFranceF

ADSORPTION D'ACIDES HUMIQUES SUR L'ALUMINE ET LA KAOLINITE EN PRESENCE D'IONS ALUMINIUM (STABILITE COLLOIDALE DES SYSTEMES)

STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Computer Simulations of Homogeneous Deposition of Liquid Droplets

Understanding the deposition of liquid droplets on surfaces is essential in many environmental and industrial processes. In this paper, we describe computer simulations of homogeneous deposition of liquid droplets on an ideal, smooth, and horizontal solid surface. The statistical evolution of droplet deposition and growth processes are investigated. It is found that three basic events, namely, deposition, incorporation, and coalescence, produce droplets of different sizes and that the droplet size polydispersity is continuously increasing with time leading to a bimodal distribution. By considering the total number of droplets Ntot on the surface versus time, we demonstrate that four growth regimes must be considered. These regimes reflect the relative influence of the three events during the deposition process. Variation with time of the surface coverage Γ as a function of the contact angle θ between the droplets and the surface is also investigated. The effect of a variable contact angle on the value of surface saturation and dynamical growth is calculated. Finally, by considering the total mass of the deposited material and surface coverage, some guidelines to achieve an efficient droplet deposition process and surface coverage versus total droplet mass are proposed.</p