Rationalization of surfactants selection for Enhanced Oil Recovery : interactions between endogenous and synthetic surfactants

Ce mémoire traite de l’influence des tensioactifs synthétiques et des amphiphiles endogènes des huiles pétrolières sur l’obtention de la formulation optimale dans le cadre de la récupération améliorée du pétrole (EOR). L’inversion de phase dynamique de systèmes Tensioactifs/Huile pétrolière/Saumure émulsionnés à WOR=1 s’est avérée être une méthode efficace et rapide pour déterminer les conditions opératoires de formation de microémulsions de type WIII, caractérisées par des tensions interfaciales ultra-basses entre les phases aqueuse et huileuse. Cette technique permet, en outre, d’étudier les effets croisés de la température et de la salinité sur les formulations pétrolières, et de déduire les paramètres à appliquer pour atteindre la formulation optimale. L’inversion de phase a ainsi été mise à profit pour quantifier les propriétés interfaciales des huiles pétrolières à travers la notion d’EACN, et d’en montrer les limites dans le cas de ces huiles complexes. Par ailleurs, cette méthode dynamique a permis de caractériser les tensioactifs synthétiques commerciaux et les espèces amphiphiles endogènes du pétrole. Pour cela, l’évolution de la salinité (SPI-Slope) ou de la température (PIT-Slope) d’inversion de phase du système de référence C10E4/n-octane/NaClaq (fw=0,5) avec l’ajout de tensioactifs a permis d’établir le premier classement des tensioactifs en fonction de ces deux variables de formulation. Ce mémoire présente également l’extraction des espèces amphiphiles endogènes de divers pétroles bruts par une microémulsion optimale et leur caractérisation par spectrométrie de masse haute résolution. Finalement, en exploitant les données de l’inversion de phase, différents descripteurs de l’activité interfaciale des tensioactifs et des huiles ont pu être utilisés pour prédire les conditions d’obtention de la formulation optimale pour le domaine EOR. Les descripteurs obtenus sont un point de départ important pour simplifier le choix des tensioactifs à utiliser pour un brut donné dans des conditions de température et salinité fixées.This manuscript deals with the influence of synthetic surfactants added and the endogenous surfactants of crude oil on the optimum formulation obtainment in the field of enhanced oil recovery (EOR). The dynamic phase inversion of Surfactant/Crude oil/Brine emulsified systems at WOR=1 turns out to be a fast and efficient practical tool to assess the conditions to obtain WIII microemulsions which are specific of ultra-low interfacial tensions between crude oil and aqueous phases. This technique allows to study the crossed effects of temperature and salinity on petroleum formulations, and also to find the parameters to apply in order to reach the optimum formulations. The dynamic phase inversion has also be used to quantify the interfacial activity of crude oils through the EACN concept, as well as showing its limitations in the case of these complex oils. Furthermore, this dynamic method succeeds in characterizing the trade synthetic surfactants and the endogenous amphiphilic species of crude oils. To this end, the evolution of the salinity (SPI-Slope) or the temperature (PIT-Slope) phase inversion of the reference system C10E4/n-octane/NaClaq (fw=0,5) with the surfactant addition has allowed to schedule the first surfactant classification towards these two formulation variables. This manuscript presents also the extraction of endogenous surfactants of several crude oils by an optimal WIII microemulsion and their characterization according to high resolution mass spectrometry techniques. Finally, by exploiting the phase inversion data, different descriptors of surfactants and oils interfacial activities can be used to predict the optimum formulation conditions for EOR applications. The obtained descriptors are a starting point to simplify the choice of surfactants to use for a given crude oil at fixed temperature and salinity conditions

Determining the EACN of crude oils by Phase Inversion Temperature scanning

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Crude oil based microemulsions of anionic/non iomic surfactants determinend by dynamic phase inversion scanning

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Revisiting the phase inversion temperature as a practical tool for EOR applications

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SPI-slope/PIT-slope mapping as a guiding tool for the selection of technical grade surfactants for chemical enhanced oil recovery

International audienceHydrophilicity is a key property of surfactants, but it is difficult to quantify in absolute terms since it depends both on their molecular structure and on external parameters, especially salinity and temperature. When it comes to complex mixtures of technical grade surfactants, as the ones used in industrial applications, it is even more complicated. The PIT-slope and the SPI-slope are surfactants characterization methods based on the perturbation of a well-defined reference system by the surfactant under study. They allow quantifying the hydrophilic/lipophilic ratio and the sensitivity of surfactants as regards to temperature (PIT-slope) and salinity (SPI-slope). The study herein applies these methods to characterize technical grade surfactants used in chemical Enhanced Oil Recovery (EOR), which belong to the classes of polyethoxylated alcohols, alkyl benzene sulfonates and alkoxylated sulfates and carboxylates. The surfactants are positioned in a SPI-slope/PIT-slope map and we hypothesize that two surfactants, alone or in mixture, with the same position in this map show analogous interfacial behaviors. We illustrate how to use this tool to identify several surfactant mixtures providing the “optimal formulation” at the same salinity, for a given crude oil at the reservoir temperature. From a known binary surfactant mixture that forms a three-phase system (Winsor III) with a given crude oil, two other systems with the same position in the SPI-slope/PIT-slope map are formulated and evaluated

Extraction and characterization of crude oil "interfacial equipment" thanks to WIII microemulsions

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Revisiting the Phase-Inversion-Temperature of emulsions as a practical tool for EOR applications

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Method For Determining The Formation Of A Winsor III Microemulsion System

L'invention concerne un procédé dynamique permettant de déterminer la formation d'un système de microémulsion Winsor III, le procédé comprenant les étapes consistant : à fournir un mélange d'un milieu aqueux et d'un milieu hydrocarboné dans une chambre ; à modifier de manière continue la concentration d'au moins un constituant du mélange, le rapport du milieu aqueux au milieu hydrocarboné restant constant, et ce, tout en agitant le mélange ; et à mesurer de manière continue au moins une propriété physico-chimique du mélange. L'invention concerne en outre un dispositif permettant de déterminer la formation d'un système de microémulsion Winsor III

Crude oil based WIII microemulsions of anionic/non-ionic surfactants determined by dynamic phase inversion scanning

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