Colloidal Structure of Heavy Crudes and Asphaltene Soltutions

Abstract

STRUCTURE COLLOIDALE DES BRUTS LOURDS ET DES SUSPENSIONS D'ASPHALTÈNESL'industrie pétrolière est souvent confrontée a des problèmes industriels importants liés, entre autre, à la présence d'une forte concentration d'asphaltènes dans les fluides traités. Une meilleure connaisssance de la composition de ces molécules et de l'évolu tion de leur structure colloïdale en solution ou dans leur milieu naturel est d'une grande importance pour mieux comprendre les mécanismes mis en jeu, et ainsi, pouvoir agir et limiter les pro blèmes rencontrés. Les asphaltènes correspondent à la fraction insoluble dans le n-heptane. Les molécules solubilisées dans rat eane sont appelées maltènes et peuvent à leur tour être fraction nées par chromatographie en phase liquide ; on obtient alors trois nouvelles fractions appelées résines, aromatiques et saturées. La plupart des travaux de recherche réalisés sur ces molécules com plexes concernent la détermination de la composition chimique obtenue à l'aide de diverses techniques d'analyse telles la spectroscopie infrarouge et la résonance magnétique nucléaire. En revanche, peu d'informations sur ia macrostructure colloïdale des asphaltènes sont disponibles dans la littérature. La détermination de la masse moléculaire a été le premier objectif: plusieurs méthodes, comme l'osmométrie à tension de vapeur, ont été appliquées. La conclusion principale de ces déterminations est la grande variation de la masse moléculaire mesurée suivant la technique employée. Nous avons fait appel à la diffusion des rayons X et des neutrons aux petits angles afin de mesurer la poly dispersité en taille et la masse moléculaire moyenne en poids des macromolécules d'asphaltènes. Nous avons étudié différents sys tèmes constitués, soit par les asphaltènes ou les résines en solu tion dans différents solvants, soit par le mélange asphaltènes et résines en solution dans de plus ou moins bons solvants. Nous avons également suivi l'effet de la température sur ces systèmes. Les résultats obtenus montrent que l'agrégation, en d'autres termes, le nombre d'entités élémentaires formant la molécule, peut fortement varier en fonction de la nature du solvant et de la tempé rature. Les résines apparaissent comme un très bon solvant des asphaltènes. Les mesures de diffusion montrent une forte intensité diffusée à petites valeurs du vecteur de diffusion ; elle traduit la présence dans le milieu d'hétérogénéités de taille assez étendue probablement dues à des fluctuations de la concentration en asphaltènes. Ainsi, il existe dans la suspension des régions plus ou moins étendues où la concentration en asphaltènes est supé rieure à la concentration moyenne. La microscopie en mode cryo génique a permis de confirmer l'inhomogénéité du système. Un milieu composé de deux phases a clairement été visualisé. La dif fusion des rayons X aux petits angles s'avère être une technique importante pour étudier les milieux non fractionnés, comme les bruts ou les résidus de distillation, pour lesquels aucune séparation Cryo-scanning electron microscopy h...

Characterisation of Asphaltenes and Modelling of Flocculation – State of the Art

“…Fairly reliable values of average volume by weight, molar mass by weight and radius of gyration can be deduced from experimental measurements without using distribution models. In contrast, Barré et al (1997) demonstrated that the experimental scattering spectra could be reproduced using different distributions of realistic colloids (spheres, discs, ellipses, etc.). The results of approaches such as these must therefore be interpreted with caution, and the method used to obtain them should always be borne in mind.…”

Destabilisation of Water-in-Crude Oil Emulsions by Silicone Copolymer Demulsifiers

“…Concentration of copolymer in solution is 0.5% w/w (5000 ppm). Earlier SAXS studies dealing with the dispersing effect of resins [28] and the influence of temperature [27] report significant changes in asphaltene size thus proving that technique is well suited for such measurements. Consequently, we infer that the three copolymers have no effect on the size of asphaltene aggregates in toluene.…”

Relation between Nanoscale Structure of Asphaltene Aggregates and their Macroscopic Solution Properties

“…In this case, R s is related to the mass M w and to the fractal dimension D s of aggregates in the adsorbed state by: (25) where p is a prefactor. The combination of Equations (24) and (25) leads to an expression whose form is similar to (23): (26) Identification of the exponent value in relation (23) and Equation (26) lead to a numerical value of D s close to 3, which means that aggregates lose their fractal character in the adsorbed state. Asphaltene volume fractions in the adsorbed layer were estimated with the help of additional mass density data: it has been shown that the volume fraction of asphaltene changes from a few percent in volume aggregate to roughly 40 percent in the adsorbed layer.…”