Modélisation thermomécanique et simulation numérique des dépôts dans les conduites

Abstract

Les asphaltènes sont des molécules polyaromatiques complexes présentes naturellement dans le pétrole brut, considérées comme polarisables et constituant la fraction de masse moléculaire la plus élevée du pétrole. Elles contiennent des métaux et des hétéroatomes (Ni, Fe, V) dans leur structure. Dans certaines conditions de pression/ température et de composition, elles peuvent former des nanoclusters, précipiter puis se déposer, conduisant à la formation d'une structure solide. Les asphaltènes sont appelés "le cholestérol du pétrole". Le grand nettoyage des puits et les pertes de production associées à ces dépôts solides se traduisent par des millions de dollars de pertes pour l'industrie. Prédire les conditions dans lesquelles les asphaltènes précipitent grâce à une caractérisation appropriée de l'huile et une modélisation thermodynamique est une étape essentielle dans le développement de stratégies pour anticiper et remédier à ce problème. En outre, les caractéristiques structurelles et compositionnelles des asphaltènes affectent leur dépôt, la caractérisation des asphaltènes est une condition préalable aux décisions futures concernant leurs problèmes. Les caractéristiques des asphaltènes sont le facteur le plus important dans l'estimation de la stabilité du pétrole brut. Cette thèse présente dans la première partie une analyse de la composition chimique et de la structure d'échantillons d'asphaltènes provenant de différents endroits appartenant au champ pétrolier géant de Hassi Messaoud en utilisant des techniques de spectroscopie à savoir : FTIR, RMN, DRX, RAMAN et DSC. La taille moléculaire et l'architecture des anneaux aromatiques polycycliques des quatre échantillons d'asphaltènes ont été étudiées. La chaîne aliphatique latérale, la distance inter-chaîne et inter-feuillets ont été discutées sur la base des résultats des techniques de caractérisation. L'aromatcité selon la RMN 13C-solide a été estimée aux alentours de 0,55 et 0,66. Dans le noyau aromatique, il y a 7 à 8 cycles aromatiques qui sont composés d'environ 56 à 59 % d'atomes de carbone en tête de pont (Cb = 17 ~ 20), et entre 13 à 14 atomes de carbone sans pont (Cand) avec l'existence des structures en baie et en fjord autour du noyau PAH. Une structure hypothétique moyenne représentative du noyau aromatique a été proposée Dans une deuxième partie, l'étude de la floculation et de la précipitation de l'asphaltène à l'aide d'une nouvelle technique de mesure avancée basée sur un résonateur à cristal de quartz (RCQ), dans des conditions atmosphériques et HPHT a été effectuée. L'apparition d'asphaltènes pendant le titrage par l'heptane a été étudié dans une huile modèle et dans des pétroles bruts. Les prédictions d'apparition d'asphaltènes et de pressions de bulles ont été calculées lorsque l'effet d'injection de méthane est pris en compte dans des conditions HPHT. Il a été montré que le pétrole étudié a une très forte propension à la précipitation d'asphaltènes. L'ajout de méthane déstabilise fortement l'asphaltène avec la plus grande quantité d'asphaltène adsorbée pour toute la gamme de fraction molaire de méthane. Les résultats de simulation et de détermination du comportement de phase de l'enveloppe de précipitation des asphaltènes des pétroles bruts algériens ont été simulés à l'aide de modèles d'association basés sur l'association plus cubique (CPA) et la théorie statistique des fluides d'association (SAFT). L'étude de plusieurs huiles de réservoir a montré que l'approche de modélisation réalisée peut être utilisée pour modéliser le comportement de la phase asphaltène et prédire l'injection de gaz et l'effet de dépressurisation du réservoir après avoir calculé les paramètres du modèle à partir des données expérimentales requises. Le nombre de paramètres d'ajustement utilisés ici pour corréler les points d'apparition révèle la complexité et la haute polarité des composants du système