Formation, stabilité et cassage des mousses non aqueuses : Contribution à l'étude des mousses pétrolières

par Christian Blazquez Egea

Thèse de doctorat en Chimie-Physique et Chimie Analytique

Sous la direction de Christine Dalmazzone.

Le jury était composé de Isabelle Pezron, Benjamin Dollet, Sophie Schneider, Sylvie Cohen-Addad, Annie Colin.


  • Résumé

    Les mousses rencontrées dans l’industrie pétrolière comptent parmi les mousses les plus complexes et problématiques. Lors de la production du pétrole brut, la présence de mousses stables peut entraîner de gros problèmes dans les équipements de traitement en surface à cause de la dépressurisation et de la nucléation de bulles provenant du gaz naturellement dissous dans le fluide de réservoir. Cette mousse peut rapidement occuper la moitié du volume des séparateurs et provoquer des dommages opérationnels graves, liés à des difficultés de contrôle des niveaux, à l’entraînement de liquide dans la ligne gaz et à l’entraînement de gaz dans la ligne liquide. Le contrôle de ces mousses pétrolières constitue donc un véritable enjeu, et les diverses solutions proposées sont basées sur l’utilisation de moyens physiques (chauffage, utilisation d’internes spécifiques) mais surtout sur l’utilisation d’additifs antimousses ou démoussants et plus particulièrement de silicones PDMS. Cependant, il n’existe pas encore d’optimisation possible de ces traitements du fait du manque d’études détaillées sur le comportement de ces systèmes complexes. L’objectif principal de ce travail a donc été de contribuer à la compréhension des mécanismes de formation, de stabilisation et de rupture des mousses non aqueuses et plus particulièrement des mousses de pétrole brut. Dans un premier temps, nous avons développé une nouvelle méthodologie expérimentale permettant de former des mousses représentatives des mousses pétrolières afin de comparer quantitativement différents systèmes moussants à base de pétroles bruts ainsi que l’efficacité de différentes familles d’additifs chimiques. Ensuite, nous avons étudié les cinétiques de cassage et développé un modèle de type sigmoïde permettant de décrire les courbes expérimentales de manière satisfaisante, et ouvrant la voie à une analyse quantitative de ces systèmes. Grâce à ce type de modélisation, il est possible de comparer l’efficacité des additifs chimiques en tant que démoussants et/ou antimousses et donc d’optimiser le choix du meilleur additif requis.Enfin ces développements permettent de proposer une première analyse de l’influence des caractéristiques physico chimiques de ces systèmes complexes sur leurs propriétés de moussage.

  • Titre traduit

    Formation, stabilization and breaking of non aqueous foams : Contribution to the understanding of crude oil foams


  • Résumé

    Crude oil foams are present in most steps of the oil industry, being one of the most complex and problematic non aqueous foams. During the crude oil exploitation, the presence of stable foams may cause major problems on surface equipment because of the depressurisation between the reservoir and the wellhead and the nucleation of the bubbles from the natural gas solubilised in the reservoir oil. These foams can fill up rapidly the half of the volume of the separators and cause serious damages due to the loss of the level control capacity, by dragging gas to the liquid line or liquid to the gas line, which leads to a reduction of the efficiency of the operation. The control of these foams is therefore a real issue. Several methods are used to control the foam based on its physical destruction (by mechanical devices, heating, special design of the unit internals...) but, by far, the most common method is the chemical destruction by adding different chemical compounds (called defoamers and antifoamers), particularly PDMS silicones. However, there is still no possible optimization of these treatments because of the lack of detailed studies on the behaviour of these complex systems. With this work we wanted to contribute to the understanding of the formation, stabilization and breaking mechanisms of this kind of non-aqueous foams. With this in mind, our first objective was the development of a new experimental methodology that allows to form crude oil foams which are representative of the oilfield foams, in order to compare the different foamy systems as well as the efficiency of different families of chemical additives. After that, we used a sigmoid model which describes in a satisfactory way the experimental curves of foam breaking. Besides, this kind of modelling allows to compare the efficiency of the different chemical additives in terms of defoaming and antifoaming effects, leading to the optimal selection of the additive in each case. Finally, these developments allow us to propose a first analysis of the influence of the physicochemical characteristics of these complex systems on their foaming properties.


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