Rationalisation de la sélection de tensioactifs pour la récupération améliorée du pétrole : interactions entre les tensioactifs endogènes et exogènes

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

• Auteur / Autrice : Guillaume Lemahieu
• Direction : Jean-Marie Aubry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique, minérale, industrielle
• Date : Soutenance le 18/12/2020
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UCCS - Unité de Catalyse et Chimie du Solide
• DOI : 10.70675/8fdd090ez9431z4678za186z15a87fa08685

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pétrole -- Récupération tertiaire

Surfactants

Composés amphiphiles

Microémulsions

Transitions de phases

Salinité

Température

Mots clés libres

Nombre de carbone de l’alcane équivalent

Résumé

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.