Study of the mechanisms of action of asphaltene deposition inhibitors.

Etude des mécanismes d'action des inhibiteurs de dépôt d'asphaltène. La compréhension des mécanismes d'action des inhibiteurs de dépôt d'asphaltène est essentielle pour l'industrie pétrolière, afin de concevoir des additifs chimiques sur mesure adaptés aux différents réservoirs pétroliers et à leurs problèmes spécifiques. Les chercheurs se sont efforcés de fournir des réponses concernant les interactions entre les asphaltènes et divers additifs chimiques. Cependant, la majorité de ces recherches ont été menées sur des systèmes modèles (asphaltènes extraits) et dans des conditions très éloignées des conditions opérationnelles réelles, avec par exemple l'utilisation excessive d'antisolvant.Ce travail de thèse propose une étude des effets de différents additifs chimiques sur la déstabilisation, l'agrégation et la déposition des asphaltènes. Pour cela, plusieurs techniques complémentaires ont été utilisées afin de caractériser l'effet des additifs chimiques sur les mécanismes de déstabilisation et déposition qui couvrent des échelles allant du nanomètre au micromètre. Une technique mécanique : la centrifugation, une méthode acoustique basée sur un résonateur à cristal de quartz et des dispositifs optiques ont ainsi été employés à pression atmosphérique. L'emploi conjoint de ces méthodes de détection indirecte et de visualisation directe a permis d'évaluer l'efficacité d'un additif chimique commercial et notamment sa capacité à décaler le seuil de la déstabilisation des asphaltènes vers des compositions en antisolvant plus élevées et à réduire la quantité de dépôt à la surface du disque de quartz.Les interactions des composés de type alkylbenzène avec les asphaltènes ont ensuite été étudiées dans une huile asphalténique non diluée. L'impact de la polarité du groupement fonctionnel et l'effet de la longueur de la chaîne de ces composés ont été examinés à l'aide des méthodes expérimentales mentionnées précédemment. Les résultats obtenus par l'ensemble de ces techniques ont révélé que la présence d'un groupement polaire est nécessaire pour que l'amphiphile puisse interagir avec les asphaltènes. De plus, il a été montré qu'une augmentation de la longueur de la chaine alkyle permet d'améliorer la stabilisation des asphaltènes. Toutefois, au-delà d'une dizaine de carbones dans cette chaîne, cette amélioration semble atteindre un plateau.Une étude sur les mécanismes d'action d'un inhibiteur de dépôt d'asphaltène commercial et de ses précurseurs chimiques a aussi été menée. Afin de comprendre les mécanismes d'action de ces additifs chimiques sur le phénomène de déposition, un modèle de transfert de masse contrôlé par diffusion, en postulant un écoulement laminaire entre plans parallèles, a été utilisé. Les paramètres d'entrée de ce modèle, à savoir la quantité d'asphaltènes instables disponible dans la phase liquide et la vitesse de déposition des asphaltènes instables sur la surface, ont été obtenus à partir de résultats expérimentaux de centrifugation ainsi que du titrage continu de l'huile par le n-heptane en utilisant un résonateur à cristal de quartz. L'utilisation conjointe du modèle de transfert de masse et des mesures expérimentales a permis de déterminer par technique inverse le coefficient de diffusion ainsi que le rayon hydrodynamique des particules d'asphaltène instables. L'accès au rayon hydrodynamique des particules d'asphaltènes instables a permis de mettre en évidence qu'en présence d'additifs chimiques, la taille des particules instables est affectée, mais en moyenne, les particules contribuant à l'accumulation de dépôt présentent des tailles du même ordre de grandeur que les nanoagrégats et les clusters stables (<20 nm). De plus, les résultats démontrent qu'en présence d'additifs chimiques, le phénomène de transfert de matière reste limité par la diffusion. Les inhibiteurs de dépôt ont donc pour effet de stabiliser les asphaltènes, réduisant ainsi la quantité de particules instables disponible pour la diffusion, en plus d'impacter la taille des particules qui déposent.