Dispersed Systems in Heavy Crude Oils
Systèmes dispersés dans les bruts lourds
Résumé
Due to very large reserves, heavy crude oils represent an important challenge for the oil industry. Their production has to handle very viscous hydrocarbons and involves the use of advanced methods such as cold production or steam injection. Cold production is faced with the foamy oil phenomenon: while extracted, a heavy crude oil is submitted to a depletion that can induce the formation of dispersed gas bubbles and makes it appear as a foam. With steam injection, water is invariably produced and emulsions may be formed. These two situations show how heavy crude oils are concerned with dispersed systems. The aim of the article is to evaluate the impact of this dispersed phase, either bubbles or droplets, on the flow properties of heavy crude oils. To do so, measurements have been carried out with a controlled stress rheometer under pressure and temperature. Live samples were obtained by recombining a stock tank oil with methane inside the pressure cell of the rheometer. The first part of the article is dedicated to the foamy oil phenomenon. It demonstrates that contrary to spherical bubbles, deformed bubbles can give rise to significant viscosity reduction, which is governed by the capillary number. The second part deals with water-in-oil emulsions. Again, experimental results show that dispersed droplets increase viscosity unless they get sufficiently elongated by the applied shear rate. The last part of the article is particularly original as it studies some rheological experiments of heavy crude oils in presence of both gas bubbles and water droplets. It investigates to what extent the presence of water influences the bubbly characteristics of live heavy crude oils. The experimental work suggests that for optimum design and operations, it is essential to determine oilfield viscosities i.e. under pressure and temperature on live and changing dispersed systems.
La diminution des ressources de pétrole conventionnel conduit les producteurs à orienter la recherche vers l'exploitation de bruts difficiles. Parmi ceux-ci, les bruts lourds, caractérisés par leur forte viscosité, constituent des réserves de pétrole abondantes. Des procédés particuliers tels que la production froide ou l'injection de vapeur permettent de récupérer ces bruts malgré leur forte viscosité. Lors de la production froide, l'huile peut avoir l'aspect d'une mousse que l'on nomme " foamy oil" : sous l'effet de la dépressurisation, certains éléments légers comme le méthane ou l'éthane peuvent passer à l'état gazeux sous forme de bulles. L'injection de vapeur implique, quant à elle, une production importante d'eau émulsionnée avec le brut. Le but de cet article est d'étudier l'influence de ces phases dispersées (gaz ou eau) sur les propriétés d'écoulement du brut dans les conditions de production (pression, température). À l'aide d'un procédé novateur, des mousses de brut lourd et des émulsions ont été reconstituées et leurs propriétés d'écoulement étudiées à l'aide d'un rhéomètre équipé d'une cellule sous pression. La première partie de l'article concerne la présence de bulles dans le brut lourd. Nous montrons qu'une forte déformation des bulles peut mener à une diminution significative de la viscosité de la mousse. En revanche, lorsque les bulles sont sphériques, elles contribuent à une augmentation de la viscosité du mélange. Dans la deuxième partie, les émulsions eau-dans-huile sont étudiées. De la même façon, sous une vitesse de cisaillement suffisamment élevée pour déformer les gouttes, on observe une diminution de la viscosité apparente de l'émulsion. La dernière partie décrit quelques essais qui combinent l'influence de la présence de bulles et de gouttes d'eau sur les propriétés d'écoulement des bruts lourds, se rapprochant des conditions réelles de production. Nous étudions notamment le rôle de la présence de gouttes d'eau sur le comportement moussant du brut. Finalement, ce travail expérimental montre que la viscosité des fluides de gisements dépend fortement des conditions de production et qu'il est essentiel d'en étudier le comportement rhéologique en fonction de la température, de la pression et de la présence de phases dispersées.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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