Brevet FR2717579A1 — publié le 19950922

La présente invention se rapporte à un procédé de détermination de la caractéristique d'un pétrole brut et plus particulièrement à un tel procédé qui permet d'exprimer sa polarité en plusieurs termes d'interaction. Lors de la découverte d'un gisement pétrolier on prélève des échantillons de brut afin d'en déterminer ses diverses caractéristiques physiques et chimiques. Ce type d'analyse permet de faire des comparaisons avec des bruts produits dans la même région. Si le gisement justifie sa mise en production, on procède à des analyses plus complètes afin de déterminer la qualité et la valeur du pétrole. Un aspect des analyses auxquelles on procède porte sur la détermination des caractéristiques du pétrole brut, par exemple, sa polarité. Ces caractéristiques ont un effet important lors des phases de production et de transport des pétroles bruts. Il a déjà été proposé de déterminer la polarité de pétroles bruts par la technique de chromatographie en phase gazeuse inverse, technique qui est plus connue pour son utilisation dans l'industrie pour la caractérisation de polymères, phases stationnaires conventionnelles, ou surfactants non-ioniques. Dans un article paru dans la revue Fuel, May 1990, Vol. 69 pages 646-648, Inaï M.R. de Andrade Bruning décrit l'utilisation de cette technique pour caractériser des pétroles bruts à partir de leur polarité. Cette technique est fondée sur l'utilisation d'indices Kovats et de constantes de Mc Reynolds. Dans son procédé Bruning prépare une colonne de chromatographie ayant comme phase stationnaire un résidu de pétrole brut. Puis sont injectées successivement dans la colonne huit sondes chimiques ainsi que cinq molécules de référence. Pour chaque composé utilisé son temps de rétention est enregistré. Ensuite on procède à la même série de mesures utilisant une colonne de référence contenant un composé ayant une polarité nulle, par exemple, de la squalane. Pour chaque sonde, à partir de son temps de rétention, on détermine une composante de la polarité du pétrole brut, la polarité étant calculée à partir de la somme de ses huit composantes. L'inconvénient de cette technique réside dans le fait que l'indice de polarité est calculé à partir d'une somme d'éléments. Deux pétroles bruts peuvent présenter deux ensembles de résultats dont les éléments séparés sont différents, mais dont les totaux sont les mêmes. Ainsi, selon ce système de détermination de la polarité, des pétroles bruts ayant des compositions et des caractéristiques différentes peuvent donner lieu au même indice de polarité. La présente invention a donc pour objet un procédé de détermination des caractéristiques d'un pétrole brut qui est plus détaillé que celui décrit ci-dessus, et qui permet de différencier des pétroles bruts dont l'indice de polarité unique est le même. Pour ce faire l'invention propose un procédé de détermination de la polarité d'un pétrole brut comportant les étapes suivantes: - préparation d'un résidu du pétrole brut, - imprégnation d'un support par le résidu, remplissage d'une colonne de chromatographie avec le support, - injection dans la colonne d'une pluralité de sondes chimiques, - mesure des données de rétention de chacune des sondes, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape additionnelle de calcul à partir des données de rétention, de coefficients caractéristiques du pétrole brut. La détermination de la polarité d'un pétrole brut de façon plus détaillée permet de mieux expliquer et de mieux prédire le comportement d'un pétrole brut lors des phases d'exploitation et de production d'un puits pétrolier. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description donnée à titre indicatif, mais non limitatif d'un mode de réalisation préféré de l'invention, ainsi que des dessins annexes sur lesquels: - la figure 1 est un diagramme triangulaire représentant la polarité de pétroles bruts en plusieurs termes d'interaction; et - la figure 2 est un diagramme analogue à celui de la figure 1 sur lequel sont représentées des lignes d'isopolarité. Afin de déterminer les caractéristiques d'un pétrole brut, un résidu du pétrole brut à examiner est préparé en chauffant un échantillon jusqu'à une température qui dans le présent exemple est de 260 C. Puis un support constitué de5 CHROMOSORB, préalablement désactivé par lavage acide, est imprégné du résidu. Une colonne ayant chacune une longueur de 1 m, un diamètre externe de 3,1 mm et un diamètre interne de 2,1 mm sont remplies de support imprégné dont le taux d'imprégnation est de 10 % en poids. La colonne est testée dans les conditions suivantes: les températures de l'injecteur, du four et du détecteur sont respectivement de 250 C, 50 C et 250 C. 13 sondes sont ensuite injectées dans la colonne et leurs données de rétention sont enregistrés. Les 13 sondes sont choisies afin de pouvoir tester, de manière la plus complète possible, les différents types d'interactions entre les sondes et la phase stationnaire. Les sondes utilisées sont les suivantes: - une série homogue de cinq n-Alcanes du n-pentane --> n- nonane: interaction de dispersion uniquement - Butanol 1: teste les interactions d'orientation (dipolarité/polarisabilité) et de dispersion ainsi que la basicité et l'acidité de la phase stationnaire - Pentanone 2: teste les interactions de dispersion, d'orientation (dipolarité/polarisabilité)de l'acidité du résidu - Triéthylamine teste les interactions de dispersion et teste l'acidité de la phase stationnaire - Thiophène: teste les interactions de dispersion et d'orientation (dipolarité/polarisabilité) et faiblement l'acidité du résidu - Dioxane 1-4: teste l'acidité de la phase stationnaire, dispersion et interaction d'orientation - Méthyl 2 Pentanol 2: interaction de dispersion, teste l'acidité et la basicité de la phase stationnaire, ainsi que les interactions d'orientation (dipolarité/polarisabilité) - Benzène: interaction de dispersion et teste la polarisabilité et très faiblement l'acidité du résidu - Pyridine: interaction de dispersion et interaction de dipolarité/polarisabilité ainsi que l'acidité du résidu. Afin de calculer les coefficients permettant de déterminer de façon plus détaillée la polarité d'un pétrole brut on applique la formule suivante qui définit les données de rétention d'une sonde donnée en termes de paramètres des produits utilisés: log10(SP) = SPo+(dispersion/cavité) + (dipolarité/polarisabilité) + (basicité) + (acidité) + (terme correctif) SP est une donnée de rétention caractérisant le phénomène de solvatation d'une sonde moléculaire donnée par une phase stationnaire, par exemple un résidu de pétrole brut. SP peut être le temps de rétention réduit de la sonde noté Tr, le facteur de capacité de la sonde noté k' ou encore le volume de rétention spécifique V g. etc. - SPO est la constante de cette équation, elle caractérise la colonne chromatographique utilisée. - Le terme (dispersion/cavité) est traduit par (l*logloLl6) o L16 est le coefficient de partage de la sonde moléculaire entre la phase gazeuse et une phase stationnaire constituée par le n- hexadécane à 25 C. 1 est une caractéristique du résidu de pétrole brut étudié. Il traduit l'aptitude de la phase stationnaire à séparer une série homologue de sondes moléculaires. - Le terme (dipolarité/polarisabilité) est traduit par (s*w) o w est la caractéristique de la sonde moléculaire considérée en termes de dipolarité et de polarisabilité: il est noté plus précisément avec des indices ou des exposants différents, par exemple r2H ou x2c etc. s constitue le caractère dipolaire et polarisable de la phase stationnaire (résidu de pétrole brut). - Le terme (basicité) est égal à (a*a) o a est la caractéristique de la sonde moléculaire considérée en termes d'acidité: il est noté plus précisément avec des indices ou des exposants différents, par exemple a2H ou a2C etc. a constitue le caractère basique de la phase stationnaire (résidu de pétrole brut). - Le terme (acidité) est égal à (b*O) o a est la caractéristique de la sonde moléculaire considérée en termes de basicité: il est noté plus précisément avec des indices ou des exposants différents, par exemple a2H ou 02c et. b constitue le caractère acide de la phase stationnaire (résidu de pétrole brut). - Le terme (terme correctif) est le terme correctif du terme (dipolarité/polarisabilité): il peut être noté (d*ô) ou (r*R2) par exemple. Ce terme permet de tenir compte du fait des différences entre les sondes moléculaires aliphatiques, aromatiques ou halogénées. d et r par exemple sont des caractéristiques de la phase stationnaire (résidu de pétrole10 brut). Les données de rétention des différentes sondes sont confrontées aux données caractéristiques de ces dernières (Log Log10LLl6, a, a, T, R2 ou 6) par régression linéaire multiple afin d'obtenir les paramères 1, s, a, b, r et d caractéristiques du brut étudié.15 Afin de vérifier le progrès dans la caractérisation et la classification des pétroles bruts apportés par l'obtention des coefficients décrits précédemment, nous avons vérifié que ces derniers expliquaient avec succès le paramètre de polarité (noté P) obtenu à l'aide des indices de Kovats et des constantes de Mc Reynolds. Pour cela P est calculé à partir de huit sondes moléculaires et de cinq n-alcanes utilisés comme standards et les cinq coefficients caractéristiques de chaque pétrole brut à partir de ces mêmes sondes plus les cinq n- alcanes ce qui porte le nombre de sondes à 13. Un modèle de la25 forme suivante a été obtenu: P = (1, s, a, b, r ou d) Après avoir étudié de nombreux pétroles bruts, il a été constaté que les valeurs des constantes b et d ne sont pas représentatives de tous les bruts et ne permettent, donc, pas30 de différencier les bruts les uns par rapports aux autres. Les coefficients 1, s et a sont retenus, à partir desquels on détermine des valeurs L, S et A par les formules suivantes: 1 s a =L =S=A 1 + s +a +s+a 1+ s + aA o L + S + A = 1. Ainsi, selon un premier aspect de l'invention, la polarité d'un pétrole brut est déterminée en fonction de ces trois valeurs, valeurs qui donnent une définition plus détaillée et qui permettent de différencier clairement les5 bruts. Selon un autre aspect de l'invention, ayant déterminé les valeurs L, S, et A on prépare un diagramme permettant de différencier plus facilement les bruts, même ceux ayant la même valeur de polarité P. La réalisation de ce diagramme s'effectue10 comme suit. Sur le tableau 1 sont listés trente six pétroles bruts par leur valeur de polarité P. Il ressort du tableau qu'il existe des bruts ayant la même valeur de P, ou deux valeurs sensiblement analogues.15 Sur la gauche de la figure 1 est représenté un exemple d'échelle de polarité obtenue par la méthode de calcul des indices de Kovats et des constantes de Mc Reynolds o sont classés les 36 pétroles bruts du tableau 1. En revanche, sur la droite de la figure 1 se trouve un diagramme de forme triangulaire o les trois côtés représentent des valeurs L, S et A définies ci-dessus. Il ressort clairement du diagramme triangulaire que deux bruts ayant la même valeur de polarité P ont, en fait, des caractéristiques différentes ce qui est illustré par l'éloignement des points associés sur le diagramme de la figure 1. TABLEAU 1 NOMS P N NOMS P N UKOUEOU M1 DST2 166.06 31 OSEBERG 305.71 17 SOYO 183.87 1 JAFFRA DST12 306.72 18 BUFALO 4 DST1 190.31 2 EKOUNDOU 315.37 19 PALANCA 220.14 3 ARABE LEGER 322.64 20 COUCAL 220.99 4 ISTHMUS 337.91 21 OBANGUE 221.25 5 MANDJI 334.56 22 COBOl DST4 232.95 6 MAHARADJA 348.66 23 DST5 WITCHFARM 249.38 7 ARABE LOURD 361.23 24 NELSON DST1 252.31 8 EYTUM DST1 412.52 33 JANAJOL 254.54 9 ALKHAJJ DST2 419.02 25 BREGA 258.96 10 OBAGI 421.45 26 GAZELA1 DST2 264.28 32 EMERAUDE 2000 444.45 34 AVOCETTE 264.62 11 EDIKAN 461.39 27 NIGERIA BRASS 264.62 12 ALKHAJJ 3 476.97 35 AMENAM 2 284.99 13 ALKHAJJ 6 484.71 36 SYRIAN LIGHT 291.07 14 VIC BIHU 522.54 28 ODGUENDJO 296.87 15 ROSPO MARE 523.45 29 JAMALULALAM 298.96 16 LOKELE 558.20 30 DST3 Par exemple, on notera la différence de localisation entre les phases n 24 (Arabe lourd) et n 23 (Maharadja DST 5) qui ont des valeurs P voisines, respectivement 361.23 et 348.66. La figure 2 est un diagramme analogue à celui de la figure 1 sur lequel sont représentées des lignes d'isopolarité. L'utilisation de moyens statistiques comme les plans de mélange permet de préparer un modèle de la forme: P = f(L, S, A) qui est représenté graphiquement. Chaque courbe représente une ligne de polarités (P) identiques appelées ligne d'isopolarité. Selon un autre aspect de la présente invention, les coefficients caractéristiques des pétroles bruts obtenus par l'équation L.S.E.R. permettent de quantifier de manière très satisfaisante différents comportements des pétroles bruts. Par5 exemple, on peut obtenir des modèles permettant de calculer et de prévoir la viscosité du pétrole brut et le temps de décantation d'une émulsion eau dans pétrole brut. Les modèles obtenus sont de la forme: In(viscosité) = f(I, s, a, b, r ou d) In(temps décantation) = f(, s, a, b, r ou d) REVENDICATIONS 1 - Procédé de détermination des caractéristiques d'un pétrole brut comportant les étapes suivantes: - préparation d'un résidu du pétrole brut; - imprégnation d'un support par le résidu; - remplissage d'une colonne de chromatographie avec le support; - injection dans la colonne d'une pluralité de sondes chimiques; - mesure des données de rétention de chacune des sondes, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape additionnelle de calcul, à partir des données de rétention, de coefficients caractéristiques du pétrole brut. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les sondes injectées comprennent au moins six composés organiques. 3 - Procédé selon la revendication 1 à 2 caractérisé en ce que les coefficients caractéristiques du pétrole brut sont fonction des caractéristiques physiques et chimiques du pétrole brut. 4 - Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que les coefficients sont fonction des caractéristiques suivantes: dispersion/cavité; dipolarité/polarisabilité; basicité; et acidité. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4caractérisé en ce qu'il comporte l'étape additionnelle de représenter sur un diagramme triangulaire les coefficients représentant la dipolarité et la polarisabilité de la sonde, l'acidité de la sonde et la dispersion moléculaire de la sonde.