Brevet FR2852666A1 — publié le 20040924

L'invention concerne le domaine d'exploitation des bruts lourds présentant 5 notamment l'inconvénient d'avoir une trop forte viscosité. La méthode selon l'invention a pour objet de réduire la perte de charge lors du transport des bruts lourds par pipeline en agissant sur sa viscosité. Les huiles lourdes sont définies comme étant les pétroles bruts dont la densité API est inférieure à 20. Ces huiles, dont les réserves mondiales sont du même ordre de grandeur 10 que l'ensemble des huiles conventionnelles, sont caractérisées par une forte teneur en asphaltènes et par une viscosité élevée, pouvant atteindre jusqu'au million de centipoises à la température du réservoir. De ce fait, leur transport par pipeline est beaucoup plus difficile que celui des pétroles bruts conventionnels. Le transport par pipeline des bruts lourds suppose que la viscosité soit suffisamment faible compte tenu de la dimension des 15 lignes de transport et de la puissance des installations de pompage, choisies selon l'optimum économique. Il existe différentes méthodes connues de l'homme de l'art qui permettent de transporter des huiles lourdes par pipeline. Ce sont par exemple le chauffage, la dilution, la mise en émulsion aqueuse, la lubrification pariétale ou "Core Annular Flow", ou encore le 20 raffinage partiel du brut sur le site de production avant transport. Le chauffage est un moyen efficace de réduire notablement la viscosité des huiles lourdes. Mais, en fonction des caractéristiques du brut à transporter, il peut être nécessaire de porter le fluide à des températures relativement élevées, parfois supérieures à 1000C, pour obtenir une viscosité compatible avec les installations industrielles. En outre, il est 5 important de maintenir la température du fluide à ce niveau tout au long de la conduite, ce qui suppose l'isolation thermique des conduites, et parfois l'installation d'unités de chauffage conjointement aux installations de pompage. La mise en émulsion du brut dans de l'eau est aussi un moyen employé. Dans cette technique, le brut est transporté sous forme de fines gouttelettes dans une phase continue 10 principalement constituée d'eau. Afin de garantir la stabilité de l'émulsion tout au long du pipeline, il est nécessaire d'ajouter à l'eau des additifs tensioactifs judicieusement choisis. Ces tensioactifs doivent en outre permettre de manière simple, à la fois l'inversion de l'émulsion à l'arrivée à la raffinerie et la récupération du brut anhydre et le traitement de l'eau polluée. Le "Core Annular Flow" consiste à transporter le brut entouré d'un film d'eau. C'est la méthode la plus efficace pour réduire les pertes de charges, celles-ci étant presque comparables à celles obtenues avec de l'eau. Cette technique est décrite par exemple dans le brevet US-4753261. Malheureusement, cette technique présente des difficultés liées à la stabilité de l'écoulement, à la salissure au cours du temps des parois du pipeline et surtout à 20 la difficulté de redémarrage en cas d'arrêt non programmé de la production. C'est ainsi qu'à ce jour, ce mode de transport n'a été que peu employé. Une autre méthode pouvant être envisagée pour amener la viscosité du brut à une valeur compatible avec son transport par pipeline, est le raffinage partiel sur le site de production. Un exemple en est donné dans le brevet US-5110447. Cette méthode suppose des investissements importants ainsi que des coûts opératoires élevés dus à la multiplication du nombre d'unités de viscoréduction sur site. Afin de diminuer la viscosité des huiles lourdes, il est courant de les diluer par des solvants. Les solvants utilisés sont des coupes hydrocarbonées, comme les condensats ou le naphta. Cette méthode est basée sur le fait que la viscosité des bruts lourds est fortement réduite par l'ajout d'un solvant peu visqueux. Il est généralement admis que pour obtenir 10 une réduction de viscosité suffisante pour permettre le transport d'une huile lourde par pipeline, la quantité de solvant léger à ajouter se situe entre 10 et 50% en volume. Lorsque ce procédé est utilisé, il comporte le plus souvent un second pipeline qui permet le recyclage du solvant après séparation par distillation à la raffinerie. Ce procédé peut être considéré comme le plus efficace pour le transport des bruts lourds. Malgré des 15 investissements importants, il permet le transport de l'huile sans risque particulier, même en cas d'arrêt prolongé de production. En outre, le fait de diluer le brut facilite certaines opérations comme la séparation de l'eau de production. Cependant, le volume à transporter est majoré, et le coût du solvant n'est pas négligeable, ainsi que sa séparation éventuelle du brut afin de le recycler. Une des améliorations possibles à la dilution des bruts lourds consiste à améliorer le procédé de façon à obtenir la viscosité requise pour le transport par pipeline en utilisant un volume moindre de solvant. Ainsi, la présente invention concerne une méthode d'optimisation du transport de bruts lourds, dans laquelle on effectue l'adjonction au brut d'au moins un solvant constitué par une coupe pétrolière. Selon l'invention, on augmente la composante polaire âp du paramètre de Hildebrand du solvant par l'ajout d'une quantité déterminée d'un additif spécifique. L'additif peut avoir une composante polaire Èp du paramètre de Hildebrand supérieure à 5 (MPa)1/2. L'additif peut être choisi parmi: les éthers, les cétones, les aldéhydes, les esters, les nitriles, ou leurs mélanges. L'augmentation de polarité peut être obtenue en ajoutant entre 1 et 50% en volume d'additif par rapport au solvant. L'augmentation de polarité peut être obtenue en ajoutant entre 10 et 20% en volume d'additif par rapport au solvant. L'objet de la présente invention est d'améliorer le procédé de dilution d'un brut 15 lourd. fl a été mis en évidence qu'une modification des paramètres de solubilité du solvant utilisé, en particulier l'augmentation de la polarité du solvant, conduit à une amélioration notable de l'efficacité de dilution du solvant considéré. Les paramètres de Hansen (Hansen, C.M. , The universality of the solubility parameter, Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., 8, 2, 1969.) sont une extension du paramètre 20 de Hildebrand (Hildebrand, J.H., and Scott, R.L., Solubility of Non-Electrolytes, 3 d ed. Reinhold, New York, 1950; Dover, New York, 1964.). Ils sont reliés à ce dernier par la relation: t2 = 2 +o2 + 2 t d P h dans laquelle 8t correspond au paramètre de Hildebrand, 8d correspond aux forces de dispersions, 5p à la composante polaire et ah à la contribution des liaisons hydrogène. Dans le cas d'un mélange S de n solvants S(i) (i = 1,n) dans des proportions i=n volumiques V(i) (i = 1,n), avec V(i) = 1, les paramètres de Hansen de ce mélange de i=l solvants S sont: i=1 i=n i=l S5d "Éd (i) X Vi) p = 8 Ép(i) Xvi) ôh = (8h(i) Xvi) Les hydrocarbures pétroliers utilisés couramment pour diluer les bruts lourds ont des paramètres de Hansen dont la composante polaire est faible, typiquement inférieure à 10 0,8 (MPa)u2. Par exemple, pour le carburant ASTM 'B': :p est égal à 0,4 (MPa)u2 (Allan F.M. Barton, Handbook of Solubility Parameters and Other Cohesion Parameters, CRC Press, 1991. La présente invention propose d'augmenter le paramètre 8p du solvant pour améliorer son efficacité. Pour ce faire, un ou plusieurs additifs ayant un paramètre 8p 15 supérieur à 5 (MPa)1/2 sont incorporés au solvant hydrocarbure dans une proportion volumique comprise entre 1 et 50%, de préférence entre 5 et 50%. Ces additifs de forte polarité peuvent être choisis parmi les éthers, les cétones, les aldéhydes, les esters, les nitriles, ou les mélanges de plusieurs de ces produits, sous réserve que ces produits ou mélanges de produits soient suffisamment miscibles avec le solvant. Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois la limiter à ces modes de réalisation. Exemple 1 Un pétrole brut lourd vénézuélien de densité 8,5 degrés API, contenant 17% d'asphaltènes (ASTM D6560), a une viscosité de 380 Pa.s, à 20 C. Ce brut est dilué avec 15% en masse d'un naphta dont la composition est donnée dans le tableau 1. Tableau 1: Composition chimique du naphta Famille. ' % Poids n-paraffines 24,9 Isoparaffines 29,4 Naphtènes 30,9 Aromatiques 14,8 La viscosité du pétrole brut, mesurée à 20 C, est alors de 1,86 Pa.s. Exemple 2 On prépare un solvant composé de 90% en volume du naphta utilisé dans l'exemple 1 et de 10% en volume d'acétate d'éthyle dont la composante $p du paramètre de Hildebrand est égal à 5,3 (MPa)1/2. La composante polaire de ce solvant est égale à 0,9 (MPa)12. Le brut lourd de l'exemple 1 est dilu en utilisant 15% en masse de ce 0,9 (MPa) .Le brut lourd de l'exemple i est dilué en utilisant 15% en masse de ce solvant. La viscosité mesurée à 20 C est alors de 1,56 Pa.s. On observe dans ce cas une amélioration de l'efficacité de la dilution de 17%. Exemple 3 On prépare un solvant composé de 90% en volume du naphta utilisé dans l'exemple 5 1 et de 10% en volume de 2-butanone dont la composante 8p du paramètre de Hildebrand 1/212 est égal à 9,0 (MPa) . La composante polaire de ce solvant est égale à 1,26 (MPa) 2. Le brut lourd de l'exemple 1 est dilué en utilisant 15% en masse de ce solvant. La viscosité mesurée à 20 C est alors de 1,48 Pa.s. On observe dans ce cas une amélioration de l'efficacité de la dilution de 20%. Exemple 4 On ajoute au naphta utilisé dans l'exemple 1 10% en volume de butyronitrile dont la composante polaire 8p du paramètre de Hildebrand est égale à 12,5 (MPa)1/2 ce qui permet d'obtenir un solvant dont le 8p est égal à 1,61 (MPa)1/2. La viscosité du brut utilisé dans l'exemple 1 dilué avec 15% en masse de ce solvant et mesurée à 20 C est égale à 1,48 Pa.s 15 ce qui correspond à une amélioration de la dilution de 20%. Exemple 5 L'exemple 2 est répété en ajoutant cette fois 50% en volume d'acétate d'éthyle au naphta, ce qui permet d'obtenir un solvant dont le 8p est égal à 2,85 (MPa)1/2. La viscosité mesurée à 20 C du brut de l'exemple 1 dilué avec 15% en masse de ce solvant est égale à 20 1,14 Pa.s. Dans ce cas, l'efficacité de la dilution est améliorée de 39%. Exemple 6 L'exemple 3 est répété en ajoutant cette fois 50% en volume de 2-butanone au naphta, ce qui permet d'obtenir un solvant dont le 8p est égal à 4,7 (MPa)1"2. La viscosité mesurée à 20'C du brut de l'exemple 1 dilué avec 15% en masse de ce solvant est égale à 0,873 Pa.s. Dans ce cas, l'efficacité de la dilution est améliorée de 53%. Ainsi, il est clair qu'en modifiant un solvant de base en lui ajoutant un additif permettant d'augmenter le paramètre de Hildebrand, on optimise la fonction solvant, à quantité de solvant identique. La dilution du brut lourd peut se faire en fond de puits de production, en aval de la tête de puits en surface, ou dans une ligne de transport intermédiaire. REVENDICATIONS 1. Méthode d'optimisation du transport de bruts lourds, dans laquelle on effectue 5 l'adjonction audit brut d'au moins un solvant constitué par une coupe pétrolière, caractérisée en ce que l'on augmente la composante polaire Sp du paramètre de Hildebrand dudit solvant par l'ajout d'une quantité déterminée d'un additif spécifique. 2. Méthode selon la revendication 1, dans laquelle ledit additif a une composante polaire Èp du paramètre de Hildebrand supérieure à 5 (MPa)112. 3. Méthode selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle ledit additif est choisi parmi: les éthers, les cétones, les aldéhydes, les esters, les nitriles, ou leurs mélanges. 4. Méthode selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle l'augmentation de polarité est obtenue en ajoutant entre 1 et 50% en volume d'additif par rapport au 15 solvant. 5. Méthode selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle l'augmentation de polarité est obtenue en ajoutant entre 10 et 20% en volume d'additif par rapport au solvant.