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Home > Scientific teams > Physics of irregular systems > Caractérisation multi-échelles par RMN.

Dynamique des asphaltènes

by Hervé Henry - published on

Le rôle et l’importance de l’asphaltène dans les propriétés hydrodynamiques des pétroles bruts extraits des gisements est crucial pour le raffinement de ce pétrole et intéresse au plus haut point les compagnies pétrolières (Total, Schlumberger). L’intérêt de notre recherche est donc de caractériser les paramètres dynamiques de diffusion des composées aliphatiques et aromatiques à proximité de la surface des nanoagrégats de molécules d’asphaltène et de la surface des pores pour du pétrole brut confiné. En effet, la présence d’asphaltènes dans les pétroles bruts pose de sérieux problèmes lors du raffinement. Sa caractérisation présente un intérêt majeur pour l’industrie du pétrole. Nous avons réalisé des mesures par RMN liquide Haut champ et relaxation NMRD à plusieurs dimensions (RMN 1H, 13C, HSQC, DOSY, T1, T2, T1-T2 et D-T2) pour différentes concentrations d’asphaltènes afin de mesurer la dynamique et les interactions des hydrocarbures et des agrégats d’asphaltène (publication soumise à Energy & Fuels2 ). L’analyse des résultats expérimentaux a permis de mettre en évidence deux espèces moléculaires caractérisées par des coefficients de diffusions attribuées aux chaines aliphatiques des molécules d’asphaltènes. Enfin, les mesures des vitesses de relaxations obtenues par relaxométrie NMRD ont confirmés les hypothèses d’une modélisation de la dynamique des chaines d’hydrocarbones autour des nano-agrégats d’asphaltènes.

(a) Measured proton spin−lattice relaxation rates constants 1/T1 as a function of the proton Larmor frequency for an oil/water/air shale. The continuous (water) and dashed (oil) lines are the best fits obtained with our relaxation theory1. (b) Two-dimensional T1−T2 spin correlation maps made at 2.5 MHz of oil/water/air shale as-received. A color code index is given for estimating the relative intensities of the different peaks.

Nous proposons des techniques non invasives de RMN à plusieurs fréquences (relaxomètre) (Fig. 1a) et à deux dimensions (corrélations T1-T2) (Fig. 1b) pour quantifier in situ les hydrocarbures et l’eau confinées dans des schistes nano-poreux fournis par Total EP. Cette quantification a été rendue possible grâce aux propriétés dynamiques très différentes de ces deux fluides pétroliers au voisinage des surfaces des nano-pores organiques (kérogène) et minérales de ces roches. Plusieurs articles sont parus et un brevet européen a été déposé sur ce sujet. Il est essentiel de sonder in situ la dynamique et la mouillabilité de l’huile, de l’eau et du gaz piégé dans des microstructures complexes de roches de schiste bitumineux. Cependant, il n’est pas aisé de séparer ces fluides dans les roches de schiste. À cette fin, nous avons mis en œuvre des techniques multifréquences pour sonder ces dynamiques (FFC) (Fig. 1a) et multidimensionnel relaxation magnétique nucléaire (2-D T1-T2) (Fig.1b). Les comportements de dispersion de fréquence des vitesses de relaxation longitudinale 1 / T1 pour l’huile et de l’eau confinée dans les schistes microporeuses ont été interprétées à travers un modèle de relaxation. Nous avons attribué les différents signaux à l’eau et de l’huile sur les deux surfaces de pores organiques et minéraux pour caractériser leur mouillabilité locale.