La dynamique des hydrocarbures

Discussion générale sur les comportements anormaux des spectres RMN de corrélation D-T2 des huiles brutes avec asphaltènes en situation de volume et de confinement dans des grès poreux

At last the secret is out, as it always must come in the end, The delicious story is ripe to tell to the intimate friend; Over the tea-cups and in the square the tongue has its desire; Still waters run deep, my dear, there’s never smoke without fire. Nous avons proposé des techniques RMN multi-échelles originales à une et deux dimensions pour sonder quantitativement les différentes saturations et dynamiques d’un mélange composé de saumure/huile brute/filtrat de boue confiné dans un grès pétrolier. Ces différentes techniques RMN sont toutes non invasives et peuvent être utilisées potentiellement dans les puits. Nous avons décrit, en détail dans les chapitres précédents, ces différentes techniques RMN utilisées dans l’industrie pétrolière pour caractériser ces fluides pétroliers et les grès utilisés. Nous avons vu que dans certains cas, des mesures de relaxation magnétique transverse (T2) à une dimension ainsi que des mesures de gradient de champ pulsé (PFG) sont suffisantes pour discriminer les différents fluides pétroliers dans un mélange. Mais dans la plupart des cas, seules des mesures de RMN à deux dimensions (D-T2) corrélant les distributions de coefficients de diffusion D et de temps de relaxation transverses T2 permettent de séparer ces fluides même dans le cas de saturation triphasique. Nous avons utilisé des séquences originales pour acquérir ces mesures de RMN à deux dimensions.

En particulier, nous avons utilisé une séquence permettant de limiter les problèmes de courant de Foucault et d’inhomogénéité de champ dans les mesures de diffusion par gradient de champ pulsé. Ces spectres de corrélation (D-T2) permettent ainsi de sonder la dynamique des molécules d’hydrocarbures sur plusieurs ordres de grandeur du nanomètre au micromètre. Ceci nous a permis de vérifier l’homogénéité de ces fluides pétroliers complexes par l’intermédiaire de l’invariance d’échelle de la loi de Stokes-Einstein. Il y a néanmoins toujours des difficultés pour caractériser les saturations individuelles des différentes espèces d’un mélange pétrolier dans les expériences d’imbibition-drainage.

Nous avons vu que pour que cette séparation soit possible, il fallait des propriétés physico-chimiques spécifiques aux interfaces solide-liquide qui permettent de séparer ces fluides. C’est le cas de la mouillabilité qui est un paramètre essentiel mais difficile à mesurer in situ. C’est aussi le cas de la distribution très large des longueurs de chaînes des hydrocarbures qui reste un problème très important venant compliquer l’interprétation de ces expériences de RMN. Nous avons pu prouver que la dynamique des hydrocarbures était directement corréler à ces longueurs de ces chaînes en comparant les distributions bi-lognormales obtenues par GC et GPC ainsi que les distributions RMN des temps de relaxation transverse T2 et longitudinal T1 d’huiles brutes. Nous avons aussi montré qu’il fallait des viscosités des fluides nettement différentes pour avoir une chance de séparer les caractéristiques principales des spectres de corrélation (D-T2) d’un mélange de fluides pétroliers. Il faut disposer également d’un bon algorithme et d’un programme d’inversion Laplace efficace et rapide pour obtenir ce spectre de corrélation à partir des data collectés. Nous avons mis au point ce programme pour inverser aussi bien des expériences de RMN à une et deux dimensions en un temps raisonnable. Cependant, il est nécessaire d’avoir un signal sur bruit important pour éviter les artefacts. Nous avons montré qu’il fallait accumuler les datas pendant des temps suffisamment longs pour obtenir un signal sur bruit (>150) acceptable. Enfin, une difficulté supplémentaire a été rencontrée venant de la composition même de l’huile brute que nous avons utilisée. Celle-ci contenait une proportion importante d’asphaltènes (9%) qui a compliqué toute l’interprétation de nos mesures. Nous avons pu surmonter cette difficulté et nous avons pu de cette manière comprendre le rôle de l’asphaltènes dans les propriétés de dynamique des hydrocarbures.