Study of the adsorption conditions of surfactants on surfaces mimicking rock reservoirs. Applied to EOR
Étude des conditions d’adsorption des tensioactifs sur des surfaces représentatives des roches réservoirs. Application à l’EOR chimique
Résumé
Chemical flooding, which is one method used in Enhanced Oil Recovery (EOR), consists in injecting a surfactant formulation in order to mobilize oil trapped in the reservoir rock. Anionic surfactants such as sulfonate surfactants are generally used as they provide the best performances in terms of oil recovery. However, surfactants loss due to adsorption onto reservoir rock surface has a significant negative economic impact for EOR processes. The aim of this study is to characterize the anionic surfactant layer adsorbed on silica at room temperature. As model surfactant, we used AOT (sodium bis(2-ethylhexyl)sulfosuccinate)) in brine 1.5wt% NaCl. Silica has been chosen to mimic the reservoir rock. AOT aggregates in brine solution have been characterized at different length scales by cryo-TEM and the combination of three scattering techniques (SAXS, MALS, DLS). Results show a polydisperse vesicle size distribution mainly composed of small vesicles (14 nm diameter). The characterization of the adsorbed layer has been done by means of a Quartz Crystal Microbalance with Dissipation Monitoring (QCM-D) and neutron reflectivity. QCM-D follows temporal variations of the resonant frequency (Δf) of a quartz crystal and its dissipation. Results show large frequency and dissipation shifts. We assumed the formation of a thin inhomogeneous layer mainly composed of surfactant vesicles with QCM-D. Neutron reflectivity experiments allowed the determination of the thickness, structure and composition of the adsorbed layer. Combining both techniques gave evidence of vesicle adsorption even during unfavorable conditions.
L’injection chimique, qui est une des techniques utilisée dans la récupération assistée du pétrole (EOR), consiste à injecter dans le puits une formulation contenant des tensioactifs afin d’améliorer la mobilité de l’huile piégée dans le réservoir. Dans cette méthode, les tensioactifs anioniques sont utilisés du fait de leurs propriétés physico-chimiques intéressantes. Cependant, la perte de tensioactifs en raison de leur adsorption sur les roches réservoirs a un impact considérable sur la viabilité économique du procédé. L’objectif de ce travail est d’étudier l’adsorption de l’AOT (bis(diéthyl-2,hexyl)sulfosuccinate de sodium) dans une saumure composée de 15 g/L de NaCl sur la silice, modélisant le réservoir, à température ambiante. La caractérisation de la structure des agrégats d’AOT à différentes échelles moléculaires a été réalisée par cryo-MET et par la combinaison de trois techniques d’interactions rayonnement-matière (MALS, SAXS et DLS). Les résultats ont démontré la présence de vésicules polydisperses en solution. Les solutions sont composées majoritairement de vésicules de 14 nm de diamètre. La caractérisation de la couche adsorbée formée sur la silice a été effectuée avec la microbalance à cristal de quartz (QCM-D) ainsi que la réflectivité de neutrons. Nous avons supposé la formation d’une couche fine inhomogène composée principalement de vésicules avec la QCM-D. Les expériences de réflectivité de neutrons ont confirmé cette hypothèse par la détermination de l’épaisseur, de la structure ainsi que de la composition de la couche adsorbée. La combinaison de ces deux techniques a mis en évidence que l’adsorption de vésicules sur la surface était possible.
Mots clés
Domaines
Chimie-Physique [physics.chem-ph]
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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