Wetting Alteration of Solid Surfaces by Crude Oils and Their Asphaltenes Modification de la mouillabilité des surfaces solides par les pétroles bruts et leurs asphaltènes

Abstract

Crude oils contain a variety of components - including asphaltenes - that can adsorb onto mineral surfaces and alter wetting. What distinguishes the asphaltenes from other constituents of an oil is their tendency to aggregate and even separate from the oil in response to changes in oil solvency. Because they change in size, asphaltenes can be viewed as both macromolecules and colloids. Their influence on wettability can change with this shift from molecular to colloidal regimes. As macromolecules, asphaltenes and other crude oil components with polar functionality can adsorb on mineral surfaces. Many different crude oils have been shown to have similar effects on wetting of dry silicate surfaces. When water is present, however, the results of exposing surfaces to different oils can be quite complex, depending on the distribution of water, the compositions of oil and brine, and mineralogy of rock surfaces. Acid and base numbers and the relationship between them provide a measure of the potential for a particular oil to alter wetting through ionic interactions. As colloids, asphaltenes can alter wetting by an additional mechanism. Near the onset of precipitation, wetting alteration occurs by surface precipitation because of the interfacial aggregation of the colloidal asphaltenes, which can precede flocculation in bulk. The influence of asphaltenes on wetting is thus strongly dependent on the environment in which they are found. Mixture refractive index is a useful measure for quantifying the stability of asphaltenes in a crude oil and thus in differentiating between macromolecular and colloidal contributions of asphaltenes to wetting alteration. Les pétroles bruts contiennent de nombreux constituants - dont les asphaltènes - qui peuvent être adsorbés sur les surfaces minérales et modifier leurs caractéristiques de mouillage. Ce qui distingue les asphaltènes des autres constituants de l'huile est leur tendance à s'agréger et même à se séparer du pétrole en réaction à des modifications du pouvoir solvant du pétrole. Du fait qu'ils changent de taille, les asphaltènes peuvent être considérés soit comme des macromolécules, soit comme des colloïdes. Leur influence sur la mouillabilité peut varier selon que le régime est plutôt moléculaire ou plutôt colloïdal. En tant que macromolécules, les asphaltènes et les autres constituants du pétrole possédant des fonctions polaires peuvent s'adsorber sur les surfaces minérales. Il est établi que de nombreux pétroles différents modifient la mouillabilité de surfaces silicatées sèches de façon similaire. En présence d'eau, toutefois, les résultats de l'exposition de surfaces à différentes huiles peuvent être fort complexes, en fonction de la distribution de l'eau, des compositions de l'huile et de l'eau, et de la minéralogie des surfaces. Les indices d'acidité et de basicité, ainsi que les relations entre ces deux paramètres procurent une mesure de la faculté d'une huile donnée à modifier la mouillabilité par des mécanismes ioniques. En tant que colloïdes, les asphaltènes peuvent modifier la mouillabilité par un mécanisme supplémentaire. Au voisinage du seuil de précipitation, le changement de mouillabilité intervient par précipitation superficielle à cause de l'agrégation des asphaltènes colloïdaux à l'interface, qui peut précéder la floculation d'ensemble. L'influence des asphaltènes sur la mouillabilité dépend donc fortement de l'environnement dans lequel ils se trouvent. L'indice de réfraction du mélange est une mesure utile pour quantifier la stabilité des asphaltènes dans un pétrole brut et donc, aussi, pour séparer les contributions moléculaire et colloïdale dans les changements de mouillabilité induits par les asphaltènes.