Fractionation of Hydrocarbons Between Oil and Gas Phases Fractionnement des hydrocarbures entre les phases huile et gaz

Abstract

The investigation of hydrocarbon fractionation between oil and gas phases is of interest for several purposes in reservoir exploitation. In reservoir geochemistry, the evolution of light hydrocarbon fractions of oils may explain some migration phenomena. In gas injection projects, the preferred dissolution of some components in gas may alter the composition as well as the properties of the oil. Underground gas storage in depleted oil reservoirs may also be concerned by these problems. Results of several IFP studies are described here to illustrate and to quantify the phenomenon. Two of them, using real reservoir fluids, concern reservoir geochemistry, while the third, which is a swelling test, aimed to study gas injection, investigated a synthetic reservoir fluid with hydrocarbon components up to C30. Two pieces of equipment were used: a sapphire cell with a maximum pressure rating of 400 bar and a high pressure apparatus called Hercule with a maximum pressure of 1500 bar. For each fluid, the saturation pressure was measured. For various pressure levels below saturation, the coexisting liquid and gas phases were sampled at constant pressure, and subsequently analyzed by gas chromatography. In the gas injection study, sampling was repeated with different quantities of injection gas. Compared to a n-paraffin with the same number of carbon atoms, aromatic hydrocarbons appear to stay preferentially in the liquid phase, as do cycloalkanes to a lesser extent. The gaseous phase is slightly enriched in isoalkanes. These fractionation effects are less pronounced near the critical region. These phenomena have been modeled with a cubic equation of state combined with a group contribution mixing rule. L'étude du fractionnement des hydrocarbures légers entre les phases gazeuses et liquides intéresse plusieurs domaines dans le cadre de l'exploitation des gisements. En géochimie de réservoir l'évolution de la composition de la fraction légère peut expliquer certains phénomènes de migration. Lors de l'injection de gaz, la dissolution préférentielle de certains constituants dans le gaz peut modifier la composition et le comportement le l'huile en place. Le stockage souterrain de gaz dans des réservoirs contenant encore de l'huile peut également être concerné par ce problème. Des études ont été menées à l'IFP, dans le cadre de différents projets, de façon à mettre en évidence ce phénomène et à le quantifier. Deux d'entre elles, qui concernent la géochimie de réservoir, ont été menées sur des fluides réels. La troisième étude, qui est un test de gonflement, concerne l'injection de gaz, le fluide considéré est un mélange synthétique comprenant des hydrocarbures jusqu'à C30. Les équipements utilisés sont, d'une part, une cellule saphir ayant une pression maximale d'utilisation de 400 bar, et d'autre part un équipement appelé Hercule dont la pression maximale d'utilisation est de 1500 bar. Pour chacun des fluides étudiés, la pression de saturation a été mesurée. Pour plusieurs paliers, inférieurs à la pression de saturation, les phases liquides et gazeuses à l'équilibre ont été prélevées à pression constante et analysées. Dans le cas de l'injection de gaz, les compositions à l'équilibre ont été déterminées pour des mélanges contenant des quantités variables de gaz. Par rapport aux n-alcanes de même nombre d'atomes de carbone, les hydrocarbures aromatiques restent préférentiellement dans la phase liquide, de même que les cycloalcanes pour lesquels ce phénomène est moins net toutefois. Par contre, la phase gazeuse s'enrichit légèrement en isoalcanes. Ces phénomènes de fractionnement sont moins marqués au voisinage de la région critique. Ils ont été modélisés au moyen d'une équation d'état cubique assortie d'une règle de mélange par contribution de groupes.