B41oa oil and Gas Processing Section a flow Assurance Heriot-Watt University

4.3 Asphaltene Modelling 
The behaviour of asphaltene phases has been modelled using different 
thermodynamic and molecular concepts. Initial successful models described 
the asphaltene phase by an activity model. The most popular ones use 
polymer solutions theories (
Hirschberg et. al., 1984). 
Colloidal models (
Kawanaka et. al., 1988)
consider asphaltenes as particles in 
suspension due to the peptising action of the resins and treat precipitation as 
an irreversible process. In such models adsorbed resin molecules stabilise 
asphaltene particles in solution and the flocculation threshold corresponds to a 
condition where only a monolayer of resins remains around the asphaltene 
particle. Further addition of precipitating agent breaks this layer resulting in 
asphaltene flocculation and precipitation. 
Thermodynamic micellisation models (
Wu et. al., 2000) 
assume that micelles 
of asphaltene and resin molecules are soluble in oil and asphaltenes 
precipitate when the concentration of asphaltene monomers exceeds the value 
that micelles can be formed. The precipitation is assumed to be reversible.
A practical approach, which is similar to the common method of vapour-liquid 
phase behaviour modelling, is based on treating the asphaltene phase as a 
homogeneous liquid phase and using an equation of state to calculate the 
fugacity of components in that phase (v
an Ness and van Westen, 1951). 
The same equation of state can also be used to calculate the fugacity of 
components in the oil phase. The onset of asphaltene flocculation (asphaltene 
point) and the amount of precipitated asphaltenes are determined by flash 
calculations, searching for a condition of uniformity of component fugacity in all 
phases. The method can be used to find the equilibrium conditions with many 
phases present, such as gas-oil-asphaltene-wax. 
An important element of asphaltene modelling is the description of 
components in the asphaltene phase. The simplest approach is to treat 
asphaltenes as a single pseudo-component with fixed properties. 
This simple description of asphaltenes can lead to models with reasonable 
predictive capabilities for determining the onset of asphaltene formation. 
However, such models generally fail to predict the amount of precipitated 
asphaltenes, particularly when the oil composition changes due to gas 
(solvent) injection. 

---

TOPIC 4: Asphaltenes 
 
 
 
11 
©H
ERIOT
-W
ATT
U
NIVERSITY B41OA December 2018 v3 
Because detailed description of heavy oil fraction samples is generally not 
available, the most practical approach is to describe the components that form 
asphaltenes by a continuous function. The information on fractions of paraffin-
naphthane-aromatic (PNA) in the heavy end is generally required to develop 
such a distribution function. 
In the absence of measured data correlations based on some property of the 
heavy end, such as that using the refractive index, density and molecular 
weight (v
an Ness K. and van Westen,1951), 
may be used to estimate the 
fraction of each class of compounds. 
Several distribution functions have been proposed to describe asphaltenes. 
They are mostly a continuous function of molecular weight 
M
. It should be 
noted that the continuous distribution is valid at all the values of 
M
, within the 
identified range of the heavy components. The mole fraction of single carbon 
number (SCN) group 
n
can be determined simply by integrating the 
distribution function between 
)
1
(
−