Reduzierte Asphaltenablagerung mit Leistungsultraschall

Die Ausfällung von Asphaltenen verursacht zahlreiche Probleme bei der Ölförderung, da sie die Durchlässigkeit verringert, die Benetzbarkeit des Gesteins der Lagerstätte verändert, das Bohrloch verstopft und einen erheblichen Druckabfall um das Förderloch herum verursacht. Die Ultraschall-Asphaltendeagglomeration und -dispergierung verhindert und behebt die Bildung von Asphaltenflocken und deren Ablagerung.

Das Problem: Asphaltene im Rohöl

Asphaltene sind Feststoffe im Rohöl, die als problematisch gelten, da sie bei der Förderung und dem Transport des Rohöls aus dem Bohrloch erhebliche Probleme verursachen. Asphaltene sind eine sehr komplexe Klasse von Molekülen und kommen in verschiedenen Molekularstrukturen vor – ein Faktor, der zu dem Problem beiträgt, da verschiedene Formen von Asphaltene Probleme mit unterschiedlichem Schweregrad verursachen. Die vielen verschiedenen Strukturen von Asphalten machen es auch schwer, es in eine bestimmte Familie zu verallgemeinern. Daher wird Asphalten im Allgemeinen als Löslichkeitsklasse eingestuft, da es sich durch seine Unlöslichkeit in n-Alkanen auszeichnet.
Typische Probleme, die durch Asphaltene im Rohöl verursacht werden, sind z. B. dichte Ausflockungen und Ablagerungen in der Lagerstätte, in Bohrlöchern und Transportleitungen, was in der Folge zu Betriebs- und Produktionskomplikationen und erhöhten Verarbeitungskosten führt.

Asphaltene Aggregation und Ausflockung, dargestellt im Yen-Modell.
Mit freundlicher Genehmigung von O. Mullins, Schlumberger.

Die Lösung: Ultraschallreduktion von Asphaltenausfällungen

Ausgefällte und ausgeflockte Asphaltenpartikel können durch Leistungsultraschall zuverlässig saniert werden. Hochleistungs-Ultraschall bricht ausgefällte und ausgeflockte Asphaltene bis auf eine kleine Partikelgröße auf. Dadurch wird das Asphalten wieder in sehr kleine Partikel aufgespalten, die nicht verstopfen oder die Rohölverarbeitung stören. Ultraschalldispergierer homogenisieren die Partikel im Rohöl. Häufig wird ein chemischer Stabilisator hinzugefügt, um eine langfristige Stabilität zu erreichen. Das bedeutet, dass die Ultraschallbehandlung die Ausflockung von makrostrukturellem Asphalten reduzieren kann, was die Ablagerung von Asphalten auf Oberflächen, die Verstopfung von Poren in der Lagerstätte, die Verstopfung von Bohrlöchern und Ablagerungen in Pipelines verhindert.

Ende der Soleflutung unter Ultraschallwellen an verschiedenen Stellen des Mikromodells.
Studie und Urheberrecht: Deshibi et al.2018 (CC BY-NC-ND 4.0)

Forschung beweist Wirksamkeit der Asphaltenreduzierung mit Ultraschall

Dehshibi et al. (2018) untersuchten die Auswirkungen von niederfrequentem Hochleistungs-Ultraschall (30 kHz) auf die Ausfällung/Flockung und Ablagerung von Asphalten unter Temperaturkontrolle. Die Ultraschallbehandlung reduzierte die Asphaltenablagerung. Die Ultraschallwellen und die erzeugte akustische Kavitation bewirkten eine Steigerung der Ölproduktion durch einen Ölschichtungsmechanismus. Durch die Ultraschallbehandlung war es nicht nur möglich, Asphalten-Agglomerate aufzubrechen, sondern sogar die Asphaltenablagerung umzukehren.
Außerdem konnte durch die Anwendung von Ultraschall die Verstopfung von Kehlen und Poren durch große Asphalten-Agglomerate verhindert werden. Dadurch wurde ein Druckabfall aufgrund von Asphaltenablagerungen vermieden und der Flüssigkeitsstrom in den Poren und Kehlen verbessert. Mit Hilfe der Bildanalyse wurde festgestellt, dass sich durch die Anwendung von Hochleistungsultraschall etwa 80 % des ausgefällten Asphaltens nicht ablagerten. "Mit anderen Worten: 80 % der Asphaltenablagerungen wurden reduziert und folglich wurde die Wahrscheinlichkeit einer Verstopfung der Mikrokanäle durch den Einsatz von Ultraschall verringert." (Dehshibi et al., 2018)
Die Ergebnisse der Studie der Forschungsgruppe von Deshibi zeigten, dass Ultraschall- und Kavitationsschwingungen größere Asphalten-Aggregate von den Oberflächen entfernen und in den Hauptteil der Strömung verschieben können. Darüber hinaus verringerte die Ultraschallbehandlung die Menge des aggregierten Asphaltens (siehe Abbildung unten). Aus der Bildanalyse geht hervor, dass etwa 70 % des ausgefällten Asphaltens durch die Beschallung des Systems nicht abgelagert werden.

Ende der Flutung mit Sole (Magnesiumchloridlösung) unter Einwirkung von Ultraschallwellen: (a) die Reversibilität der Asphaltenablagerung (b) die Asphaltenentfernung.
Studie und Urheberrecht: Deshibi et al. 2018 (CC BY-NC-ND 4.0)

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