Reduzierte Asphaltenablagerung mit Leistungsultraschall

Asphaltenausfällungen lösen zahlreiche Probleme bei der Ölförderung aus, indem sie die Permeabilität verringern, die Benetzbarkeit des Lagerstättengesteins verändern, Bohrungen verstopfen sowie einen erheblichen Druckabfall um die Förderbohrung herum erzeugen. 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 störend empfunden werden, da sie bei der Förderung und dem Transport des Rohöls aus dem Bohrloch große Probleme verursachen. Asphaltene sind eine sehr komplexe Klasse von Molekülen und kommen in unterschiedlichen Molekülstrukturen vor – ein Faktor, der zu dem Problem beiträgt, da verschiedene Formen von Asphaltene Probleme mit unterschiedlichem Schweregrad verursachen. Die vielen verschiedenen Strukturen von Asphaltene machen es auch schwer, es in eine bestimmte Familie zu verallgemeinern. Daher wird Asphaltene im Allgemeinen als Löslichkeitsklasse eingestuft, da es als unlöslich in n-Alkanen charakterisiert wird.
Typische Probleme, die durch Asphaltene im Rohöl verursacht werden, sind z.B. dichte Ausflockungen und Ablagerungen im Reservoir, in Bohrlöchern und Transportpipelines, was in der Folge zu Betriebs- und Produktionskomplikationen und erhöhten Verarbeitungskosten führt.

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

Die Lösung: Ultraschall-Reduktion von Asphalten-Ausfällungen

Ausgefällte und geflockte Asphaltenpartikel können durch Leistungsultraschall zuverlässig saniert werden. Hochleistungs-Ultraschall bricht ausgefällte und ausgeflockte Asphaltene bis auf eine kleine Partikelgröße auf. Dadurch wird das Asphaltene wieder in sehr kleine Partikel dissoziiert, die nicht verstopfen oder die Rohölverarbeitung stören. Ultraschalldispergierer homogenisieren die Partikel im Rohöl. Oft wird ein chemischer Stabilisator hinzugefügt, um eine Langzeitstabilität 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 im Reservoir, die Verstopfung von Bohrlöchern und Ablagerungen in Pipelines verhindert.

Ende der Soleflutung unter Ultraschallwellen in verschiedenen Stellen des Mikromodells.
Studie und Copyright: 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 niederfrequenter Hochleistungs-Ultraschallbehandlung (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 Erhöhung der Ölproduktion durch den Ölschichtungsmechanismus. Durch die Beschallung war es nicht nur möglich, Asphalten-Agglomerate aufzubrechen, sondern sogar die Asphalten-Ablagerung umzukehren.
Außerdem konnte durch die Anwendung von Ultraschall die Verstopfung von Kehlen und Poren mit großem agglomeriertem Asphalten verhindert werden. Dadurch wurde ein Druckabfall aufgrund von Asphaltenablagerungen vermieden und der Flüssigkeitsstrom in den Poren und Kehlen verbessert. Mittels Bildanalyse wurde festgestellt, dass sich durch die Anwendung von Leistungsultraschall 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 die Anwendung von Ultraschall verringert." (Dehshibi et al., 2018)
Die Ergebnisse der Studie der Forschungsgruppe von Deshibi zeigten, dass Ultraschallschwingungen und Kavitationsschwingungen größere Asphalten-Aggregate von den Oberflächen entfernen und in den Hauptteil der Strömung verschieben können. Außerdem reduzierte die Ultraschallbearbeitung die Menge des aggregierten Asphaltens (siehe Abbildung unten). Basierend auf der Bildanalyse werden etwa 70 % des ausgefällten Asphaltens durch die Beschallung des Systems nicht abgelagert.

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

Hochleistungs-Ultraschallhomogenisatoren

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