Reducción de la deposición de asfaltenos mediante ultrasonidos de potencia
La precipitación de asfaltenos provoca numerosos problemas en la producción de petróleo al reducir la permeabilidad, modificar la humectabilidad de la roca del yacimiento, obstruir el pozo y generar una caída de presión significativa alrededor del pozo productor. La desaglomeración y dispersión ultrasónicas de asfaltenos previenen y corrigen la formación de flóculos de asfaltenos y su deposición.
El problema: los asfaltenos en el petróleo crudo
El asfalteno es un sólido presente en el petróleo crudo que se considera problemático porque causa graves dificultades durante la producción y el transporte del crudo desde el pozo de perforación. Los asfaltenos constituyen una clase de moléculas muy compleja y presentan distintas estructuras moleculares – un factor que contribuye al problema, ya que las diferentes formas de asfalteno causan problemas de distinta gravedad. La gran diversidad de estructuras del asfalteno también dificulta su clasificación dentro de una familia específica. Por ello, el asfalteno suele clasificarse como una clase definida por su solubilidad, ya que se caracteriza por ser insoluble en n-alcanos.
Entre los problemas típicos causados por los asfaltenos en el petróleo crudo se encuentran, por ejemplo, las floculaciones densas y los depósitos en el yacimiento, los pozos y las tuberías de transporte, que posteriormente provocan complicaciones operativas y de producción y aumentan los costes de procesamiento.
Agregación y floculación de asfaltenos representadas en el modelo de Yen.
Cortesía de O. Mullins, Schlumberger.
El procesador ultrasónico UIP16000 es un homogeneizador de alto rendimiento para el tratamiento del petróleo crudo
La solución: reducción ultrasónica de los precipitados de asfaltenos
Las partículas de asfaltenos precipitadas y floculadas pueden tratarse de forma fiable mediante sonicación de potencia. La sonicación de alto rendimiento fragmenta los precipitados y flóculos de asfaltenos hasta obtener un tamaño de partícula pequeño. De este modo, el asfalteno vuelve a disociarse en partículas muy pequeñas que no causan obstrucciones ni interfieren con el procesamiento del crudo. Los dispersores ultrasónicos homogeneizan las partículas en el petróleo crudo. A menudo se añade un estabilizante químico para obtener estabilidad a largo plazo. Esto significa que la sonicación puede reducir la floculación de asfaltenos en macroestructuras, lo que evita la deposición de asfaltenos sobre las superficies, la obstrucción de los poros del yacimiento y del pozo, y las acumulaciones en las tuberías.
Final de la inyección de salmuera bajo ondas ultrasónicas en distintos puntos del micromodelo.
Estudio y derechos de autor: Deshibi et al.2018 (CC BY-NC-ND 4.0)
- Reducción del tamaño de las partículas de asfaltenos
- Disgregación de los aglomerados de asfaltenos
- Inhibición de la floculación
- Reducción de la viscosidad del crudo
Instalación ultrasónica de 3x UIP1000hdT para el procesamiento del petróleo crudo
La investigación demuestra la eficacia de la reducción ultrasónica de asfaltenos
Dehshibi et al. (2018) estudiaron los efectos de la sonicación de baja frecuencia y alta potencia (30 kHz) sobre la precipitación / floculación y la deposición de asfaltenos con control de temperatura. La sonicación redujo la deposición de asfaltenos. Las ondas ultrasónicas y la cavitación acústica generada aumentaron la producción de petróleo mediante un mecanismo de formación de capas de petróleo. El tratamiento por sonicación no solo permitió disgregar los aglomerados de asfaltenos, sino también revertir la deposición de asfaltenos.
Además, la aplicación de sonicación pudo evitar la obstrucción de las gargantas de poro y los poros por grandes aglomerados de asfaltenos. De este modo, se evitó una caída de presión debida a la deposición de asfaltenos y se mejoró el flujo de fluido en los poros y las gargantas de poro. Mediante el análisis de imágenes se constató que, como resultado de la aplicación de ultrasonidos de potencia, aproximadamente el 80% de los asfaltenos precipitados no se depositó. «En otras palabras, la deposición de asfaltenos se redujo en un 80% y, en consecuencia, la probabilidad de obstrucción de los microcanales disminuye gracias al uso de ultrasonidos». (Dehshibi et al., 2018)
Los resultados del estudio del grupo de investigación de Deshibi demostraron que la vibración ultrasónica y la vibración producida por la cavitación pueden desprender de las superficies los agregados de asfaltenos de mayor tamaño y desplazarlos hacia el seno del flujo. Además, el procesamiento ultrasónico redujo la cantidad de asfaltenos agregados (véase la figura siguiente). Según el análisis de imágenes, aproximadamente el 70% de los asfaltenos precipitados no se depositará al someter el sistema a sonicación.
Final de la inyección de salmuera (solución de cloruro de magnesio) bajo irradiación con ondas ultrasónicas: (a) la reversibilidad de la deposición de asfaltenos (b) la eliminación de asfaltenos.
Estudio y derechos de autor: Deshibi et al. 2018 (CC BY-NC-ND 4.0)
Sonicadores de alto rendimiento
Hielscher Ultrasonics se especializa en el desarrollo, la creación de prototipos, la fabricación y la distribución de procesadores ultrasónicos de alto rendimiento para aplicaciones exigentes. Gracias a su excepcional rendimiento, resistencia, robustez y fiabilidad, los sistemas ultrasónicos de Hielscher están instalados en aplicaciones petroquímicas en todo el mundo. Entre las aplicaciones típicas se incluyen la desulfuración oxidativa asistida por ultrasonidos, la emulsificación del petróleo crudo, la desaglomeración de asfaltenos, la dispersión de agentes captadores y la reducción de la viscosidad de petróleos pesados. Los procesadores ultrasónicos industriales de Hielscher Ultrasonics pueden proporcionar amplitudes muy elevadas, necesarias para aplicaciones exigentes. Pueden funcionar fácilmente con amplitudes de hasta 200 µm de forma continua en régimen de 24/7. Para amplitudes aún mayores, se dispone de sonotrodos ultrasónicos personalizados. Los sistemas industriales de Hielscher procesan fácilmente fluidos de viscosidad muy elevada y requieren poco mantenimiento.
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La siguiente tabla ofrece una orientación sobre la capacidad aproximada de procesamiento de nuestros sonicadores:
| Volumen del lote | Caudal | Equipos recomendados |
|---|---|---|
| 1 a 500 mL | 10 a 200 mL/min | UP100H |
| 10 a 2000 mL | 20 a 400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 a 20 L | 0,2 a 4 L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100 L | 2 a 10 L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 a 100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | mayor | conjunto de UIP16000 |
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Bibliografía / Referencias
- Reza Rezaei Dehshibi, Ali Mohebbi, Masoud Riazi, Mehrdad Niakousari (2018): Experimental investigation on the effect of ultrasonic waves on reducing asphaltene deposition and improving oil recovery under temperature control. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 45, 2018. 204-212.
- Amani, Mahmood, Retnanto, Albertus, AlJuhani, Salem, Al-Jubouri, Mohammed, Shehada, Salem, Rommel Yrac (2015): Investigating the Role of Ultrasonic Wave Technology as an Asphaltene Flocculation Inhibitor, an Experimental Study. International Petroleum Technology Conference, Doha, Qatar, December 2015.
- Khosrow Naderi, Tayfun Babadagli (2010): Influence of intensity and frequency of ultrasonic waves on capillary interaction and oil recovery from different rock types. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 17, Issue 3, 2010. 500-508.
- Goual Lamia (2012): Petroleum asphaltenes. In: Crude Oil Emulsions – Composition Stability and Characterization. InTechOpen 2012.
- Salehzadeh, M., Akherati, A., Ameli, F. and Dabir, B. (2016): Experimental study of ultrasonic radiation on growth kinetic of asphaltene aggregation and deposition. Canadian Journal of Chemical Engineering 94(11). 2202-2209.
Información de interés
Asfaltenos
Los asfaltenos están compuestos principalmente por carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y azufre, así como por cantidades traza de vanadio y níquel. La relación C:H es aproximadamente de 1:1,2, pero varía en función del origen del asfalteno. El asfalteno se define como «el componente más pesado de los fluidos petrolíferos que es insoluble en n-alcanos ligeros, como el n-pentano o el n-heptano, pero soluble en compuestos aromáticos, como el tolueno» (Goual 2012)
El asfalteno puede identificarse y clasificarse mediante las siguientes características:
- Sólido: el asfalteno es una fase sólida que se encuentra homogeneizada en el petróleo crudo en las condiciones del yacimiento.
- Insoluble en n-alcanos: el asfalteno se clasifica como una clase definida por su solubilidad, ya que presenta diversas estructuras y, por tanto, resulta extremadamente difícil establecer una estructura generalizada. Por ello, se define como el componente de mayor peso molecular del petróleo crudo que es insoluble en n-alcanos ligeros, como el n-pentano o el n-heptano, y soluble en compuestos aromáticos, como el tolueno o el xileno.
- Muy polar: el asfalteno es uno de los pocos componentes del petróleo crudo que son muy polares, a diferencia del petróleo crudo en su conjunto, que se considera apolar.
- Heteroátomos: el asfalteno está asociado a heteroátomos, presentes principalmente como nitrógeno, oxígeno y azufre.
Hielscher Ultrasonics suministra homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento desde la escala de laboratorio hasta la escala industrial .