Deposición reducida de asfaltenos con ultrasonidos de potencia
La precipitación de asfaltenos provoca numerosos problemas en la producción de petróleo, como la reducción de la permeabilidad, el cambio de la capacidad de la roca del yacimiento, la obstrucción del pozo y la creación de una importante caída de presión alrededor del pozo de producción. La desaglomeración y dispersión ultrasónica de asfaltenos previene y remedia la formación de flóculos de asfaltenos y su deposición.
El problema: asfaltenos en el petróleo crudo
El asfalteno es un sólido presente en el petróleo crudo que se considera problemático, ya que causa graves problemas durante la producción y el transporte del crudo desde el pozo de perforación. Los asfaltenos son una clase muy compleja de moléculas y se presentan en diferentes estructuras moleculares – un factor que contribuye al problema, ya que las distintas formas de asfalteno causan problemas con diferentes grados de gravedad. Las numerosas estructuras diferentes del asfalteno también dificultan su generalización en una familia específica. Por ello, el asfalteno se clasifica generalmente como una clase de solubilidad, ya que se caracteriza por ser insoluble en n-alcanos.
Los problemas típicos causados por los asfaltenos en el petróleo crudo son, por ejemplo, floculaciones densas y depósitos en el yacimiento, las perforaciones y los oleoductos de transporte, lo que posteriormente provoca complicaciones operativas y de producción y un aumento de los costes de procesamiento.
Agregación y floculación de asfaltenos representados en el modelo de Yen.
Cortesía de O. Mullins, Schlumberger.
El procesador ultrasónico UIP16000 es un homogeneizador de alto rendimiento para el tratamiento de petróleo crudo
La solución: Reducción ultrasónica de los precipitados de asfalteno
Las partículas de asfalteno precipitadas y floculadas pueden remediarse de forma fiable mediante ultrasonidos potentes. La ultrasonicación de alta potencia rompe los asfaltenos precipitados y floculados hasta un tamaño de partícula pequeño. De este modo, el asfalteno se disocia de nuevo en partículas muy pequeñas, que no se atascan ni interfieren en el procesamiento del crudo. Los dispersores ultrasónicos homogeneizan las partículas en el crudo. A menudo se añade un estabilizador químico para obtener estabilidad a largo plazo. De este modo, la ultrasonicación puede reducir la floculación de asfaltenos macroestructurados, lo que evita la deposición de asfaltenos en las superficies, el taponamiento de poros en el yacimiento, el taponamiento de pozos y las acumulaciones en las tuberías.
Fin de la inundación de salmuera bajo ondas ultrasónicas en diferentes 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 asfalteno
- Descomposición de los aglomerados de asfalteno
- Inhibición de la floculación
- Reducción de la viscosidad del crudo
Instalación ultrasónica de 3x UIP1000hdT para el tratamiento del petróleo crudo
Una investigación demuestra la eficacia de la reducción ultrasónica de asfaltenos
Dehshibi et al. (2018) estudiaron los efectos de la ultrasonicación de baja frecuencia y alta potencia (30 kHz) en la precipitación / floculación y deposición de asfaltenos bajo control de temperatura. La ultrasonicación redujo la deposición de asfaltenos. Las ondas ultrasónicas y la cavitación acústica generada provocaron un aumento de la producción de aceite mediante el mecanismo de estratificación del aceite. Mediante el tratamiento de sonicación no sólo fue posible romper los aglomerados de asfalteno, sino incluso invertir la deposición de asfalteno.
Además, la aplicación de ultrasonidos podía evitar la obstrucción de gargantas y poros con asfalteno aglomerado de gran tamaño. De este modo, se evitaba una caída de presión debida a la deposición de asfalteno y se mejoraba el flujo de fluido en los poros y gargantas. Mediante el análisis de imágenes se comprobó que, como resultado de la aplicación de ultrasonidos de potencia, aproximadamente el 80% del asfalteno precipitado no se depositaba. "En otras palabras, el 80% de la deposición de asfalteno se redujo y, en consecuencia, la probabilidad de obstrucción de los microcanales se reduce debido al uso de ultrasonidos." (Dehshibi et al., 2018)
Las conclusiones del estudio del grupo de investigación de Deshibi demostraron que la vibración ultrasónica y la vibración de cavitación pueden eliminar los agregados de asfalteno de mayor tamaño de las superficies y desplazarlos al grueso del flujo. Además, el tratamiento ultrasónico redujo la cantidad de asfaltenos agregados (véase la figura siguiente). Según el análisis de imagen, alrededor del 70% de los asfaltenos precipitados no se depositan debido a la sujeción del sistema a la sonicación.
Fin de la inundación de salmuera (solución de cloruro de magnesio) bajo irradiación de ondas ultrasónicas: (a) reversibilidad de la deposición de asfaltenos (b) eliminación de asfaltenos.
Estudio y derechos de autor: Deshibi et al. 2018 (CC BY-NC-ND 4.0)
Ultrasonicadores de alto rendimiento
Hielscher Ultrasonics está especializada en el desarrollo, creación de prototipos, fabricación y distribución de procesadores ultrasónicos de alto rendimiento para aplicaciones pesadas. Gracias a su excepcional rendimiento, resistencia, robustez y fiabilidad, los sistemas de ultrasonidos de Hielscher se instalan en aplicaciones petroquímicas de todo el mundo. Entre las aplicaciones típicas se incluyen la desulfuración oxidativa asistida por ultrasonidos, la emulsificación de petróleo crudo, la desaglomeración de asfaltenos, la dispersión de secuestrantes y la reducción de la viscosidad de aceites pesados. Hielscher Ultrasonidos’ Los procesadores ultrasónicos industriales pueden suministrar amplitudes muy elevadas, necesarias para aplicaciones de trabajo pesado. Amplitudes de hasta 200 µm pueden funcionar sin problemas de forma continua las 24 horas del día, los 7 días de la semana. Para amplitudes aún mayores, se dispone de sonotrodos ultrasónicos personalizados. Los sistemas industriales de Hielscher manejan fácilmente viscosidades muy altas y sólo requieren un bajo mantenimiento.
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En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:
| Volumen del lote | Tasa de flujo | Dispositivos 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 | Grupo de UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para aplicaciones de mezcla, dispersión, emulsificación y extracción a escala de laboratorio, piloto e industrial.
Literatura / 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 interesante
Asfaltenos
Los asfaltenos están compuestos principalmente por carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y azufre, así como por trazas de vanadio y níquel. La relación C:H es de aproximadamente 1:1,2, pero varía en función de la fuente de asfaltenos. El asfalteno se define como "el componente más pesado de los fluidos petrolíferos, insoluble en n-alcanos ligeros como el n-pentano o el n-heptano, pero soluble en aromáticos como el tolueno" (Goual 2012).
Los asfaltenos pueden identificarse y clasificarse por las siguientes características:
- Sólido: El asfalteno es una fase sólida que se homogeneiza en el crudo en las condiciones del yacimiento.
- n-Alcano insoluble: El asfalteno se clasifica como una clase de solubilidad ya que tiene varias estructuras y, por lo tanto, es extremadamente difícil proporcionarle una estructura generalizada. Por tanto, 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 aromáticos como el tolueno o el xileno.
- Altamente polar: El asfalteno es uno de los pocos componentes del petróleo crudo que es altamente polar, en contraste con el petróleo crudo en su conjunto, que se considera no polar.
- Heteroátomos: El asfalteno está asociado a heteroátomos, que se manifiestan principalmente en nitrógeno, oxígeno y azufre.
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