Reducción de la deposición de asfaltenos con ultrasonidos de potencia

La precipitación de asfaltenos provoca numerosos problemas en la producción de petróleo, ya que reduce la permeabilidad, modifica la capacidad de la roca del yacimiento y bloquea el pozo, además de crear una importante caída de presión alrededor del pozo de producción. La desaglomeración y dispersión de asfaltenos por ultrasonidos previene y remedia 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 ya que causa graves problemas durante la producción y el transporte del crudo desde el pozo de perforación. Los asfaltenos son una clase de moléculas muy complejas y se presentan en diferentes estructuras moleculares – un factor que contribuye al problema, ya que diferentes formas de asfalteno causan problemas con diferentes grados de gravedad. La gran variedad de estructuras del asfalteno también dificulta 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, las floculaciones densas y los 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.

Agglomerated and flocculated asphaltenes can be remediated by ultrasonic deagglomeration and particle size reduction

Agregación y floculación de asfaltenos representada en el modelo de Yen.
Cortesía de O. Mullins, Schlumberger.

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Ultrasonicator for asphaltene deagglomeration and flocculant reduction

El procesador de ultrasonidos UIP16000 es un homogeneizador de alto rendimiento para el tratamiento del crudo

La solución: Reducción por ultrasonidos de los precipitados de asfaltenos

Las partículas de asfalteno precipitadas y floculadas pueden ser remediadas de forma fiable mediante ultrasonidos de potencia. 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 obstruyen 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 una 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 los poros en el yacimiento, el taponamiento del pozo y las acumulaciones en las tuberías.

Ultrasonic deagglomeration reduces asphaltene particle size and prevents deposition.

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)

Ventajas de la reducción del tamaño de los asfaltenos por ultrasonidos

  • Reducción del tamaño de las partículas de asfalteno
  • Descomposición de los aglomerados de asfaltenos
  • Inhibición de la floculación
  • Reducción de la viscosidad del crudo
Ultrasonic high-performance dispersers deagglomerate asphaltene flocculants and prevent deposition.

Instalación ultrasónica de 3x UIP1000hdT para el procesamiento de petróleo crudo

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Una investigación demuestra la eficacia de la reducción de asfaltenos por ultrasonidos

Dehshibi et al. (2018) estudiaron los efectos de la ultrasonicación de baja frecuencia y alta potencia (30kHz) 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 por el mecanismo de estratificación del mismo. A través del tratamiento de sonicación no sólo fue posible romper los aglomerados de asfaltenos, sino incluso invertir la deposición de asfaltenos.
Además, la aplicación de ultrasonidos podía evitar la obstrucción de las gargantas y los poros con asfaltenos aglomerados de gran tamaño. 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 gargantas. Mediante el análisis de imágenes se comprobó que, como resultado de la aplicación de ultrasonidos de potencia, cerca del 80% de los asfaltenos precipitados no se depositaron. "En otras palabras, el 80% de la deposición de asfaltenos se redujo y, en consecuencia, la probabilidad de obstrucción de los microcanales se reduce debido 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 de cavitación pueden eliminar los agregados de asfaltenos más grandes de las superficies y trasladarlos al grueso del flujo. Además, el tratamiento ultrasónico redujo la cantidad de asfaltenos agregados (véase la figura siguiente). Según el análisis de imágenes, alrededor del 70% de los asfaltenos precipitados no se depositan debido a la sujeción del sistema a la sonicación.

Ultrasonication is successfully applied to reduce asphaltene aggregates and flocculates to prevent their deposition.

Fin de la inundación de salmuera (solución de cloruro de magnesio) bajo la irradiación de 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)

Ultrasonidos de alto rendimiento

Hielscher Ultrasonics está especializada en el desarrollo, la creación de prototipos, la fabricación y la distribución de procesadores de ultrasonidos 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. Las aplicaciones típicas incluyen la desulfuración oxidativa asistida por ultrasonidos, la emulsión de petróleo crudo, la desaglomeración de asfaltenos, la dispersión de limpiadores y la reducción de la viscosidad de los aceites pesados. Hielscher Ultrasonics’ Los procesadores industriales de ultrasonidos pueden ofrecer amplitudes muy elevadas, necesarias para las aplicaciones más exigentes. Las amplitudes de hasta 200µm pueden funcionar fácilmente de forma continua en funcionamiento 24/7. Para amplitudes aún mayores, hay disponibles sonotrodos ultrasónicos personalizados. Los sistemas industriales de Hielscher manejan fácilmente viscosidades muy altas y sólo requieren un bajo mantenimiento.
Póngase en contacto con nosotros para obtener más información sobre la reducción de asfaltenos por ultrasonidos, las opciones de instalación y los precios. Nuestros expertos, con una larga experiencia, estarán encantados de hablar con usted sobre los requisitos de su proceso.
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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Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

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



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 que es 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 ser identificados y clasificados 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 proporcionar una estructura generalizada para él. Por lo 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.

High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics suministra homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento desde laboratorio a Uso industrial tamaño.