Asfalteenien kerrostumisen vähentäminen teho-ultraäänellä

Asfalteenien saostuminen aiheuttaa öljyntuotannossa lukuisia ongelmia: se heikentää läpäisevyyttä, muuttaa esiintymäkiven kostuvuutta, tukkii porausreiän ja aiheuttaa merkittävän painehäviön tuotantokaivon ympärillä. Asfalteenien agglomeraattien hajottaminen ja dispergointi ultraäänellä ehkäisee ja korjaa asfalteeniflokkien muodostumista ja niiden kerrostumista.

Ongelma: asfalteenit raakaöljyssä

Asfalteeni on raakaöljyssä esiintyvä kiinteä aine, jota pidetään ongelmallisena, koska se aiheuttaa vakavia ongelmia raakaöljyn tuotannossa ja kuljetuksessa porauskaivosta. Asfalteenit ovat hyvin monimutkainen molekyyliluokka, ja niiden molekyylirakenteet vaihtelevat – tämä pahentaa ongelmaa, sillä asfalteenien eri muodot aiheuttavat vakavuudeltaan erilaisia ongelmia. Asfalteenin monet erilaiset rakenteet vaikeuttavat myös sen luokittelemista tiettyyn yhdisteryhmään. Siksi asfalteeni luokitellaan yleensä liukoisuuden perusteella, sillä sille on ominaista liukenemattomuus n-alkaaneihin.
Asfalteenien raakaöljyssä aiheuttamia tyypillisiä ongelmia ovat esimerkiksi tiiviit flokit ja kerrostumat esiintymässä, porausrei’issä ja kuljetusputkistoissa. Ne johtavat puolestaan toiminnan ja tuotannon hankaloitumiseen sekä käsittelykustannusten kasvuun.

Asfalteenien aggregoituminen ja flokkautuminen Yenin mallissa kuvattuna.
Kuvan käyttöluvasta kiitämme O. Mullinsia, Schlumberger.

Ratkaisu: asfalteenisaostumien vähentäminen ultraäänellä

Saostuneita ja flokkautuneita asfalteenihiukkasia voidaan käsitellä luotettavasti teho-ultraäänellä. Tehokas ultraäänikäsittely hajottaa asfalteenisaostumat ja flokit pieniksi hiukkasiksi. Näin asfalteeni hajoaa takaisin hyvin pieniksi hiukkasiksi, jotka eivät aiheuta tukoksia eivätkä häiritse raakaöljyn käsittelyä. Ultraäänidispergaattorit homogenisoivat hiukkaset raakaöljyyn. Pitkäaikaisen stabiiliuden saavuttamiseksi lisätään usein kemiallinen stabilointiaine. Ultraäänikäsittely voi siis vähentää asfalteenien flokkautumista makrorakenteiksi, mikä ehkäisee asfalteenien kerrostumista pinnoille, esiintymän huokosten tukkeutumista, porausreiän tukkeutumista ja kertymien muodostumista putkistoihin.

Suolavesitulvituksen lopputilanne, kun ultraääniaaltoja kohdistetaan mikromallin eri kohtiin.
Tutkimus ja tekijänoikeudet: Deshibi et al.2018 (CC BY-NC-ND 4.0)

Tutkimus osoittaa asfalteenien ultraäänellä vähentämisen tehokkuuden

Dehshibi et al. (2018) tutkivat matalataajuisen, suuritehoisen ultraäänikäsittelyn (30kHz) vaikutuksia asfalteenien saostumiseen / flokkautumiseen ja kerrostumiseen lämpötilan ollessa hallittu. Ultraäänikäsittely vähensi asfalteenien kerrostumista. Ultraääniaallot ja niiden synnyttämä akustinen kavitaatio lisäsivät öljyntuotantoa öljykerrosten muodostumismekanismin kautta. Ultraäänikäsittelyllä voitiin paitsi hajottaa asfalteeniagglomeraatteja myös purkaa jo muodostuneita asfalteenikerrostumia.
Lisäksi ultraäänikäsittely saattoi estää huokoskaulojen ja huokosten tukkeutumisen suurilla agglomeroituneilla asfalteeneilla. Näin vältettiin asfalteenien kerrostumisesta johtuva painehäviö ja parannettiin nesteen virtausta huokosissa ja huokoskauloissa. Kuva-analyysillä havaittiin, että teho-ultraäänen käytön seurauksena noin 80% saostuneista asfalteeneista ei kerrostunut. ”Toisin sanoen asfalteenien kerrostuminen väheni 80%, ja tämän seurauksena mikrokanavien tukkeutumisen todennäköisyys pienenee ultraäänen käytön ansiosta.” (Dehshibi et al., 2018)
Deshibin tutkimusryhmän tutkimustulokset osoittivat, että ultraäänivärähtely ja kavitaatiovärähtely voivat irrottaa pinnoilta suurempia asfalteeniaggregaatteja ja siirtää ne virtaavan nesteen sisäosiin. Lisäksi ultraäänikäsittely vähensi aggregoituneiden asfalteenien määrää (katso alla oleva kuva). Kuva-analyysin perusteella noin 70% saostuneista asfalteeneista ei kerrostu, kun järjestelmä altistetaan ultraäänikäsittelylle.

Suolavesitulvituksen (magnesiumkloridiliuos) lopputilanne ultraääniaalloille altistettaessa: (a) asfalteenien kerrostumisen palautuvuus (b) asfalteenien poistaminen.
Tutkimus ja tekijänoikeudet: Deshibi et al. 2018 (CC BY-NC-ND 4.0)

Tehokkaat ultraäänilaitteet

Hielscher Ultrasonics on erikoistunut vaativiin käyttökohteisiin tarkoitettujen tehokkaiden ultraääniprosessorien kehittämiseen, prototyyppien valmistukseen, valmistukseen ja jakeluun. Poikkeuksellisen suorituskykynsä, kestävyytensä, vankkuutensa ja luotettavuutensa ansiosta Hielscherin ultraäänijärjestelmiä on asennettu petrokemian käyttökohteisiin ympäri maailmaa. Tyypillisiä sovelluksia ovat ultraääniavusteinen oksidatiivinen rikinpoisto, raakaöljyn emulgointi, asfalteeniagglomeraattien hajottaminen, sieppausaineiden dispergointi ja raskaiden öljyjen viskositeetin pienentäminen. Hielscher Ultrasonicsin teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin suuria amplitudeja, joita tarvitaan vaativissa käyttökohteissa. Jopa 200µm:n amplitudeilla voidaan helposti toimia jatkuvasti 24/7. Vielä suurempia amplitudeja varten on saatavilla räätälöityjä ultraäänisonotrodeja. Hielscherin teolliset järjestelmät käsittelevät helposti erittäin suuren viskositeetin aineita ja vaativat vain vähän huoltoa.
Ota meihin yhteyttä nyt ja pyydä lisätietoja asfalteenien vähentämisestä ultraäänellä, asennusvaihtoehdoista ja hinnoista! Hyvin koulutettu, pitkän kokemuksen omaava henkilöstömme keskustelee mielellään kanssasi prosessisi vaatimuksista!
Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista: