Réduction du dépôt d’asphaltènes grâce aux ultrasons de puissance

La précipitation des asphaltènes est à l’origine de nombreux problèmes dans la production pétrolière : elle réduit la perméabilité, modifie la mouillabilité de la roche réservoir, provoque le colmatage du puits et crée une chute de pression importante autour du puits de production. La désagglomération et la dispersion des asphaltènes par ultrasons préviennent la formation de flocs d’asphaltènes et leur dépôt, et y remédient.

Le problème : les asphaltènes dans le pétrole brut

L’asphaltène est un solide présent dans le pétrole brut, considéré comme problématique car il entraîne de graves difficultés lors de la production et du transport du brut depuis le puits de forage. Les asphaltènes constituent une classe de molécules très complexe et se présentent sous différentes structures moléculaires – un facteur qui contribue au problème, car les différentes formes d’asphaltène causent des problèmes plus ou moins graves. Les nombreuses structures différentes de l’asphaltène rendent également difficile son rattachement à une famille spécifique. C’est pourquoi l’asphaltène est généralement classé comme une classe de solubilité, puisqu’il se caractérise par son insolubilité dans les n-alcanes.
Les problèmes typiques causés par les asphaltènes dans le pétrole brut sont, par exemple, des floculations denses et des dépôts dans le réservoir, les puits de forage et les pipelines de transport, ce qui entraîne ensuite des complications opérationnelles et de production ainsi qu’une augmentation des coûts de traitement.

Agrégation et floculation des asphaltènes représentées selon le modèle de Yen.
Avec l’aimable autorisation d’O. Mullins, Schlumberger.

La solution : réduction ultrasonique des précipités d’asphaltènes

Les particules d’asphaltènes précipitées et floculées peuvent être traitées de manière fiable par ultrasonication de puissance. L’ultrasonication haute performance réduit les précipités et les flocs d’asphaltènes en particules de petite taille. Ainsi, l’asphaltène est redissocié en très petites particules, qui ne colmatent pas et n’entravent pas le traitement du brut. Les disperseurs à ultrasons homogénéisent les particules dans le pétrole brut. Un stabilisant chimique est souvent ajouté afin d’obtenir une stabilité à long terme. Cela signifie que l’ultrasonication peut réduire la floculation macrostructurée des asphaltènes, ce qui empêche le dépôt d’asphaltènes sur les surfaces, le colmatage des pores dans le réservoir, le colmatage des puits et les accumulations dans les pipelines.

Fin de l’injection de saumure sous ondes ultrasonores en différents points du micromodèle.
Étude et droits d’auteur : Deshibi et al.2018 (CC BY-NC-ND 4.0)

La recherche prouve l’efficacité de la réduction des asphaltènes par ultrasons

Dehshibi et al. (2018) ont étudié les effets de l’ultrasonication basse fréquence et haute puissance (30kHz) sur la précipitation / floculation et le dépôt des asphaltènes sous contrôle de la température. L’ultrasonication a réduit le dépôt d’asphaltènes. Les ondes ultrasonores et la cavitation acoustique générée ont entraîné une augmentation de la production de pétrole par un mécanisme de formation de couches de pétrole. Grâce au traitement par sonication, il a été possible non seulement de briser les agglomérats d’asphaltènes, mais même d’inverser le dépôt d’asphaltènes.
En outre, l’application de l’ultrasonication a pu empêcher l’obstruction des étranglements et des pores par de gros agglomérats d’asphaltènes. Ainsi, une chute de pression due au dépôt d’asphaltènes a été évitée et l’écoulement du fluide dans les pores et les étranglements a été amélioré. L’analyse d’images a permis de constater que, du fait de l’application d’ultrasons de puissance, environ 80% des asphaltènes précipités ne se sont pas déposés. « En d’autres termes, le dépôt d’asphaltènes a été réduit de 80% et, par conséquent, la probabilité d’obstruction des microcanaux diminue grâce à l’utilisation des ultrasons. » (Dehshibi et al., 2018)
Les résultats de l’étude du groupe de recherche de Deshibi ont démontré que la vibration ultrasonique et la vibration de cavitation peuvent détacher des surfaces les agrégats d’asphaltènes de grande taille et les entraîner dans le cœur de l’écoulement. De plus, le traitement par ultrasons a réduit la quantité d’asphaltènes agrégés (voir figure ci-dessous). D’après l’analyse d’images, environ 70% des asphaltènes précipités ne se déposeront pas du fait de la soumission du système à la sonication.

Fin de l’injection de saumure (solution de chlorure de magnésium) sous irradiation par ondes ultrasonores : (a) réversibilité du dépôt d’asphaltènes (b) élimination des asphaltènes.
Étude et droits d’auteur : Deshibi et al. 2018 (CC BY-NC-ND 4.0)

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