Réduction du dépôt d'asphaltènes grâce aux ultrasons de puissance
Les précipitations d'asphaltènes sont à l'origine de nombreux problèmes dans la production de pétrole : réduction de la perméabilité, modification de la mouillabilité de la roche réservoir, blocage du puits et création d'une importante chute de pression autour du puits de production. La désagglomération et la dispersion des asphaltènes par ultrasons préviennent et corrigent la formation de flocs d'asphaltènes et leur dépôt.
Le problème : les asphaltènes dans le pétrole brut
L'asphaltène est un solide présent dans le pétrole brut qui est considéré comme gênant car il cause de graves problèmes lors de la production et du transport du pétrole brut à partir du puits de forage. Les asphaltènes sont une classe très complexe de molécules et se présentent sous différentes structures moléculaires – un facteur qui contribue au problème, car différentes formes d'asphaltènes causent des problèmes plus ou moins graves. Les nombreuses structures différentes de l'asphaltène rendent également difficile sa généralisation dans une famille spécifique. Par conséquent, l'asphaltène est généralement classé dans une classe de solubilité, car il est caractérisé comme étant insoluble dans les n-alcanes.
Les problèmes typiques causés par les asphaltènes dans le pétrole brut sont, par exemple, des floculations et des dépôts denses dans le réservoir, les trous de forage et les pipelines de transport, ce qui entraîne par la suite des complications opérationnelles et de production et une augmentation des coûts de traitement.

Agrégation et floculation des asphaltènes décrites dans le modèle de Yen.
Avec l'aimable autorisation de O. Mullins, Schlumberger.

Le processeur ultrasonique UIP16000 est un homogénéisateur haute performance pour le traitement du pétrole brut
La solution : Réduction par ultrasons des précipités d'asphaltènes
Les particules d'asphalte précipitées et floculées peuvent être assainies de manière fiable par ultrasons puissants. L'ultrasonication à haute puissance brise les précipités et les floculations d'asphaltènes jusqu'à une petite taille de particule. L'asphaltène est ainsi dissocié en très petites particules, qui ne se bouchent pas et n'interfèrent pas avec le traitement du brut. Les disperseurs à ultrasons homogénéisent les particules dans le pétrole brut. Souvent, un stabilisateur chimique est ajouté pour obtenir une stabilité à long terme. En d'autres termes, l'ultrasonication peut réduire la floculation des asphaltènes macrostructurés, ce qui empêche le dépôt d'asphaltènes sur les surfaces, le colmatage des pores dans le réservoir, le colmatage des puits de forage et les accumulations dans les pipelines.

Fin de l'inondation de la saumure sous les ondes ultrasoniques en différents points du micro-modèle.
Étude et droits d'auteur : Deshibi et al.2018 (CC BY-NC-ND 4.0)
- Réduction de la taille des particules d'asphaltènes
- Rupture des agglomérats d'asphalte
- Inhibition de la floculation
- Réduction de la viscosité du brut

Installation ultrasonique de 3x UIP1000hdT pour le traitement du pétrole brut
La recherche prouve l'efficacité de la réduction des asphaltènes par ultrasons
Dehshibi et al. (2018) ont étudié les effets de l'ultrasonication à basse fréquence et à haute puissance (30kHz) sur la précipitation/floculation et le dépôt d'asphaltènes sous contrôle de la température. L'ultrasonication a réduit le dépôt d'asphaltènes. Les ondes ultrasoniques et la cavitation acoustique générée ont entraîné une augmentation de la production de pétrole par un mécanisme de stratification du pétrole. Le traitement par ultrasons a permis non seulement de briser les agglomérats d'asphaltènes, mais aussi d'inverser le dépôt d'asphaltènes.
En outre, l'application d'ultrasons a permis d'éviter l'obstruction des gorges et des pores par de grosses agglomérations d'asphaltènes. Ainsi, une chute de pression due au dépôt d'asphaltène a été évitée et l'écoulement du fluide dans les pores et les gorges a été amélioré. L'analyse d'images a permis de constater que l'application d'ultrasons puissants a empêché le dépôt d'environ 80 % des asphaltènes précipités. "En d'autres termes, 80 % du dépôt d'asphaltène a été réduit 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 par cavitation peuvent éliminer les plus gros agrégats d'asphaltènes des surfaces et les déplacer dans la masse de l'écoulement. En outre, le traitement par ultrasons a réduit la quantité d'asphaltènes agrégés (voir la figure ci-dessous). D'après l'analyse des images, environ 70 % des asphaltènes précipités ne se déposeront pas en raison de la soumission du système à la sonication.

Fin de l'inondation de la saumure (solution de chlorure de magnésium) sous irradiation d'ondes ultrasonores : (a) la réversibilité du dépôt d'asphaltènes (b) l'élimination des asphaltènes.
Étude et droits d'auteur : Deshibi et al. 2018 (CC BY-NC-ND 4.0)
Ultrasons haute performance
Hielscher Ultrasonics est spécialisé dans le développement, le prototypage, la fabrication et la distribution de processeurs ultrasoniques de haute performance pour des applications lourdes. Grâce à leurs performances exceptionnelles, leur endurance, leur robustesse et leur fiabilité, les systèmes à ultrasons Hielscher sont installés dans des applications pétrochimiques dans le monde entier. Les applications typiques comprennent la désulfuration oxydative assistée par ultrasons, l'émulsification du pétrole brut, la désagglomération des asphaltènes, la dispersion des scavengers et la réduction de la viscosité des huiles lourdes. Hielscher Ultrasons’ Les processeurs ultrasoniques industriels peuvent délivrer des amplitudes très élevées, qui sont nécessaires pour les applications lourdes. Des amplitudes allant jusqu'à 200µm peuvent facilement fonctionner en continu, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes à ultrasons personnalisées sont disponibles. Les systèmes industriels de Hielscher gèrent facilement des viscosités très élevées et ne nécessitent qu'une faible maintenance.
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Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators:
lot Volume | Débit | Appareils recommandés |
---|---|---|
1 à 500 ml | 10 à 200 ml / min | UP100H |
10 à 2000mL | 20 à 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
0.1 20L | 00,2 à 4L / min | UIP2000hdT |
10 à 100l | 2 à 10 L / min | UIP4000hdT |
n / a. | 10 à 100 litres / min | UIP16000 |
n / a. | plus grand | groupe de UIP16000 |
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Littérature / Références
- 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.
Qu'il faut savoir
Asphaltènes
Les asphaltènes se composent principalement de carbone, d'hydrogène, d'azote, d'oxygène et de soufre, ainsi que de traces de vanadium et de nickel. Le rapport C:H est d'environ 1:1,2, mais il varie en fonction de la source d'asphaltènes. L'asphaltène est défini comme " le composant le plus lourd des fluides pétroliers qui est insoluble dans les n-alcanes légers comme le n-pentane ou le n-heptane, mais soluble dans les aromatiques comme le toluène " (Goual 2012).
Les asphaltènes peuvent être identifiés et classés selon les caractéristiques suivantes :
- Solide : l'asphaltène est une phase solide qui est homogénéisée dans le pétrole brut aux conditions du réservoir.
- n-Alkane insoluble : L'asphaltène est classé dans une classe de solubilité car il possède plusieurs structures, et il est donc extrêmement difficile de lui fournir une structure généralisée. Il est donc défini comme le composant de poids moléculaire le plus élevé dans le pétrole brut qui est insoluble dans les n-alcanes légers tels que le n-pentane ou le n-heptane et soluble dans les aromatiques tels que le toluène ou le xylène.
- Hautement polaire : L'asphaltène est l'un des très rares composants du pétrole brut à être hautement polaire, contrairement au pétrole brut dans son ensemble, qui est considéré comme non polaire.
- Hétéroatomes : L'asphaltène est associé à des hétéroatomes, qui se manifestent principalement dans l'azote, l'oxygène et le soufre.

Hielscher Ultrasonics fournit des homogénéisateurs à ultrasons de haute performance à partir de laboratoires à Industriel Taille.