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 de forage et création d'une chute de pression importante autour du puits de production. La désagglomération et la dispersion des asphaltènes par ultrasons préviennent et remédient à la formation de flocs d'asphaltènes et à leur dépôt.

Le problème : les asphaltènes dans le pétrole brut

Les asphaltènes sont des solides présents dans le pétrole brut qui sont considérés comme gênants car ils causent de graves problèmes lors de la production et du transport du pétrole brut à partir du 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 différentes formes d'asphaltènes causent des problèmes plus ou moins graves. Les nombreuses structures différentes des asphaltènes font qu'il est difficile de les classer dans une famille spécifique. Par conséquent, les asphaltènes sont généralement classés dans une classe de solubilité, puisqu'ils sont caractérisés comme étant insolubles 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 trous de forage et les pipelines de transport, ce qui entraîne des complications opérationnelles et de production ainsi qu'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.

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. Les ultrasons à haut rendement réduisent les précipités d'asphaltène et la floculation en particules de petite taille. L'asphaltène est ainsi dissocié en très petites particules qui n'obstruent pas et n'interfèrent pas avec le traitement du pétrole 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 saumure sous l'effet des ondes ultrasoniques à différents endroits du micro-modèle.
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 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 d'huile par le mécanisme de stratification de l'huile. 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 pu empêcher l'obstruction des gorges et des pores par de grandes quantités d'asphaltènes agglomérés. Ainsi, une chute de pression due au dépôt d'asphaltènes 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 qu'environ 80 % des asphaltènes précipités ne se déposaient pas à la suite de l'application d'ultrasons de puissance. "En d'autres termes, 80 % des dépôts d'asphaltènes ont été réduits et, par conséquent, la probabilité d'obstruction des microcanaux a été réduite grâce à l'utilisation d'ultrasons". (Dehshibi et al., 2018)
Les résultats de l'étude du groupe de recherche de Deshibi ont démontré que les vibrations ultrasoniques et les vibrations de cavitation peuvent éliminer les plus gros agrégats d'asphalte des surfaces et les déplacer dans la masse de l'écoulement. En outre, le traitement ultrasonique a réduit la quantité d'asphaltènes agrégés (voir figure ci-dessous). D'après l'analyse des images, environ 70 % de l'asphaltène précipité ne sera pas déposé en raison de la soumission du système à la sonication.

Fin de l'inondation de saumure (solution de chlorure de magnésium) sous irradiation d'ondes ultrasonores : (a) la réversibilité du dépôt d'asphaltène (b) l'élimination de l'asphaltène.
Étude et droits d'auteur : Deshibi et al. 2018 (CC BY-NC-ND 4.0)

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