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.

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)

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)

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