Riduzione della deposizione di asfaltene con gli ultrasuoni di potenza

La precipitazione di asfaltene provoca numerosi problemi nella produzione di petrolio attraverso la riduzione della permeabilità, la modifica della bagnabilità della roccia serbatoio, il blocco del foro e la creazione di una significativa caduta di pressione intorno al pozzo di produzione. La disagglomerazione e la dispersione ultrasonica dell'asfaltene previene e rimedia alla formazione di fiocchi di asfaltene e al loro deposito.

Il problema: gli asfalti nel petrolio greggio

L'asfaltene è un solido presente nel petrolio greggio che è considerato fastidioso poiché causa gravi problemi durante la produzione e il trasporto del greggio dal pozzo di perforazione. Gli asfalteni sono una classe di molecole molto complessa e si presentano in diverse strutture molecolari – un fattore che contribuisce al problema in quanto diverse forme di asfaltene causano problemi con diversi gradi di gravità. Le molte strutture diverse dell'asfaltene rendono anche difficile generalizzarlo in una famiglia specifica. Pertanto, l'asfaltene è generalmente classificato come una classe di solubilità, poiché è caratterizzato come insolubile in n-alcani.
I problemi tipici causati dagli asfalteni nel petrolio greggio sono, per esempio, flocculazioni dense e depositi nel serbatoio, nei pozzi e negli oleodotti di trasporto, il che porta a complicazioni operative e di produzione e a maggiori costi di lavorazione.

Gli asfalti agglomerati e flocculati possono essere bonificati mediante deagglomerazione ad ultrasuoni e riduzione della dimensione delle particelle

Aggregazione e flocculazione dell'asfaltene rappresentata nel modello Yen.
Per gentile concessione di O. Mullins, Schlumberger.

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Ultrasuoni per la deagglomerazione dell'asfaltene e la riduzione del flocculante

Il processore a ultrasuoni UIP16000 è un omogeneizzatore ad alte prestazioni per il trattamento del petrolio greggio

La soluzione: Riduzione a ultrasuoni dei precipitati di asfaltene

Le particelle di asfaltene precipitate e flocculate possono essere bonificate in modo affidabile mediante ultrasuoni di potenza. L'ultrasuonazione ad alta potenza rompe i preciptati di asfaltene e i flocculati fino a una piccola dimensione delle particelle. In questo modo, l'asfaltene viene dissociato di nuovo in particelle molto piccole, che non si intasano o interferiscono con la lavorazione del greggio. I disperditori a ultrasuoni omogeneizzano le particelle nel petrolio greggio. Spesso viene aggiunto uno stabilizzatore chimico per ottenere una stabilità a lungo termine. Ciò significa che gli ultrasuoni possono ridurre la flocculazione dell'asfaltene macrostrutturato, che impedisce il deposito dell'asfaltene sulle superfici, l'intasamento dei pori nel serbatoio, l'intasamento dei pozzi e gli accumuli nelle condutture.

La deagglomerazione a ultrasuoni riduce la dimensione delle particelle di asfaltene e previene il deposito.

Fine dell'inondazione di salamoia sotto onde ultrasoniche in diversi punti del micro-modello.
Studio e copyright: Deshibi et al.2018 (CC BY-NC-ND 4.0)

Vantaggi della riduzione ultrasonica delle dimensioni dell'asfaltene

  • Riduzione granulometrica dell'asfaltene
  • Scomposizione degli agglomerati di asfaltene
  • Inibizione della flocculazione
  • Riduzione della viscosità del greggio
I disperditori a ultrasuoni ad alte prestazioni deagglomerano i flocculanti asfaltici e ne impediscono il deposito.

Installazione a ultrasuoni di 3x UIP1000hdT per il trattamento del petrolio greggio

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La ricerca dimostra l'efficacia della riduzione ultrasonica dell'asfaltene

Dehshibi et al. (2018) hanno studiato gli effetti degli ultrasuoni a bassa frequenza e ad alta potenza (30kHz) sulla precipitazione / flocculazione e deposizione di asfaltene sotto controllo della temperatura. L'ultrasonicazione ha ridotto la deposizione di asfaltene. Le onde ultrasoniche e la cavitazione acustica generata hanno causato un aumento della produzione di olio attraverso il meccanismo di stratificazione dell'olio. Attraverso il trattamento di sonicazione è stato possibile non solo rompere gli agglomerati di asfaltene, ma anche invertire la deposizione di asfaltene.
Inoltre, l'applicazione degli ultrasuoni potrebbe prevenire il blocco delle gole e dei pori con grandi agglomerati di asfaltene. In questo modo, è stata evitata una caduta di pressione dovuta al deposito di asfaltene e il flusso del fluido nei pori e nelle gole è stato migliorato. Usando l'analisi delle immagini, si è scoperto che, come risultato dell'applicazione degli ultrasuoni di potenza, circa l'80% dell'asfaltene precipitato non si è depositato. "In altre parole, l'80% del deposito di asfaltene si è ridotto e di conseguenza la probabilità di blocco dei microcanali si riduce grazie all'uso degli ultrasuoni." (Dehshibi et al., 2018)
I risultati dello studio del gruppo di ricerca di Deshibi hanno dimostrato che la vibrazione ultrasonica e la cavitazione possono rimuovere gli aggregati di asfaltene più grandi dalle superfici e spostarli nella massa del flusso. Inoltre, l'elaborazione a ultrasuoni ha ridotto la quantità di asfaltene aggregato (vedi figura sotto). In base all'analisi delle immagini, circa il 70% dell'asfaltene precipitato non si deposita a causa della sottoposizione del sistema alla sonicazione.

L'ultrasuonazione è applicata con successo per ridurre gli aggregati di asfaltene e i flocculi per prevenire il loro deposito.

Fine dell'inondazione di salamoia (soluzione di cloruro di magnesio) sotto irradiazione di onde ultrasoniche: (a) la reversibilità del deposito di asfaltene (b) la rimozione dell'asfaltene.
Studio e copyright: Deshibi et al. 2018 (CC BY-NC-ND 4.0)

Ultrasuoni ad alte prestazioni

Hielscher Ultrasonics è specializzata nello sviluppo, prototipazione, produzione e distribuzione di processori a ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni pesanti. Grazie alle eccezionali prestazioni, resistenza, robustezza e affidabilità, i sistemi a ultrasuoni Hielscher sono installati per applicazioni petrolchimiche in tutto il mondo. Le applicazioni tipiche comprendono la desolforazione ossidativa assistita da ultrasuoni, l'emulsificazione del petrolio greggio, la deagglomerazione degli asfalteni, la dispersione degli scavenger e la riduzione della viscosità degli oli pesanti. Hielscher Ultrasonics’ I processori a ultrasuoni industriali possono fornire ampiezze molto elevate, che sono richieste per applicazioni pesanti. Ampiezze fino a 200µm possono essere facilmente eseguite in modo continuo in un funzionamento 24/7. Per ampiezze ancora maggiori, sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. I sistemi industriali della Hielscher gestiscono facilmente viscosità molto elevate e richiedono solo poca manutenzione.
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La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni:

Volume di batchPortataDispositivi raccomandati
1 - 500mL10 - 200mL/minUP100H
10 - 2000mL20 - 400mL/minUP200Ht, UP400St
0,1 - 20L0,2 - 4L/minUIP2000hdT
10 - 100L2 - 10L/minUIP4000hdT
n.a.10 - 100L/minUIP16000
n.a.più grandecluster di UIP16000

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Gli omogeneizzatori a ultrasuoni ad alto potere di taglio sono utilizzati in laboratorio, su banco, in processi pilota e industriali.

Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori ad ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni di miscelazione, dispersione, emulsificazione ed estrazione in laboratorio, pilota e su scala industriale.

Letteratura / Referenze



Particolarità / Cose da sapere

Asfalti

Gli asfalteni sono composti principalmente da carbonio, idrogeno, azoto, ossigeno e zolfo, oltre a tracce di vanadio e nichel. Il rapporto C:H è di circa 1:1,2, ma varia a seconda della fonte di asfaltene. L'asfaltene è definito come "il componente più pesante dei fluidi petroliferi che è insolubile in n-alcani leggeri come n-pentano o n-eptano, ma solubile in aromatici come il toluene" (Goual 2012)

L'asfaltene può essere identificato e classificato in base alle seguenti caratteristiche:

  • Solido: l'asfaltene è una fase solida che si omogeneizza nel petrolio greggio alle condizioni del serbatoio.
  • n-Alkane insolubile: L'asfaltene è classificato come una classe di solubilità poiché ha diverse strutture, e quindi è estremamente difficile fornire una struttura generalizzata per esso. È quindi definito come il componente di peso molecolare più elevato nel petrolio greggio che è insolubile in n-alcani leggeri come n-pentano o n-eptano e solubile in aromatici come il toluene o lo xilene.
  • Altamente polare: L'asfaltene è uno dei pochissimi componenti del petrolio greggio che è altamente polare, in contrasto con il petrolio greggio nel suo insieme, che è considerato non polare.
  • Eteroatomi: L'asfaltene è associato a eteroatomi, principalmente manifestati in azoto, ossigeno e zolfo.

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