Riduzione della deposizione degli asfalteni con gli ultrasuoni di potenza

La precipitazione degli asfalteni provoca numerosi problemi nella produzione petrolifera, riducendo la permeabilità, modificando la bagnabilità della roccia del giacimento, ostruendo il foro del pozzo e creando una significativa caduta di pressione attorno al pozzo di produzione. La deagglomerazione e la dispersione degli asfalteni mediante ultrasuoni prevengono e contrastano la formazione di flocculi di asfalteni e la loro deposizione.

Il problema: gli asfalteni nel petrolio greggio

L’asfaltene è un solido presente nel petrolio greggio, considerato problematico poiché causa gravi problemi durante la produzione e il trasporto del greggio dal pozzo di perforazione. Gli asfalteni costituiscono una classe molto complessa di molecole e presentano strutture molecolari diverse – un fattore che contribuisce al problema, poiché le diverse forme di asfaltene causano problemi con diversi gradi di gravità. Le numerose strutture differenti dell’asfaltene rendono inoltre difficile ricondurlo a una famiglia specifica. Pertanto, l’asfaltene viene generalmente classificato in base alla solubilità, poiché è caratterizzato dall’insolubilità negli n-alcani.
Tra i problemi tipici causati dagli asfalteni nel petrolio greggio figurano, ad esempio, flocculazioni dense e depositi nel giacimento, nei fori dei pozzi e nelle condotte di trasporto, che comportano successivamente complicazioni operative e produttive e un aumento dei costi di trattamento.

Aggregazione e flocculazione degli asfalteni rappresentate nel modello di Yen.
Per gentile concessione di O. Mullins, Schlumberger.

La soluzione: riduzione dei precipitati di asfalteni mediante ultrasuoni

Le particelle di asfalteni precipitate e flocculate possono essere trattate in modo affidabile mediante sonicazione di potenza. La sonicazione ad alte prestazioni frammenta i precipitati e i flocculi di asfalteni, riducendone le dimensioni. In questo modo, l’asfaltene viene nuovamente dissociato in particelle molto piccole, che non causano ostruzioni né interferiscono con il trattamento del greggio. I dispersori a ultrasuoni omogeneizzano le particelle nel petrolio greggio. Spesso si aggiunge uno stabilizzante chimico per ottenere una stabilità a lungo termine. Ciò significa che la sonicazione può ridurre la flocculazione degli asfalteni in macrostrutture, prevenendo la deposizione degli asfalteni sulle superfici, l’ostruzione dei pori nel giacimento, l’ostruzione del foro del pozzo e gli accumuli nelle condotte.

Fine dell’iniezione di salamoia sotto l’azione di onde ultrasoniche in diversi punti del micromodello.
Studio e copyright: Deshibi et al.2018 (CC BY-NC-ND 4.0)

La ricerca dimostra l’efficacia della riduzione degli asfalteni mediante ultrasuoni

Dehshibi et al. (2018) hanno studiato gli effetti della sonicazione a bassa frequenza e alta potenza (30kHz) sulla precipitazione / flocculazione e sulla deposizione degli asfalteni in condizioni di temperatura controllata. La sonicazione ha ridotto la deposizione degli asfalteni. Le onde ultrasoniche e la cavitazione acustica generata hanno determinato un aumento della produzione petrolifera attraverso un meccanismo di stratificazione del petrolio. Il trattamento mediante sonicazione ha consentito non solo di frammentare gli agglomerati di asfalteni, ma anche di invertire la deposizione degli asfalteni.
Inoltre, l’applicazione della sonicazione ha potuto prevenire l’ostruzione delle gole e dei pori da parte di grandi agglomerati di asfalteni. In questo modo è stata evitata una caduta di pressione dovuta alla deposizione degli asfalteni ed è stato migliorato il flusso del fluido nei pori e nelle gole. Mediante analisi delle immagini è stato riscontrato che, grazie all’applicazione degli ultrasuoni di potenza, circa l’80% degli asfalteni precipitati non si è depositato. “In altre parole, la deposizione degli asfalteni si è ridotta dell’80% e, di conseguenza, la probabilità di ostruzione dei microcanali diminuisce grazie all’impiego degli ultrasuoni.” (Dehshibi et al., 2018)
I risultati dello studio del gruppo di ricerca di Deshibi hanno dimostrato che le vibrazioni ultrasoniche e le vibrazioni da cavitazione possono rimuovere dalle superfici gli aggregati di asfalteni più grandi e trasferirli nella massa del fluido in movimento. Inoltre, il trattamento a ultrasuoni ha ridotto la quantità di asfalteni aggregati (vedere la figura seguente). In base all’analisi delle immagini, circa il 70% degli asfalteni precipitati non si depositerà grazie alla sonicazione del sistema.

Fine dell’iniezione di salamoia (soluzione di cloruro di magnesio) sotto irradiazione con onde ultrasoniche: (a) reversibilità della deposizione degli asfalteni (b) rimozione degli asfalteni.
Studio e copyright: Deshibi et al. 2018 (CC BY-NC-ND 4.0)

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