パワー超音波によるアスファルテン析出の低減
アスファルテンの沈殿は、浸透性の低下、貯留層の岩石の湿潤性の変化、井戸の閉塞、および生産井周辺の大幅な圧力低下など、石油生産における多くの問題を引き起こします。超音波によるアスファルテンの脱凝集と分散は、アスファルテンのフロックの形成とその沈殿を防止し、改善します。
問題:原油中のアスファルテン
アスファルテンは、原油中に存在する固体であり、原油の生産時や掘削井からの原油輸送時に深刻な問題を引き起こすため、厄介なものと考えられている。アスファルテンは非常に複雑な分子の一種であり、さまざまな分子構造で存在する。 – アスファルテンの形態が異なれば、深刻さの度合いも異なる問題を引き起こすからである。また、アスファルテンの構造は多種多様であるため、特定のファミリーに一般化することは困難である。そのため、アスファルテンは一般に、n-アルカンに不溶であるという特徴から、溶解度クラスとして分類される。
原油中のアスファルテンによって引き起こされる典型的な問題は、貯留層、ボーリング孔、輸送パイプラインにおける高密度の凝集や沈殿物などである。

超音波プロセッサー uip16000 は原油処理用の高性能ホモジナイザーである。
解決策アスファルテン沈殿物の超音波還元
沈殿・凝集したアスファルテン粒子は、パワー超音波処理で確実に浄化できます。高パーフォーマンスの超音波処理により、アスファルテンの沈殿物や凝集物は小さな粒子サイズまで分解されます。これにより、アスファルテンは解離して非常に小さな粒子に戻り、目詰まりを起こしたり、原油処理を妨げたりすることはありません。超音波分散機は、原油中の粒子を均質化する。多くの場合、長期安定性を得るために化学安定剤が添加される。つまり、超音波処理によって、マクロ構造のアスファルテンの凝集を抑えることができ、表面へのアスファルテンの沈着、貯留層での孔詰まり、坑井の詰まり、パイプラインでの堆積を防ぐことができる。

マイクロモデルの異なるスポットにおける超音波下でのブライン浸水の終了。
研究と著作権: デシビら2018 (CC BY-NC-ND 4.0)
- アスファルテンの微粒子化
- アスファルテン凝集物の分解
- 凝集抑制
- 原油の粘度低下

超音波による3倍の設置 UIP1000hdT 原油処理用
超音波によるアスファルテン低減の効果が研究で証明される
Dehshibiら(2018)は、温度制御下で、アスファルテンの沈殿/凝集と沈着に対する低周波、高出力超音波処理(30kHz)の効果を研究した。超音波処理によりアスファルテンの沈殿が減少した。超音波と発生した音響キャビテーションは、オイル層形成メカニズムによりオイル生産量を増加させた。超音波処理により、アスファルテンの凝集体を破壊することができるだけでなく、アスファルテンの沈殿を逆転させることさえ可能であった。
さらに、超音波処理を施すことで、凝集した大きなアスファルテンによる細孔の閉塞を防ぐことができた。その結果、アスファルテンの析出による圧力低下が回避され、細孔や細孔内の流体の流れが改善された。画像解析の結果、パワー超音波を適用した結果、析出したアスファルテンの約80%が析出しなかった。「言い換えれば、アスファルテンの析出が80%減少し、その結果、超音波を使用することによって、微小流路の閉塞の確率が減少したのです」(Dehshibi et al.(Dehshibi et al., 2018)
デシビ研究グループの研究結果は、超音波振動とキャビテーション振動により、表面から大きなアスファルテン凝集体を除去し、流れのバルクに移動させることができることを実証した。さらに、超音波処理によって凝集したアスファルテンの量が減少した(下図参照)。画像解析によると、析出したアスファルテンの約70%は、超音波処理によって析出しなくなった。

超音波照射下での食塩水(塩化マグネシウム水溶液)フラッディングの終了:(a)アスファルテン析出の可逆性(b)アスファルテンの除去。
研究と著作権Deshibi et al. (CC BY-NC-ND 4.0)
高性能超音波発生装置
Hielscher Ultrasonics社は、ヘビーデューティー用途の高性能超音波プロセッサーの開発、試作、製造、販売を専門としています。卓越した性能、耐久性、堅牢性、信頼性により、Hielscher社の超音波システムは世界中の石油化学用途に設置されています。代表的な用途としては、超音波による酸化的脱硫、原油の乳化、アスファルテンの脱凝集、スカベンジャーの分散、重質油の粘度低減などがあります。Hielscher Ultrasonics’ 産業用超音波プロセッサは、高負荷アプリケーションに必要な非常に高い振幅を提供することができます。最大200µmの振幅は、24時間365日の連続運転が容易です。さらに高い振幅を得るためには、カスタマイズされた超音波ソノトロードが利用可能です。Hielscherの工業用システムは、非常に高い粘度にも容易に対応し、メンテナンスも少なくて済みます。
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下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です:
バッチ量 | 流量 | 推奨デバイス |
---|---|---|
1〜500mL | 10~200mL/分 | UP100H |
10〜2000mL | 20~400mL/分 | UP200Ht, UP400ST |
0.1~20L | 0.2~4L/分 | UIP2000hdT |
10~100L | 2~10L/分 | UIP4000hdT |
n.a. | 10~100L/分 | uip16000 |
n.a. | より大きい | クラスタ uip16000 |
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文献・参考文献
- 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.
知っておくべき事実
アスファルト
アスファルテンは、主に炭素、水素、窒素、酸素、硫黄、および微量のバナジウムとニッケルから構成されています。C:H比はおよそ1:1.2であるが、アスファルテンの供給源によって異なる。アスファルテンは、「石油流体の中で最も重い成分で、n-ペンタンやn-ヘプタンなどの軽質n-アルカンには溶けないが、トルエンなどの芳香族には溶ける」と定義されている(Goual 2012)。
アスファルテンは、以下の特徴によって識別・分類される:
- 固体:アスファルテンは、貯留層条件下で原油中に均質化した固相である。
- n-アルカン不溶性:アスファルテンは、いくつかの構造を持つため、一般化された構造を提供することが非常に困難であるため、溶解度クラスとして分類される。そのため、n-ペンタンやn-ヘプタンなどの軽質n-アルカンに不溶で、トルエンやキシレンなどの芳香族に可溶な原油中の最高分子量成分と定義される。
- 極性が高い:アスファルテンは、原油全体が非極性であるのとは対照的に、極性の高い数少ない原油成分の一つである。
- ヘテロ原子:アスファルテンは、主に窒素、酸素、硫黄などのヘテロ原子と結びついている。