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。

円モデルで描かれるアスファルテンの凝集と凝集。
シュルンベルジェ、O.マリンズ氏提供。

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)

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)

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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：