Ograniczenie osadzania się asfaltenów za pomocą ultradźwięków dużej mocy

Wytrącanie się asfaltenów powoduje liczne problemy podczas wydobycia ropy naftowej poprzez zmniejszanie przepuszczalności, zmianę zwilżalności skały zbiornikowej, blokowanie otworu wiertniczego oraz powstawanie znacznego spadku ciśnienia wokół odwiertu wydobywczego. Ultradźwiękowa deaglomeracja i dyspersja asfaltenów zapobiegają tworzeniu się i osadzaniu kłaczków asfaltenowych oraz eliminują te zjawiska.

Problem: asfalteny w ropie naftowej

Asfalten jest substancją stałą obecną w ropie naftowej, uznawaną za problematyczną, ponieważ powoduje poważne problemy podczas wydobycia i transportu ropy z odwiertu. Asfalteny stanowią bardzo złożoną klasę cząsteczek i występują w różnych strukturach molekularnych – jest to czynnik pogłębiający problem, ponieważ różne postacie asfaltenów powodują problemy o różnym stopniu nasilenia. Liczne odmienne struktury asfaltenów utrudniają również ich ogólne przyporządkowanie do określonej rodziny. Dlatego asfalteny klasyfikuje się zazwyczaj na podstawie rozpuszczalności, ponieważ charakteryzują się nierozpuszczalnością w n-alkanach.
Typowe problemy powodowane przez asfalteny w ropie naftowej to np. zwarte skupiska kłaczków i osady w złożu, otworach wiertniczych oraz rurociągach transportowych, które następnie prowadzą do komplikacji operacyjnych i produkcyjnych oraz wzrostu kosztów przetwarzania.

Agregacja i flokulacja asfaltenów przedstawione w modelu Yena.
Dzięki uprzejmości O. Mullins, Schlumberger.

Rozwiązanie: ultradźwiękowe zmniejszanie wytrąconych cząstek asfaltenów

Wytrącone i sflokulowane cząstki asfaltenów można skutecznie rozbijać za pomocą sonikacji dużej mocy. Wysokowydajna sonikacja rozdrabnia wytrącone asfalteny i ich kłaczki do niewielkich rozmiarów cząstek. W ten sposób asfalteny ponownie rozpadają się na bardzo małe cząstki, które nie powodują zatykania ani nie zakłócają przetwarzania ropy naftowej. Dyspergatory ultradźwiękowe równomiernie rozprowadzają cząstki w ropie naftowej. Często dodaje się stabilizator chemiczny, aby uzyskać długotrwałą stabilność. Oznacza to, że sonikacja może ograniczać flokulację asfaltenów prowadzącą do powstawania makrostruktur, co zapobiega osadzaniu się asfaltenów na powierzchniach, zatykaniu porów w złożu, zatykaniu otworu wiertniczego oraz narastaniu osadów w rurociągach.

Zakończenie zatłaczania solanki przy oddziaływaniu fal ultradźwiękowych w różnych miejscach mikromodelu.
Badanie i prawa autorskie: Deshibi et al.2018 (CC BY-NC-ND 4.0)

Badania potwierdzają skuteczność ultradźwiękowego ograniczania asfaltenów

Dehshibi et al. (2018) badali wpływ sonikacji o niskiej częstotliwości i dużej mocy (30kHz) na wytrącanie / flokulację i osadzanie się asfaltenów w warunkach kontrolowanej temperatury. Sonikacja ograniczyła osadzanie się asfaltenów. Fale ultradźwiękowe i wytwarzana kawitacja akustyczna powodowały wzrost wydobycia ropy dzięki mechanizmowi tworzenia warstw ropy. Dzięki sonikacji możliwe było nie tylko rozbijanie aglomeratów asfaltenów, ale nawet odwrócenie procesu osadzania się asfaltenów.
Ponadto zastosowanie sonikacji mogło zapobiegać blokowaniu przewężeń i porów przez duże aglomeraty asfaltenów. W ten sposób uniknięto spadku ciśnienia spowodowanego osadzaniem się asfaltenów i poprawiono przepływ płynu w porach i przewężeniach. Na podstawie analizy obrazu stwierdzono, że wskutek zastosowania ultradźwięków dużej mocy około 80% wytrąconych asfaltenów nie osadziło się. „Innymi słowy, osadzanie się asfaltenów zmniejszyło się o 80%, a w konsekwencji prawdopodobieństwo blokowania mikrokanałów zmniejsza się dzięki zastosowaniu ultradźwięków”. (Dehshibi et al., 2018)
Wyniki badania grupy badawczej Deshibi wykazały, że drgania ultradźwiękowe i drgania kawitacyjne mogą usuwać większe agregaty asfaltenów z powierzchni i przenosić je do głównego strumienia przepływu. Ponadto obróbka ultradźwiękowa zmniejszyła ilość zagregowanych asfaltenów (patrz rysunek poniżej). Na podstawie analizy obrazu ustalono, że około 70% wytrąconych asfaltenów nie osadzi się wskutek poddania układu sonikacji.

Zakończenie zatłaczania solanki (roztworu chlorku magnezu) przy oddziaływaniu fal ultradźwiękowych: (a) odwracalność osadzania się asfaltenów (b) usuwanie asfaltenów.
Badanie i prawa autorskie: Deshibi et al. 2018 (CC BY-NC-ND 4.0)

Wysokowydajne sonikatory

Hielscher Ultrasonics specjalizuje się w opracowywaniu, prototypowaniu, produkcji i dystrybucji wysokowydajnych procesorów ultradźwiękowych do zastosowań wymagających pracy w trudnych warunkach. Dzięki wyjątkowej wydajności, wytrzymałości, solidności i niezawodności systemy ultradźwiękowe Hielscher są instalowane w zastosowaniach petrochemicznych na całym świecie. Typowe zastosowania obejmują odsiarczanie oksydacyjne wspomagane ultradźwiękami, emulgowanie ropy naftowej, deaglomerację asfaltenów, dyspergowanie środków wychwytujących oraz zmniejszanie lepkości ciężkich olejów. Przemysłowe procesory ultradźwiękowe Hielscher Ultrasonics mogą zapewniać bardzo wysokie amplitudy, wymagane w zastosowaniach w trudnych warunkach. Amplitudy do 200µm można z łatwością utrzymywać nieprzerwanie podczas pracy w trybie 24/7. Dla jeszcze wyższych amplitud dostępne są sonotrody ultradźwiękowe dostosowane do indywidualnych wymagań. Systemy przemysłowe Hielscher z łatwością radzą sobie z bardzo wysokimi lepkościami i wymagają jedynie niewielkich nakładów na konserwację.
Skontaktuj się z nami już teraz, aby uzyskać więcej informacji o ultradźwiękowym ograniczaniu asfaltenów, opcjach instalacji i cenach! Nasz dobrze przeszkolony personel z wieloletnim doświadczeniem chętnie omówi z Tobą wymagania dotyczące Twojego procesu!
Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów: