Zníženie usadzovania asfalténov pomocou výkonového ultrazvuku

Zrážanie asfalténov vyvoláva pri ťažbe ropy množstvo problémov tým, že znižuje priepustnosť, mení zmáčavosť ložiskovej horniny, upcháva vrt a spôsobuje výrazný pokles tlaku v okolí ťažobného vrtu. Ultrazvuková deaglomerácia a dispergácia asfalténov predchádza tvorbe asfalténových vločiek a ich usadzovaniu a odstraňuje už vzniknuté vločky a usadeniny.

Problém: Asfaltény v surovej rope

Asfaltén je tuhá látka prítomná v surovej rope, ktorá sa považuje za problematickú, pretože spôsobuje závažné problémy pri ťažbe a preprave ropy z vrtu. Asfaltény predstavujú veľmi zložitú triedu molekúl a vyskytujú sa v rôznych molekulových štruktúrach – tento faktor prispieva k problému, pretože rôzne formy asfalténov spôsobujú problémy rôzneho stupňa závažnosti. Množstvo rôznych štruktúr asfalténov tiež sťažuje ich všeobecné zaradenie do konkrétnej skupiny. Preto sa asfaltény vo všeobecnosti zaraďujú do triedy podľa rozpustnosti, keďže sa vyznačujú nerozpustnosťou v n-alkánoch.
Typickými problémami spôsobenými asfalténmi v surovej rope sú napríklad husté vločkovité zhluky a usadeniny v ložisku, vrtoch a prepravných potrubiach, ktoré následne vedú k prevádzkovým a ťažobným komplikáciám a zvýšeným nákladom na spracovanie.

Agregácia a flokulácia asfalténov znázornená v Yenovom modeli.
S láskavým dovolením O. Mullinsa, Schlumberger.

Riešenie: Ultrazvukové zmenšovanie asfalténových zrazenín

Vyzrážané a flokulované častice asfalténov možno spoľahlivo rozrušiť pôsobením výkonového ultrazvuku. Vysokovýkonná sonikácia rozbíja asfalténové zrazeniny a vločky na malé častice. Asfaltény sa tak opäť rozdelia na veľmi malé častice, ktoré nespôsobujú upchávanie ani nenarúšajú spracovanie ropy. Ultrazvukové dispergátory homogenizujú častice v surovej rope. Na dosiahnutie dlhodobej stability sa často pridáva chemický stabilizátor. To znamená, že sonikácia môže obmedziť tvorbu makroštruktúrnych asfalténových vločiek, čím sa predchádza usadzovaniu asfalténov na povrchoch, upchávaniu pórov v ložisku, upchávaniu vrtu a tvorbe nánosov v potrubiach.

Koniec zatláčania soľanky pri pôsobení ultrazvukových vĺn v rôznych miestach mikromodelu.
Štúdia a autorské práva: Deshibi et al.2018 (CC BY-NC-ND 4.0)

Výskum dokazuje účinnosť ultrazvukového znižovania množstva asfalténov

Dehshibi et al. (2018) skúmali účinky nízkofrekvenčnej vysokovýkonnej sonikácie (30kHz) na zrážanie / flokuláciu a usadzovanie asfalténov pri regulovanej teplote. Sonikácia znížila usadzovanie asfalténov. Ultrazvukové vlny a vzniknutá akustická kavitácia spôsobili zvýšenie ťažby ropy mechanizmom tvorby ropných vrstiev. Sonikáciou bolo možné nielen rozbiť asfalténové aglomeráty, ale dokonca aj zvrátiť usadzovanie asfalténov.
Navyše bolo možné použitím sonikácie predísť upchatiu zúžených priechodov a pórov veľkými asfalténovými aglomerátmi. Tým sa zabránilo poklesu tlaku v dôsledku usadzovania asfalténov a zlepšilo sa prúdenie kvapaliny v póroch a zúžených priechodoch. Pomocou obrazovej analýzy sa zistilo, že v dôsledku pôsobenia výkonového ultrazvuku sa približne 80% vyzrážaných asfalténov neusadilo. „Inými slovami, usadzovanie asfalténov sa znížilo o 80% a v dôsledku použitia ultrazvuku sa znižuje aj pravdepodobnosť upchatia mikrokanálov.“ (Dehshibi et al., 2018)
Výsledky štúdie Deshibiho výskumnej skupiny preukázali, že ultrazvukové vibrácie a kavitačné vibrácie môžu odstrániť väčšie asfalténové agregáty z povrchov a premiestniť ich do objemu prúdiacej kvapaliny. Ultrazvukové spracovanie navyše znížilo množstvo agregovaných asfalténov (pozri obrázok nižšie). Podľa obrazovej analýzy sa približne 70% vyzrážaných asfalténov neusadí vďaka vystaveniu systému sonikácii.

Koniec zatláčania soľanky (roztoku chloridu horečnatého) pri pôsobení ultrazvukových vĺn: (a) reverzibilita usadzovania asfalténov (b) odstránenie asfalténov.
Štúdia a autorské práva: Deshibi et al. 2018 (CC BY-NC-ND 4.0)

Vysokovýkonné ultrazvukové zariadenia

Hielscher Ultrasonics sa špecializuje na vývoj, tvorbu prototypov, výrobu a distribúciu vysokovýkonných ultrazvukových procesorov pre náročné aplikácie. Vďaka výnimočnému výkonu, výdrži, robustnosti a spoľahlivosti sa ultrazvukové systémy Hielscher inštalujú na petrochemické aplikácie po celom svete. Medzi typické aplikácie patrí ultrazvukom podporované oxidačné odsírovanie, emulgácia surovej ropy, deaglomerácia asfalténov, dispergácia zachytávacích činidiel a znižovanie viskozity ťažkých olejov. Priemyselné ultrazvukové procesory Hielscher Ultrasonics dokážu dosahovať veľmi vysoké amplitúdy, ktoré sú potrebné pre náročné aplikácie. Amplitúdy až do 200µm možno ľahko udržiavať nepretržite v prevádzke 24/7. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii ultrazvukové sonotródy vyrobené na mieru. Priemyselné systémy Hielscher ľahko zvládajú veľmi vysoké viskozity a vyžadujú len nenáročnú údržbu.
Kontaktujte nás ešte dnes a získajte viac informácií o ultrazvukovom znižovaní množstva asfalténov, možnostiach inštalácie a cenách! Naši dobre vyškolení pracovníci s dlhoročnými skúsenosťami s vami radi prediskutujú požiadavky na váš proces!
Nasledujúca tabuľka poskytuje predstavu o približnej kapacite spracovania našich ultrazvukových zariadení: