Mikrofluidiske enheder afklarer, hvordan dispergeringsmidler modificerer asfalten for at holde rør åbne

Det lyder kliché, men tingene bliver værre, før de bliver bedre, når olie- og gasledninger bliver renset for forurenende stoffer, ifølge forskere fra Rice University. Indtil nu, ingen vidste præcis hvorfor.

Asfalten er et kompleks af kulbrintemolekyler, der findes i råolie. Det er kilden til værdifuld asfalt og kan også laves til vandtætnings- og tagmaterialer, korrosionsinhibitorer og andre produkter, men når det bygger sig op i en rørledning, det er ballade. Asfaltener kaldes ofte olieindustriens "kolesterol", da de er kendt for at koagulere og bremse eller endda stoppe strømmen af ​​olie og gas i reservoirbjergart.

Risingeniør Sibani Lisa Biswal og hendes kolleger brugte deres unikke mikrofluidiske enheder, instrumenter, der bruger en lille mængde væske på en mikrochip til at udføre en test, at undersøge fire kommercielle kemiske dispergeringsmidler, der begrænser opbygningen af ​​asfalten i brønde og rørledninger. Apparaterne gav dem mulighed for at se, hvordan dispergeringsmidlerne reagerer med asfaltener.

Den Rice-ledede undersøgelse vises i American Chemical Society-tidsskriftet Energy and Fuels.

At sikre flow gennem rørledninger er altafgørende i olie- og gasproduktion, så fremskridt, der hjælper med at holde linjer klare, er vigtige for branchen. Til dato, kemiske virksomheder har generelt udført statiske bulktest på anti-asfaltenprodukter, sagde Biswal.

Rislaboratoriet laver mikrofluidiske enheder med mikroskopiske kanaler, hvorigennem forskere kan se dynamikken i asfaltenaflejring i realtid, med eller uden dispergeringsmidler og ved forskellige strømningshastigheder.

"Alt i vores system er gennemsigtigt, " sagde Biswal. "Råolie har ikke været særlig kompatibel med de mikrofluidiske enheder, andre bruger (fordi kanalerne og søjlerne er for brede), og den type enheder, vi laver, har kun været mulig med nyere materialer. Vi er en af ​​de tidlige grupper, der fremskynder ideen om, at vi kan bruge disse systemer til at visualisere olieflowprocesser.

Enhederne tillader olie at flyde rundt om søjler, der kun er 125 mikron brede og efterlader kanaler, der er nogenlunde på størrelse med dem i oliebærende formationer. Gennem et mikroskop, Biswal og hovedforfatter og Rice-studerende Yu-Jiun Lin så, hvordan asfalten dannede deltaformede klumper foran og bag søjlerne, til sidst at udfylde kanalerne.

Når kemiske dispergeringsmidler blev tilsat til råolie, forskerne så noget, de ikke havde forventet:Aflejringerne dukkede op endnu før, men begyndte så at bryde sammen og falde bort i strømmen.

Dispergeringsmidler er designet til at gøre asfaltenpartikler mindre, og eksperimenterne viste, at de gør. "Ideen er, hvis du gør nanopartiklerne af råolie mindre, det er mindre sandsynligt, at de vil være i stand til at afsætte inde i en rørledning eller tilstoppe porøse medier, " sagde Biswal.

"Men næsten alle test indtil nu er blevet udført i bulk-skala og meget få under flydende forhold. Virksomheder så bare, om deres kemikalier gør partiklerne mindre. Og det gør de. Hvad de ikke forstod er, at jo mindre partiklen er , jo mindre sandsynligt vil det følge væskestrømmen. I nærværelse af dispergeringsmidler, indskud kan faktisk blive værre."

Den frelsende nåde, hun sagde, er, at dispergeringsmidler ser ud til at ændre asfalten kemisk ved at øge frastødningen mellem aggregaterne. Det gør det sværere for partikler at hænge sammen. "Vi omtaler dem som blødere asfaltener, " sagde Biswal. "Det kræver ikke megen kraft at bryde store aggregater op."

Lin said dispersant manufacturers typically use liters of crude oil in each test. "We just need a milliliter of crude, and we get better resolution than they do, " he said. "When the asphaltene content is very low, traditional methods fail to see a difference in chemicals, or even a deposit."

Co-authors of the paper are postdoctoral researcher Peng He, lecturer Mohammad Tavakkoli and Francisco Vargas, an assistant professor of chemical and biomolecular engineering, all from Rice; Nevin Thunduvila Mathew, Yap Yit Fatt and Afshin Goharzadeh of the Petroleum Institute, Abu Dhabi, United Arab Emirates; and John Chai, a professor of engineering and technology at the University of Huddersfield, United Kingdom. Biswal is an associate professor of chemical and biomolecular engineering and of materials science and nanoengineering.