Chercheur postdoctoral Rice Peng He, la gauche, et l'étudiant diplômé Yu-Jiun Lin passe un échantillon de pétrole brut à travers un dispositif microfluidique qui leur permet de voir l'accumulation d'asphaltènes en temps réel. Les dispositifs transparents ont été utilisés pour caractériser la façon dont les dispersants chimiques brisent les dépôts d'asphaltènes qui entravent l'écoulement du brut dans les têtes de puits et les pipelines. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
ça fait cliché, mais les choses empirent avant de s'améliorer lorsque les conduites de pétrole et de gaz sont débarrassées des contaminants, selon les chercheurs de l'Université Rice. Jusqu'à maintenant, personne ne savait exactement pourquoi.
L'asphaltène est un complexe de molécules d'hydrocarbures présentes dans le pétrole brut. C'est la source d'asphalte précieux et peut également être transformé en matériaux d'étanchéité et de toiture, inhibiteurs de corrosion et autres produits, mais quand il s'accumule dans un pipeline, c'est un problème. Les asphaltènes sont souvent appelés le « cholestérol » de l'industrie pétrolière car ils sont connus pour coaguler et ralentir ou même arrêter l'écoulement du pétrole et du gaz dans la roche réservoir.
L'ingénieur riz Sibani Lisa Biswal et ses collègues ont utilisé leurs dispositifs microfluidiques uniques, instruments qui utilisent une petite quantité de liquide sur une puce électronique pour effectuer un test, pour examiner quatre dispersants chimiques commerciaux qui réduisent l'accumulation d'asphaltène dans les puits et les pipelines. Les appareils leur ont permis de voir comment les dispersants réagissent avec les asphaltènes.
L'étude dirigée par Rice apparaît dans la revue Energy and Fuels de l'American Chemical Society.
Assurer le débit dans les pipelines est primordial dans la production de pétrole et de gaz, les progrès qui aident à garder les lignes claires sont donc importants pour l'industrie. À ce jour, les entreprises chimiques ont généralement effectué des tests de masse statiques sur des produits anti-asphaltènes, dit Biswal.
Le laboratoire Rice fabrique des dispositifs microfluidiques avec des canaux microscopiques à travers lesquels les chercheurs peuvent observer la dynamique du dépôt d'asphaltènes en temps réel, avec ou sans dispersants et à divers débits.
"Tout dans notre système est transparent, " a déclaré Biswal. " Le pétrole brut n'a pas été très compatible avec les dispositifs microfluidiques que d'autres utilisent (parce que les canaux et les piliers sont trop larges), et le type d'appareils que nous fabriquons n'a été possible qu'avec des matériaux récents. Nous sommes l'un des premiers groupes à proposer l'idée que nous pouvons utiliser ces systèmes pour visualiser les processus d'écoulement du pétrole.
Les dispositifs permettent au pétrole de s'écouler autour de piliers de seulement 125 microns de large et de laisser des canaux d'environ la taille de ceux des formations pétrolifères. A travers un microscope, Biswal et l'auteur principal et étudiant diplômé de Rice Yu-Jiun Lin ont observé l'asphaltène former des touffes en forme de delta devant et derrière les piliers, remplissant finalement les canaux.
De gauche, Yu-Jiun Lin, étudiant diplômé de Rice, Sibani Lisa Biswal, professeur agrégé de génie chimique et biomoléculaire et de science des matériaux et nano-ingénierie, et le chercheur postdoctoral Peng He. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
Lorsque des dispersants chimiques ont été ajoutés au brut, les chercheurs ont vu quelque chose auquel ils ne s'attendaient pas :les dépôts sont apparus encore plus tôt, mais a ensuite commencé à se briser et à tomber dans le courant.
Les dispersants sont conçus pour rendre les particules d'asphaltène plus petites, et les expériences ont prouvé qu'ils le font. "L'idée est, si vous réduisez les nanoparticules de pétrole brut, il est moins probable qu'ils puissent se déposer à l'intérieur d'un pipeline ou boucher des milieux poreux, " a déclaré Biswal.
"Mais jusqu'à présent, presque tous les tests ont été effectués à grande échelle et très peu dans des conditions d'écoulement. Les entreprises voyaient simplement si leurs produits chimiques rendaient les particules plus petites. Et elles le font. Ce qu'elles n'ont pas compris, c'est que plus la particule est petite. , moins il est probable qu'il suive le flux de fluide. En présence de dispersants, les dépôts peuvent en fait empirer. »
La grâce salvatrice, elle a dit, est que les dispersants semblent altérer chimiquement les asphaltènes en augmentant la répulsion entre les agrégats. Cela rend plus difficile l'adhérence des particules. "Nous les appelons asphaltènes plus doux, " Biswal a dit. " Il ne faut pas beaucoup de force pour briser de gros agrégats. "
Graduate student Yu-Jiun Lin holds a microfluidic device used to show how and why dispersants are able to break up deposits of asphaltene that hinder the flow of crude oil in wellheads and pipelines. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
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, Abou Dabi, United Arab Emirates; and John Chai, a professor of engineering and technology at the University of Huddersfield, Royaume-Uni. Biswal is an associate professor of chemical and biomolecular engineering and of materials science and nanoengineering.
