El investigador postdoctoral de Rice Peng He, izquierda, y el estudiante graduado Yu-Jiun Lin analizan una muestra de petróleo crudo a través de un dispositivo de microfluidos que les permite ver la acumulación de asfaltenos en tiempo real. Los dispositivos transparentes se utilizaron para caracterizar cómo los dispersantes químicos rompen los depósitos de asfaltenos que dificultan el flujo de crudo en bocas de pozo y tuberías. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Suena cliché pero las cosas empeoran antes de mejorar cuando las líneas de petróleo y gas se limpian de contaminantes, según investigadores de la Universidad de Rice. Hasta ahora, nadie sabía exactamente por qué.
El asfaltenos es un complejo de moléculas de hidrocarburos que se encuentran en el petróleo crudo. Es la fuente de valioso asfalto y también se puede convertir en materiales impermeabilizantes y para techos, inhibidores de corrosión y otros productos, pero cuando se acumula en una tubería, es un problema. Los asfaltenos a menudo se denominan "colesterol" de la industria petrolera, ya que se sabe que se coagulan y ralentizan o incluso detienen el flujo de petróleo y gas en la roca del yacimiento.
La ingeniera de Rice, Sibani Lisa Biswal, y sus colegas utilizaron sus dispositivos microfluídicos únicos, instrumentos que utilizan una pequeña cantidad de líquido en un microchip para realizar una prueba, examinar cuatro dispersantes químicos comerciales que reducen la acumulación de asfaltenos en pozos y tuberías. Los dispositivos les permitieron observar cómo reaccionaban los dispersantes con los asfaltenos.
El estudio dirigido por Rice aparece en la revista Energy and Fuels de la American Chemical Society.
Asegurar el flujo a través de las tuberías es primordial en la producción de petróleo y gas. por lo que los avances que ayudan a mantener las líneas claras son importantes para la industria. Hasta la fecha, Las empresas químicas generalmente han realizado pruebas estáticas a granel en productos anti-asfaltenos, Dijo Biswal.
El laboratorio de Rice fabrica dispositivos de microfluidos con canales microscópicos a través de los cuales los investigadores pueden observar la dinámica de la deposición de asfaltenos en tiempo real. con o sin dispersantes y en una variedad de caudales.
"Todo en nuestro sistema es transparente, "Dijo Biswal." El petróleo crudo no ha sido muy compatible con los dispositivos de microfluidos que otros están usando (porque los canales y pilares son demasiado anchos), y el tipo de dispositivos que estamos fabricando solo ha sido posible con materiales recientes. Somos uno de los primeros grupos en impulsar la idea de que podemos usar estos sistemas para visualizar los procesos de flujo de aceite.
Los dispositivos permiten que el aceite fluya alrededor de pilares que tienen solo 125 micrones de ancho y dejan canales que son aproximadamente del tamaño de los de las formaciones petrolíferas. A través de un microscopio, Biswal y el autor principal y estudiante graduado de Rice, Yu-Jiun Lin, observaron cómo el asfaltenos formaba grumos en forma de delta delante y detrás de los pilares. eventualmente llenando los canales.
Desde la izquierda, Yu-Jiun Lin, estudiante de posgrado de Rice, Sibani Lisa Biswal, profesor asociado de ingeniería química y biomolecular y de ciencia de materiales y nanoingeniería, y el investigador postdoctoral Peng He. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Cuando se agregaron dispersantes químicos al crudo, los investigadores vieron algo que no esperaban:los depósitos aparecieron incluso antes, pero luego comenzó a romperse y caer en el flujo.
Los dispersantes están diseñados para hacer que las partículas de asfaltenos sean más pequeñas, y los experimentos demostraron que sí. "La idea es, si hace que las nanopartículas de petróleo crudo sean más pequeñas, es menos probable que puedan depositarse dentro de una tubería o taponar medios porosos, "Dijo Biswal.
"Pero casi todas las pruebas hasta ahora se han realizado a gran escala y muy pocas en condiciones de flujo. Las empresas solo estaban viendo si sus productos químicos hacen que las partículas sean más pequeñas. Y lo hacen. Lo que no entendieron es que cuanto más pequeña es la partícula , es menos probable que siga la corriente de fluido. En presencia de dispersantes, los depósitos pueden empeorar ".
La gracia salvadora ella dijo, es que los dispersantes parecen alterar químicamente el asfaltenos aumentando la repulsión entre los agregados. Eso hace que sea más difícil que las partículas se peguen. "Nos referimos a ellos como asfaltenos más blandos, "Dijo Biswal." No se necesita mucha fuerza para romper grandes agregados ".
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. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
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.
