Improved Mechanisms of Asphaltene Deposition, Precipitation and Fouling.

Asfaltener er en stoffgruppe som finnes i råolje. De har blitt kalt "petroleumskolesterolet", da de kan skape problemer for råoljeproduksjonen ved å felle ut i reservoaret og under transpot eller danne avleiringer i prosessutstyr og separatorer. For å ha en god strategi for å begrense asfaltenavleiring, er det viktig å fastslå en nøyaktig utfellings og avleiringsmekanisme for asfaltenene. Gjennom årene har flere modeller for asfaltenutfelling og avleiring blitt foreslått. Ingen av disse tar imidlertid hensyn til at asfaltener er "polydisperse" dvs. de inneholder mange forskjellige molekyler med ulik masse og kjemisk funksjonalitet. Dette programmet tar sikte på å korrigere denne forenklingen for å oppnå en mer realistisk mekanisme for asfaltenutfelling og avsetning og identifisere underfraksjonen av de ansvarlige asfaltenene (de "slemme asfaltenene"). Dette hovedmålet er oppnådd med forskningsaktiviteter om hvordan asfaltener danner forbindelser seg imellom og reagerer med kjemiske hemmere som injiseres under produksjon for å hemme asfaltenutfelling og avsetning. For å takle dette målet krever prosjektet et mangfold av avanserte instrumenter for å karakterisere asfaltenene og bestemme egenskapene deres. Derfor ble det etablert et internasjonalt konsortium av ulike forskergrupper: Konsortiet består av: -Ugelstad Laboratoriet ved NTNU/Norge -Universitetet i Pau/Frankrike -Universitetet i Alberta/Canada -Universitetet i Parana/Brazil. Hver gruppe har spesialisert seg på et bestemt domene og deres kompetanse og kunnskap utfyller hverandre. Programmet er finansiert av Norges forskningsråd og følgende industrisponsorer: AkzoNobel, BP, Canada Natural Resources, Nalco Champion, PetroBras, Statoil og Total. Sponsorene gir sin kompetanse og gir råoljer og kjemiske hemmere som skal studeres i programmet. Resultatene som er oppnådd i prosjektet, vil tillate oss å bedre vurdere om asfaltener kan utfelle eller danne avleiringer og avsetninger i produksjonsanlegg under produksjon og transport av råolje: -En ny fraksjoneringsmetode har blitt utviklet for å separere asfaltener i forskjellige fraksjoner basert på deres kjemiske egenskaper. Utførte målinger viser at bare en av disse fraksjonene som er en sannsynlig kandidat for utfelling/avsetningrisiko forbundet med asfaltener. -Et nytt apparat kalt kvartskrystallresonator har blitt bygget, som gjør det mulig å bestemme ved hvilket trykk og temperatur asfaltenene felles ut. Følgelig vil det være mulig ved å karakterisere en råoljeprøve med dette apparatet for å bestemme om asfaltener vil utfelle og gi problemer under produksjon. Programmet har også gitt oss mulighet til å forbedre vår kunnskap om ulike aspekter av asfaltenegenskapene: -Mekanismen som beskriver hvordan asfaltenmolekylene danner forbindelser med hverandre og danner kolloider av forskjellig størrelse (fra nanometer til mikrometerstørrelse) er nå bedre kjent. Denne nye kunnskapen muliggjør utvikling av bedre modeller for å bidra til å forutsi asfaltenutfelling/avsetning/avleiring-risiko. -Interaksjonene mellom asfaltener og kjemiske hemmere har blitt studert, samt hvordan hemmeren forhindrer adsorpsjon eller avsetning av asfaltener på rustfritt stål (etterligning av rørvegg). Programmets eksperimentelle arbeid ble supplert med modelleringsaktiviteter for å styrke konklusjonene som ble oppnådd. Modelleringsteknikken som brukes kalles Dissipative Particle Dynamics. Denne teknikken representerer grupper av atomer som partikler som påvirker hverandre. Som helhet forventer vi at de nye kompetansene og metodene som utvikles i programmet vil tillate oss å bedre forutsi asfaltenutfelling, avsetning og avleiring og utvikle nye og forbedrede kjemiske hemmere. En av sponsorene til programmet har uttalt at programmet har gitt bedre forståelse av asfaltenfenomener. Dataene som genereres i programmet vil bli brukt som et utgangspunkt i utformingen av nye forbedrede hemmere, i diskusjoner med kunder og til markedsføringsformål. Ulike strategier ble gjennomført for å formidle resultatene som ble oppnådd i programmet: -Siden starten av forskningsprogrammet har forskningspartnere rapportert resultatene til sponsorene i halvårsmøter, hvor en av partnerne eller sponsorene opptrer som vert. -Alle resultatene ble publisert i anerkjente internasjonale vitenskaplige og fagfellevurderte tidsskrifter (28 artikler publisert). -Resultatene ble presentert på ulike nasjonale og internasjonale konferanser som innledende forelesninger, muntlige presentasjoner og plakatpresentasjoner (totalt: 12). Programmet er og vil bli videreført bedre kvantifisering av interaksjonene mellom asfaltener og kjemiske hemmere og korrelasjonen til oppløseligheten av asfaltener ved atmosfærisk-og høytrykksbetingelser for å redusere kostnadene relatert til testing av asfaltenrisiko.

Asphaltenes represent heavy polar colloidal fraction in crude oils. Due to pressure variation, processing and production conditions of different crude oils, asphaltenes can precipitate and form organic deposits in oil reservoirs, in wells and on equipment s and pipe walls and induce fouling in general. These deposits can cause serious and costly irregularities in production and transport of oil. Several models have been proposed to explain these irregularities but they all suffer from inacurrate asphaltene chemistry. It is by now evident that in order to fully understand and account for the above-mentioned phenomena, the effect of the polydisperse functionality of the asphaltenes must be understood. In order to follow up the primary objective, the project will combine small scale tests both at atmospheric and elevated pressures, modelling and capillary loop tests. Finally based on the accumulated knowledge, chemical modifications together with inhibitors will be developed in order to minimize the molecular affinity to pipe surfaces and their interactions in solution. The project will be executedby four academic research groups with a strong industrial support. Each group is specialized in a specific domain and their competences are complimentary. They are : -The Ugelstad Laboratory/NTNU, Norway -The Department of Chemical Engineering/University of Alberta, Canada -The Laboratory of Complex Fluids and their Reservoirs/University of Pau,France -The Laboratory of Emulsions/Federal University of Paraná, Brazil Ugelstad Laboratory, the University of Alberta and the Federal University of Paraná have complementary competences in colloidal fluids at atmospheric pressure and University of Pau in high pressure and temperature characterization.