Det låter klyschigt, men saker och ting blir värre innan de blir bättre när olje- och gasledningar rensas från föroreningar, enligt Rice University forskare. Tills nu, ingen visste exakt varför.

Asfalten är ett komplex av kolvätemolekyler som finns i råolja. Det är källan till värdefull asfalt och kan även göras till vattentätnings- och takmaterial, korrosionsinhibitorer och andra produkter, men när det byggs upp i en pipeline, det är problem. Asfaltener kallas ofta för oljeindustrins "kolesterol", eftersom de är kända för att koagulera och bromsa eller till och med stoppa flödet av olja och gas i reservoarberg.

Risingenjören Sibani Lisa Biswal och hennes kollegor använde sina unika mikrofluidiska enheter, instrument som använder en liten mängd vätska på ett mikrochip för att utföra ett test, att undersöka fyra kommersiella kemiska dispergeringsmedel som begränsar uppbyggnaden av asfalten i brunnar och rörledningar. Apparaterna gjorde det möjligt för dem att se hur dispergeringsmedlen reagerar med asfaltener.

Den Rice-ledda studien visas i American Chemical Society-tidskriften Energy and Fuels.

Att säkerställa flöde genom rörledningar är avgörande vid olje- och gasproduktion, så framsteg som hjälper till att hålla linjer klara är viktiga för branschen. Hittills, kemiföretag har i allmänhet utfört statiska bulktester på anti-asfaltenprodukter, sa Biswal.

Rislabbet tillverkar mikrofluidiska enheter med mikroskopiska kanaler genom vilka forskare kan se dynamiken i asfaltenavsättning i realtid, med eller utan dispergeringsmedel och vid en mängd olika flödeshastigheter.

"Allt i vårt system är transparent, " Sa Biswal. "Råolja har inte varit särskilt kompatibel med de mikrofluidiska enheter som andra använder (eftersom kanalerna och pelarna är för breda), och den typ av enheter vi tillverkar har bara varit möjliga med nyare material. Vi är en av de tidiga grupperna som driver idén att vi kan använda dessa system för att visualisera oljeflödesprocesser.

Enheterna tillåter olja att flöda runt pelare som bara är 125 mikron breda och lämnar kanaler som är ungefär lika stora som de i oljeförande formationer. Genom ett mikroskop, Biswal och huvudförfattaren och Rice-studenten Yu-Jiun Lin såg när asfalten bildade deltaformade klumpar framför och bakom pelarna, så småningom fylla i kanalerna.

När kemiska dispergeringsmedel tillsattes till råoljan, forskarna såg något de inte förväntade sig:avlagringarna dök upp ännu tidigare, men började sedan bryta ihop och falla bort i flödet.

Dispergeringsmedel är utformade för att göra asfaltenpartiklar mindre, och experimenten visade att de gör det. "Tanken är, om du gör nanopartiklarna av råolja mindre, det är mindre troligt att de kommer att kunna deponera i en pipeline eller plugga porösa media, " sa Biswal.

"Men nästan alla tester hittills har gjorts i bulkskala och väldigt få under flytande förhållanden. Företagen såg bara om deras kemikalier gör partiklarna mindre. Och det gör de. Vad de inte förstod är att ju mindre partikeln är , desto mindre sannolikt kommer det att följa vätskeströmmen. I närvaro av dispergeringsmedel, insättningar kan faktiskt bli värre."

Den frälsande nåden, Hon sa, är att dispergeringsmedel verkar kemiskt förändra asfalten genom att öka repulsionen mellan aggregaten. Det gör det svårare för partiklar att hålla ihop. "Vi hänvisar till dem som mjukare asfaltener, ", sa Biswal. "Det krävs inte mycket kraft för att bryta upp stora aggregat."

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, Storbritannien. Biswal is an associate professor of chemical and biomolecular engineering and of materials science and nanoengineering.