Modelling asphaltene deposition in turbulent pipeline flows

Asphaltene deposition is one of the important problems of oil production that requires an accurate predictive modelling. We developed an asphaltene deposition model in a pipeline. The model is based on data, which are obtained by experiments performed in a Couette device, where the inner cylinder rotates, and deposition on the outer wall is studied. A detailed theoretical analysis of an applicability of a Couette device for imitation of the asphaltene deposition in a pipe flow is presented. The model developed is based on first principles and consists of the two major modules: (1) a sub‐model describing the particle size distribution evolution in time in a Couette device, and along a pipe; (2) a sub‐model for calculating the particle transport to the wall. A population balance model is employed for modelling the particle size evolution. A concept of the critical particle size is introduced; only particles that are smaller than the critical size can deposit. The model developed contains only three parameters that are determined experimentally using a Couette device. The model of asphaltene deposition in a Couette device allows accurate describing the deposit mass growth in time. Performance of the deposition model for a pipeline with the coefficients obtained by a laboratory Couette device is also illustrated. Le dépôt d'asphaltènes est un des problèmes majeurs de l'industrie pétrolière et nécessite des modèles prédictifs fiables. Nous avons développé un modèle de dépôt d'asphaltènes en conduite pétrolière. Le modèle est basé sur des données obtenues expérimentalement par un système Couette avec cylindre intérieur tournant. Le dépôt sur les parois extérieures, fixes, est alors étudié. Une analyse théorique détaillée de l'applicabilité d'un système Couette à l'étude du dépôt d'asphaltènes en écoulement dans une conduite pétrolière est présentée. Le modèle développé est basé sur des principes fondamentaux et consiste en deux principaux modules: (1) un premier module décrivant l'évolution de la distribution de taille des particules avec le temps dans un système Couette et le long d'une conduite, (2) un deuxième module pour le calcul du transport des particules vers la paroi. Un modèle d'équilibre de population ( population balance model ) est utilisé pour modéliser l'évolution de la taille des particules. Un concept de « taille critique » est alors défini: seules les particules plus petites que cette taille peuvent se déposer. La modélisation contient seulement trois paramètres qui sont déterminés expérimentalement sur un appareil de type Couette. Le modèle permet une description fiable de l'augmentation de la masse de dépôt avec le temps. Les résultats de ce modèle appliqués à une conduite pétrolière avec les paramètres obtenus en laboratoire sur un système Couette sont également démontrés. © 2011 Canadian Society for Chemical Engineering