Выполнила: Зияева Т.Р. Приняла: д.х.н., профессор Бойко Г.И. Нефтяные эмульсии. Дисперсность эмульсий. Инверсия и устойчивость нефтяных эмульсий Алматы 2019

ПЛАН РАБОТЫ Эмульсия. Классификация нефтяных эмульсий Основные физико-химические свойства нефтяных эмульсий Дисперсность эмульсии Инверсия нефтяных эмульсий Устойчивость нефтяных эмульсий и их старение

Эмульсия. Классификация нефтяных эмульсий Эмульсия – это гетерогенная система, состоящая из двух взаимно не растворимых (или мало растворимых) жидкостей, одна из которых диспергирована в другой в виде мелких капелек (глобул) диаметром, превышающем 0,1 мкм 1 – частицы эмульгатора; 2 – бронирующий слой; 3 – дисперсионная среда – нефть; 4 – глобула воды

Классификация нефтяных эмульсий I группа – это эмульсия обратного типа («вода в масле») II группа – это эмульсия прямого типа («масло в воде») III группа – это «множествен- ная эмульсия»

Классификация нефтяных эмульсий по концентрации дисперсной фазы в дисперсионной среде разбавленные - жидкость, содержащие до 0,2 объем. % дисперсной фазы Концентрированные - с содержанием дисперсной фазы до 74 объем.% Высококонцентрированные - с содержанием дисперсной фазы свыше, чем 74 объем. %

Классификация нефтяных эмульсий по концентрации дисперсной фазы в дисперсионной среде Особеннности разбавленных эмульсий: 1) незначительный диаметр капелек дисперсной фазы (10-3 см); 2) на капельках этих эмульсий имеются электрические заряды; 3) капельки,как правило, не сталкиваются, так как вероятность их столкновения очень мала и эмульсин эти весьма стойкие. Особенности концентрированных эмульсий: I) капельки могут осаждаться (седиментировать); 2) в зависимости от свойств эмульгатора эмульсии эти могут быть весьма устойчивыми.

Классификация нефтяных эмульсий по концентрации дисперсной фазы в дисперсионной среде Особенности высококонцентрированных эмульсий: 1) капельки дисперсной фазы не способны к седиментации; 2) вследствие большой концентрации капельки дисперсной фазы в процессе движения могут деформироваться. Размеры капелек дисперсной фазы в эмульсиях могут быть самыми разнообразными и колебаться в пределах от 0,1 до 100 мкм (от 10-3 до см). Дисперсные системы, состоящие из капелек одного к того же диаметра, называются монодисперсными. дисперсные системы, состоящие из капель различного диаметра, - полидисперсными. Нефтяные эмульсии относятся, как правило, к полидисперсным системам, т. е. к системам, содержащим частицы самых разных размеров.

Причины образования водонефтяных эмульсий Большинство исследователей считает, что в пластовых условиях диспергирование (дробление) газонефтеводяных систем практически исключается. Глубинные пробы жидкости, отобранные у забоя скважины, как правило, состоят из безводной нефти и воды, в то время как на поверхности отбирают высокодисперсную эмульсию. На глубине 2000 м и при давлении 20 МПа одна объемная часть нефти в состоянии растворить до 1000 объемных частей газа. При подъеме нефти и понижении давления газ выделяется с такой энергией, что ее вполне достаточно для диспергирования пластовой воды. Стойкость эмульсий зависит от способа добычи нефти.

Дисперсность эмульсии это степень раздробленности дисперсной фазы в дисперсионной среде. Дисперсность эмульсии Дисперсность, определяющая свойства эмульсии, характеризуется тремя величинами: 1) диаметром капелек d; 2) обратной величиной диаметра капельки D = 1/d, называемой обычно дис­ персностью; 3) удельной межфазной поверхностью, т. е. отноше­нием суммарной поверхности капелек к общему их объему.

Удельная поверхность любой дисперсной системы (S уд ) равна отношению общей ( суммарной ) поверхности между фазами (S ) и объема (V) дисперсной фазы: Sуд = S\ V = (4πr 2 )\[ (4\3) πr 3 =3\r=6\d Все эти величины взаимосвязаны и выражаются общей формулой S уд = 6/d = 3/r. Дисперсность эмульсии Чем больше удельная поверхность, тем более стойкой является эмульсия, тем будет больше расход деэмульгатора для разрушения бронирующих оболочек на глобулах воды.

Дисперсность эмульсий можно определять различными методами. Наиболее простой и надежный седиментационный метод, основанный на зависимости скорости оседания частиц от их величины. Точность определения дисперсности данным способом напрямую зависит от условий выполнения. Он позволяет определять дисперсность в интервале от см до см, которому соответствуют эмульсии. Дисперсность эмульсии

Инверсия (обращения фаз) – это превращение эмульсии одного типа в другой путем добавления к ней большего количества эмульгатора другого рода при энергичном перемешивании. При этом дисперсная становится дисперсионной средой, а дисперсионная среда – дисперсной фазой. Инверсия и устойчивость нефтяных эмульсий

Определение точки инверсии считается важным для прогнозирования процессов транспорта эмульсий. Тем более процесс перехода фаз (инверсии) по мере промыслового сбора идет обратным ходом: из прямого типа эмульсии в обратный тип. Инверсия и устойчивость нефтяных эмульсий Рисунок 3 – Зависимость гидравлического сопротивления нефтяной эмульсии 2 при температуре 20°С и различных давлениях, где: 1 – 6 кгс/см 2 ; 2 – 4 кгс/см 2 ; 3 – 2 кгс/см 2

Самым важным показателем для нефтяных эмульсий является их устойчивость (стабильность), т. е. способность в течение определенного времени не разрушаться и не разделяться на нефть и воду. Устойчивость эмульсии определяется временем ее существова­ния и выражается очень простой формулой = H/v, где Н высота столба эмульсии, см; v средняя линейная скорость расслоения эмульсии, см/с. Инверсия и устойчивость нефтяных эмульсий

Дисперснос- ти плотности и вязкости нефти состава и свойств эмульгиро- ванной воды. содержания легких фракций углеводородов и эмульгаторов Устойчивость водонефтяных эмульсий зависит от:

Это способность системы противостоять оседанию или всплыванию частиц дисперсной фазы под действием стоксовых сил. Для разбавленных эмульсий, когда содержание дисперсной фазы менее 3 %, кинетическая устойчивость может быть представлена выражением: где V – скорость оседания или всплывания частиц дисперсной фазы с радиусом r, ρ в, ρ н – плотности дисперсной фазы и дисперсионной среды; η – вязкость дисперсионной среды; g – ускорение свободного падения. Кинетическая (седиментационная) устойчивость

Это способность глобул дисперсной фазы при их столкновении друг с другом или границей раздела фаз сохранять свой первоначальный размер. В этой связи следует различать два процесса: коалесценцию и флокуляцию. Флокуляция – слипание глобул при столкновении с образованием агрегатов из двух и более глобул. Коалесценция – процесс слияния (укрупнения) глобул при столкновении друг с другом или границей раздела фаз. Время существования эмульсионного слоя определяют по уравнению где Н – высота слоя, V – средняя скорость самопроизвольного расслоения. Агрегативная устойчивость эмульсий

Поскольку большинство нефтяных эмульсий обладает чрезвычайно высокой агрегативной устойчивостью, величину её целесообразно оценивать по формуле: где W 0 – общее содержание дисперсной фазы в анализируемой эмульсии; W – количество дисперсной фазы, расслоившейся в процессе центрифугирования. Агрегативная устойчивость эмульсий

Мерой устойчивости эмульсии может слу­жить изменение ее плотности за определенный промежуток вре­мени в определенном слое или количество выделившейся воды при отстое. На устойчивость нефтяных эмульсий большое влияние оказы­ вают: дисперсность системы; физико-химические свойства эмульгаторов, образующих на поверхности раздела фаз адсорб­ционные защитные оболочки; наличие на глобулах дисперсной фазы двойного электрического заряда; температура смешиваю­щихся жидкостей; величина рН эмульгированной пластовой воды. Устойчивость нефтяных эмульсий

По дисперсности нефтяные эмульсии подразделяются на: мелкодисперсные с размером капель воды от 0,2 до 20 мк; средней дисперсности, с водяными капельками размером от 20 до 50 мк; грубодисперсные с каплями воды размером от 50 до 300 мк.

Чем выше дисперсность эмульсии, тем она устойчивее при всех прочих равных условиях. Однако вследствие огромного увеличе­ния поверхности раздела между двумя жидкостями система, полу­ченная диспергированием, приобретает большой запас свободной поверхностной энергии А и ста­новится термодинамически неустойчивой: A = σ S, где σ - свободная энергия единицы поверхности; S - суммарная площадь поверхности раздела. Устойчивость нефтяных эмульсий

На устойчивость эмульсий большое влияние оказывают стабилизирующие вещества, называемые эмульгаторами, образующие на поверхности капель адсорбционные защитные оболочки («брони»), которые препятствуют слиянию этих капель. В качестве природных эмульгаторов могут выступать: Смолы Асфальтены Асфальтеновые кислоты и их ангидриды Соли нафтеновых кислот Различные органические примеси Устойчивость нефтяных эмульсий

Устойчивость нефтяных эмульсий в большой степени зависит также от электрического заряда на поверхности частиц (гло­бул). Образующийся двойной электрический слой защищает ча­стицы эмульсии от слипания подобно адсорбционным оболочкам. Происхождение двойного электрического заряда на границе раздела фаз можно объяснить следующим образом. В гомогенной (однородной) фазе при равновесных условиях электрический потенциал любого компонента имеет постоянную величину во всем объеме Устойчивость нефтяных эмульсий

Устойчивость нефтяных эмульсий зависит от температуры: при повышении температуры устойчивость эмульсии понижается, так как механическая прочность адсорбционных оболочек, осо­бенно содержащих парафин и церезин, снижается до нуля, в ре­зультате капли сливаются и эмульсия разрушается; при пониже­нии же температуры таких эмульсий механическая прочность адсорбционных оболочек повышается, что влечет за собой и соответствующее повышение стойкости эмульсий. Устойчивость нефтяных эмульсий

Величина рН пластовой воды также оказывает существенное влияние на стойкость нефтяных эмульсий, так как сказывается на упругих свойствах поверхностных слоев, причем степень воздей­ствия его на различные нефти неодинакова. С увеличением вели­чины рН снижаются реологические свойства поверхностных слоев на границе нефть вода, что влечет расслоение эмульсии. Увеличе­ние рН обычно достигается введением в эмульсию щелочи, способствующей снижению механической прочности бронированных оболочек и, как следствие, разложению эмульсии на нефть и воду Устойчивость нефтяных эмульсий

1 Доссо, У. Разработка технологии глубокого обезвоживания и обессоливания тяжелых высоковязких нефтей: дис.....канд. техн. наук / Доссо Уэй. – Москва, – 117 с. 2 Цыганов, Д.И. Композиционные составы для процессов подготовки устойчивых промысловых эмульсий: дис.....канд. техн. наук / Дмитрий Геннадьевич Цыганов. – Казань, – 164 с. 3 Маркин, А.Н. Нефтепромысловая химия: практическое руководство / Маркин А.Н., Низамов Р.Э., Суховерхов С.В. – Владивосток: Дальнаука, с. 4 Ибрагимов, Н.Г. Осложнения в нефтедобыче / Н.Г. Ибрагимов, А.Р. Хафизов, В.В. Шайдаков [и др.]- Уфа: Монография, с. 5 ГОСТ Р Нефть. Общие технические условия.- М.: Стандартинформ, с. 6 Маркин, А.Н. Нефтепромысловая химия: практическое руководство / А.Н. Маркин, Р.Э. Низамов, С.В. Суховерхов. - Владивосток: Дальнаука, с. Список использованной литературы

Благодарю за внимание!