Требования к реагентам
Нефтяные эмульсии подвергаются обработке деэмульгатором в системах сбора и транспорта продукции скважин (внутритрубная деэмульсация) и на установках подготовки нефти. При попадании в эмульсию реагент проходит две основные стадии:
1) доведение эмульгатора до поверхности капель эмульгированной воды, т.е. транспортная стадия;
2) проникновение его в защитные слои капель с последующим их разрушением.
Первая стадия является диффузионным процессом и зависит от способа ввода реагента, его физико-химических свойств, углеводородного состава нефтяной фазы эмульсии, турбулентности обрабатываемого потока. На скорость этой фазы влияет растворимость реагента в фазах нефтяной эмульсии. Деэмульгаторы могут быть водорастворимые или маслорастворимые. При контакте эмульсии с реагентом коэффициент фазового распределения ПАВ зависит от типа деэмульгатора (его состава, строения), физико-химических свойств нефтей и пластовых вод, температуры. Этот коэффициент фазового распределения не зависит от соотношения объемов водной и углеводородной фаз.
Эффективность этой стадии определяется свойствами нефти и деэмульгатора, гидродинамической характеристикой обрабатываемого эмульсионного потока и технологией ввода деэмульгатора в нефтяной эмульсионный поток. Управление этой стадией процесса осуществляется путем изменения гидродинамических параметров эмульсионного потока; подбором более эффективного деэмульгатора или изменением способа и точки ввода деэмульгатора в нефтяной поток.
Вторая стадия - это кинетическая стадия, т.е. эффективность выхода реагента на межфазную поверхность.
Эффективность этой стадии определяется скоростью диффузии молекул деэмульгатора к поверхности раздела фаз нефть - вода через защитный слой стабилизатора и скоростью адсорбции деэмульгатора на этой поверхности, т.е. физико-колоидно-химическими свойствами молекул деэмульгатора. Эти процессы усиливаются механическими или физическими способами воздействия на структуру защитных оболочек в присутствии деэмульгатора.
Механическое воздействие - это подача реагента на прием сырьевого насоса, применение различных смесителей реагента с эмульсией, способствующих механическому дроблению капель эмульгированной воды. Такие способы имеют ограничения, так как возможно передиспергирование капель воды, существенное уменьшение их размеров, что ухудшает качество подготовки нефти.
Физические методы - это разрушение защитных оболочек за счет процесса массообмена при разгазировании эмульсии, удаление из состава защитного слоя одного из компонентов (высокомолекулярных парафинов). Этот способ реализуется при подаче реагента в газонасыщенную нефть перед ступенью сепарации, при нагреве эмульсии.
Таким образом, для интенсификации разрушения эмульсии необходимо применение высокоэффективных деэмульгаторов, быстро растворяющихся в нефтяной фазе, обладающих высокой поверхностной активностью на границе раздела фаз, и использование технологических приемов, приводящих к нарушению целостности защитных оболочек, обеспечивающих более быстрое проникновение молекул реагентов в защитные слои и их разрушение.
Подача реагента в нефтяную эмульсию осуществляется специальными мобильными установками, выполненными в блочном исполнении. Установки НДУ, БР состоят из рамы-саней, теплоизолированной будки, емкости, плунжерного дозировочного насоса, электрообогревателя, вентилятора. Предусматривается подача реагента в товарной форме, без разбавления. Расход реагента регулируется числом ходов плунжера в минуту.
Выбор деэмульгатора обусловливается следующими факторами:
· Тип сырой нефти (асфальтовая или парафинистая) не имеет значения при выборе деэмульгаторов, так как многие из них пригодны для обработки эмульсий той или иной нефти;
· Если из эмульсии в процессе разрушения сразу выделяется вода, такие реагенты называют быстродействующими деэмульгаторами. Их, как правило, применяют для снижения давления в напорных линиях. Некоторые деэмульгаторы могут отделять воду только спустя определенное время после начала обработки - это медленно действующие реагенты. Такие деэмульгаторы позволяют достичь большей степени обезвоживания нефти, чем быстродействующие. Для подбора оптимального деэмульгатора в каждом случае необходимы сведения о времени пребывания обработанной нефти в отстойной аппаратуре, ее объеме и производительности;
· Важным фактором выбора реагента является характер течения жидкости - ламинарныйили турбулентный. Некоторые деэмульгаторы при определенных условиях способствуют повторному эмульгированию уже расслаивающейся эмульсии. В первую очередь деэмульгатор должен хорошо обезвоживать сырую нефть, не оказывая отрицательного влияния на качество отделившейся воды.
Сейчас до 80% необходимого количества реагента вводится в систему сбора и транспорта нефти сразу же после замера продукции скважин. Это осуществляется на различных замерных установках - ГЗУ, «Спутник» и др.
На установках подготовки нефти вводится малое количество реагента на прием сырьевых насосов, подающих нефть из резервуаров на блок нагрева и отстоя.
Основные требования к реагентам-деэмульгаторам:
1) подготовка нефти в соответствии с требованием ГОСТа (полнота отделения воды);
2) скорость отделения воды;
3) эффективность при значительных колебаниях температур как в процессе внутритрубной деэмульсации, так и на установках подготовки нефти;
4) технологичность, т.е. удобство применения на промыслах при любой температуре окружающей среды (требование по температуре застывания и вязкости);
5) качество дренажной воды (содержание в ней нефтепродуктов), которая без существенных дополнительных очисток могла бы использоваться в системе поддержания пластового давления;
6) отсутствие пенообразования в процессах сепарации нефтей;
7) неспособность к образованию эмульсии при повышенной дозировке реагента;
8) отсутствие коррозии нефтепромыслового оборудования;
9) биологическая мягкость, способность легко разлагаться в системах очистки сточных вод;
10) нетоксичность;
11) обеспечение четкой границы раздела фаз в отстойниках;
12) оптимальное соотношение эффективности и стоимости реагента.
Учитывая вышеизложенные требования, лучшим для конкретной нефтяной эмульсии считается тот реагент, который при минимальной температуре обеспечивает быстрое максимальное обезвоживание и обессоливание нефти.
В связи с ростом обводненности продукции скважин более необходимыми являются нефтерастворимые реагенты. Такие реагенты в значительно меньшей степени уносятся с дренажной водой из отстойника, поэтому не требуется дополнительной подачи реагента в поток. Это наблюдается на установках подготовки нефти, где реагенты или не подают в поток, или вводят малую дозировку их (10-15 г/т). Тем не менее на установках эффективно работают стадии термохимического обезвоживания и обессоливания нефти за счет реагентов, введенных на промысле в систему сбора и транспорта нефти.
К тому же водорастворимый деэмульгатор, оставаясь в водной фазе, увеличивает в ней содержание нефтепродуктов, тогда как нефтерастворимый реагент остается в обеих фазах и предотвращает диспергирование нефти в воде.