Вопрос 5.2: Классификация нефтяных эмульсий.
Нефтяные эмульсии классифицируют по концентрации дисперсной фазы в дисперсионной среде, и подразделяются на три типа: разбавленные, концентрированные и высококонцентрированные.
К разбавленным эмульсиям относят системы жидкость-жидкость, объемная доля дисперсной фазы в которых составляет до 20 %, к концентрированным эмульсиям до 74 %, к высококонцентрированным - свыше 74 %.
Размеры капелек дисперсной фазы в эмульсиях могут быть самыми разнообразными и колебаться в пределах от 0,1 до 100 мкм. Дисперсные системы, состоящие из капелек одного и того же диаметра, называются монодисперсными, а дисперсные системы, состоящие из капелек различного диаметра, - полидисперсными. Нефтяные эмульсии относятся к полидисперсным системам.
Нефтяные эмульсии в пластовых условиях отсутствуют. На образование эмульсий требуются большие затраты энергии, поэтому они могут образовываться в призабойной зоне скважины или в стволе скважины, особенно там, где бурно выделяется газовая фаза, способствующая турбулизации потока.
Образование и стойкость нефтяных эмульсий в основном определяются скоростью движения нефтеводяной смеси, соотношением фаз (нефти и воды), физико-химическими свойствами этих фаз и температурным режимом.
Интенсивно образуются эмульсии при эксплуатации скважин ЭЦН, но вследствие выделения теплоты электродвигателями этих насосов, эти эмульсии нестойкие. За пределами насосов стойкость эмульсии повышается в связи с падением температуры потока и выделением газа из нефти.
Особенно стойкие эмульсии образуются при прохождении нефтеводяной смеси через штуцеры устанавливаемые на устье. Здесь происходит дробление воды в нефти и понижение температуры. В нефти и пластовой воде всегда содержатся вещества, которые способствуют образованию эмульсий, они называются естественными эмульгаторами. В нефти это асфальтены, нафтены, смолы, парафин; в воде - соли и кислоты.
Вопрос 5.4: Физико-химические свойства нефтяных эмульсий.
1) Дисперсность эмульсии. Дисперсность эмульсии - это степень раздробленности дисперсной фазы в дисперсной среде. Дисперсность - основная характеристика эмульсии, определяющей их свойства. Размеры капелек дисперсной фазы в нефтяных эмульсиях изменяются от 0,1 до 100 мкм.
2) Вязкость эмульсии. В зависимости от содержания воды может изменяться в широких пределах и зависит от вязкости самой нефти, температуры, при которой получается эмульсия, количества воды, степени дисперсности, присутствия механических примесей.
3) Плотность эмульсии.
4) Электрические свойства эмульсий. Нефть и вода в чистом виде - хорошие диэлектрики. Однако даже при незначительном содержании в воде растворенных солей или кислот электропроводимость ее увеличивается в десятки раз. В нефтяных эмульсиях, помещенных в электрическом поле, капельки воды располагаются вдоль его силовых линий.
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 формулой τ = H/v (с), где Н - высота столба эмульсии, см; v - средняя линейная скорость расслоения эмульсии, см/с.
На устойчивость нефтяных эмульсий большое влияние указывают:
1. дисперсность системы;
2. физико-химические свойства эмульгаторов, образующих на поверхности раздела фаз защитные оболочки;
3. наличие на глобулах дисперсной фазы электрического заряда;
4. температура смешивающихся жидкостей;
5. величина рН эмульгированной пластовой воды.
Методы разрушения эмульсий.
Существует несколько способов разрушения нефтяных эмульсий:
1) внутритрубная деэмульсация;
2) гравитационный отстой;
3) центрифугирование;
4) фильтрация;
5) термохимическое воздействие;
6) электродегидрирование;
7) сочетание перечисленных способов.
Для легких и средних нефтей самые эффективные первый и пятый способы, а для тяжелых нефтей - шестой и седьмой способы.
Вопрос 5.8: Внутритрубная деэмульсация.
Принцип состоит в следующем: в межтрубное пространство эксплуатационных скважин или в начало сборного коллектора дозировочным насосом (15-20 г на 1 т нефтяной эмульсии) подается деэмульгатор, который сильно перемешивается с этой эмульсией в процессе ее движения и разрушает ее.
Эффективность внутритрубной деэмульсации зависит от многих факторов:
1. эффективность самого деэмульгатора;
2. интенсивность и длительность перемешивания эмульсии с ПАВ;
3. количество воды, содержащейся в эмульсии;
4. температура смешения.
Нестойкие эмульсии иногда успешно расслаиваются при пропускании их через фильтрующий слой, которым может быть гравий, битое стекло, древесные и металлические стружки, стекловата и другие материалы. Фильтрующее вещество должно отвечать следующим требованиям: 1) иметь плотность и упругость, достаточные для того, чтобы глобулы воды при прохождении растягивались и разрушались; 2) иметь хорошую смачиваемость, благодаря чему происходит изменение скорости движения эмульсии и разрыв оболочек глобул воды; 3) иметь противоположный по знаку заряд, чем у глобул воды, тогда происходит снятие заряда с глобул воды, чем устраняется отталкивающая сила между ними.
Деэмульсация нефтей фильтрацией как самостоятельный процесс почти не применяется, однако в сочетании с термохимическими методами она сейчас широко распространена.