Свойства нефтяных эмульсий кратко

Обновлено: 04.07.2024

Лекция 4.

Водонефтяные эмульсии. Условия образования, тип эмульсий. Инверсия эмульсий. Свойства нефтяных эмульсий: дисперсность, вязкость, плотность, электрические свойства.

Под нефтяными эмульсиями понимают механическую смесь нефти и пластовой воды, нерастворимых друг в друге и находящихся в мелкодисперсном состоянии.

В пласте и на забое скважины эмульсии, как правило, не образуются. Они образуются в стволе скважины, при этом на интенсивность образования эмульсий влияет способ эксплуатации скважин.

Нефтяная эмульсия образуется под влиянием энергии, проявляющейся в виде:

* энергии расширения газа

* энергии , обусловленной силой тяжести.

В эмульсиях различают две фазы: внутреннюю и внешнюю. Жидкость, в которой размещаются мельчайшие капли другой жидкости называется дисперсионной средой (внешней, сплошной фазой), а жидкость, размещенную в виде мелких капель в дисперсионной среде - дисперсной фазой ( внутренней, разобщенной фазой).

По характеру дисперсной фазы и дисперсионной среды различают эмульсии двух типов:

I - прямого типа (нефть в воде), их обозначают Н/В

II - обратного типа (вода в нефти), их обозначают В/Н

В промысловых условиях о количестве воды, содержащейся в эмульсиях, судят обычно по их цвету:

· эмульсии, содержащие до 10 % воды, по цвету не отличаются от нефти;

· от 15 до 20 % воды - изменяют цвет от коричневого до желтого;

· более 25 % воды - желтые.

Самым важным показателем нефтяных эмульсий является их устойчивость , т.е. способность не разрушаться (не разделяться на нефть и воду) в течение длительного времени.

Размеры капелек эмульсии могут изменяться в пределах от 0,1 до 100 мкм; эмульсии можно подразделить на :

· мелкодисперсные - с размером капелек до 20 мкм,

· среднедисперсные (от 20 до 50 мкм),

· грубодисперсные (от 50 до 100 мкм).

Нефтяные эмульсии являются полидисперсными, т.е. содержат капельки всех размеров.

На устойчивость системы большое влияние оказывают эмульгаторы, которые образуют на поверхности капель адсорбционные защитные оболочки (бронь), препятствующие слиянию этих капель. Асфальтены, нафтены, смолы, парафин, металлы (ванадий, никель, цинк, железо); а также тонкодисперсные глина, песок и другие горные породы, содержащиеся в нефти и пластовой воде, принимают участие в образовании адсорбционного слоя.

Нефтяные эмульсии характеризуются следующими свойствами: дисперсность, вязкость, плотность, и электрические свойства.

Дисперсность эмульсий - это степень раздробленности дисперсной фазы в дисперсионной среде. Дисперсность эмульсий во многом определяет другие свойства эмульсий.

Дисперсность эмульсий обычно характеризуется тремя величинами:

1) диаметром капелек d

2) коэффициентом дисперсности D =1/d

3) удельной поверхностью S _уд (отношение суммарной поверхности частиц к их общему объему).

Удельная поверхность всякой дисперсной системы S _уд равна суммарной поверхности этой системы S , деленной на суммарный объем этой системы V . Удельную поверхность эмульсий, содержащих в дисперсной фазе сферические частицы диаметром d можно определить по формуле:

т.е. удельная поверхность обратно пропорциональна размеру частиц.

Вязкость эмульсий нельзя представить как суммарную вязкость нефти и воды, т.е.

она зависит от вязкости нефти, температуры образования эмульсии, количества воды, диаметра капель дисперсной фазы в дисперсионной среде.

Вязкость нефтяных эмульсий, как и вязкость парафинистых нефтей не подчиняется закону Ньютона, а изменяется в зависимости от градиента скорости dw / d х и называется кажущейся вязкостью m * .

Увеличение содержания воды в нефтяной эмульсии приводит к увеличению кажущейся вязкости до точки инверсии т.е. превращения одного типа эмульсии в другой.

Эйнштейн предложил формулу для определения вязкости эмульсий:

где h _{0 -} вязкость дисперсной системы ; h - вязкость дисперсионной среды; j - отношение объема диспергированного вещества к общему объему системы (для эмульсий типа В /Н это процент обводненности).

На практике вязкость нефтяной эмульсии можно определить при помощи вискозиметра.

Плотность эмульсий. Плотность эмульсий определяется методами, принятыми для жидкостей, с учетом процентного содержания воды в нефти по их известным плотностям по следующей формуле:

где r _э, r _н , r _в - плотность эмульсии, нефти и воды соответственно;

Электрические свойства эмульсий. Нефть и вода в чистом виде являются диэлектриками. Однако даже при незначительном содержании в воде растворенных солей или кислот, ее электропроводность увеличивается многократно. Поэтому электропроводность нефтяной эмульсии обуславливается количеством воды, степенью дисперсности, количеством солей и кислот. Экспериментально установлено, что в нефтяных эмульсиях, помещенных в силовое поле, капли воды располагаются вдоль силовых линий, что приводит к резкому увеличению электропроводности. Данное свойство и послужило причиной использования электрического поля для разрушения эмульсий.

Коагуляция - это укрупнение диспергированных частиц, вызываемое их слипанием под действием молекулярных сил сцепления при броуновском движении, когда происходит их сближение на расстояние сферы действия сил сцепления. Противодействуют же этому сближению электростатические силы отталкивания частиц.

Коагуляция (слипание) частиц может быть вызвано также изменением состава дисперсионной среды, повышением температуры, добавкой деэмульгаторов.

Коалесценция - слияние в единое целое капелек воды или нефти является наиболее глубокой стадией коагуляции частиц с полным исчезновением поверхности соприкосновения, происходит уменьшение общей поверхностной энергии за счет уменьшения общей поверхности S . Коалесценция ведет к разрушению дисперсной системы, т.е. к разрушению эмульсии.

Инверсия - это обращение фаз (превращение одного типа эмульсии в другой), которое происходит обычно при введении в эмульсию поверхностно - активного вещества, являющегося стабилизатором эмульсии другого типа, или вследствие изменения процентного содержания воды в эмульсии. Дисперсная фаза становится дисперсионной средой, а дисперсионная среда - дисперсной фазой.

Инверсия имеет важное практическое значение, так как эмульсии типа Н/В где внешней фазой является вода, имеют меньшую вязкость и для перекачки требуют меньше энергетических затрат, чем эмульсии типа В /Н. Эмульсии типа Н/В встречаются в основном при переработке нефти и при добыче сильно обводненной продукции. Такие эмульсии хорошо смешиваются с водой в любых соотношениях и могут сильно загрязнять водоемы.

Методы разрушения для эмульсий разных типов совершенно различны . Разрушение эмульсий типа Н\В достигается в основном добавкой кислот и применением фильтров, для эмульсий же типа В \Н применяются в основном термохимические методы, а также их разложение в электрическом и магнитных полях.

Теперь вы можете поделиться своей работой!

Просто нажмите на значок

ФНГ / РЭНГМ / Классификация нефтяных эмульсий и физико-химические свойства

Классификация нефтяных эмульсий и физико-химические свойства

В эмульсиях вообще и в нефтяных в частности принято разли­чать две фазы - внутреннюю и внешнюю.

Лиофобные, т. е. термодинамически неустойчивые, эмульсии, к которым относятся нефтяные, обычно классифицируют либо по полярности дисперсной фазы и дисперсионной среды, либо по кон­центрации дисперсной фазы в системе.

Согласно первой классификации, различают эмульсии: непо­лярной жидкости (нефти) в полярной воде (см. рис. 69, а) - эмульсии первого рода, или прямые (М/В), а эмульсии полярной жидкости в неполярной (рис. 69, б) - эмульсии второго рода, или обратные (В/М).

Жидкость, в которой содержатся мелкие капельки другой жидкости, называют дисперсионной средой (внешней, неразрывной, сплошной) (см. рис. 69, 1), а капельки жидкости, размещенные в дисперсионной среде, - дисперсной фазой (внутренней, разобщенной) (см. рис. 69, 2).

Тип эмульсии легко установить определением свойств ее диспер­сионной среды.

В эмульсиях М/В внешней фазой является вода, и поэтому они смешиваются с водой в любых отношениях и обладают высокой электропроводностью, в то время как эмульсии В/M смешиваются только с углеводородной жидкостью и не обладают заметной элек­тропроводностью. Установлено, что тип образующейся эмульсии в основном зависит от соотношения объемов нефти и воды; диспер­сионной средой (внешней) обычно стремится стать та жидкость, объем которой больше.

Рис. 69. Нефтяные эмульсии:

а - нефтеводяные (первого рода, прямые) М/В; б - водонефтяные (второго рода, обратные) - B/М;

1 - дисперсионная среда (сплошная, внеш­няя); 2 - дисперсная фаза (разобщенная, внутрен­няя)

Часто нефтяные эмульсии классифицируют также по концен­трации дисперсной фазы (см. рис. 69, 2) в дисперсионной среде (1), и в связи с этим они подразделяются на три типа: на разбавленные, концентрированные и высококонцентрированные.

К разбавленным эмульсиям относят системы жидкость - жид­кость, содержащие до 0,2 объем. % дисперсной фазы; к концентри­рованным эмульсиям - с содержанием дисперсной фазы до 74 объем. %; к высококонцентрированным - с содержанием дисперс­ной фазы свыше, чем 74 объем. %.

Особенности разбавленных эмульсий: 1) незначительный диа­метр капелек дисперсной фазы (10 - 5 см); 2) на капельках этих эмульсий имеются электрические заряды; 3) капельки, как пра­вило, не сталкиваются, так как вероятность их столкновения очень мала и эмульсии эти весьма стойкие.

Особенности концентрированных эмульсий: 1) капельки могут осаждаться (седиментировать); 2) в зависимости от свойств эмуль­гатора эмульсии эти могут быть весьма устойчивыми.

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 - 5 до 10 - 2 см).

Дисперсные системы, состоящие из капелек одного и того же диаметра, называются монодисперсными, а 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. Если капельки дисперсной фазы не видны в микроскоп, то такие системы называются ультрамикрогетерогенными, если же видны - микро­гетерогенными. Нефтяные эмульсии относятся к микро­гетерогенным системам, а коллоидные растворы - к ультрамикрогетерогенным.

Основные физико-химические свойства нефтяных эмульсий

Основные физико-химические свойства нефтяных эмульсий следующие: 1) дисперсность; 2) вязкость; 3) плотность; 4) электри­ческие свойства; 5) устойчивость (стабильность).

1. Дисперсность эмульсии. Дисперсность эмульсии - это сте­пень раздробленности дисперсной фазы (см. рис. 69) в дисперсион­ной среде.

Дисперсность, определяющая свойства эмульсии, характери­зуется тремя величинами: 1) диаметром капелек d; 2) обратной величиной диаметра капельки D = 1/d, называемой обычно дис­персностью; 3) удельной межфазной поверхностью, т. е. отноше­нием суммарной поверхности капелек к общему их объему. Все эти величины взаимосвязаны и выражаются общей формулой S_уд = 6/d = 3/r.

Видно, что удельная поверхность обратно пропорциональна размерам частиц и чем меньше эти частицы, тем больше удельная поверхность.

Дисперсность эмульсий можно определять различными мето­дами . Наиболее простой и надежный - седиментационный ме­тод, основанный на зависимости скорости оседания частиц от их величины. Седиментационный метод определения дисперсности эмульсий использует формулы Стокса.

Основными параметрами, определяющими степень дисперсно­сти эмульсии или размер капелек воды в нефти, являются скорость потока, величина поверхностного натяжения на границе раздела фаз, а также частота и амплитуда пульсаций (масштаб пульсаций). Критические размеры капель, которые могут существовать в по­токе при данном термодинамическом режиме, определяются боль­шим числом факторов и в первом приближении описываются сле­дующим уравнением Колмогорова А. Н.:

где s - поверхностное натяжение системы нефть - газ; k - коэф­фициент, учитывающий вязкость воды и нефти; r - плотность дисперсионной среды (внешней); L - масштаб пульсаций; v - скорость потока.

Исключительно быстро растет степень дисперсности эмульсии после штуцера, который устанавливают обычно перед сепарато­ром.

2. Вязкость эмульсий. При течении водонефтяных эмульсий в турбулентном режиме принято различать и учитывать две вязкости: 1) вязкость, обусловленную пульсациями давления диспер­сионной среды (нефти) и дисперсной фазы (воды); 2) динамиче­скую вязкость.

Динамическая вязкость нефтяных эмульсий неаддитивное свойство, т. е.

где m_н и m_в - абсолютные вязкости нефти и воды.

Динамическая вязкость эмульсии зависит от следующих основ­ных факторов: 1) вязкости самой нефти; 2) температуры, при кото­рой получается эмульсия; 3) количества содержащейся воды в нефти; 4) степени дисперсности или диаметра капель дисперсной фазы в дисперсионной среде (для эмульсии типа В/М).

У нефтяных эмуль­сий, как и у парафинистых нефтей, не под­чиняющихся закону Ньютона, вязкость m_э изменяется в зависимости от градиента скорости. В этом случае вязкость m * называют кажущейся вязкостью (рис. 70). Анализ кривых показывает, что кажущаяся вязкость нефтяных эмульсий в значительной мере зависит от содержания воды в нефти. Увели­чение содержания воды в нефтяной эмульсии до определенного предела приводит к увеличению кажущейся вязкости эмульсии, а следовательно, и к соответствующему увеличению энергетических затрат на перекачку такой эмульсии. Это обстоятельство всегда нужно учитывать при проектировании систем нефтегазоводосбора и дожимных насосных станций.

Рис. 70. Зависимость кажу­щейся вязкости эмульсии от процентного содержания воды в нефти и исходной темпера­туры смешения

Основной причиной аномальной вязкости эмульсии, с точки зрения акад. П. А. Ребиндера, является механизм деформации и дробления крупных капель воды на более мелкие. Для дробления крупных капель на более мелкие необходимо за­тратить определенные усилия, связанные с вытягиванием этих капель в цилиндрики, имеющие критические параметры:

где L и r - длина и радиус цилиндрика.

Затрачиваемая при этом работа расходуется на увеличение поверхностной энергии системы в связи с возрастанием суммарной поверхности цилиндриков.

Кроме того, рост кажущейся вязкости левой ветви рис. 70 свя­зан с тем, что внешней фазой здесь является нефть, которая, кон­тактируя с холодными стенками трубы, сильно повышает свою вязкость независимо от содержания в ней воды.

Изучением вязкости дисперсных систем, и в частности эмуль­сий, занимались многие исследователи, которые предложили не­сколько уравнений для расчета вязкости систем с различным содер­жанием диспергированного вещества.

А. Эйнштейн предложил следующую формулу:

где m_э - вязкость эмульсии; m_н - вязкость дисперсионной среды (нефти); W_v - коэффициент обводненности - отношение объема дисперсной фазы (воды) к общему объему системы (воды + нефти).

Данная формула справедлива только при низких концентра­циях диспергированного вещества (воды).

При выводе этой формулы предполагалось, что диспергирован­ные частицы имеют вид упругих шариков, диаметр которых мал по сравнению с расстоянием между ними.

При содержании воды в нефти свыше 20% вязкость эмульсии резко возрастает. Макси­мум вязкости имеет место, как показано на рис. 70, при определен­ной критической концентрации воды W_{v кр} , характерной для дан­ного месторождения. При дальнейшем увеличении W_{v кр} вязкость эмульсии резко уменьшается. Критическое значение коэффициента обводнения W_{v кр}, при котором вязкость эмульсии начинает сни­жаться, называется точкой инверсии (И).

В точке инверсии И происходит обращение фаз, в результате чего дисперсная фаза (вода) становится дисперсионной средой (внешней, сплошной), а дисперсионная среда (нефть) - дисперс­ной фазой (разобщенной), т. е. В/M ® М/В.

Инверсия нефтяных эмульсий происходит обычно при введении в эмульсию в процессе ее транспортирования поверхностно-ак­тивных веществ (ПАВ), являющихся стабилизаторами эмульсий противоположного типа.

Однако инверсия нефтяных эмульсий может происходить и без введения в них ПАВ, а только вследствие увеличения процентного содержания воды в эмульсии, как показано на рис. 70.

Обращение фаз нефтяных эмульсий имеет исключительно боль­шое практическое значение. Эмульсия типа М/В, имеющая внеш­ней фазой воду, транспортируется при меньших энергетических затратах, чем эмульсия типа В/M, имеющая внешней фазой нефть.

Вот почему при транспортировании эмульсий всегда нужно стре­миться к тому, чтобы внешней фазой являлась вода, а не нефть (при условии, конечно, что трубопроводы защищены от коррозии).

Критическое значение коэффициента обводненности W_{v кр} для нефтей разных месторождений может колебаться в пределах 0,5 - 0,9, но в большинстве случаев оно равно 0,71. Такое разнообразие значений W_{v кр} объясняется различием физико-химических свойств компонентов эмульсии и в первую очередь концентрацией водной фазы и присутствием в этой эмульсии различных эмульгаторов.

3. Плотность эмульсий. Плотность эмульсии определяют, зная плотность нефти и пластовой воды, образующих эмульсию, и их объемное или процентное содержание. Плотность эмульсии можно подсчитать по следующим формулам:

где V_н и Q_в - соответственно расход нефти и воды, м 3 ; r_э, r_н, r_в - плотность эмульсии, нефти и воды соответственно; q - содержа­ние воды и растворенных солей в эмульсии, массовые проценты; j - объемная доля дисперсной среды j = Q_в/(V_н + Q_в).

Величина q определяется из следующего соотношения:

где q₀ - содержание чистой воды в эмульсии; х - содержание растворенных солеи в воде, %.

4. Электрические свойства эмульсии. Нефть и вода в чистом виде - хорошие диэлектрики. Проводимость нефти колеблется от 10 - 10 до 10 - 15 (Ом×см) - 1 , а воды - от 10 - 7 до 10 - 8 (Ом×см) - 1 . Однако даже при незначительном содержании в воде растворенных солей или кислот электропроводимость ее увеличивается в десятки раз. Поэтому электропроводимость нефтяной эмульсии обуслов­ливается не только количеством содержащейся воды и степенью ее дисперсности, но и количеством растворенных в этой воде солей и кислот. Экспериментально установлено, что в нефтяных эмуль­сиях, помещенных в электрическом поле, капельки воды распола­гаются вдоль его силовых линий, что приводит к резкому увеличе­нию электропроводимости этих эмульсий. Явление это объясняется тем, что капельки воды имеют приблизительно в 40 раз большую диэлектрическую проницаемость, чем капельки нефти (e = 2).

Свойство капелек воды располагаться в эмульсиях вдоль сило­вых линий электрического поля и послужило основной причиной использования этого метода для разрушения нефтяных эмульсий.

5. Устойчивость нефтяных эмульсий и их старение. 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 t = H/v, где Н - высота столба эмульсии, см; v - средняя линейная скорость рас­слоения эмульсии, см/с.

Устойчивость эмульсий

Является мерой способности системы к обращению фаз: при β>1 система из двух нерастворимых жидкостей при их диспергировании предрасположена к образованию эмульсии прямого типа (М/В), а при β + и отрицательные ОН - ионы.

На границе раздела фаз (нефти и воды) ионы эти адсорбируются. На адсорбции ионов существенным образом сказывается природа адсорбента, т. е. веществ, растворенных в воде и нефти, которые называются естественными ПАВ. Ионы, способные поляризоваться, адсорбируются только на поверхностях, состоящих из полярных молекул. Микроучастки поверхности капельки полярной воды, несущие определенный заряд, адсорбируют (сгущают) противопо­ложно заряженные ионы. При этом ионы электролита, имеющие противоположный знак, не адсорбируются, но под дейст­вием сил электростатического притяжения остаются вблизи адсорб­ционных ионов, образуя с ними на поверхности адсорбента двой­ной электрический слой. Частицы, имеющие на своей поверхности одинаковые заряды, взаимно отталкиваются.

4. 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.

5. 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.

Адсорбция диспергированных особенно твердых эмульгаторов на водонефтяной поверхности и утолщение межфазного брониро­ванного слоя на этой поверхности всегда протекает во времени, поэтому эмульсия В/M со временем становится более устойчивой, т. е. происходит ее старение. В начальный период старение проис­ходит весьма интенсивно, затем постепенно замедляется и часто уже через сутки прекращается. Следует отметить, что свежие эмульсии разрушаются значительно легче и быстрее.

Нефтяные эмульсии - это механическая смесь нефти и пластовой воды, нерастворимых друг в друге и находящихся в мелкодисперсном состоянии.

• внутренняя - дисперсной фазой, и она разобщена;
• внешняя - дисперсионной средой (постоянная фаза), представляющей собой сплошную неразрывную фазу.

• наличие нафтеновых кислот или сернистые соединений в смолистой нефти;
• интенсивное перемешивание ее с водой при добыче.

• нефть в воде - гидрофильная эмульсия, когда нефтяные капли образуют дисперсную фазу внутри водной среды. Содержание нефти: менее 1 %.
• вода в нефти - гидрофобная эмульсия, когда капли воды образуют дисперсную фазу в нефтяной среде. Содержание воды: 0,1 - 90 % и более.

• в эмульсии нефть/вода дисперсионной средой является вода, и поэтому такая эмульсия смешивается с водой в любых соотношениях и обладают высокой электропроводностью,
• в эмульсии вода /нефть дисперсионной средой является нефть, и эмульсия смешиваются только с углеводородной жидкостью и не обладают достаточной электропроводностью.

• в процессах первичного и вторичного вскрытия продуктивных пластов,
• при глушении скважин,
• при обработках призабойной зоны пласта,
• процессах повышения нефтеотдачи.

Основные физико-химические свойства нефтяных эмульсий.

Дисперсность эмульсии - это степень раздробленности дисперсной фазы в дисперсионной среде.
Дисперсность - основная характеристика эмульсии, определяющей их свойства.
Размеры капелек дисперсной фазы в нефтяных эмульсиях 0,1 - 100 мкм.

Вязкость эмульсии - зависит от

- вязкости самой нефти,
- температуры, при которой получается эмульсия,
- количества воды, содержащейся в нефти,
- степени дисперсности,
- присутствия механических примесей (особенно сульфида железа FeS),
- рН воды.

Вязкость нефтяных эмульсий не обладает аддитивным свойством, т. е. вязкость эмульсии не равна сумме вязкости нефти и воды.
При содержании воды в нефти свыше 20 % вязкость эмульсии резко возрастает.
Максимума вязкость достигает при критической концентрации воды, характерной для данного месторождения. При дальнейшем росте концентрации воды вязкость эмульсии резко уменьшается.

Эмульсия типа нефть /вода транспортируется при меньших энергетических затратах, чем эмульсия типа вода/нефть.

Электрические свойства эмульсий.
Нефть и вода в чистом виде - хорошие диэлектрики.
Электропроводимость нефти (удельная) 2∙10 −10 - 0,3∙10 −18 Ом −1 ∙см −1 , а воды 10 −7 - 10 −8 Ом −1 ∙см −1 .
Наличие в воде растворенных солей или кислот увеличивает электропроводимость в 10 ки раз.
В нефтяных эмульсиях, помещенных в электрическом поле, капли воды располагаются вдоль его силовых линий, что приводит к резкому увеличению электропроводимости этих эмульсий. поскольку капли воды имеют в 40 раз большую диэлектрическую проницаемость, чем нефти.
Этот метод используется для разрушения нефтяных эмульсий.

Вы здесь: Добыча и подготовка нефти Образование эмульсий и их классификация

Образование эмульсий и их классификация

Рейтинг: / 20

Вода в нефти появляется в результате поступления к скважине пластовой воды или воды, закачиваемой в пласт с целью поддержания давления.

При движении нефти и пластовой воды по стволу скважины и нефтесборным трубопроводам происходит их взаимное перемешивание и дробление. Процесс дробления одной жидкости в другой называют диспергированием. В результате диспергирования одной жидкости в другой образуются эмульсии.

Эмульсии представляют собой дисперсные системы двух жидкостей, не растворимых или малорастворимых друг в друге, находящихся во взвешенном состоянии в виде мелких капель (глобул). Жидкость, в которой распределены глобулы, называются дисперсной средой, а вторая жидкость, распределенная в дисперсной среде, - дисперсной фазой. При образовании эмульсии увеличивается поверхность дисперсной фазы, поэтому для осуществления процесса эмульгирования должна быть затрачена определенная работа, которая концентрируется на поверхности раздела фаз в виде свободной поверхностной энергии. Энергия, затраченная на образование единицы межфазной поверхности, называется поверхностным (межфазным) натяжением. Глобулы дисперсной фазы имеют сферическую форму, т.к. такая форма имеет наименьшую поверхность и наименьшую свободную энергию для данного объема. Форму шара можно исказить лишь сила тяжести или сила электрического поля.

Свободная энергия капель дисперсной фазы способствует их слиянию (коалесценции), но помехой этому в устойчивых эмульсиях являются стабилизаторы эмульсии. Растворимые в воде (гидрофильные), эмульгаторы способствуют образованию эмульсий - вода в нефти. Последний тип, чаще всего встречается в промысловой практике. К гидрофильным относятся такие поверхностно-активные вещества, как щелочные мыла, желатин, белковые вещества. Гидрофобными являются хорошо растворимые в нефтепродуктах смолы, известковые мыла, а также мелкодисперсные частицы сажи, глины, песка, окислов металлов, легче смачиваемые нефтью, чем водой. Введение в эмульсию данного типа эмульгатора, способствующего образованию эмульсии противоположного типа, облегчает её расслоение. От концентрации эмульгаторов-стабилизаторов эмульсии в нефти и их состава главным образом зависит устойчивость образующихся нефтяных эмульсий. Установлено, что устойчивость, возрастает с увеличением концентрации стабилизаторов до насыщения адсорбционного слоя или, до достижения оптимальных структурно-механических свойств слоя. Стабилизаторы входят в контакт друг с другом и с нефтяной и водной фазами, образуют механически прочные защитные плёнки, препятствующие процессу коалесценции капель воды в нефти. Состав весьма разнообразен. Сюда входят асфальтены, смолы нафтеновых кислот и тяжелых металлов, парафины, церезины, тонкодисперсные неорганические вещества, состоящие из глины, песка и горных пород. По характеру дисперсной фазы и дисперсной среды различают эмульсии двух типов: первые эмульсии прямого типа - неполярная жидкость в полярной, когда нефть размещается в виде мелких капель в воде (Н/В); и вторые обратного типа - эмульсии полярной жидкости в неполярной, когда вода размещается в виде мелких капелек в нефти (В/Н). В эмульсиях типа Н/В внешней фазой является вода, и поэтому они смешиваются с водой в любых отношениях и обладают высокой электропроводностью, а эмульсии типа Н/В смешиваются только с углеводородной жидкостью и имеют низкую электропроводность.

Физико-химические свойства нефтяных эмульсий

Для правильного выбора метода разрушения нефтяных эмульсий важно знание их основных физико-химических свойств.

Дисперсность эмульсий - это степень раздробленности дисперсной фазы в дисперсной среде. Дисперсность является основной характеристикой эмульсий определяющей их свойства. Размеры капелек дисперсной фазы в эмульсиях изменяются от 0,1 до 100 мкм (10-5 -10-2 см). 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, т.е. к системам, содержащим частицы различных размеров. Размер капель воды в эмульсии обычно обратно пропорционален количеству затраченной энергии, и чем больше этой энергии, тем меньше диаметр капель, следовательно, больше их суммарная удельная поверхность.

Вязкость эмульсии зависит от вязкости самой нефти, температуры, при которой получается эмульсия, количества воды, содержащейся в нефти, степени дисперсности, присутствия механических примесей. Вязкость нефтяных эмульсий не обладает аддитивным свойством, т.е. вязкость эмульсии не равна сумме вязкости воды и нефти. С увеличением обводнённости до определённого значения вязкость эмульсии возрастает и достигает максимума при критической обводнённости, характерной для данного месторождения. При дальнейшем увеличении обводнённости вязкость эмульсии резко уменьшается. Критическое значение коэффициента обводнения называется точкой инверсии, при которой происходит обращение фаз, т.е. эмульсия типа В/Н превращается в эмульсию типа Н/В. Значение точки инверсии для разных месторождений колеблется от 0,5 до 0,95 г.

Плотность эмульсии можно рассчитать, если известны плотность нефти и воды и их содержание в эмульсии, по следующей формуле:

рэ = рH(1-W) + рBW, (1)
где рн - плотность нефти, кг/м3;
рв - плотность воды, кг/м3;
W - содержание воды в объёмных долях.

Электрические свойства эмульсии

Нефть и вода, взятые в чистом виде, хорошие диэлектрики. Электропроводность нефти колеблется от 0,5 10-6 до 0,5 10-7 Ом м-1, пластовой воды – от 10-1 до 10 Ом м-1. Даже при незначительном содержании в воде растворенных солей или кислот электропроводность увеличивается в десятки раз. Поэтому электропроводность нефтяной эмульсии обусловливается не только количеством содержащейся воды и степенью её дисперсности, но и количеством растворенных в этой воде солей и кислот. В нефтяных эмульсиях, помещённых в электрическое поле, капельки воды располагаются вдоль его силовых линий, что приводит к резкому увеличению электропроводности этих эмульсий. Это объясняется тем, что капельки чистой воды имеют приблизительно в 40 раз большую диэлектрическую проницаемость, чем капельки нефти. Свойства капелек воды располагаться в эмульсиях вдоль силовых линий электрического поля и послужило основной причиной использования этого метода для разрушения нефтяных эмульсий.

Чем выше температура, чем меньше вязкость нефти, тем менее устойчива эмульсия. Это особенно заметно для парафинистых нефтей. С понижением температуры частицы парафина выделяются, легко адсорбируясь на поверхности водяных капель, стойкость эмульсии повышается. Этим объясняется резкое увеличение устойчивости эмульсии на многих нефтяных месторождениях зимой.

Устойчивость нефтяных эмульсий и их "старение"

Твердотопливные котлы в Украине котлы в Украине

Полное описание первых признаков и выраженных симптомов при гепатите В здесь

Читайте также:

  
• 12 статья семейного кодекса рф кратко
  
• Культурное пространство казахского языка кратко
  
• Философские поиски н бердяева творчество культура судьба россии кратко
  
• Значение слова флора кратко
  
• История лыжного спорта кратко для детей видео