В последние годы добыча нефти становится все труднее. Выработанность залежей нефти сопровождается значительным обводнением продукции скважин, что влечет за собой изменение группового химического состава сырой нефти и образованию эмульсий.
Смешивание нефти и сопутствующих ей пластовых вод способствует образованию устойчивых нефтяных эмульсий обратного типа с высоким содержанием солей.
Эмульсия с нефтью
По дисперсности нефтяные эмульсии подразделяются на тонкодисперсные (0,2 – 20,0мкм), средние (20,0 – 50,0мкм) и грубодисперсные (более 50,0мкм).
Важнейшим показателем для эмульсий является их устойчивость, т.е. способность в течение длительного времени не разрушаться и не разделяться на нефть и воду. Эта устойчивость помимо других причин, тем выше, чем тоньше дисперсность эмульсии.
Часто эти эмульсии нежелательны, так как они могут привести к ряду проблем, включая:
производство некачественной сырой нефти (с высоким содержанием твердых частиц и воды);
отравлению катализаторов;
коррозии труб и оборудования для отстаивания воды;
экологические проблемы при разливах нефти в реках и океанах .
Последствия загрязнения солями
Загрязнение солями поверхности нагревательного, теплообменного и технологического оборудования:
1
снижает ресурс работы оборудования
2
приводит к значительному увеличению тепловой нагрузки
3
требует значительных эксплуатационных расходов и энергетических затрат
4
уменьшает скорость подачи сырья из-за закупоривания
5
образование в процессе перегонки нефти и конверсии кубовых остатков - соляной кислоты, вызывающей коррозию оборудования и твердого хлористого аммония (опять же соль) на поверхностях оборудования
Проблема
Образование эмульсии при добыче нефти является дорогостоящей проблемой, вследствие спроса на дорогие химические продукты и оборудование, а иногда и неэффективного разделения.
Стойкость эмульсий
На стойкость и эффективность разрушения эмульсии влияет большое число факторов.
Одним из факторов, определяющих стойкость эмульсии, является состояние бронирующих оболочек, образующихся на поверхности глобул пластовой воды в результате адсорбции различных типов естественных эмульгаторов, содержащихся в нефти и обладающих структурномеханическими свойствами.
Бронирующие оболочки препятствуют слиянию капель при их контакте. Поэтому успешность процесса деэмульсации нефти во многом определяется степенью их разрушенности.
Факторы, влияющие на устойчивость эмульсий
Дисперсность частиц
...
Состав и физико-химические свойства эмульгаторов
...
Температура системы
...
Величина рН эмульгированной воды
...
Минерализация воды
...
Обводненность эмульсии
...
В водной среде двойной электрический слой защищает частицы дисперсной фазы от слияния подобно адсорбционным оболочкам
Какова наша цель? Разрушить эмульсию
Методы разрушения водонефтяных эмульсий
Химический
...
Механический
...
Электрический
Данный метод разрушения применим только к эмульсиям типа В/Н
Разрушение бронирующих оболочек на глобулах пластовой воды достигается
механическим дроблением капель под воздействием истирающих и ударных эффектов, возникающих при контакте глобул с поверхностью трубопроводов, аппаратов и различных насадок
нагревом эмульсии и применением деэмульгаторов;
воздействием электрического поля;
Некоторые из факторов комплексно влияют на эмульсию, облегчая соударение и коалесценцию капель, а также последующее их осаждение на дно аппаратов.
Разрушение эмульсии
зависит и от таких факторов, как
состав и свойства нефти и пластовой воды
вязкость
плотность
размер глобул
наличие механических примесей
температура
окислительные, конденсационные и другие процессы, происходящие в нефти и пластовой воде в связи с изменением термодинамических условий при движении продукции скважин
Влияние температуры на эффективность процессов деэмульсации нефти многосторонне. В частности, увеличение температуры потока позволяет:
уменьшить вязкость нефти и ускорить процесс осаждения капель пластовой воды
увеличить разницу в плотностях воды и нефти с таким же эффектом
повысить эффективность действия вследствие увеличения подвижности их молекул, растворения и десорбции компонентов, входящих в состав бронирующих оболочек
ослабить бронирующие оболочки путем растворения (расплавления) отдельных компонентов, входящих в их состав, ослабить молекулярные связи между ними и снизить прочность оболочек в результате их растяжения при расширении капель воды
улучшить условия для взаимного столкновения и коалесценции капель в связи с возникновением тепловых потоков
снизить вязкость тонких прослоек нефти и улучшить условия контакта при сближении капель
Примечание
Наиболее эффективно бронирующие оболочки на поверхности глобул разрушаются при нагреве в эмульсиях, сформированных нефтями парафинового основания
Влияние температуры на скорость осаждения капель
Рассмотрим влияние температуры на скорость осаждения капель, а следовательно, и расслоения эмульсии
Увеличение температуры нефти от 20 до 100° С приводит к увеличению скорости осаждения капель воды в нефти в 5—6 раз (это не много). Из всех параметров, определяющих изменение фактора f – влияющего на скорость осаждения глобул воды с изменением температуры, принадлежит вязкости (кривая f-V )
Если величину фактора f при 100° С и переменных (вязкость, плотность воды и плотность нефти) принять за 100%, то на долю влияния вязкости на изменение фактора f с повышением температуры приходится 95%,на долю плотности воды и нефти 1,25%. При снижении плотности воды и постоянном ее значении для нефти (при переменной вязкости) фактор f уменьшается до 82% (кривая f-IV), что свидетельствует о преобладающем влиянии плотности нефти по сравнению с изменением плотности воды в связи с изменением температуры.
Также для улучшения процесса деэмульсации, хорошую эффективность показал метод смешения: с легкими нефтепродуктами или другими нефтями даже при низких температурах.
Наблюдение
Хорошую эффективность показало смешение нефтей высокой и низкой вязкости, что особенно важно в процессе деэмульсации нефти при низкой температуре
Иногда снижение фактора f путем смешения нефтей различной вязкости может оказаться единственным приемлемым средством, обеспечивающим возможность ее транспортирования и снижения потерь на трение.
Химический метод разрушения эмульсий
помощники в разрушении эмульсий
Деэмульгаторы
Наиболее эффективно разрушение бронирующих оболочек осуществляется под воздействием поверхностно-активных веществ, которые являются высокоэффективными деэмульгаторами.
Классификация
Эти вещества могут быть отнесены к одной из следующих трех групп:
анионоактивные, диссоциирующие в водных растворах на ионы, причем углеводородный радикал входит в состав анионов (НЧК, сульфонатриевые и сульфоаммониевые соли)
катионоактивные, также диссоциирующие в водных растворах, причем углеводородный радикал входит в состав катионов (АНП-2 — хлористая соль первичного амина, катании А и др.)
неионогенные, образующие в воде или нефти молекулярные или коллоидные растворы (дисолван, сепарол, доуфакс, ОП-Ю, ОЖК, прохинор, R-11)
Задача деэмульгатора - разрушить бронирующие оболочки на глобулах воды
Механизм действия деэмульгаторов
Механизм действия деэмульгаторов сводится к дробящему, пептизирующему и вытесняющему действию веществ, входящих в состав бронирующих оболочек, с поверхности капель и их замене адсорбционным слоем, сформированным из молекул (ионов) ПАВ, не обладающих структурно-механическими свойствами. При этом капли могут коалесцировать при последующих столкновениях в турбулентном потоке.
Наиболее эффективными считаются маслорастворимые деэмульгаторы.
Однако отдавать всю магию разрушения эмульсий только деэмульгаторам не стоит. Так как после разрушения бронирующей оболочки необходимо коалесцировать капли, что более сложно нежели разрушить оболочку. Коалесценция – технологически более сложна. А стоимость хороших деэмульгаторов довольно высока, и необходимо тщательно выверять их дозировку, чтобы достичь максимального эффекта.
На рис. 6 представлены графики зависимости степени обезвоживания и поверхностного натяжения обезвоженной девонской ромашикинской нефти от расхода деэмульгатора и времени отстоя. Из графиков видно, что расход деэмульгатора и время отстоя — в известных пределах взаимно компенсируемые параметры. С увеличением расхода деэмульгатора скорость и степень обезвоживания нефти возрастают.
ОДНАКО при увеличении расхода деэмульгатора выше определенных пределов может быть получен отрицательный эффект, связанный с передиспергированием капель в результате значительного снижения поверхностного натяжения на границе раздела нефть—вода. Такие процессы, например, наблюдались на месторождениях Западной Сибири и Белоруссии при высокой скорости потока нефти, движущейся по трубопроводам в интервале от места подачи деэмульгатора до установки (резервуар), и в процессе разгазирования нефти при больших газовых факторах. Поэтому дозировка деэмульгатора должна подбираться таким образом, чтобы обеспечить разрушение бронирующих оболочек на глобулах пластовой воды при минимальном его расходе.
Наличие в нефти механических примесей и включение их в состав бронирующих оболочек резко снижает эффективность процесса коалесценции капель при их столкновении в потоке. В этих случаях коалесценцией даже при благоприятных других условиях может завершаться только одно из 10 000 столкновений капель.
Важно
Поэтому подбираемый деэмульгатор должен обладать такими свойствами, которые обеспечивают возможность перехода частицы внутрь глобулы воды или в состав нефти в результате адсорбции на ней молекул деэмульгатора и проявления при этом эффекта индуцированной растворимости.
Большое значение для повышения эффективности разрушения эмульсии имеет правильный выбор гидродинамического режима ее движения.
Но в процессе подготовки нефти химические добавки используют не только для разрушения эмульсий (деэмульгаторы)
Применяются также:
Депрессаторы
Для контроля отложений парафина и проблем, связанныx c затвердеванием парафина вследствие его кристаллизации
Бактерициды
Для контроля роста аэробных и анаэробных видов бактерий в системе поддержания пластового давления
Ингибиторы коррозии
Для предотвращения формирования отложений на металлических поверхностях оборудования
Поглотители кислорода
Для удаления растворённого в подтоварной воде кислорода
Поглотители сероводорода
Для удаления сероводорода из потоков нефти и газа
Ингибиторы солеотложений
Применяется для снижения отложений минеральныx солей на стенка аппаратов и трубопроводов
Домашнее задание вас ждет на Сакае ;) а полезные ссылки - ниже...