Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
При добыче нефти из продуктивного пласта на поверхность поступает сложная дисперсная система, в которой капли воды распределены в углеводородной среде. Эти системы представляют собой устойчивые водонефтяные эмульсии типа вода в нефти, стабилизированные природными поверхностно-активными веществами.
Устойчивость эмульсий обусловлена присутствием на границе раздела фаз адсорбционных слоев, образованных асфальтенами, смолами, нафтеновыми кислотами и их солями. Эти вещества создают прочные бронирующие оболочки вокруг глобул воды, препятствуя их слиянию и последующему разделению фаз.
Последствия неразрушенных эмульсий
Присутствие воды в товарной нефти вызывает интенсивную коррозию трубопроводов и оборудования, снижает производительность насосного оборудования, ухудшает качество нефтепродуктов и повышает транспортные расходы. Согласно действующим стандартам качества нефти, содержание воды и солей в товарной нефти строго регламентируется в зависимости от группы подготовки.
Для решения проблемы обезвоживания и обессоливания нефти применяют специальные химические реагенты - деэмульгаторы. Эти вещества представляют собой синтетические поверхностно-активные вещества с активностью, значительно превышающей активность природных стабилизаторов эмульсий. Основополагающие исследования механизмов деэмульгирования были проведены Позднышевым Г.Н. в работах по современным достижениям в области подготовки нефти.
Исторически первыми промышленными деэмульгаторами были ионогенные поверхностно-активные вещества, которые в водных растворах диссоциируют на ионы. К этой группе относились нейтрализованный черный контакт и нейтрализованный кислый гудрон. Однако эти реагенты имели существенные недостатки: при взаимодействии с растворенными в пластовой воде солями они образовывали твердые осадки, засоряющие оборудование.
Анионактивные деэмульгаторы на основе алкилсульфонатов и карбоновых кислот образуют поверхностно-активные анионы, тогда как катионактивные реагенты на основе аминных солей генерируют катионы. Амфотерные деэмульгаторы проявляют кислотные или основные свойства в зависимости от pH среды. К началу 2000-х годов ионогенные деэмульгаторы практически полностью вытеснены из промышленной практики неионогенными составами.
Современные деэмульгаторы представляют собой неионогенные поверхностно-активные вещества, которые не образуют ионов в водных растворах. Их синтезируют путем оксиэтилирования или оксипропилирования органических соединений с подвижным атомом водорода. Реакция присоединения окиси этилена к спиртам, жирным кислотам и алкилфенолам позволяет получать продукты с заданным соотношением гидрофильной и гидрофобной частей молекулы.
Регулирование свойств неионогенных деэмульгаторов
Удлинение оксиэтиленовой цепи повышает растворимость деэмульгатора в воде за счет увеличения гидрофильной части молекулы. Замена окиси этилена на окись пропилена существенно повышает растворимость в нефти, сохраняя гидрофильные свойства. Молекулярная масса современных деэмульгаторов составляет от 2000 до 5000 дальтон.
Неионогенные деэмульгаторы обладают рядом преимуществ: не взаимодействуют с солями пластовых вод, не образуют твердых осадков, имеют низкий удельный расход - от 5 до 200 граммов на тонну нефти. Гидрофильные деэмульгаторы на основе оксиэтилированных соединений применяют для легких нефтей, гидрофобные оксипропилированные составы эффективны для тяжелых высоковязких эмульсий.
Современные промышленные деэмульгаторы представляют собой многокомпонентные композиции, сочетающие свойства различных типов ПАВ. Типичный состав включает гидрофобные ПАВ-дропперы с коэффициентом относительной растворимости менее 15 единиц для первичного слияния глобул воды, гидрофильные ПАВ-тритеры с RSN 10-20 для флокуляции субмикронных капель воды, растворители - низшие спирты, толуол, ксилолы. Такие композиции обеспечивают эффективное обезвоживание и обессоливание нефти при минимальном расходе реагента.
Разрушение водонефтяной эмульсии деэмульгатором происходит в несколько последовательных стадий. На первой стадии молекулы деэмульгатора, обладающие более высокой поверхностной активностью по сравнению с природными эмульгаторами, адсорбируются на границе раздела фаз нефть-вода. Благодаря высокой поверхностной активности деэмульгатор вытесняет и замещает молекулы асфальтенов, смол и других природных стабилизаторов из адсорбционного слоя.
После замещения природных эмульгаторов деэмульгатор снижает межфазное натяжение на границе раздела фаз. Образующиеся новые адсорбционные слои, состоящие из молекул деэмульгатора, практически не обладают механической прочностью. Это существенно облегчает процесс коалесценции - слияния мелких капель воды в более крупные агрегаты.
По мере накопления деэмульгатора на поверхности капель воды между ними возникают силы взаимного притяжения, что приводит к флокуляции - образованию хлопьев из мелкодисперсных капелек. В процессе флокуляции поверхностная пленка глобул воды становится достаточно ослабленной, происходит ее разрушение и слияние глобул воды в более крупные капли.
Факторы эффективности процесса
Скорость осаждения слившихся частиц воды зависит от размеров глобул, вязкости дисперсионной среды и разности плотностей фаз. Темп выделения воды растет с увеличением размеров глобул и разности плотностей, но снижается с ростом вязкости нефти. Наиболее эффективным способом ускорения процесса является нагревание эмульсии, которое увеличивает разность плотностей фаз и снижает вязкость.
Деэмульгатор обеспечивает не только разрушение уже сформированных эмульсий, но и предотвращает образование новых эмульсий при перемешивании нефти с промывной водой в процессе обессоливания. Эффективность деэмульгирования зависит от типа и концентрации природных стабилизаторов в эмульсии, физико-химических свойств самого деэмульгатора, его удельного расхода, температуры обработки и интенсивности перемешивания.
Основным лабораторным методом оценки эффективности деэмульгаторов является бутылочный тест. Этот метод позволяет в лабораторных условиях воспроизвести ключевые параметры промыслового процесса: состав и соотношение нефти и воды, температуру обработки, время отстаивания и дозировку реагента.
Методика проведения бутылочного теста включает следующие этапы: отбор репрезентативной пробы эмульсии из продуктивного пласта, определение исходной обводненности методом центрифугирования, дозирование испытуемого деэмульгатора в диапазоне от 5 до 200 граммов на тонну нефти, интенсивное перемешивание эмульсии с реагентом на верхнеприводной мешалке, термостатирование образцов при заданной температуре, отбор аликвоты из верхнего слоя нефти для анализа.
В ходе бутылочного теста оценивают объем и скорость сброса свободной воды визуальным методом, остаточную обводненность слоя нефти центрифугированием по ГОСТ 2477-2014, содержание нефтепродуктов в отделившейся воде фотометрическим методом, четкость границы раздела фаз визуально. В некоторых случаях дополнительно контролируют цвет нефти, содержание механических примесей и минерализацию отделившейся воды.
Важные аспекты подбора
Оптимальная дозировка деэмульгатора должна обеспечивать требуемую глубину обезвоживания нефти. Избыточная доза деэмульгатора может привести к обратному эффекту - образованию стабильных эмульсий, так как деэмульгаторы являются поверхностно-активными веществами. Подбор эффективного реагента необходимо проводить для каждого конкретного месторождения с учетом специфики добываемой нефти.
При выборе деэмульгатора учитывают не только его деэмульгирующую активность, но и совместимость с другими химреагентами - ингибиторами коррозии, парафиноотложений, бактерицидами. Деэмульгатор не должен вызывать коррозию оборудования, образовывать устойчивую пену, ухудшать реологические свойства нефти. Важным критерием является стабильность свойств при хранении и транспортировании при различных температурах окружающей среды.
Эффективность деэмульгатора характеризуется его способностью обеспечивать требуемую степень обезвоживания и обессоливания нефти при минимальном расходе реагента. Согласно ГОСТ Р 51858-2002, товарная нефть подразделяется на три группы по степени подготовки, для каждой из которых установлены нормы содержания воды, хлористых солей и механических примесей.
Деэмульгатор должен обладать высокой поверхностной активностью, многократно превышающей активность природных эмульгаторов нефти. Реагент обязан изменять смачивание поверхности твердых компонентов адсорбционного слоя и обеспечивать их переход полностью в одну из фаз эмульсии. Деэмульгатор должен максимально понижать прочность структурно-механических адсорбционных слоев на границе раздела фаз и не допускать стабилизации эмульсий как прямого, так и обратного типа.
Максимальное снижение межфазного натяжения должно обеспечиваться при малых расходах деэмульгатора. Реагент не должен коагулировать в пластовых водах, вызывать коррозию трубопроводов и оборудования, быть токсичным. Деэмульгатор должен сохранять стабильность свойств при изменении температуры, не ухудшать качество товарной нефти и обладать определенной универсальностью - эффективно разрушать эмульсии различных по физико-химическим свойствам нефтей.
Деэмульгаторы применяют на различных стадиях подготовки нефти: в системах нефтесбора для путевой деэмульсации, в системах предварительного сброса воды, на установках подготовки нефти. Типичные дозировки современных неионогенных деэмульгаторов составляют от 5 до 200 граммов на тонну нефти. Температура обработки эмульсии обычно находится в диапазоне от 40 до 80 градусов Цельсия в зависимости от свойств нефти и типа применяемого оборудования.
Контроль качества подготовки
Эффективность процесса деэмульгирования контролируют путем определения остаточного содержания воды по ГОСТ 2477-2014, содержания хлористых солей по ГОСТ 21534, механических примесей. Регулярный контроль позволяет оптимизировать расход деэмульгатора и обеспечить стабильное качество товарной нефти, соответствующее требованиям стандартов.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.