КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Свойства эмульсий
Занятие 1 Условия образования эмульсий.
Цели: · познакомить с условиями образования эмульсий; · изучить физико-химические свойства нефтяных эмульсий
Нефтяные эмульсии - это механическая смесь нефти и пластовой воды, нерастворимых друг в друге и находящихся в мелкодисперсном состоянии. В нефтяных эмульсиях принято различать две фазы - внутреннюю и внешнюю. Внутренняя называется дисперсной фазой и она разобщена, а внешняя называется дисперсионной средой, представляет собой сплошную неразрывную фазу. Нефтяные эмульсии делятся на два больших класса: · эмульсии первого рода - "нефть в воде" Н/В; · эмульсии второго рода, когда капельки воды - дисперсная фаза равномерно или неравномерно размещены в нефти, являющейся дисперсионной средой - такие эмульсии называются "вода в нефти" В/Н. Нефтяные эмульсии классифицируются также по концентрации дисперсной фазы в дисперсионной среде: · разбавленные. К ним относятся системы жидкость-жидкость, где объемная доля дисперсной фазы до 0,2%; · концентрированные, где объемная доля дисперсной фазы до 74%; · высококонцентрированные, где объемная доля дисперсной фазы свыше 74%. Размеры капелек дисперсной фазы в эмульсиях колеблются 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. В нефти и пластовой воде всегда содержатся вещества в растворенном состоянии: асфальтены, нафтены, смолы, парафин и соли, кислоты. Их называют естественными эмульгаторами, или естественными ПАВ. Нефтяные эмульсии в пластовых условиях отсутствуют. Они могут образоваться или в призабойной зоне скважин или в стволе скважины. Интенсивно образуются эмульсии при эксплуатации скважин центробежными электронасосами. За пределами насосов стойкость эмульсий повышается в связи с падением температуры потока и выделением газа из нефти. Особенно стойкие эмульсии образуются при прохождении нефтеводяной смеси через штуцеры. В системе сбора стойкость эмульсии повышается за счет большой турбулизации потока и сравнительно резкого падения температуры нефти и воды при их движении по выкидным нетеплоизолированным линиям.
Основные физико-химические свойства нефтяных эмульсий:
· Дисперсность. Дисперсность эмульсии - это степень раздробленности дисперсной фазы в дисперсионной среде. Основной характеристикой дисперсности эмульсий является удельная межфазная поверхность, определяемая из отношения суммарной поверхности капелек к общему их объему; · Вязкость. Вязкость эмульсий зависит от вязкости самой нефти, температуры, при которой получается эмульсия, количества воды, содержащейся в нефти, степени дисперсности, присутствия механически: примесей и рН воды. Вязкостные свойства эмульсий обычно изучаются в ротационных вискозиметрах. У нефтяных эмульсий, как и у парафинистых нефтей, не подчиняющихся закону Ньютона, вязкость изменяется в зависимости от градиента скорости (рисунок 1). В этом случае вязкость жидкости называют кажущейся вязкостью, а саму жидкость - неньютоновской. Анализ кривых показывает, что увеличение содержания воды в нефтяной эмульсий до определенного предела приводит к увеличению кажущейся вязкости эмульсии, а следовательно, и к соответствующему увеличению энергетических затрат на перекачку такой эмульсии. Основной причиной аномальной вязкости эмульсии является деформация и дробление крупных капель воды на более мелкие. Кроме того, рост кажущейся вязкости (левой ветви кривой на рисунке 1) связан с тем, что внешней фазой здесь является нефть, которая, контактируя с холодными стенками трубы, сильно повышает свою вязкость независимо от содержания в ней волы. При содержании воды в нефти свыше 20% вязкость эмульсии резко возрастает. Максимума вязкость достигнет при критической концентрации воды Вкр, характерной для данного месторождения. При дальнейшем увеличении В вязкость эмульсии резко уменьшается. Критическое значение коэффициента обводнения Вкр называется точкой инверсии И. В точке инверсии И происходит обращение фаз, в результате чего дисперсная фаза (вода) становится дисперсионной средой (нефть), т.е В/Н èН\В. Рисунок 1 – Зависимость кажущейся вязкости эмульсии от содержания воды в нефти и исходной температуры смешения Эмульсия: 1 – обратного типа В\Н; 2 – прямого типа Н\В
На промыслах, как правило, встречаются эмульсии типа нефть - вода - газ, в которых дисперсионной средой является нефть, а дисперсной фазой - вода и газ. Эффективную вязкость таких эмульсий определяем по формуле: , где b =0 - 0,7 – объемное газосодержание В =0 – 0,7 – объемная обводненность нефти · Плотность. Плотность эмульсии можно рассчитать, зная плотности нефти и воды и их процентное содержание; · Электрические свойства. Электропроводимость нефтяной эмульсии обусловливается не только количеством содержащейся воды и степенью ее дисперсности, но и количеством растворенных в этой воде солей и кислот. В нефтяных эмульсиях, помещенных в электрическом поле, капельки воды располагаются вдоль его силовых линий, что приводит к резкому увеличению электропроводимости этих эмульсий; · Устойчивость и старение. Устойчивость - это способность эмульсий в течение определенного времени не разрушаться и не разделяться на нефть и воду. Устойчивость эмульсии определяется временем ее существования и выражается формулой: , где Н – высота столба эмульсии, см u - средняя линейная скорость расслоения эмульсии, см\с На устойчивость нефтяных эмульсий большое влияние оказывают: дисперсность системы; физико-химические свойства эмульгаторов, образующих на поверхности раздела фаз адсорбционные защитные оболочке "брони" (рисунок 2, а); наличие на глобулах дисперсной фазы двойного электрического заряда, который защищает частицы эмульсии от слипания; температура смешивающихся жидкостей - при повышении температуры устойчивость эмульсии понижается; величина рН эмульгированной пластовой воды - с увеличением рН, которое достигается введением щелочи, снижается механическая прочность бронированных оболочек. Утолщение брони всегда протекает во времени, поэтому эмульсия В/Н со временем становится более устойчивой, т.е. происходит ее "старение". В начальный период "старение" происходит интенсивно, затем постепенно замедляется и уже через сутки прекращается. Поэтому свежие эмульсии разрушаются легче и быстрее.
Рисунок 2 – Нефтяные эмульсии а – «старение» нефтяной эмульсии: 1 – толщина брони, 2, 3 – эмульгирующие вещества (естественные ПАВ), 4 – капля воды; б – происхождение двойного электрического заряда: 1 – положительно заряженная частица, 2 – отрицательно заряженная частица, 3 – дисперсионная среда, 4 – частица воды
Контрольные вопросы
Занятие 2 Технология предварительного обезвоживания и сброса воды. Деэмульгаторы, их классификация Цели: · познакомить с деэмульгаторами; · изучить установку с предварительным сбросом воды типа УПС-3000\6М
Сепарационные установки с предварительным сбросом пластовой воды предназначены для разгазирования и частичного (до 5-20% остаточного содержания пластовой воды) обезвоживания нефти перед подачей ее на установку комплексной подготовки нефти. Автоматизированные установки для сепарации с предварительным сбросом пластовой воды типа УПС конструкции ТатНИИнефтемаша и СПКБ Нефтехимавтоматики предназначены для сепарации нефтяного газа и сброса свободной пластовой воды, а также для оперативного учета продукции скважин и имеют несколько модификаций. Модернизированные установки типа УПС-3000\6М, УПС-6300\6М и УПС-3000\16М, УПС-6300\16М спроектированы по одной технологической схеме: конструкции их подобны и имеют унифицированную систему КИП и автоматики. Различие состоит в объемах технологических емкостей и диаметрах условных проходов штуцеров и запорно-регулирующей арматуры, а также в рабочих давлениях. Установки типа УПС-3000\6М, УПС-6300\6М выполнены в моноблоке и состоят из блока сепарации и сброса воды, запорно-регулирующей арматуры и системы контроля и управления. Установки можно использовать как на первой, так и на второй ступени сепарации. Если установки используют на первой ступени сепарации, то необходима установка предварительного отбора газа перед поступлением продукции скважин в технологическую емкость. Если установку используют на второй ступени сепарации, то монтаж устройства предварительного отбора газа не требуется. Блок сепарации и сброса воды А сплошной сферической перегородкой разделен на два отсека – сепарационный Б и отстойный В. Продукция скважин поступает в сепарационный отсек Б по соплу 1 и нефтеразливной полке 2, где происходит отделение основного объема нефтяного газа. Отделившийся нефтяной газ через регулятор уровня в сепарационном отсеке отводится в отсек В, откуда через каплеотбойники 4 и регулятор давления поступает в газовый коллектор. Водонефтяная эмульсия из сепарационного отсека Б перетекает в отстойный отсек В под действием перепада давления между отсеками. Допустимый перепад давления между отсеками Б и В не более 0,2 МПа. Эмульсия перетекает через каплеобразователь, на входе в который водонефтяная эмульсия смешивается с горячей водой, поступающей с УПН и содержащий остаточный деэмульгатор. В каплеобразователе происходит укрупнение капель в результате многократных столкновений под действием турбулентных пульсаций. Если не используют каплеобразователь, то горячая вода с УПН подается в нефтегазопровод за 200-300 м до входа в технологическую емкость. Водонефтяную эмульсию вводят в отстойный отсек В через входной распределитель 3. Отстоявшаяся вода отводится через перфорированную трубу 8, расположенную в нижней части емкости. Предварительно обезвоженная нефть отводится через перфорированную трубу 7, расположенную в верхней части емкости, и через штуцер 5 или 6. Штуцер 6 используют при работе отстойной секции в режиме неполного заполнения, а штуцер 5 – при работе в режиме полного заполнения при незначительных газовых факторах. Система контроля и управления осуществляет регулирование уровня нефть-газ и нефть-вода, давления в технологической емкости, измерение расходов предварительно обезвоженной нефти, сбрасываемой воды и горячей воды, сигнализацию предельных (аварийных) давлений и уровня нефти в емкости и отключение установки при их достижении, измерение давления и температуры. При параллельной работе допускается использование не более двух установок.
Техническая характеристика УПС-3000\6М
Для разрушения нефтяных эмульсий применяются деэмульгаторы, основное назначение которых - вытеснить с поверхностного слоя капель воды эмульгаторы - естественные ПАВ, содержащиеся в нефти и воде. Затем деэмульгатор образует гидрофильный адсорбционный слой, в результате чего капельки воды при столкновении сливаются в более крупные капли и оседают. Деэмульгаторы следует подавать на забой скважин и осуществлять "внутрискважинную" деэмульсацию. При подаче деэмульгаторов на забой скважин обычно эмульсия В/Н превращается в эмульсию Н/В. Под эффективностью деэмульгаторов понимают их деэмульсационную способность, которая характеризуется их расходом, качеством подготовленной нефти (содержанием в ней остаточных хлористых солей, воды и механических примесей), а также минимальной температурой и продолжительностью отстоя нефти. Деэмульгаторы, применяемые для разрушения эмульсии типа В/Н, делятся на две группы: на ионогенные (образующие ионы в водных растворах) и неионогенные (не образующие ионов в водных растворах). К первой группе относятся НЧК - нейтрализованный черный контакт и НКГ - нейтрализованный кислый гудрон. Они малоэффективны и в настоящее время почти не применяются. Неионогенные деэмульгаторы подразделяются на водорастворимые и нефтерастворимые. К водорастворимым относятся деэмульгаторы отечественного производства типа проксанол и проксамин. К нефтерастворимым деэмульгаторам отечественного производства относятся дипроксамин 157, импортного производства – дисолван, сепарол и т.д. Неионогенные деэмульгаторы синтезируют на основе продуктов реакции окиси этилена или окиси пропилена со спиртами, жирными кислотами и алкифенолами. Преимущества неионогенных деэмульгаторов: · не взамодействуют с растворенными в пластовой воде солями металлов и не образуют твердых осадков; · удельный расход их значительно ниже (5-50 г\т).
Физико-химическая характеристика реагентов-деэмульгаторов
Контрольные вопросы
Занятие 3 Основные методы разрушения нефтяных эмульсий. Оборудование УПН
Цели: · изучить основные методы разрушения нефтяных эмульсий; · рассмотреть оборудование УПН
Существуют следующие основные методы разрушения нефтяных эмульсий: · внутритрубная (путевая) деэмульсация; · гравитационный отстой; · центрифугирование; · фильтрация через твердые пористые тела; · термохимическая подготовка нефти; · электродегидрирование.
Внутритрубная деэмульсация. Разрушение нефтяной эмульсии происходит в трубах на пути движения по стволу скважины, выкидной линии и сборному коллектору вплоть до УПН. Принцип прост и состоит в следующем: в межтрубное пространство эксплуатационных скважин или в начало сборного коллектора дозировочным насосом (15-20 г\т) подается деэмульгатор, который сильно перемешивается с этой эмульсией в процессе ее движения до УПН и разрушает ее. Эффективность внутритрубной деэмульсации зависит от эффективности самого деэмульгатора, интенсивности и длительности перемешивания эмульсии с ПАВ, количества воды, содержащейся в эмульсии, температуры смешивания. Гравитационный отстой. Происходит за счет разности плотностей пластовой воды и нефти в герметизированных отстойниках и сырьевых резервуарах. Гравитационный отстой может применяться также без нагрева эмульсии, когда нефть и вода не подвергаются сильному перемешиванию и в нефти практически отсутствуют эмульгаторы, обводненность при этом составляет около 60%. Центрифугирование. Значительную силу инерции, возникающую в центрифуге, можно использовать для разделения жидкостей с различными плотностями. Разделение водонефтяных эмульсий в центрифугах – исключительно эффективный метод, который еще не нашел практического применения и находится в стадии эксперимента. Фильтрация. Нестойкие эмульсии иногда успешно расслаиваются при пропускании их через фильтрующий слой (гравий, битое стекло, стекловата и др.). Данная деэмульсация основана на явлении селективного смачивания. Размеры фильтров, имеющих вид колонн, зависят от объема прокачиваемой эмульсии, ее вязкости и скорости движения. Нефтяная эмульсия вводится в колонну снизу и проходит через фильтр, где вода удерживается и сбрасывается через низ колонны, а нефть свободно проходит и отводится через верх. Применяется в сочетании с термохимическими методами. Термохимические установки - ТХУ. Состоят из сепараторов-деэмульсаторов, отстойников-электродегидраторов и другого оборудования. Около 80% всей добываемой обводненной нефти обрабатывается на ТХУ, к преимуществам которых относятся предельная простота установки (теплообменник, отстойник и насос), сравнительно низкая чувствительность режима работы установки к значительному изменению содержания воды в нефти, возможность замены деэмульгаторов по мере изменения характеристики эмульсии без замены оборудования и аппаратуры. Основной показатель качества товарной нефти, прошедшей обработку на ТХУ, это остаточное содержание в ней воды и солей. В настоящее время широко распространены блочные ТХУ - УДО-2М, ПТБ-10 и др. в которых одновременно происходят сепарация нефти от газа, обезвоживание и обессоливание ее. Электродегидрирование. Электродегидраторы применяются для обессоливания средних, тяжелых и вязких нефтей.
Принцип работы: если безводную нефть налить между двумя плоскими параллельными электродами, находящимися под высоким напряжением, то возникает однородное электрическое поле, силовые линии которого параллельны друг другу (рисунок 3, а). При замене безводной нефти эмульсией типа В/Н расположение силовых линий меняется и однородность поля нарушается (рисунок 3, б), в результате диспергированные капли поляризуется и вытягиваются вдоль силовых линий с образованием в вершинах капель воды электрических зарядов, противоположных зарядам на электродах. Происходит сначала упорядоченное движение, а затем столкновение капель воды. Эффективность разрушения эмульсий в поле переменного тока значительно выше, чем в поле постоянного: тока. Разработаны типовые горизонтальные электродегидраторы: 1ЭГ-160 и 2ЭГ-160/3. Первый электродегидратор (рисунок 4) имеет два электрода, второй - три. Эмульсия подается в ЭГ через маточник 6, затем она проходит слой отстоявшейся воды, уровень которой поддерживается автоматически на 20-30 см выше маточника. В этой зоне нефтяная эмульсия подвергается водной промывке, в результате которой она теряет основную массу соленой воды. Затем эмульсия, поднимаясь в вертикальном направлении с небольшой скоростью, последовательно подвергается обработке сначала в зоне слабой напряженности электрического поля между уровнем отстоявшейся воды и нижним электродом 1. а затем в зоне сильной напряженности между электродами 1 и 2.
Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 4082; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |