Исследование деэмульгирующих и поверхностных свойств композиционных реагентов для нефтепромыслов

УДК 665.622.43

Р. Р. Фазулзянов, А. А. Елпидинский,

А. А. Гречухина

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕЭМУЛЬГИРУЮЩИХ И ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ РЕАГЕНТОВ ДЛЯ НЕФТЕПРОМЫСЛОВ

Ключевые слова: нефть, эмульсия, деэмульгатор, композиция, смачивание.

Составлен ряд композиционных реагентов на основе неиногенных поверхностно-активных веществ для обезвоживания нефтяных эмульсий различных горизонтов. Исследована деэмульгирующая эффективность базисных компонентов и композиций на их основе. Рассмотрена взаимосвязь поверхностных свойств реагентов с их способностью к обезвоживанию нефтей.

Keywords: оИ, emulsion, deemulsifying agent, composition, wetting.

There was made a list of composite reagents based on nonionic surfactants for dehydrating of oil emulsions from different formations. The demulsifying efficiency of the basic components and compositions based on them was investigated. The dependence of the surface properties of the reagents on their ability to dehydration of crude oil was examined.

Сегодня перспективным направлением в поиске эффективных реагентов-деэмульгаторов нефтяных эмульсий является разработка композиционных составов на основе неионогенных поверхностно-активных веществ (НПАВ). Известно, что небольшая добавка активного реагента к известному деэмульгатору может существенно улучшить эффективность последнего при незначительном увеличении общей стоимости такого композиционного реагента [1].

Нами представлены результаты исследований композиционных деэмульгирующих составов, которые условно можно разделить на 3 группы:

1 группа - смеси неионогенных поверхностно-активных веществ (ПАВ) известной структуры;

2 группа - смеси неионогенных ПАВ с катионными ПАВ (КПАВ);

3 группа - смеси неионогенных ПАВ с импортными добавками.

В качестве НПАВ были исследованы следующие реагенты различной структуры:

- Реапон-4В - прямоцепочный блоксополимер на основе пропиленгликоля;

- Дипроксамин 157-65М - симметрично-разветвлённый блоксополимер на основе этилендиамина;

- Лапрол-6003 - несимметрично-разветлённый блоксополимер на основе глицерина;

- Полинол - оксиэтилированная фенолформальдегидная смола.

В качестве катионных ПАВ были использованы лабораторные образцы нетипичных КПАВ на основе Лапролов (ДФ-1, ДФ-2, ДФ-3).

Импортные присадки были неизвестной структуры (присадка 1, присадка 2).

Работу проводили по следующим этапам:

1. Исследование реагентов и их композиций на деэмульгирующую способность;

2. Изучение основных физико-химических свойств реагентов, их смесей и обоснование проявления синергизма действия отдельных эффективных композиций.

Реагенты и их смеси испытывали на естественных и искусственных водонефтяных эмульсиях Татарстана как девонского (№2 искусств.), так и карбонового горизонтов (№1 искусств., №3 и 4 естествен.). Все эмульсии были устойчивы к расслоению на водную и нефтяную фазу и в условиях испытаний без реагентов не разрушались.

При оценке эффективности реагентов и их композиций в первую очередь оценивались:

1) расход деэмульгатора на одну тонну эмульсии;

2) динамика отстоя воды от нефти;

3) содержание остаточной воды в нефти после отстоя.

Испытания проводили методом бутылочной пробы путём дозировки 1%-ного раствора реагента или их смесей в нефтяную эмульсию, тщательного перемешивания, отстоя и замера отстоявшейся воды. Контроль за отделением воды проводили в течении 2 часов. При этом 1 час отстоя проходил при комнатной температуре 25°С (так называемый «холодный отстой») и 1 час при температуре 55-60°С («горячий отстой»). В зависимости от стойкости эмульсии и эффективности применяемых реагентов расход последних варьировался от 30 до 200 г/т.

Всего было проведено 134 опыта и исследовано 46 композиций.

Композиции первой группы составляли путём смешения двух неионогенных ПАВ таким образом, чтобы концентрации каждого компонента в различных смесях составляли 25, 50, 75 и 100 % мас.

Композиционные составы второй группы были получены путём смешения неионогенных ПАВ и катионных ПАВ в пропорциях 90/10 и 80/20 % масс.

Композиции третьей группы составляли путём смешения неионогенных ПАВ и импортных присадок в пропорции 90/10 % масс.

При использовании композиции в зависимости от состава наблюдались все три эффекта - синергизм, аддитивность и антагонизм.

Наиболее эффективные синергетические смеси представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Сравнительная эффективность НПАВ и композиций на их основе при обезвоживании нефтей

Реагенты и их № эмульсии Соотношение Суммарная Остаточное

смеси реагентов,% дозировка, г/т содержание

мас. воды, % мас.

1 2 3 4 5

1. Дипроксамин-157 1 100 50 3,55

2. Реапон-4В 100 50 0,5

3. Лапрол-6003 100 50 1,54

4. Полинол 100 50 2,54

5. Д-157+Реапон-4В 25/75 12,5+37,5 0

6. Лапрол+Д-157 75/25 37,5+12,5 следы

7. Полинол+Д-157 25/75 12,5+37,5 0

8. Полинол+Лапрол 50/50 25+25 следы

9. Лапрол+Реапон-4В 50/50 25+25 0

1. Лапрол-6003 2 100 125 0,3

2. Д-157 100 125 не опред.

3. Полинол 100 125 0,35

4. Реапон-4В 100 125 не опред.

5. Полинол+Лапрол 25/75 31,25+93,75 0

6. Лапрол+Реапон-4В 50/50 62,5+62,5 0

7. Лапрол+Д-157 75/25 93,75+31,25 следы

8. Лапрол+Реапон-4В 50/50 62,5+62,5 0

1. Полинол 3 100 200 0,78

2. Д-157 100 200 1,2

3. Полинол+Д-157 50/50 100+100 0,1

4. Полинол+Д-157 75/25 150+50 0

1. Лапрол-6003 2 100 125 0,4

2. ДФ-1 100 125 4,86

3. Лапрол+ДФ-1 90/10 112,5+12,5 0,4

Окончание табл. 1

1 2 3 4 5

1. Реапон-4В 100 50 11,8

2. Д-157 100 150 5

3. Полинол 100 30 12,9

4. ДФ-1 100 50 0

5. ДФ-2 4 100 50 не опред.

6. Реапон+ДФ-1 90/10 45+5 0

7. Реапон+ДФ-1 80/20 40+10 0

8. Д-157+ДФ-1 80/20 120+30 0

9. Полинол+ДФ-1 80/20 24+6

10. Полинол+ДФ-2 90/10 27+3 0

1. Полинол 100 50 2,23

2. Д-157 100 50 3,55

3. Лапрол 100 50 0,72

4. Присадка№1 100 50 0

5. Присадка№2 100 50 0

6. Полинол+присадка№1 1 90/10 45+5 0

7. Д-157+присадка№1 90/10 45+5 0

8. Лапрол+присадка№1 90/10 45+5 0

9. Д-157+присадка№2 90/10 45+5 0

10. Реапон+присадка№2 90/10 45+5 0

11. Лапрол+присадка№2 90/10 45+5 0

1. Д-157 100 125 не опред.

2. Лапрол 100 125 1,3

3. Присадка№1 100 125 1

4. Присадка№2 2 100 125 0

5. Д-157+присадка№1 90/10 112,5+12,5 0

6. Лапрол+присадка№1 90/10 112,5+12,5 0

7. Д-157+присадка№2 90/10 112,5+12,5 0

8. Лапрол+присадка№2 90/10 112,5+12,5 0

Обобщая результаты термохимического обезвоживания нефти композициями первой группы, можно сделать вывод, что наибольшую эффективность проявляют композиции, в состав которых входит Лапрол-6003 и композиция Полинола с Д-157-65М.

ДФ-2 и ДФ-3 в чистом виде не проявляют деэмульгирующих свойств, а ДФ-1 обладает высокой деэмульгирующей способностью, особенно при обезвоживании девонских нефтей. Синергизм наблюдался при обработке эмульсий композициями ДФ-1 с Лапролом, Реапоном, Д-157, а также ДФ-2 с Полинолом.

Испытанные импортные присадки сами по себе являются достаточно эффективными деэмульгаторами. Введение присадок к Реапону и Полинолу не даёт положительных результатов, а их смеси с Д-157 и Лапролом проявляют синергетический эффект как на лёгкой, так и на тяжёлой эмульсиях.

Для объяснения проявления того или иного эффекта при использовании композиций ПАВ нами были изучены некоторые физико-химические и поверхностные свойства реагентов и их смесей, такие как фенольный индекс (ФИ), поверхностное натяжение и смачивавающая способность. Фенольный индекс позволяет охарактеризовать гидрофильно-липофильный баланс реагентов, поверхностное натяжение характеризует поверхностную активность реагентов. Смачивающую способность реагентов по отношению к природным эмульгатором фиксировали скоростью капиллярной пропитки твердой фазы, обработанной асфальтенами

(основная составляющая природных эмульгаторов). Кроме того реагенты и их смеси были проверены на склонность к образованию промежуточного слоя в процессе разрушения эмульсий. Это контролировали микрофотографированием пограничного слоя между нефтяной и водной фазой в отстойниках. Результаты изучения этих свойств представлены в таблице 2

Таблица 2 - Физико-химические и поверхностные свойства реагентов и их смесей

Реагенты Эффект смешения ФИ Поверхностное натяжение с, дин/см Смачиваемость, 3 дм Склонность к образованию промслоя

девон карбон

Реапон-4В 13,05 36,4 0,70 Нет

Д-157 14,8 47,8 0,82 Да

Лапрол 14,48 36 0,78 Да

Полинол 3,44 47 0,80 Нет

ДФ-1 12 - 0,81 Нет

ДФ-2 24,4 - 0,70 -

ДФ-3 14,2 - -

Присадка №1 3,05 - 0,80 Нет

Присадка №2 2,57 - 0,80 Нет

Реапон+Полинол(5 0/5 0) - - 34,33 0,80 Да

Реапон+Лапрол(5 0/5 0) + + 33,21 0,80 Нет

Реапон+Д-157(50/50) + - 32,85 0,82 Нет

Д-157+Полинол(5 0/5 0) + + 41,86 0,84 Нет

Д-157+Лапрол (5 0/50) + + 31,18 0,86 Нет

Полинол+Лапрол (5 0/5 0) + + 32,85 0,82 Нет

Реапон+ ДФ-1 (90/10) + 0,84 Нет

Д-157+ДФ-1 (90/10) + 0,83 Нет

Полинол+ДФ-1 (90/10) - 0,84 Нет

Лапрол+ДФ-1 (90/10) + 0,82 Нет

Реапон+ДФ-2 (90/10) - 0,68 -

Реапон+присадка№1 (90/10) - - 0,80 Нет

Д-157+присадка№1 (90/10) + + 0,84 Нет

Полинол+присадка№ 1 (90/10) + - 0,80 Нет

Лапрол+присадка №1(90/10) + + 0,86 Нет

Анализ представленной таблицы и сопоставление результатов по деэмульгирующей и смачивающей способности реагентов и их смесей, позволяет сделать следующий вывод. Смеси, обладающие повышенной деэмульгирующей способностью по сравнению с исходными базовыми реагентами, увеличивают смачивающее действие в отношении природных эмульгаторов. Композиции, которые не показали улучшения смачивания, также и не дают результата по повышению деэмульгирующего действия смеси.

Литература

1. Дияров, И.Н. Синтез и исследование олигоуретанов для процессов подготовки тяжелых высоких нефтей / И.Н. Дияров [и др.]// Вестник Казан. технол. ун-та. - 2009. - №5. - С. 343-348.

© Р. Р. Фазулзянов - вед. спец. отдела исследований ООО «Химическая группа «Основа»», Группа Компаний «Миррико»; А. А. Елпидинский - канд. техн. наук, доц. каф. химической технологии переработки нефти и газа КГТУ, sinant@yandex.ru; А. А. Гречухина - канд. техн. наук, доц. той же кафедры.