СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ С ПОМОЩЬЮ ДЕЭМУЛЬГАТОРОВ
PROCEDURE FOR DECOMPOSITION OF WATER-OIL EMULSIONS BY MEANS OF EMULSION BREAKERS

Изобретение относится к подготовке нефти и может быть использовано в лабораторной практике исследования деэмульгаторов, а также конструкциях измерительных приборов, например влагомеров с предварительным разрушением эмульсий.
Используемые в настоящее время методы нефтедобычи привели к тому, что в нефти содержится до 70% воды, образующей с ней стойкие обратные эмульсии (вода в масле - В/М), стабилизированные природными, содержащимися в нефти эмульгаторами. Способ разрушения таких водонефтяных эмульсий с помощью деэмульгаторов хорошо известен, его разработка начата еще в трудах Ребиндера [Ребиндер П.А. Избранные труды. Поверхностные явления в дисперсных системах. М.: Наука, 1978. 368 с.].
Наиболее близким аналогом предлагаемого способа является способ разрушения водонефтяных эмульсий В/М с помощью деэмульгаторов, включающий в себя последующее перемешивание эмульсии с помощью механической мешалки для обеспечения равномерного распределения деэмульгатора внутри ее [Позднышев Г.Н. Стабилизация и разрушение нефтяных эмульсий. М.: Недра, 1982. 221 с.]. Полагается, что механическое перемешивание эмульсии является принципиально необходимым фактором, без которого необходимая степень обезвоживания нефти не достигается, поскольку состоящие из высокомолекулярных соединений современные деэмульгаторы обладают очень низкой скоростью диффузии своих молекул, особенно в высоковязких эмульсиях. Однако введение механической мешалки в конструкции измерительных приборов, работающих непосредственно на продуктопроводах нефтедобывающих скважин под давлением в несколько атмосфер, является аварийно опасным, усложняет его эксплуатацию, а также существенно удорожает стоимость прибора и его габариты.
В предлагаемом способе реализован способ разрушения водонефтяных эмульсий с помощью деэмульгаторов без использования механической мешалки, при этом скорость разрушения эмульсии даже повышается по сравнению с аналогом.
Схема устройства, с помощью которого можно реализовать данный способ, представлена на фиг.1. Основной его частью является вертикальный цилиндрический сосуд 1, в котором осуществляется распад водонефтяной эмульсии на нефть и воду, а также может проводиться исследование физико-химических свойств компонент эмульсии и их содержания. Эмульсия поступает в нижнюю часть сосуда 1 по трубке 2, которая может находиться как внутри сосуда 1, так и вне его. Необходимая дозировка деэмульгатора, рассчитанная на разрушение всего объема поступающей в сосуд 1 эмульсии, по патрубку 3 вводится импульсно и однократно внутрь трубки 2 так, чтобы он попадал в сосуд 1 вместе с первыми порциями эмульсии.
Рассмотрим результаты испытаний подобного способа ввода реагента в жидкость сначала на примере ввода жидкого красителя в воду. В этом случае ход перемешивания двух жидкостей легко прослеживается визуально. Эксперименты показали, что предлагаемый способ позволяет осуществлять весьма интенсивное и вполне равномерное перемешивание вводимых реагентов внутри жидкости с высотой столба до 30 см ее вытекающим вихревым потоком даже под очень малым давлением (не более 0,1 атм), т.е. жидкость вполне способна перемешивать сама себя.
Но при увеличении столба жидкости до 1 м, что необходимо для некоторых измерительных приборов, при том же самом импульсном однократном вводе всей порции красителя внутрь первых порций воды, наблюдается уже весьма заметное различие в концентрации красителя на разных уровнях сосуда 1. При этом более высокая концентрация красителя наблюдается в верхней части сосуда, поскольку первые порции воды с введенным в них красителем последующими порциями жидкости по предлагаемому способу вытесняются в верхние части сосуда 1.
На первый взгляд казалось бы, что эффект заметного различия концентрации реагента на разных уровнях жидкости, т.е. неравномерного его распределения вдоль столба эмульсии, должен снижать эффективность работы деэмульгаторов при их вводе предлагаемым способом по мере увеличения высоты столба эмульсии в сосуде 1.
Однако проведенные исследования скорости разрушения идентичных водонефтяных эмульсий (фиг.2) показали, что эффективность ввода в них деэмульгатора предлагаемым способом (кривые 1, 3 на фиг.2) по сравнению с аналогом (кривая 2 на фиг.2) с использованием механического перемешивания оказалась заметно выше при всех исследованных высотах заполняемого эмульсией сосуда 1 (от 10 до 100 см). Более того, величина наблюдаемого различия в скоростях разрушения эмульсий при повышении высоты Н столба жидкости даже возрастала и при Н=100 см была весьма существенной - фиг.2. Еще одним достоинством предлагаемого способа оказалось наличие у распавшейся эмульсии гораздо более четкой границы раздела нефть-вода с практически нулевым переходным слоем (фиг.3) по сравнению с аналогом (фиг.4).
Интерпретация природы обнаруженного явления достаточно проста. Прежде всего, импульсное введение всего количества деэмульгатора, рассчитанного на весь объем разрушаемой эмульсии, внутрь первых поступающих в сосуд 1 порций эмульсии, приводит к интенсивному выпадению воды из этой части эмульсии из-за повышенной концентрации деэмульгатора в ней. В результате последующие порции эмульсии В/М проходят через слой выпавшей воды, что приводит к обращению ее типа. А поскольку прямые эмульсии М/В малостабильны, то данное явление приводит к дальнейшему ускорению процесса распада эмульсии.
Положительно влияет на скорость разрушения эмульсии В/М и замеченный в экспериментах с красителем эффект неравномерного распределения вводимого реагента вдоль столба эмульсии, поскольку более высокая концентрация реагента внутри сосуда 1 наблюдается в верхних слоях эмульсии. А именно в верхних слоях эмульсии скорость ее разделения на воду и масло минимальна по двум причинам. Во-первых, отделившиеся из верхних слоев эмульсии капли воды должны пройти гораздо больший путь до соединения с отслоившейся в ее нижней части водной фазой. Во-вторых, обогащение верхних слоев эмульсии отслоившейся нефтью приводит к дополнительной ее стабилизации содержащимися в нефти природными эмульгаторами. Поэтому необходимо предельно быстро выделить воду из верхних слоев эмульсии, что и достигается повышенной концентрацией деэмульгатора в верхних слоях эмульсии при его вводе по предлагаемому способу. При этом выпадающие из верхних слоев эмульсии капли воды передают содержащийся в них деэмульгатор нижним слоям эмульсии, выравнивая концентрацию деэмульгатора вдоль столба эмульсии, а также способствуя обращению фаз в нижних ее слоях.
Т.о., при предлагаемом способе вводе деэмульгатора реализуются дополнительные механизмы разрушения водонефтяной эмульсии, отсутствующие в аналоге. Эффект от этих механизмов может быть направленно усилен правильным подбором деэмульгатора. Экспериментально установлено, что скорость разрушения эмульсии максимальна в том случае, когда используемый деэмульгатор способен находиться в состоянии критической эмульсии как в нефтяной, так и водной фазе эмульсии. В этом случае помимо описанных выше дополнительно реализуется также механизм деэмульгирования, связанный с экстракцией содержащихся в нефти природных эмульгаторов коацерватной фазой деэмульгатора [Семихина Л.П., Паничева Л.П., Семихин Д.В. Способ повышения эффективности деэмульгаторов водонефтяных эмульсий. Патент РФ №2316578. 2008].
Литература
1. Ребиндер П.А. Избранные труды. Поверхностные явления в дисперсных системах. - М.: Наука, 1978. - 368 с.
2. Позднышев Г.Н. Стабилизация и разрушение нефтяных эмульсий. - М.: Недра, 1982. - 221 с.
3. Семихина Л.П., Паничева Л.П., Семихин Д.В. Способ повышения эффективности деэмульгаторов водонефтяных эмульсий. Патент РФ №2316578. 2008.