СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИСПЕРСНОСТИ ВОДОНЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ
METHOD FOR DETERMINING THE DISPERSION CAPACITY OF AN OIL-WATER EMULSION

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к способам определения дисперсности эмульсии и контроля качества подготовки нефти.
Известен способ определения параметров нефтепродуктов, эмульгированных в воде (патент СССР №1748019 А1, опубл. 15.07.1992, Бюл. №26), включающий облучение исследуемого образца с последующим измерением рассеянного излучения под заданным углом к падающему пучку.
Недостатком известного способа является неоправданно сложный математический аппарат и отсутствие возможности проведения эксперимента в полевых условиях.
Известен способ определения дисперсности (патент СССР №1562777 А1, опубл. 07.05.1990), заключающийся в введении в рабочую жидкость обнаруживаемой добавки, распыление, улавливание капель на коллектор, определение величины добавки с добавлением соли путем высушивания жидкости в каплях до полного испарения и определения размера капель по формуле, учитывающей массы коллектора до высушивания и после.
Недостатком известного способа является неточность определения размера капель и необходимость внедрения в систему дополнительных веществ.
Известен способ определения размеров капель (патент РФ №2709402 С1, опубл. 17.12.2019), включающий распыления водорастворимой соли на водоотталкивающую поверхность, использование чашки Петри, прерывистое фотографирование, считывание момента прекращения конденсационного роста капель и расчет начального диаметра с учетом концентраций раствора и диаметра капель в микроскопе в момент образования.
Недостатком известного способа является чрезмерно длительный процесс определения размера капли и невозможность его применения для нефтяной промышленности, поскольку учитывается изменение размера капель раствора солей.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ определения дисперсности эмульсионных топлив (патент РФ №2251102 С1, опубл. 27.04.2005 Бюл. №12), включающий прямую визуализацию изображения, которую формируют при микроскопическом наблюдении с дальнейшей компьютерной обработкой и оценкой качества эмульсии по гистограмме распределения капель воды в объеме топлива, среднему значению размера капель и среднеквадратичному отклонению результатов. Данный способ принят за прототип.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа, - способ определения дисперсности водонефтяной эмульсии, включающий прямую визуализацию изображения, формируемого при микроскопическом наблюдении с дальнейшей компьютерной обработкой и определение дисперсности по гистограмме распределения капель воды в объеме нефти.
Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что он не позволяет определить обводненность эмульсии, и, как следствие, отсутствует возможность полностью оценить дисперсность эмульсии.
Настоящее изобретение позволяет избежать указанных недостатков путем использования современного недорогостоящего оборудования: персонального компьютера и микроскопа, оснащенного видеоокуляром, проведения статистической обработки данных, полученных с микрофотографирования образцов. Косвенная оценка доли капель соответствующего размера позволяет подбирать технологии для очистки нефти.
Образование крупных капель воды в водонефтяной эмульсии (далее ВНЭ) препятствует эффективной подготовке нефти, приводит к засорению и поломке оборудования, снижает качество обработанной нефти.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - оценка дисперсности эмульсии с определением вклада глобул воды различного диаметра в образование кажущейся обводненности, позволяющая повысить эффективность процессов подготовки нефти, оптимизировать процесс оценки дисперсности эмульсии и осуществлять ее непосредственно на промысле.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе определения дисперсности водонефтяной эмульсии, включающем прямую визуализацию изображения, формирующего при микроскопическом наблюдении с дальнейшей компьютерной обработкой и определением дисперсности эмульсии по гистограмме распределения капель воды в объеме нефти, согласно изобретению при обработке данных дополнительно определяют обводненность, образуемую глобулами воды определенного размера, посредством расчета объема шарообразной капли водной фазы и суммарного объема капель в образце. Путем ранжирования размеров капель согласно заранее принятой классификации строят гистограмму, показывающую степень вклада размера глобулы (или диапазона) воды на кажущуюся обводненность.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа, - при обработке данных дополнительно определяют обводненность, образуемую глобулами воды определенного размера, посредством построения гистограммы распределения размеров (или их диапазонов) глобул воды, по которой комплексно оценивают вклад группы капель с заранее выбранным средним диаметром на обводненность эмульсии.
Отличительные признаки в совокупности с известными позволят оценить дисперсность эмульсии с определением вклада глобул воды различного диаметра в образование кажущейся обводненности. Благодаря этому достигается заявленный технический результат - повышение эффективности процессов подготовки нефти, оптимизация процесса оценки дисперсности эмульсии, оценка критического диаметра капель жидкой фазы необходимой для снижения обводненности эмульсии до требуемых показателей качества товарной нефти.
Как известно, нефтяные эмульсии подразделяются на: мелкодисперсные (размер капель воды от 0,02 до 20 мкм), средней дисперсности (от 20 до 50 мкм), грубодисперсные (от 50 до 300 мкм). Для удаления капель каждой вышеперечисленной группы и доведения нефти до товарных качеств на промысле организуются определенные установки подготовки нефти. Например, центрифугой возможно удалять капли воды размером порядка 1 мкм, отстаиванием удаляются капли больших размеров (40 мкм и более), с помощью электричества возможно удаление совсем мелких капель до 1 мкм.
При наличии знаний, после каких ступеней капли каких размеров остаются, какую роль они играют в создании обводненности и ведении постоянного мониторинга размера капель в процессах подготовки нефти, возможно значительно повысить эффективность данных процессов. Возможна необходимость введения дополнительных ступеней обезвоживания, или наоборот, некоторые блоки подготовки нефти ухудшают дисперсность жидкости или попросту не являются рентабельными.
Способ поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-2.
На фиг. 1 показана гистограмма распределения глобул воды по линейному размеру (диаметру).
На фиг. 2 изображена гистограмма, показывающая степень влияния диапазона размеров глобулы воды на образование кажущейся обводненности.
Способ определения дисперсности и кажущейся обводненности водонефтяной эмульсии осуществляют следующим образом.
С необходимого для исследования уровня шприцом отбирают эмульсию. Первые капли из шприца сливают в отходы, среднюю каплю помещают на предметное стекло и быстро накрывают покровным стеклом. Каплю эмульсии распределяют между двумя стеклами до образования тонкой пленки, обязательным является - не допустить образования пузырьков газа. Пробу рассматривают на микроскопе, проверяют увеличение и фокус, устраняют засветы. Для увеличения выборки данных проводят 3 микрофотографии с различных мест предметного стекла. Количество фиксируемых объектов в районе 10000. За конечный результат принимают среднее арифметическое трех параллельных испытаний.
Для данного метода вводится допущение, что проба эмульсии состоит только из воды и нефти, механические примеси и органические отложения выглядят, как более темные вкрапления с иной структурой, нежели глобулы. Их наличие и количество при необходимости учитывают отдельно.
Для проведения статистической обработки необходимо знать следующие величины:
• Количество глобул N, шт;
i
• Диаметр глобул d, мкм;
э
3
• Общая обводненность эмульсии W, % или V, объем эмульсии в мкм.
Алгоритм проведения статистической обработки:
i
i
1. Группировка полученных значений по величине диаметра d (до 2 мкм, 2-5 мкм, 5-10 мкм, 10-20 мкм, 20-40 мкм, 40-60 мкм, 60-100 мкм, более 100 мкм). Для каждого интервала указывают количество глобул n, входящее в него.
2. Процентное содержание глобул каждого размера и построение гистограммы распределения  По формуле считают
i
3. Количество глобул, попадающих в каждый интервал, умножают на объем одной сферы, соответствующий величине диаметра равной середине интервала, и получают объем воды V, созданной глобулами данного интервала:
в
4. Определение суммарного объем всех глобул V, весь объем воды в эмульсии:
i
5. Расчет процентного содержания каждого V:
6. Определение абсолютного значения кажущейся обводненности для частиц i-го размера:
7. Построение гистограммы распределения кажущейся обводненности, соответствующее размеру частиц (фиг. 2).
Возможность осуществления способа подтверждается следующим примером.
Имеется 3 ряда данных по диаметру частиц (10728, 9856, 11315 частиц). W=40%.
Таблица, полученная после выполнения п. 1 и 2:
Строят гистограмму распределения глобул воды (фиг. 1).
Гистограмма (фиг. 2) показывает вклад глобул разного диаметра, которые создают кажущуюся обводненность.
Исходя из результатов эксперимента (фиг. 2), можно сказать, что большую часть обводненности продукции создают частицы размером больше 20 мкм (26% воды). Данные частицы можно удалить традиционным ступенями сепарации, например, при помощи отстойников.
Преимущество предлагаемого способа состоит в том, что оценка дисперсности эмульсии с определением вклада глобул воды различного диаметра в образование кажущейся обводненности позволяет судить о необходимости удаления или добавления дополнительных ступеней обезвоживания продукции, что значительно повышает обоснованность выбора аппаратного оснащения объектов и повышает эффективность подготовки нефти в рамках производственного технологического процесса на предприятии. Кроме того, возможно проведение данных исследований на промысле, что существенно оптимизирует процесс. Способ обеспечивает сходимость результатов до 98% с фактическими значениями.