СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
WATER-IN-OIL EMULSION SEPARATION METHOD USING ULTRASONIC EXPOSURE

Предложение относится к нефтяной промышленности, в частности к способам обезвоживания нефти.
2
Известно, что под влиянием звуковых колебаний между частицами, колеблющимися в акустическом поле, возникают силы притяжения и отталкивания. В водонефтяных эмульсиях такие силы притяжения между каплями воды способствуют их сближению, при оптимальных условиях воздействия - коалесценции и последующему осаждению в отдельную фазу. Приводится, что эмульсии глицерина с водой и гексана с парафином расслаиваются при обработке ультразвуком с частотой 1 МГц и интенсивностью 2 Вт/см (Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике / под ред. B.C. Григорьева и Л.Д. Розенберга. - М.: Издательство иностранной литературы, 1957. - 727 с.).
Недостатками данного способа являются низкая степень разделения веществ и длительное время обработки.
Наиболее близким по технической сущности является способ для деэмульсификации эмульсии вода-нефть посредством воздействия ультразвука (пат. RU №2339679, МПК C10G 33/00, опубл. 27.11.2008), включающий этап формирования потока эмульсий вода-нефть через область воздействия ультразвука вдоль направления потока. При этом создают попутную ультразвуковую волну, направление распространения которой совпадает с направлением потока эмульсий, и противоточную ультразвуковую волну, направление распространения которой противоположно направлению потока эмульсий. На передней и задней сторонах устройства установлены ультразвуковые преобразователи. После деэмульсификации эмульсии вода-нефть осаждают под действием силы тяжести и разделяют или осаждают и разделяют в электрическом поле для обезвоживания.
Недостатками данного способа являются невысокая степень обезвоживания нефти и длительное время отстаивания.
Техническими задачами предлагаемого способа являются повышение степени обезвоживания нефти, сокращение времени обработки и снижение капитальных затрат на обезвоживание нефти.
Технические задачи решаются способом разделения водонефтяной эмульсии с применением ультразвукового воздействия, включающим обработку эмульсии ультразвуком.
Новым является то, что предварительно определяют оптимальные частоты ультразвукового воздействия в зависимости от размера капель воды в эмульсии, позволяющие достичь минимальной доли воды в нефти, а обработку эмульсии проводят с изменением оптимальной частоты ультразвукового воздействия в зависимости от изменения размера капель воды в процессе обработки.
Для определения оптимальной частоты ультразвукового воздействия для эмульсии с определенным размером капель воды образец водонефтяной смеси, состоящей из воды и нефти или воды, нефти и деэмульгатора (Смирнов Ю.С. Применение деэмульгаторов для подготовки нефти на промыслах // Нефтепромысловое дело: - обзорная информация. - 1987. - вып.20 - 44 с.), подвергается обработке ультразвуком при разных частотах. Экспериментально определяется оптимальная частота ультразвукового воздействия, при которой достигается минимальная доля воды в нефти. Для исходной эмульсии определяется дисперсный состав, например, микроскопическим методом (РД 34.44.215-96 «Методы определения качества водомазутных эмульсий, используемых в виде жидкого котельного топлива». - М.: Изд-во стандартов, 1997. - 18 с.), и выбирается значение размера преобладающего количества капель воды, для которого устанавливается соответствующая начальная оптимальная частота ультразвукового воздействия. Устанавливаются значения размеров, при достижении которых преобладающим количеством капель воды в эмульсии происходит изменение частоты ультразвука на оптимальную для данного размера. Выбор устанавливаемых значений размеров капель воды определяется возможностями ультразвукового оборудования по изменению частоты. В процессе обработки эмульсии определяется ее дисперсный состав, и при достижении преобладающим количеством капель воды установленных размеров частота ультразвукового воздействия меняется на оптимальную для данного размера капель. Установлено, что с уменьшением размера капель воды в эмульсии возрастает оптимальная частота ультразвукового воздействия. В процессе обработки эмульсии происходит укрупнение капель воды, и для эффективного обезвоживания нефти целесообразно проводить обработку со снижением оптимальной частоты ультразвука, что способствует дальнейшему укрупнению капель и их отделению от нефти.
В табл.1 приведены результаты обезвоживания сверхвязкой нефти Ашальчинского месторождения при постоянных частотах ультразвукового воздействия. Исходная обводненность водонефтяной эмульсии - 52%, размер капель воды - 1-5 мкм. Условия процесса: частота ультразвука - 20-1000 кГц, температура нагрева эмульсии - 85°C, концентрация деэмульгатора - 100 г/т. На каждой частоте ультразвука эмульсия обрабатывалась отдельно до достижения конечной остаточной массовой доли воды в нефти. При частоте ультразвукового воздействия от 20 до 1000 кГц время обработки эмульсии составило от 3 до 2 ч, массовая доля воды в нефти после обработки - от 3,6 до 0,35% соответственно.
Таблица 1
Наименование показателя
Значение показателя
1. Исходная обводненность эмульсии, %
52
2. Размер капель воды в эмульсии, мкм
1-5
3. Частота ультразвукового воздействия, кГц
20
50
100
1000
4. Время обработки, ч
3
2
2
2
5. Массовая доля воды в нефти после обработки, %
3,6
1,5
0,42
0,35
Предлагаемый способ разделения водонефтяной эмульсии иллюстрируется следующим примером. Для эмульсии Ашальчинского месторождения экспериментально определены значения оптимальных частот ультразвукового воздействия при размерах преобладающего количества капель воды 1; 5; 10; 50 мкм (табл.2). Искусственно приготавливался образец эмульсии с определенным размером преобладающего количества капель воды от 1 до 50 мкм и подвергался обработке ультразвуком при разных частотах для определения оптимальной, при которой достигается минимальная доля воды в нефти. Температура нагрева составляла 85°C, концентрация деэмульгатора - 100 г/т. Видно, что с уменьшением размера преобладающего количества капель воды в исходной эмульсии от 50 до 1 мкм оптимальная частота ультразвукового воздействия возрастает от 32 до 1000 кГц.
Таблица 2
Наименование показателя
Значение показателя
1. Исходная обводненность эмульсии, %
50
2. Размер преобладающего количества капель воды в эмульсии, мкм
1
5
10
50
3. Оптимальная частота ультразвукового воздействия, кГц
1000
75
60
32
4. Массовая доля воды в нефти после обработки, %
0,37
0,32
0,41
0,36
В табл.3 приведены результаты обезвоживания сверхвязкой нефти Ашальчинского месторождения с применением ультразвукового воздействия с изменением оптимальной частоты колебаний в зависимости от изменения размера капель воды. Температура нагрева составляла 85°C, концентрация деэмульгатора - 100 г/т. Исходная обводненность эмульсии сверхвязкой нефти - 52%, размер капель воды - 1-5 мкм. Установленные значения размеров, при достижении которых преобладающим количеством капель воды в эмульсии происходит изменение частоты ультразвука: 1; 5; 10; 50 мкм. Оптимальные частоты ультразвукового воздействия для установленных размеров капель воды представлены в табл.2.
Таблица 3
Наименование показателя
Значение показателя
1. Исходная обводненность эмульсии, %
52
2. Размер капель воды в эмульсии, мкм
1-5
3. Размер преобладающего количества капель воды до обработки, мкм
1
5
10
50
4. Оптимальная частота ультразвукового воздействия, кГц
1000
75
60
32
5. Размер преобладающего количества капель воды после обработки, мкм
5
10
50
-
6. Время обработки, мин
5
15
20
15
7. Массовая доля воды в нефти после обработки, %
35
19
7
0,24
В исходной эмульсии преобладают капли воды размером 1 мкм, для которых устанавливается начальная оптимальная частота ультразвукового воздействия 1000 кГц. После 5 мин обработки эмульсии при частоте 1000 кГц происходит укрупнение преобладающего количества капель воды до размера 5 мкм, при этом массовая доля воды в нефти снижается с 52 до 35%. Для эмульсии с размерами капель воды 5 мкм устанавливается оптимальная частота ультразвука 75 кГц. Последующие 15 мин обработки эмульсии при частоте 75 кГц приводят к укрупнению преобладающего количества капель воды до размера 10 мкм, при этом массовая доля воды в нефти снижается до 19%. В течение следующих 20 мин обработки эмульсии с размерами капель воды 10 мкм при оптимальной частоте ультразвукового воздействия 60 кГц преобладающее количество капель воды укрупняется до размера 50 мкм, при этом массовая доля воды в нефти снижается до 7%. Заключительные 15 мин обработки эмульсии с размерами капель воды 50 мкм при оптимальной частоте ультразвукового воздействия 32 кГц приводят к обезвоживанию нефти до массовой доли воды 0,24%. Обработка эмульсии с изменением оптимальной частоты ультразвукового воздействия по сравнению с обработкой при постоянных частотах, где массовая доля воды в нефти после обработки составляет 0,35-3,6% (см. табл.1), позволяет повысить степень обезвоживания нефти. Общее время обработки эмульсии с изменением оптимальной частоты ультразвукового воздействия составляет 55 мин, что в 2-3 раза меньше по сравнению с обработкой при постоянных частотах. Сокращение времени обработки ультразвуком позволяет уменьшить объем оборудования для отстаивания нефти и в 2-3 раза снизить капитальные затраты.
Предлагаемый способ разделения водонефтяной эмульсии с применением ультразвукового воздействия позволяет повысить степень обезвоживания нефти и в 2-3 раза сократить время отстаивания и капитальные затраты на обезвоживание нефти.