Реферат: Водонефтяные эмульсии

Министерство образования РТ

АГНИ

Кафедра химии

РЕФЕРАТ

по химии

на тему: «водонефтяные эмульсии»

Выполнил: ст.гр. 11-11

Жирнов А.Е

Проверил: Будкевич Р.Л.

Альметьевск 2003

Содержание:

КЛАССИФИКАЦИЯНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ

ДИСПЕРСНОСТЬЭМУЛЬСИЙ

ВЯЗКОСТЬЭМУЛЬСИЙ

ВЛИЯНИЕДИСПЕРСНОСТИ ГЛОБУЛ ВОДЫ НА ВЯЗКОСТЬ

ЭМУЛЬСИЙ

ПРОГНОЗИРОВАНИЕВЯЗКОСТИ ДЕГАЗИРОВАННЫХ ЭМУЛЬСИЙ

КЛАССИФИКАЦИЯ НЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ

В эмульсиях,т.е. механических смесях нерастворимых друг в друге жидкостей (бываютгазожидкостные эмульсии), различают две фазы — внутреннюю и внешнюю.

Лиофобные,т.е. термодинамически неустойчивые, эмульсии классифицируют по полярностидисперсной фазы и дисперсионной среды, а также по концентрации дисперсной фазыв системе:

Согласнопервой классификации, различают эмульсии:

— неполярной жидкости(нефти) в полярной воде -эмульсии первого рода, или прямые (М/В),;

— эмульсии полярной жидкостив неполярной средеэмульсии второ­го рода, или обратные (В/М).

Жидкость, в которойсодержатся мелкие капли другой жидко­сти,называют дисперсионной средой(внешней, неразрывной, сплошной), а капли жидкости, размещенные вдисперсионной среде,

— дисперсной фазой (внутренней, разобщенной).

В эмульсиях М/В внешнейфазой является вода, и поэтому они смешиваются с водой в любых отношениях иобладают высокой электропроводностью, в то время как эмульсии В/М смешиваютсятолько с углеводородной жидкостью и не обладают заметной элек­тропроводностью.Установлено, что тип образующейся эмульсии в основном зависит от соотношенияобъемов нефти и воды; дисперси­онной средой (внешней) обычно стремится стать тажидкость, объем которой больше.

Иногда нефтяные эмульсииклассифицируют по концентра­ции дисперсной фазы в дисперсионной среде, в связис чем они под­разделяются на три типа: разбавленные, концентрированные и высо­коконцентрированные.

К разбавленным эмульсиямотносят системы жидкость — жид­кость, содержащие до 0,2. объем. % дисперснойфазы; к концентри­рованным эмульсиям — с содержанием дисперсной фазы до 74объем. %; к высококонцентрированным — с содержанием дисперсной фазы свыше, чем74 объем. %.

Особенности разбавленныхэмульсий:

1)  незначительный диаметркапель дисперсной фазы (10'5 см);

2) наличиена каплях элек­трических зарядов;

3) низкаявероятность их столкновения;

4) высо­каястойкость.

Особенностиконцентрированных эмульсий:

1)капли имеют относительнобольшие размеры и могут седиментировать;

2) могут быть какустойчивыми, так и неустойчивыми.

Особенностивысококонцентрированных эмульсий:

1)    капли (одиночные) дисперснойфазы практически не способны к седимен­тации;

2)    вследствие большойконцентрации могут быть деформиро­ваны.

Размеры капель дисперснойфазы в эмульсиях могут быть са­мыми разнообразными и колебаться в пределах от0,1 до 100 и более

мкм. Нефтяные эмульсииотносятся к полидисперсным системам, т.е. к системам, содержащим частицы самыхразных размеров. Нефтяные эмульсии характеризуются следующими основны­мифизико-химическими свойствами: дисперсностью, вязкостью, плотностью иэлектрическими свойствами. Кратко остановимся на этих свойствах эмульсий.

ДИСПЕРСНОСТЬ ЭМУЛЬСИЙ

Поддисперсностью эмульсий понимаютстепень раздроб­ленности дисперсной фазы вдисперсной среде. Дисперсность явля­ется важной характеристикой эмульсий,определяющей их свойства. Дисперсность эмульсий характеризуется тремявеличинами: диамет­ром капелек d, обратной величиной диаметра капельки D= 1/d, назы­ваемой обычно дисперсностью,удельной межфазной поверхностью, т.е. отношением суммарной поверхности глобул кобщему их объему. Все эти величины взаимосвязаны.

Чем больше удельнаяповерхность, чем более стойкой являет­ся эмульсия, тем будет больше расходдеэмульгатора для разрушения бронирующихоболочек на глобулах воды.

   Дисперсные системы,состоящие из капель различного диаметра называютсяполидисперсными.Нефтяные эмульсии относятся к полидисперсным системам.

Удельная поверхностьдисперсной системы Sудравна общей поверхности между фазами S, деленной на объем дисперсной фазы V. Удельнуюповерхность эмульсий, содержащих в дисперсной фазе сферические частицыдиаметромd, определяютпо формуле:

/>

Из формулывидно, что удельная поверхность обратно пропорциональна размеру капель.

ВЯЗКОСТЬ ЭМУЛЬСИЙ

Вязкость нефтяных эмульсий — не аддитивное свойство, т.е.

/>

где /> и /> — абсолютные вязкости нефтии воды, и она зависит от следующих основных факторов:

1)  вязкости самой нефти;

2)  темпера­туры, при которойформируется эмульсия;

3)  количества содержа­щейсяводы в нефти;

4)  степени дисперсности, илидиаметра капель дисперсной фазы в дисперсионной среде (для эмульсий типа В/Н).

У нефтяных эмульсий, как и упарафинистых нефтей, не под­чиняющихся закону Ньютона, вязкость /> изменяется в зависимости отградиента скорости. В этом случае /> называюткажущейся вяз­костью.

Основной причиной аномалиивязкости эмульсий является деформация диспергированных частиц, возникающая впроцессе уве­личения напряжения сдвига. С возрастанием приложенной силы кап­лиэмульгированной жидкости удлиняются, превращаясь из шариков в эллипсоиды, чтозатрудняет течение и приводит к повышению ка­жущейся вязкости эмульсии.

Над изучением вязкостидисперсных систем и, в частности, эмульсий работали многие исследователи,которые предложили не­сколько уравнений для расчета вязкости систем с различнымсодер­жанием диспергированного вещества.

А. Эйнштейн предложил следующую формулу:

/>

где />-цязкостьэмульсии; /> — вязкость дисперсионнойсреды (неф­ти);/> - коэффициент обводненности- отношение объема дисперс­ной фазы (воды) к общему объему системы (воды +нефти). Формула справедлива только при низких концентрациях диспергиро­ванноговещества (воды).

При выводе формулы предполагалось, чтодиспергированные частицы имеют вид упругих шариков, диаметр которых мал по срав­нениюс расстоянием между ними.

Позднее была установлена возможность использованияфор­мулы Эйнштейна при обводненности нефти до 15%. Тейлор предложил следующуюформулу

/>

где />—вязкость эмульсии; /> — вязкость внутренней фазы; /> - вяз­кость внешней фазы.Но и она не позволяет достаточно точно опреде­лять вязкость эмульсий.

Одной из таких болееуниверсальных формул является фор­мула Монсона, полученная на калифорнийских нефтях:

/>

Однако она применима, как указывает сам автор, для эмуль­сий, вкоторых/>< 0,5

В формуле не учитывается влияние размеров капельводы на величину вязкости эмульсии, что противоречит выводам, сделанным П.А.Ребиндером.

ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСНОСТИ ГЛОБУЛ ВОДЫ НА ВЯЗКОСТЬЭМУЛЬСИЙ

Уменьшение размера частицпри одинаковой концентрации дисперсной фазы приводит к увеличению вязкостисистемы. Связь эта нелинейна и ослабевает по мере увели­чения размера частиц.Установлено, что при диаметрах частиц более 100 мкм влияние их размера навязкость системы становится пренеб­режимо малым и оно становится весьмаощутимым, когда размер ка­пель достигает 10 и менее мкм.

27

Опираясь на исследования идр. автором в была предложена формула и графики, учитывающие влияние навязкость дегазированных эмульсий размеров глобул воды при раз­личной обводненности.

Из графика видно,что влияние дисперсности на увеличение вязкости эмульсии весьма существенна принебольших размерах капель, но оно быстро ослабевает при увеличении их разме­ровдо 120-160 мкм.

/>

Зависимость />:

1, 2, 3 — соответственно при /> равном0,2; 0,3; 0,4; 4 — экспериментальные данные Б.А. Соломыкова при (/>-0,3; /> - содержание воды в нефти вдолях единицы; а — размер глобул, мкм.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВЯЗКОСТИ ДЕГАЗИРОВАННЫХ ЭМУЛЬСИЙ

При составлении проектовразработки и обустройства нефтя­ных месторождений необходимо располагатьданными о вязкости разгазированных водонефтяных эмульсий при различнойтемпературе в широком диапазоне обводненности (10-60 %). Однако таких дан­ных,как правило, не хватает в связи с неразбуренностью месторож­дения и небольшимчислом скважин, прошедших стадию пробной эксплуатации. Поэтому проблемапрогнозирования вязкости водо­нефтяных эмульсий по ограниченному объемуматериалов и неболь­шому числу параметров всегда весьма актуальна. Наиболеечасто из­вестными параметрами оказываются вязкость безводной нефти понескольким скважинам и заданные значения обводненности и темпе­ратуры.

Особенно важно располагатьпрогнозными данными по ме­сторождениям и залежам тяжелых нефтей плотностью900-930 кг/м3, объем добычи которых постоянно возрастает. Какотмечалось, на вяз­кость эмульсии существенно влияет степень дисперсностиглобул

воды. При проектированиипринимают максимальные значения вяз­кости эмульсий, соответствующие размерамглобул воды в нефти в

промысловых условиях порядка 3-10 мк.

Для приготовленияискусственных эмульсий безводные нефти скв. 1, 2, 3 плотностью соответственно910, 913 и 930 кг/м3 и вязко­стью 74, 90, 144 мПа-с при температуре20°С использовалась лабора­торная четырехлопастная мешалка и соленая пластоваявода плотно­стью 1,17 кг/м3 обеспечивающая дробление капельпластовой воды до размера 3-10 мк. Стабильность приготовленных эмульсийпроверяли путем статического отстоя при температуре 20-22°С в течение 120 мин.Они считались стабильными, если количество выделившейся свободной воды непревышало 0,5% ее исходного содержания.

Вязкость безводных нефтей иискусственных эмульсий опре­деляли на ротационном вискозиметре типа ФАНН, гдеих выдержи­вали при заданной температуре в течение 10 мин. Показания снималипосле включения ротора при частотах вращения п, равных 600, 300, 200 и 100мин"1. Так как способы эксплуатации скважин, количествоизвлекаемой жидкости и обводненность нефти в процессе разработки месторожденийпостоянно изменяются, что влияет на скорость дви­жения жидкости и степеньдисперсности эмульсий, пропускную спо­собность трубопроводов обычнорассчитывают по усредненным зна­чениям вязкости эмульсий в диапазоне градиентовскоростей 0,2-1,2 м/с. Усредненный расчетный градиент скорости был принятравным

0,56м/с.

Кажущуюсядинамическую вязкость нефти и эмульсий опре­деляли по формуле

/>=SФfc

где S — фактор скорости (для n, равной 600, 300, 200 и 100мин-1 S со­ответственно равен 0,5;1; 1,5 и 3); Ф — показание шкалы вискозимет­ра; f- коэффициент пружины (1 и10); с = 1 — коэффициент ротора.

Закономерностиизменения вязкости эмульсий в зависимости от обводненности при температурепроцесса 30-50°С оказались прак­тически одинаковыми. Из этого следует, чтовязкость свежесформи­рованных эмульсий различной обводненности при прочихравных условиях (температура и др.) определяется в основном вязкостью безводныхнефтей. Следовательно, в первом приближении темп уве­личения вязкости эмульсииможно считать пропорциональным коэф­фициенту обводненности />, равному отношению вязкостиэмульсии />, замеренной при температуреt, к вязкости безводной нефти г|о(ф определенной при той же температуре.

Значения /> при температуре t = 20-60°Си обводненности w= 0-60%, рассчитанные по экспериментальным данным. Cредние значения /> для различных типов нефтейпри одном и том же w для всех скважин достаточно хо­рошо совпадают иувеличиваются с повышением w. Аналогичные за­кономерности изменения /> и /> в зависимости от wполучены и для эмульсий, сформированных опресненными водами.

Для исключения промежуточныхзамеров вязкости безводной нефти при разных температурах был введен поправочныйбезразмер­ный коэффициент/>, равный отношению вязкостибезводной нефти при t = 20°С к вязкости этой же нефти при температуре t(x). Значения коэффициентов /> рассчитанные поэкспериментальным данным. После соответствующих преобразований линейнойзависимости />, от t(x) получена формула

/> = 0,0733t(x) — 0,632.

С учетом этоговыражения можно ориентировочно рассчиты­вать прогнозные значения вязкостиобводненной нефти при заданных температурах по известной вязкости безводнойнефти при фиксиро­ванной температуре t(x) и значению параметра />.

Анализ показал, чторассматриваемая методика оценки про­гнозной вязкости приемлема для w<45%. Вместе с тем расчетные значения вязкости эмульсии для нефтей различныхскважин обвод-ненностью около 60% изменяются в значительных пределах (рис.1.7).