Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Кафедра разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений
Лабораторный практикум
по курсу «Сбор и подготовка скважинной продукции» для студентов специальности 130503 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождении»
тема: «Получение эмульсий различных типов и определение их дисперсности под микроскопом»
Уфа 2012
Приведен современный лабораторный метод определения степени дисперсности эмульсии с использованием микроскопа и цифровой видеокамеры. Изложена краткая теория о свойствах эмульсии, методах ее получения, описано оборудование и правила безопасного пользования, приведены последовательности проведения работы при исследованиях и обработки результатов.
Составители: Давлетов М.Ш., ст. преп., к.т.н.
Бахтияров И.Т. , магистр
Рецензент: Гумеров О.А., доцент, к.т.н.
Лабораторная работа
Получение эмульсий различных типов и
определение их дисперсности под микроскопом
Цель работы: Получение эмульсий прямого и обратного типов и определение дисперсности жидкостей при помощи микроскопа.
Общие положения
В процессе добычи, при совместном движении нефти и воды по стволу скважины и нефтесборным трубопроводам происходит их взаимное перемешивание. В результате диспергирования одной жидкости в другой образуются эмульсии.
Эмульсии представляют собой дисперсные системы двух взаимно нерастворимых (или очень мало растворимых) жидкостей, одна из которых диспергирована в другой в виде мелких капель (глобул). Диспергированную жидкость называют внутренней, или дисперсной фазой, а жидкость, в которой она находится, – дисперсионной, или внешней средой.
При смешении нефти с водой возможно образование эмульсии двух типов: прямого - нефть в воде (Н/В), и обратного - вода в нефти (В/Н). Эмульсии, встречающиеся при добыче нефти до точки инверсии, принадлежат к типу В/Н. Содержание пластовой воды в таких эмульсиях колеблется в широких пределах: от десятых долей процента до 75%.
Для образования стойких эмульсий необходимо наличие особых веществ – природных эмульгаторов, в том или ином количестве всегда содержащихся в пластовой нефти. К ним относятся асфальтены, смолы, нефтерастворимые органические кислоты, механические примеси и др. В процессе перемешивания нефти с водой и образования глобул воды частицы эмульгирующего вещества на поверхности этих глобул (на поверхности раздела фаз) образуют оболочку, препятствующую слиянию капелек. На рис. 1 схематически изображена такая оболочка на поверхности глобулы воды. С явлением образования оболочки на поверхности глобулы воды связывают процесс "старения" эмульсии. Под процессом старения понимают упрочнение пленки эмульгатора с течением времени. Процесс старения эмульсии может длиться от нескольких часов до 3 – 4 дней. Первоначально этот процесс идет очень интенсивно, но по мере насыщения поверхностного слоя глобул эмульгаторами замедляется или даже прекращается, а оболочки вокруг глобул воды становятся очень прочными и трудно поддаются разрушению.
1 – толщина оболочки; 2, 3 – эмульгирующие вещества; 4 – глобула воды; 5 – нефть
Рисунок 1 - Схематичное изображение пленки на поверхности глобул воды
В зависимости от объемного содержания дисперсной фазы Сд эмульсии подразделяются на три класса: разбавленные (Сд 0,1%), концентрированные (0,1% Сд 74%) и высококонцентрированные (Сд 74%).
К основным характеристикам нефтяных эмульсий относятся: агрегативная устойчивость (стойкость), вязкость, размер эмульгированных глобул водной фазы. В совокупности эти параметры отражают интенсивность эмульгирования нефти, ее физико-химические свойства и адсорбцию эмульгатора.
Устойчивость эмульсий – это способность в течение определенного времени не разрушаться и не разделяться на две несмешивающиеся фазы. На стойкость водонефтяных эмульсий оказывает большое влияние интенсивность перемешивания нефти с водой (дробления одной фазы в другой).
Часть 1. Получение эмульсий различных типов
Аппаратура:
Лабораторная мешалка со скоростью вращения 300-600 об/мин;
Фарфоровая кружка на 250 мл;
Подставочный столик с регулятором высоты;
Мерный цилиндр на 200 мл;
Шприц на 5 мл.
1. Приготовление эмульсии прямого типа
Материалы: 1) Вода;
2) Водорастворимый ПАВ;
3) Керасин.
Цилиндром отмеряют 38 мл пресной воды и выливают ее в фарфоровую кружку. Устанавливают кружку на столик и опускают в нее мешалку, так чтобы ее лопасти покрылись водой, не касаясь при этом дна кружки. Вращением регулятора скорости устанавливают минимальную скорость перемешивания и включают мешалку.
При минимальном перемешивании (во избежание вспенивания) вводят шприцом в воду 2 мл ПАВ, а после его растворения вводят в раствор углеводородную жидкость – керосин. Для получения высокодисперсной эмульсии первую порцию - 1/4 часть от всего количества керосина нужно вводить тонкой струйкой при максимальном перемешивании. Максимальное перемешивание устанавливают (во избежание вспенивания) только после введения первых капель керосина; для этого, при включенном моторе, устанавливают такую скорость перемешивания, при которой эмульсия не разбрызгивается.
Оставшиеся 3/4 керосина можно ввести быстрее – примерно за 2-3 мин. После введения всего количества керосина необходимо продолжать перемешивание эмульсии еще в течение 10 мин, после чего приступают к ее исследованию под микроскопом. Зарисовывают увиденную картинку.
2. Приготовление эмульсии обратного типа
Материалы: 1) Керосин;
2) Нефтерастворимый ПАВ;
3) Дистиллированная вода.
Методика приготовления эмульсии аналогична предыдущему описанию. В фарфоровую кружку, содержащую 27 мл керосина, при минимальном перемешивании, используя шприц, вводят 3 мл Нефтенола НЗ-40. После его растворения начинают введение в раствор ПАВ дистиллированную воду, являющейся дисперсионной средой в количестве 170 мл (85%). Дисперсионную среду вводят порционно, учитывая особенности описания в предыдущей методике. После введения всего количества раствора хлористого кальция необходимо продолжить перемешивание эмульсии еще в течение 10 мин, после чего приступают к ее исследованию под микроскопом.