68. Эмульгаторы.

Основной задачей эмульгаторов является диспергирование эмульгирующей фазы. В эмульсионных буровых растворах основным эмульгатором является твердая фаза, особенно глинистая (>20%), что зачастую позволяет получать их без химической обработки и введения специальных эмульгаторов. При низком содержании твердой фазы и в минерализованных средах суспензия начинает сразу разделяться, при прекращении ее перемешивания из-за очень высокого поверхностного натяжения на границе раздела «нефть-вода», стремясь к уменьшению площади поверхности раздела. Практически все химреагенты в той мере, в которой они пептизируют или стабилизируют глинистую фазу, являются активными эмульгаторами. Но для повышения стабильности и дисперсности эмульсий требуются специальные эмульгаторы (ПАВ), которые снижают поверхностное натяжение на границе раздела, способствуя образованию устойчивой дисперсной системы мельчайших капелек одной жидкости в другой. Причем, чем ниже поверхностное натяжение на границе раздела фаз, тем мельче эти капельки и тем более устойчивая эмульсия. Поверхностное натяжение на границе раздела «нефть-вода» составляет около 50 мН/м, а эффективный эмульгатор снижает его примерно до 10 мН/м и менее. В большинстве эмульсий нефть является дисперсной фазой, а вода дисперсионной средой, однако с помощью подходящего эмульгатора можно приготовить «гинвертную эмульсию», где дисперсной фазой является вода. Помимо снижения поверхностного натяжения на границе раздела, эмульгатор стабилизирует эмульсию, так как его молекулы адсорбируются на границе раздела нефти и воды, образуя поверхностную пленку вокруг капелек. Эта пленка действует как физический барьер, препятствующий слиянию капелек при их соприкосновении. Капельки эмульсии могут нести небольшой электростатический заряд, сохраняющийся только при низкой минерализации (т.е. слабой электрической проводимости) воды. Устойчивость эмульсии возрастаете повышением вязкости дисперсионной среды, так как при этом уменьшается число столкновений между капельками и снижается, с повышением температуры в связи с увеличением числа таких столкновений. Минимальное содержание дисперсной фазы (нефти), при котором поддерживается стабильность эмульсии, составляет 40%, а максимальное 75%. Ниже или выше этих значений стабильность эмульсии сохранить очень трудно. Следует учесть, что при очень сильном эмульгирующем действии ПАВ, не будет облегчена смачиваемость поверхности нефтью, а при очень сильном гидрофобизирующем действии будут большие потери нефти.

Гидрофильные эмульгаторы, растворяющиеся в воде, образуют эмульсию I рода (нефть в воде), так как они повышают поверхностное натяжение на водной стороне границы раздела нефти и воды.

Гидрофобные эмульгаторы образуют эмульсию II рода (вода в нефти). Любую эмульсию можно разрушить путем добавки, например, в эмульсию I рода эмульгатора, растворяющегося в нефти, и наоборот.

Основными эмульгаторами являются мыла жирных, нафтеновых и сульфонафтеновых кислот, анионоактивные и неионогенные ПАВ, смазочные добавки (сульфонол, ОП-10, талловое масло, эмультал, полиэтиленимин (ПЭИ) и др.). Краткая информация об эмульгаторах изложена ниже.

Сульфонол НП-1 — представляет собой синтетическое ПАВ, анионоактивного типа в виде порошка с насыпной массой 238 кг/м хорошо растворим в воде с образованием обильной пены и в нефти, а в растворе NaCI с концентрацией больше 12% и в пластовой воде выпадает в осадок. Этот недостаток устраняется предварительным высаливанием раствора сульфонола добавками 2% NaCI или 0.4-0.6% СаС1₂. Сульфонол используется в качестве эмульгатора нефти в растворах на водной основе при его добавке 0.3-0.6%, причем для лучшего эмульгирования он вводится в нефть; гидрофобизатора твердой фазы в растворах на углеводородной основе при его добавке до 1.5% от массы барита; аэратора буровых растворов; понизителя коэффициента трения металла о породу на 15% при его добавке 0.3% в виде 1%-ного раствора и поверхностного натяжения на границе с керосином до 24 Н/м. Следует учесть, что сульфонол как эмульгатор лучше применять в растворах, заготовленных из каолинит-гидрослюдистых глин, ввиду его сильной адсорбции (20-30 мг/г) на бентоните и монтмориллонитовых глинах. Не рекомендуется применение сульфонол а в качестве эмульгатора в нефтеэмульсионных буровых растворах, утяжеленных флотационным баритом, из-за гидрофобизации утяжелителя и, как следствие, смачивания его поверхности нефтью, флокуляции и выпадания в осадок. Известно, что адсорбция сульфонола на песчанике составляет всего 1.5 мг/л, но при вскрытии продуктивных пластов его можно применять только при отсутствии притока пластовой воды из-за его высаливания. Для предотвращения вспенивания раствора сульфонол лучше вводить в последнюю рабочую емкость под всас насоса или совместно с пеногасителями.

ОП-10 - оксиэтилированный продукт, относится к ПАВ неионогенного типа и в зависимости от массы оксида этилена, входящего в состав реагента, выпускается марки ОП-4 (маслорастворимый), ОП-7 (масло- и водорастворимый), ОП-10 и выше - водорастворимые. ОП-10 представляет собой маслообразную вязкую жидкость от светло-коричневого до темно-коричневого цвета с плотностью (.05 г/см³, хорошо растворимую в воде любой минерализации без образования осадка. Водный раствор ОП-10 0.1%-ной концентрации имеет рН = 6-8 и сохраняет поверхностно-активные свойства при температуре до 90°С. ОП-10 применяется в качестве эмульгатора в буровых растворах на водной основе при добавке до 1% и , в отличие от сульфонола нефлокулирует флотационные утяжелители.

При этом реагент лучше применять в растворах заготовленных из каолинит-гидрослюдистых глин, ввиду его сильной адсорбции на бентоните и монтмориллонитовых глинах, где поверхностное натяжение на границе «нефть-вода» снижается до 2-3 мН/м. Кроме этого, ОП-10 улучшает смазочные свойства раствора и применяется при вскрытии продуктивных пластов с целью сохранения их проницаемости (адсорбция на песчанике 2.84 мг/л), так как способствует увеличению вязкости граничных слоев (вода-нефть-порода). Недостатками ОП-10 являются неудовлетворительный товарный вид и высокая температура замерзания.

Полиэшиленэмин (ПЭИ), представляет собой светло-коричневый порошок кальций-магниевых мыл смеси предельных, непредельных углеводородов и смоляных кислот, включающий свободные оксиды кальция и магния. Изготовляется на основе таллового пека (отход целлюлозно-бумажной промышленности) путем его обработки 50%-ной водной суспензией оксидов кальция и магния. Применяется в качестве эмульгатора буровых растворов (взамен эмультала), а также эффективного флокулянта твердой фазы.

Оксифос КД-6 представляет собой вязкую непрозрачную жид- кость от бесцветного до светло-коричневого цвета с р = 1.065 г/см³, является эмульгатором эмульсий I рода.