Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы лабораторных испытаний деэмульгаторов для промысловой подготовки нефти. Лабораторный практикум
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
К аф едра «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»
М.А. ШЕЙКИНА, К.А. ОВЧИННИКОВ
МЕТОДЫ ЛАБОРАТОРНЫХ
ИСПЫТАНИЙ ДЕЭМУЛЬГАТОРОВ
ДЛЯ ПРОМЫСЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ
НЕФТИ
Самара
Самарский государственный технический университет
2019
1
Печатается по решению ученого совета СамГТУ (протокол № 8
от 28.03.2019).
УДК 622.32 (076.5)
ББК 33.36я73
Ш 39
Шейкина М.А.
Методы лабораторных испытаний деэмульгаторов для промысловой
подготовки нефти: лабораторный практикум / ,
. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2019. – 83 с.
Описаны методы лабораторных испытаний деэмульгаторов для промысловой подготовки нефти. Рассмотрены основные положения о порядке испытаний
и подборе эффективных реагентов-деэмульгаторов, которые применяются
в промысловой подготовке нефти. Составлены лабораторные работы для определения основных показателей деэмульгаторов.
Предназначен для студентов очной формы обучения, изучающих курсы
«Комплексная химизация нефтегазодобычи» и «Сбор и подготовка скважинной
продукции и экологическая безопасность», для работников научноисследовательских лабораторий.
УДК 622.32 (076.5)
ББК 33.36я73
Ш 39
Р ец ензент: канд. хим. наук, доцент
© М.А. Шейкина, К.А. Овчинников, 2019
© Самарский государственный
технический университет, 2019
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 5
1. ЧТО ТАКОЕ ДЕЭМУЛЬГАТОРЫ? ...................................................................... 6
2. ВЫБОР ДЕЭМУЛЬГАТОРОВ ............................................................................... 8
2.1. Лабораторные испытания деэмульгаторов ........................................................ 8
2.2. Лабораторные испытания деэмульгаторов: блендинг .................................... 14
2.3. Опытно-промышленные испытания деэмульгаторов .................................... 15
2.4. Допуск деэмульгаторов к промышленному применению ............................ 18
3. «ОБРАТНЫЕ» ДЕЭМУЛЬГАТОРЫ (ДЕОЙЛЕРЫ) ......................................... 18
3.1. Выбор «обратного» деэмульгатора в лаборатории ......................................... 18
3.2. Промышленное применение «обратных» деэмульгаторов ........................... 20
4. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ДЕЭМУЛЬГАТОРАМ ..................... 21
4.1. Технические требования .................................................................................... 21
4.2. Требования к эффективности использования деэмульгаторов .................... 21
5. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ В ЛАБОРАТОРИИ.................. 22
5.1. Правила при выполнении лабораторных работ .............................................. 22
5.2. Средства индивидуальной защиты ................................................................... 23
5.3. Правила пожарной безопасности в лаборатории ............................................ 24
5.4. Правила электробезопасности в лаборатории ................................................. 24
5.5. Правила безопасного хранения химических реактивов ................................ 25
5.6. Правила безопасного хранения пожароопасных реактивов ......................... 27
5.7. Правила безопасной работы с химическими веществами ............................ 28
5.8. Правила безопасной работы с кислотами и щелочами ................................. 29
5.9. Правила безопасной работы с легковоспламеняющимися
жидкостями (ЛВЖ) ................................................................................................... 30
5.10. Правила безопасной работы с твердыми веществами ................................. 31
5.11. Первая помощь при несчастных случаях в лаборатории ............................ 32
5.12. Отбор, маркировка и регистрация проб ......................................................... 33
6. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ............................................................................... 35
6.1. Основные лабораторные работы ...................................................................... 35
Лабораторная работа № 1. Определение внешнего вида деэмульгатора ......... 35
Лабораторная работа № 2. Определение плотности деэмульгатора ................ 36
Лабораторная работа № 2а. Определение плотности деэмульгатора
с помощью ареометра ............................................................................................ 36
Лабораторная работа № 2б. Определение плотности деэмульгатора
с помощью пикнометра ......................................................................................... 38
3
Лабораторная работа № 3. Определение кинематической вязкости
деэмульгатора ......................................................................................................... 42
Лабораторная работа № 4. Определение температуры застывания
деэмульгатора ......................................................................................................... 46
Лабораторная работа № 5. Определение растворимости/
диспергируемости деэмульгатора в воде ........................................................... 49
Лабораторная работа № 6. Определение деэмульгирующей
активности при предварительном сбросе воды ................................................. 51
Лабораторная работа № 7. Определение деэмульгирующей
активности при глубоком обезвоживании нефти .............................................. 54
Лабораторная работа № 8. Совместимость деэмульгатора
с промысловыми реагентами ................................................................................ 57
Лабораторная работа № 9. Определение эффективности деэмульгатора.
Bottle Test ................................................................................................................ 60
6.2. Вспомогательные лабораторные работы ......................................................... 64
Лабораторная работа № 10. Приготовление искусственной эмульсии ............ 64
Лабораторная работа № 11. Приготовление рабочего раствора
деэмульгатора ......................................................................................................... 65
Лабораторная работа № 12. Определение содержания воды в нефти .............. 66
6.3. Вариативные лабораторные работы ................................................................. 69
Лабораторная работа № 13. Определение скорости и степени
обезвоживания эмульсии при различных дозировках деэмульгатора ............. 69
Лабораторная работа № 14. Определение влияния температуры
на скорость и степень обезвоживания водонефтяной эмульсии ..................... 72
Лабораторная работа № 15. Определение влияния вязкости нефти
на скорость и степень обезвоживания водонефтяной эмульсии ...................... 74
Лабораторная работа № 16. Определение влияния обводненности
на эффективность разрушения водонефтяных эмульсий ................................. 77
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ................................................ 80
ПРИЛОЖЕНИЕ ......................................................................................................... 82
4
ВВЕДЕНИЕ
Эффективная подготовка скважинной продукции невозможна без
использования деэмульгаторов.
Разработка большого количества деэмульгаторов с различными
свойствами и разнообразие свойств нефти, систем обустройства
нефтяных месторождений делают необходимым определение технологических условий, при которых действие деэмульгаторов будет оптимальным. Неполная информация о свойствах деэмульгаторов может стать причиной возникновения осложнений в работе объектов
подготовки нефти и отсутствия ожидаемого эффекта при их применении, а также приводит к появлению в пределах одного объекта подготовки нефти большого количества реагентов со сходным действием, что технологически и экономически невыгодно.
Ассортимент применяемых деэмульгаторов настолько огромен,
что без сравнительной оценки комплекса свойств деэмульгаторов
по единой обобщенной методике невозможно их грамотное и эффективное использование.
Все вышеперечисленное приводит к необходимости разработки
методологического подхода к оценке свойств и выбору деэмульгаторов для промыслового использования.
5
1. ЧТО ТАКОЕ ДЕЭМУЛЬГАТОРЫ?
При движении нефти и воды к устью скважины происходит их
взаимное перемешивание или диспергирование (дробление) одной
жидкости в другой. Вследствие этого образуется водонефтяная
эмульсия.
Эмульсия – это дисперсная система, состоящая из двух жидких
фаз, нерастворимых или малорастворимых друг в друге, одна из которых диспергирована в другой в виде капелек (глобул).
Диспергированная (раздробленная на капельки) жидкость является дисперсной фазой. Жидкость, в которой она находится, называется
дисперсионной средой.
При смешении нефти с водой возможно образование эмульсии
двух типов:
– прямая, неполярная жидкость в полярной, нефть в воде (Н/В);
– обратная, полярная жидкость в неполярной, вода в нефти (В/Н).
Тип образующейся эмульсии зависит в основном от соотношения
объемов фаз. Та жидкость, объем которой больше, стремится стать
дисперсионной средой.
На способность эмульгирования нефти и воды кроме соотношения
фаз оказывает влияние присутствие эмульгаторов. Эмульгаторы – вещества, которые способствуют образованию эмульсий и стабилизируют их.
К ним относятся смолы, асфальтены, асфальтогеновые смолы, нафтеновые кислоты, жирные кислоты, соли этих кислот и др. Эти эмульгаторы
являются природными поверхностно-активными веществами (ПАВ).
Эмульгаторы создают защитные оболочки вокруг частиц дисперсной
фазы, в результате чего они не слипаются между собой.
Для разрушения эмульсий используют следующие способы:
– механические;
– термические;
– термохимические;
– электрические;
– химические.
6
При разрушении эмульсии химическим способом применяют
специальные химические реагенты, деэмульгаторы.
Деэмульгаторы – поверхностно-активные вещества (ПАВ), способные вытеснять с поверхности глобул воды, диспергированной
в нефти, бронирующую оболочку, состоящую из полярных (входящих в ее состав) компонентов, а также частиц парафина и механических примесей. Вытесняя с поверхностного слоя капли воды природные эмульгирующие вещества, деэмульгатор образует гидрофильный адсорбционный слой, в результате чего капельки воды
при столкновении коалесцируют (сливаются) в более крупные капли и оседают [1].
Деэмульгирующее действие ПАВ было эмпирически обнаружено
в середине прошлого века. Исчерпывающей модели воздействия деэмульгатора на процесс разрушения эмульсии пока не существует,
что связано с многообразием протекающих при этом процессов.
В упрощенном виде современное представление о механизме действия деэмульгатора, согласно теории академика П.А. Ребиндера,
сводится к следующему. Деэмульгатор обладает большей поверхностной активностью, чем природные эмульгирующие вещества. При
введении в эмульсию деэмульгатор адсорбируется на поверхностном
слое глобул воды, пептизирует и вытесняет с него эмульгирующие
вещества, заменяя их адсорбционным слоем и существенно снижая
поверхностное натяжение, благодаря чему они относительно легко
флокулируют и коалесцируют. Таким образом, эффективный деэмульгатор должен обладать выраженным сродством к межфазной
границе эмульсии, обеспечивать интенсивную флокуляцию и коалесценцию глобул воды, а также гидрофилизацию взвешенных частиц и
перераспределение их в водную фазу. Современный деэмульгатор
представляет собой смесь специально подобранных активных основ
(баз) в соответствующем растворителе.
Основное отличие деэмульгаторов от эмульгаторов состоит
в том, что они обладают более высокой, чем эмульгаторы, поверхностной активностью, но меньшей стабилизующей способностью, то
7
есть создают на каплях эмульгированной воды оболочку с более низ-
кими структурно-механическими свойствами [1].
Действие деэмульгаторов направлено на решение специфических
задач:
– разрушение нефтяных эмульсий;
– глубокое обессоливание;
– очистку пластовой воды от нефтепродуктов;
– подготовку нефти при пониженных температурах и т. д.
Технология применения деэмульгаторов основывается на комплексе физических (растворение, диффузия, седиментация), физикохимических (адсорбционное взаимодействие на границах раздела фаз,
коалесценция) и коллоидно-химических (смачивание, пептизация, флокуляция и т. д.) явлениях. В результате происходят глубокие качественные изменения в механизме стабилизации нефтяной эмульсии, и последняя приобретает способность к разделению на исходные фазы.
2. ВЫБОР ДЕЭМУЛЬГАТОРОВ
Деэмульгаторы выбирают по алгоритму:
– лабораторные испытания;
– выбор оптимального деэмульгатора;
– опытно-промышленные испытания;
– промышленное применение.
2.1. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ДЕЭМУЛЬГАТОРОВ
На практике в подготовке нефти эффективные реагентыдеэмульгаторы для каждой эмульсии подбираются опытным путем.
Выбор наиболее эффективных деэмульгаторов производится на
основании лабораторных исследований с учетом свойств сырья
и уточняется при опытно-промышленных испытаниях на существующей технологии. Выбор ведется по совокупному показателю цена –
качество.
8
Лабораторные испытания деэмульгаторов проводят с целью:
– оценки возможности их применения;
– определения основных физико-химических, технологических
показателей;
– выбора из числа испытуемых деэмульгаторов наиболее приемлемых для дальнейших опытно-промысловых испытаний;
– разработки рекомендаций для опытно-промысловых испытаний.
Самое главное при проведении лабораторных испытаний деэмульгаторов – использовать свежие пробы эмульсии. Эмульсии легкой нефти быстро стареют и изменяют свои свойства. Эмульсии тяжелой нефти стареют не так быстро и могут быть использованы в течение 24 часов или дольше.
Для лабораторных испытаний используют эмульсию, не содержащую деэмульгатор. До начала лабораторных испытаний определяют обводненность эмульсии методом центрифугирования.
Стандартного метода лабораторных испытаний (выбора) деэмульгаторов (ГОСТ, ASTM и др.) не существует. Выбор деэмульгатора в лаборатории осуществляют с помощью метода «ботл-тест»
(Bottle Test, в переводе с английского «бутылочный тест»).
Определение обводненности эмульсии. Перед началом лабораторных испытаний деэмульгаторов определяют обводненность эмульсии. Для этого центрифужную пробирку наполняют на 50 % растворителем (толуолом или ксилолом), затем дополняют эмульсией до 100%ного уровня. Эмульсию тщательно перемешивают с растворителем и
центрифугируют 4 мин (для тяжелых нефтей дольше) при определенной скорости центрифугирования. Фиксируют количество выделившейся воды Wс и величину эмульсионного слоя E (% объемн.). Полученные значения удваивают для поправки на 50 % растворителя.
В эту же пробирку добавляют 2–4 капли лабораторного разрушителя эмульсии, перемешивают и повторно центрифугируют. Фиксируют объем выделившейся воды Wо (% объемн.) (наблюдаемое значение удваивают), который принимают равным обводненности
эмульсии. Если объем выделившейся воды менее 5 %, то такой обра-
9
зец непригоден для проведения испытания. По соотношению величины E/WС оценивают стабильность эмульсии.
В качестве показателя стабильности эмульсии часто используют
величину, называемую агрегативной устойчивостью эмульсии (АУ),
которую рассчитывают по формуле
. (2.1)
Иногда вместо агрегативной устойчивости эмульсии определяют
разрушенность эмульсии (РЭ):
. (2.2)
Объем выделившейся воды рассчитывают по формуле
(2.3)
где 0,7 – эмпирический коэффициент объемного содержания воды
в эмульсионном слое.
Возможно использование показателей АУ и РЭ при выборе деэмульгатора [1].
Выбор начальной дозировки деэмульгатора. Первоначально
определяют оптимальную дозировку промышленного деэмульгатора
с учетом необходимой температуры и фиксированной интенсивности
перемешивания с целью достижения воспроизводимых данных по
обезвоживанию нефти на промысле. Далее проводят сравнительные
испытания исследуемых деэмульгаторов с концентрацией, соответствующей промышленному деэмульгатору.
В лабораторных условиях невозможно создать такую же интенсивность перемешивания деэмульгатора с эмульсией, которая существует в реальных условиях. Поэтому при лабораторных испытаниях
увеличивают дозировку деэмульгатора в 2–3 раза над промысловыми.
Первоначально определяют лабораторную дозировку (ЛД) базового
деэмульгатора.
ЛД – это минимальная дозировка базового деэмульгатора, при
которой при данных лабораторных условиях (время, температура
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]