9.3.2. Эмульсии нефти с водой. Эмульгаторы

Эмульсия– это гетерогенная система, состоящая из двух несмешивающихся или мало смешивающихся жидкостей, одна из которых диспергирована в другой в виде мелких капелек (глобул) диаметром, превышающим 100 нм. Дисперсная система с более мелкими частицами являетсяколлоидным раствором.

Эмульсии относятся к микрогетерогенным системам, частицы которых видны в обычный оптический микроскоп, а коллоидные растворы принадлежат к ультрамикрогетерогенным системам; их частицы не видны в обычный микроскоп. Хотя по своей природе они близки, но физико-химические свойства их различны и зависят от степени дисперсности.

При образовании эмульсий образуется огромная поверхность дисперсной фазы. Так, количество глобул в одном литре 1 %-ной высокодисперсной эмульсии исчисляется триллионами, а общая площадь поверхности – десятками квадратных метров. На такой огромной межфазной поверхности может адсорбироваться большое количество молекул веществ, стабилизирующих эмульсию. Эти вещества называются эмульгаторами. Они адсорбируются на поверхности раздела фаз, снижают межфазное поверхностное натяжение, а следовательно, уменьшают свободную энергию системы и повышают ее устойчивость.

Экспериментально установлено, что основными эмульгаторами (стабилизаторами) эмульсий являются высокомолекулярные соединения нефти (асфальтены, смолы и высокоплавкие парафины). Результаты исследования состава смол и асфальтенов современными инструментальными методами показали, что эти вещества представляют собой полициклические конденсированные соединения, содержащие гетероциклы с серой и азотом. Структурной единицей смол и асфальтенов являются конденсированные бензольные кольца с включением гетероциклов.

9.3.3. Основные методы обессоливания нефтей

Для деэмульсации и обессоливания нефти применяются различные методы. Это связано, во-первых, с разным качеством эмульсий. Один из них легко поддаются отстою, другие – не отстаиваются совершенно, но разлагаются химическими методами, третьи - электродегидратацией. Во-вторых, выбор метода деэмульсации определяется местными условиями на заводах и промыслах.

Так как водонефтяные эмульсии являются весьма стойкими системами, то под действием одной только силы тяжести не расслаиваются. Для их разрушения требуются определенные условия, способствующие столкновению и слиянию диспергированных в нефти капелек воды и выделению последних из нефтяной фазы. Как сближение капелек воды, предшествующее их слиянию, так и выделение капель из эмульсий связано с их перемещением в нефтяной среде, обладающей определенной вязкостью и тормозящей это перемещение. Чем благоприятней условия для развития капелек, тем легче разрушается эмульсия.

Поэтому для ускорения процесса разрушения эмульсии наряду с отстоем нефть подвергают таким мерам воздействия, как подогрев эмульсии (термообработка), введение в нее деэмульгаторов (химическая обработка), применение электрического поля (электрообработка).

Укрупнению капелек воды способствуют также перемешивание, вибрация, обработка ультразвуком, фильтрация.

Широкое применение деэмульгаторов обусловлено целым рядом преимуществ перед другими методами. Одно из основных преимуществ – это простота применения деэмульгаторов. При этом достигается хорошее обезвоживание и обессоливание нефти даже без промывки водой.

Опыт показал, что свежие эмульсии разрушаются значительно легче, чем после старения. Нефть даже с небольшим содержанием воды в виде высокодисперсной эмульсии, прошедшей стадию старения, почти невозможно полностью обессолить существующими способами. Поэтому для снижения или прекращения процесса старения эмульсии необходимо как можно быстрее смешать свежеполученные эмульсии с эффективным деэмульгатором или подать деэмульгатор непосредственно в скважину.

В качестве деэмульгаторов используют в основном неионогенные, катионные и анионные поверхностно-активные вещества. В процессе химической обработки деэмульгаторами применяют небольшой подогрев нефти до 30-60 ⁰С.

Наконец, для полного удаления хлористых солей из нефти (обессоливание) применяют электрический метод-электрообессоливающие установки (ЭЛОУ), на которых нефть при тщательном перемешивании промывают 5-10 % пресной водой с добавкой деэмульгатора. Образующуюся эмульсию подогревают до 80-120 ⁰С и подают в электродегидраторы. При воздействии электрического поля высокого напряжения (2,5-3 кВ/см²), деэмульгатора и температуры эмульсия разрушается, вода отделяется от нефти и удаляется.

Таким образом, на ЭЛОУ сочетаются четыре фактора воздействия на эмульсию: подогрев, подача деэмульгатора, электрическое поле и отстой.