vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

(Ссм) к содержанию парафинов (СПН) в нефти, т.е. (Сас + Ссм)/СПН. Последний показатель предопределяет способ

деэмульгирования нефтяных эмульсий. Показатель Δρ соответствует движущей силе гравитационного отстаивания. Оба показателя являются качественными характеристиками эмульсий и позволяют разделять их на следующие группы:

1.в зависимости от соотношения плотностей воды и нефти эмульсии классифицируют на:

—трудно расслаиваемые (Δρ = 0,200 ÷ 0,250 г/см3);

—расслаиваемые (Δρ = 0,250 ÷ 0,300 г/см3);

—легко расслаиваемые (Δρ = 0,300 ÷ 0,350 г/см3).

2.по показателю (Сас + Ссм)/СПН нефти подразделяют на:

—смешанные ((Сас + Ссм)/СПН = 0,951 ÷ 1,400);

—смолистые ((Сас + Ссм)/СПН = 2,759 ÷ 3,888);

—высокосмолистые ((Сас + Ссм)/СПН = 4,774 ÷ 7,789).

2.9.2. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЭМУЛЬСИЙ Конденсационные методы получения эмульсий

включают в себя метод конденсации жидкой фазы из паров и метод понижения растворимости одной жидкости в другой, или метод замены растворителя.

Метод конденсации из паров заключается в инжектировании пара под поверхностью жидкости – дисперсионной среды. В таких условиях пар становится пересыщенным и конденсируется в виде капель размером порядка 1 мкм. Затем капли дисперсной фазы стабилизируются содержащимися в жидкости эмульгаторами.

109

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Метод замены растворителя заключается в следующем. Вещество, которое в будущей эмульсии должно находиться в виде капель – дисперсной фазы, растворяют в «хорошем» растворителе. Если затем в раствор ввести другой растворитель, обладающий значительно меньшей растворяющей способностью чем первый, то растворенное вещество будет объединяться в капли, образуя эмульсию. В качестве примера можно привести образование эмульсии из раствора бензола в этаноле при добавлении к нему воды.

Диспергационные методы получения эмульсий основаны на дроблении грубодисперсной системы при помощи следующих методов:

1.механическое диспергирование:

—метод прерывистого встряхивания или пульсации потока, позволяет получать эмульсии с размером капель от 50 до 100 мкм;

—при помощи смесителей разнообразных конструкций с мешалками пропеллерного, турбинного типов, коллоидных мельниц, гомогенизаторов (устройств, в которых диспергирование жидкости достигается пропусканием её через мелкие отверстия при высоком давлении).

2.эмульгирование ультразвуком большой мощности с частотой

20– 50 кГц. Метод основан на использовании вторичных эффектов кавитации – высоких локальных давлений и температур, возникающих при захлопывании кавитационных каверн (пустот). Метод используется для получении воднотопливных эмульсий, например, мазут – вода, мазут – угольная пыль – вода, мазут – нефтешлам, дизельное топливо – вода, бензин – вода;

110

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

совпадении частоты наложенной пульсации с частотой собственных колебаний рвется на более мелкие составляющие.

Ввиду большого разброса размеров капель нефтяных эмульсий (от одного до сотен мкм), а также различия режимов потока, эмульгирование происходит как под действием вязких, так и динамических сил.

2.9.4. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ЭМУЛЬСИЙ

Поскольку водонефтяные эмульсии представляют собой неустойчивую систему, тяготеющую к образованию минимальной поверхности раздела фаз, вполне естественно ожидать наличие у нее склонности к расслоению. Однако в реальных условиях эксплуатации нефтедобывающего оборудования во многих случаях образуются эмульсии, обладающие высокой устойчивостью. Это в значительной степени определяет выбор технологии их дальнейшей обработки, а также глубину отделения водной фазы от нефти. Агрегативную устойчивость эмульсий измеряют временем их существования до полного разделения образующих эмульсию жидкостей. В случае эмульсий, полученных из разных нефтей, их устойчивость может составлять от нескольких секунд до года и более. К причинам, обуславливающим агрегативную устойчивость нефтяных эмульсий, относят:

1.образование структурно-механического слоя эмульгаторов на межфазной границе глобул;

2.образование двойного электрического слоя на поверхности раздела в присутствии ионизированных электролитов;

3.термодинамические процессы, протекающие на поверхности глобул дисперсной фазы;

112

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

4. расклинивающее давление, возникающее при сближении глобул дисперсной фазы, покрытых адсорбционно-сольватными слоями.

Адсорбция эмульгаторов на поверхности раздела фаз, формирование защитного слоя, всегда протекает во времени, (т.е. для этого требуется определенное время). Поэтому эмульсия типа вода в нефти со временем становится более устойчивой, т.е. происходит ее «старение». Из-за этого свежие эмульсии разрушаются легче и быстрее. Важный практический вывод: чем раньше начать разрушать эмульсию, тем будет легче это сделать.

Вещества, стабилизирующие эмульсии, называются эмульгаторами. Эмульгаторы – это вещества, имеющие дифильную структуру молекул и способные к частичному растворению в полярных и неполярных жидкостях, соединяя их друг с другом. В состав нефти входят следующие вещества, способные выступать в роли естественных эмульгаторов – асфальтены, смолы, нафтеновые кислоты, порфирины, гетероатомные соединения нефти, мелкодисперсные твердые минеральные частицы.

Механизм действия эмульгаторов заключается в следующем. Благодаря дифильному строению, молекулы эмульгатора концентрируются на поверхности раздела фаз и определенным образом ориентируются – полярной группой в сторону воды, а неполярной – к нефти, и создают структуру – механический барьер, защищающий капли воды от слияния при столкновениях (рис. 13).

113

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 13. Строение бронирующей оболочки частиц дисперсной фазы обратной (а) и прямой (б) эмульсий

Стабилизирующее действие эмульгатора заключается в снижении межфазного натяжения и образовании структурномеханического барьера на границе раздела фаз.

Термодинамическая устойчивость эмульсий повышается благодаря образованию вокруг глобул двойного электрического слоя, который подобно адсорбционным оболочкам, защищает частицы дисперсной фазы от слипания и слияния (рис. 14).

Рис. 14. Двойной электрический слой на глобулах нефти в водной среде (прямая эмульсия с катионоактивным ПАВ)

Поверхность частиц дисперсной фазы одинакового состава заряжены одноименно и поэтому они электростатически отталкиваются. Кроме эмульгаторов, устойчивость нефтяных эмульсий зависит от температуры, минерализации и

114

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

кислотности воды, концентрации дисперсной фазы и ее дисперсности, плотности и вязкости нефти и водной фазы.

При повышении температуры вязкость системы уменьшается, что приводит к снижению устойчивости эмульсии. Объяснить это можно тем, что при повышении температуры в менее вязкой среде возрастает подвижность частиц дисперсной фазы (броуновское движение), это приводит к увеличению частоты столкновений. Одновременно при повышении температуры уменьшается механическая прочность адсорбционных (защитных, бронирующих) оболочек.

Минерализация и солевой состав водной фазы, несомненно, влияют на устойчивость и тип нефтяных эмульсий.

Однако нужно отметить две особенности:

1. Это влияние косвенное, через образование химических соединений с полярными компонентами нефти. Например, нафтеновые кислоты нефтей, обладающие высокими поверхностно-активными свойствами, могут взаимодействовать с ионами Na+, К+, Mg2+, Fe3+ и Al3+, находящимися в воде. При этом нафтенаты калия и натрия способствуют образованию эмульсий типа нефть в воде, так как хорошо растворимы в воде, и снижают устойчивость эмульсий типа вода в нефти, стабилизированной смолистоасфальтеновыми веществами. Соли нафтеновых кислот, содержащие ионы магния, железа и алюминия, в отличие от солей с Na+ и К+, обладают большей растворимостью в нефтяной фазе и сами по себе способны стабилизировать эмульсию обратного типа вода в нефти. Но в сочетании со смолисто-асфальтеновым природным эмульгатором ослабляют его действие, вероятно, за счет

115

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

снижения сил межмолекулярного взаимодействия молекул смолисто-асфальтеновых веществ между собой.

2. Характер влияния зависит от углеводородного состава нефтей и состояния асфальтенов в объеме нефти. Для многих нефтей повышение минерализации ведет к увеличению устойчивости эмульсии.

рН воды. Обобщение данных показывает, что при кислой и нейтральной реакциях воды (рН ≤ 7) адсорбционные слои на глобулах воды жесткие, твердообразные и, соответственно, устойчивые эмульсии типа вода в нефти, в щелочной среде (рН > 7) формируются жидкообразные пленки, т.е. устойчивость эмульсии снижается.

При дальнейшем увеличении рН (до сильнощелочной среды) наблюдается резкое снижение межфазного натяжения и образование эмульсии прямого типа «нефть в воде».

При изменении рН водной фазы возможно выпадение солей, в частности Са(ОН)2 и Mg(ОН)2, которые сами могут являться стабилизаторами (эмульгаторами) эмульсий прямого или обратного типа.

Таким образом, рН эмульгированной воды влияет на реологические свойства бронирующих оболочек капель, чем выше рН, тем ниже устойчивость.

Нефть с относительно небольшим содержанием воды образует более стойкие эмульсии. С увеличением содержания воды стойкость эмульсий снижается. Наиболее стойкие эмульсии образуют высоковязкие нефти. Повышенная вязкость дисперсионной среды препятствует столкновению глобул воды

116

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

и их укрупнению. Вязкость эмульсии зависит от её дисперсности (рис. 15).

Рис. 15. Зависимость вязкости эмульсии от диаметра капель

Из рис. 15 следует, что уменьшение размеров капель до некоторой величины не влияет на вязкость. После достижения порового значения (зависящего, в свою очередь, от объемной концентрации дисперсной фазы) дальнейшее уменьшение размера капель ведет к появлению и последующему усилению зависимости вязкости от размера капель.

Условная вязкость эмульсии, в частности битумной, при заданной температуре может быть измерена при помощи вискозиметра марки ВУБФ1. Принцип действия которого основан на измерении времени истечения 50 мл эмульсии при определенной температуре через калибровочное отверсите стакана диаметром 3 мм.

117