СЕКЦИЯ ХИМИИ

Подбор деэмульгаторов для обезвоживания нефти девонского горизонта.

План

    1.Вступление. Деэмульгатор, как наиболее эффективное средство по удалению пластовой воды из нефти.

    2.Основная часть. Вытеснение природных эмульгаторов нефти из нефтеводяной эмульсии, деэмульгаторами: эмульсия; эмульгаторы и деэмульгаторы; теория разрушения нефтяных эмульсий; бутылочная проба.

    3.Вывод. Рекомендуемые деэмульгаторы для обезвоживания нефти девонского горизонта.

    Объем добычи нефти в Республике Татарстан во время его пика составлял порядка 100 млн.тонн в год. В настоящее время объем добываемой нефти сократился до 24 млн.тонн в год.

    Кроме этого, на поверхность нефть поступает в виде нефтеводяной эмульсии, из которой 80% пластовая вода, а только 20% нефть. Все это дает повод для разработки новых средств по удалению пластовой воды из нефти.

    Для каждого состава нефти подбирают свой наиболее эффективный деэмульгатор, предварительно оценив результаты отделения пластовой воды в лабораторных условиях.

    Вода, добываемая с нефтью, находится в не совсем обычном для нее состоянии, она распределена в виде капелек в нефти, т.е. в эмульгированном виде.

    Эмульсия - это система двух взаимо-нерастворимых или не вполне растворимых жидкостей, в которых одна содержится в другой, во взвешеннном состоянии, в виде огромного количества капель (глобул), с размерами от 10 -1 МСМ и выше.

    Жидкость, в которой распределены глобулы, называется дисперсионной средой, а сами глобулы (вода) дисперсной фазой.

    Нефтяные эмульсии делятся на нефтеводные эмульсии и условно обозначаются Н/В и на водонефтяные и условно обозначаются В/Н. Эмульсии в зависимости от типа окрашены от светло-желтого до темно-коричневого. Образование эмульсий, как и других жидкостей, связано с поверхностным натяжением.

    Вещества, которые при растворении даже в очень малых концентрациях существенно уменьшают поверхностное натяжение растворителя, называются поверхностно-активными. Характерная особенность этих веществ в том, что в их состав входят углеводородный радикал (гидрофобная часть молекулы) и какая-либо группа (гидрофильная часть молекулы).

    Поверхностно-активные вещества распределяются неравномерно в растворителе. Концентрация его у поверхности раздела фаз будет более высокой, чем во всем объеме растворителя. Добавленное полярное вещество будет адсорбироваться поверхностным слоем растворителя и понижать поверхностное натяжение двухфазовой системы. В результате на границе раздела фаз образуется адсорбированный слой, который можно рассматривать как пленку молекул поверхностно-активных веществ на поверхности растворителя. Образование нефтяной эмульсии может происходить только под влиянием затраченной энергии. Размер капель воды в эмульсии обычно обратно пропорционально количеству затраченной энергии, и чем больше этой энергии, тем меньше диаметр капель, а следовательно больше их суммарная удельная поверхность. Чем меньше поверхностное натяжение жидкостей, тем легче будет идти процесс образования капель. Поверхностно-активные вещества, способствующие образованию и стабилизации эмульсии называются эмульгаторами. Для нефти стабилизаторами эмульсии являются такие ее компоненты, как: смолы, асфальгены, парафины и другие высокомолекулярные компоненты. В качестве дополнительных стабилизаторов, приводящих к образованию особостойкой эмульсии, могут служить различные твердые примеси нефти: глицерин, микрокристаллы парафинов, церезанов и смешанных алкано-циклоалкановых углеводородов, которые адсорбируясь на поверхности эмульсионных глобуг, образуют своеобразную броню (состоит из молекул стабилизаторов). Эмульгаторами в сырой нефти чаще всего является смола.

    Алюминиевые, кальциевые, магниевые и железные мыла нефтяных кислот хорошо растворимы в нефти и ее дистилятах эмульсий. Наоборот, натриевые мыла нефтяных кислот хорошо растворимы в воде и хуже в углеводородах. Поэтому они адсорбируются в поверхностном слое со стороны водной фазы, обволакивают пленки капель нефти и способствуют образованию гидрофильной эмульсии, типа нефть в воде. Разрушение эмульсий, в частности, в нефти, в настоящее время осуществляется действием деэмульгаторов. Деэмульгаторы - это вещества, действие которых направлено на разрушение защитных слоев на каплях эмульгированной воды и образованию на них поверхностных слоев, не обладающих механической прочностью и, следовательно, не препятствующих слиянию капель воды при столкновении.

    То есть, деэмульгаторы по своим свойствам противоположны амульгаторам. Вещества, стабилизирующие эмульсии типа <масло в воде>, способные разрушать обратные эмульсии - являются деэмульгаторами эмульсий.

    В принципе любое органическое вещество, обладающее моющими свойствами, может с той или иной эффективностью использоваться в качестве деэмульгаторов. Однако, постоянное совершенствование и интесификация техники и технологических процессов обезвоживания и обессоливания нефти, требовало разработки теории и практики синтеза и подбора к конкретным условиям применения веществ, обладающих максимально возможной эффективностью деэмульгирования. Первыми промышленными деэмульгаторами были смеси жирных кислот, неорганическими солями. Позднее их сменили смеси нефтяных сульфокислот и амониевых солей. Позднее в деэмульгирующие смеси стали добавлять другие вещества: глицерин, касторовое масло, высокомолекулярные жирные кислоты. Такие добавки позволили создать вещества, обладающие гораздо большей эффективностью деэмульгирования, чем используемые ранее в практике анионоактивные сульфаты и масла.

    Деэмульгаторы относятся к обширному классу синтетических ПАВ, номенклатура которых расширяется.

    В химическом отношении деэмульгаторы представлены различными неионогенными и ионогенными ПАВ. В основу такого деления положена ионная классификация Шварца и Перри, принятая в 1960 г. Ш Международным конгрессом по ПАВ в городе Келне.

    Ионогенные ПАВ, в свою очередь, подразделяются на анионоактивные, амфортерные.

    К анионным ПАВ по этой классификации относятся вещества, молекулы которых при растворении в воде диссициируют на положительно заряженные катионы металла или водорода и носитель поверхностно-активных свойств, отрицательно заряженной гидрофобной анион в состав которого входят основная углеводородная часть молекулы. Наиболее важным представителем этой группы ПАВ являются соли высших жирных кислот (мыла), алкилосульфаты, алкилосульфонаты. Диссоциация этих веществ в воде изображается следующими уравнениями:

    мыла:

    алкилосульфаты:

    алкилосульфонаты:

    где: - углеводородный радикал, содержащий 9-13 атомов углеродов

    бензольный С6 Н5 или тольцольный остаток

    Типичным представителем деэмульгаторов этого класса ПАВ является нейтрализованный черный конктат ( НЧК). НЧК представляет собой 15% раствор натриевых солсй сульфокислот с молекулярным весом выше 290, получаемой при обработке серной кислотой керосиновых либо газойлевых фракций.

    К катионоактивным ПАВ относятся вещества, диссоциирующие в воде на поверхностно-активный катион и неактивный катион или малоактивный анион. В эту относительно малочисленную группу входят, в основном соли алкиламионов, соли четырехзамещенного аммония и соли ниридиновых соединений, диссоциирующих в воде по следующим схемам:

    хлористо-водородная соль алкиламина

    соль четырехзамещенного амина

    где:

    углеводородный радикал С 12-13 углеводородными атомами, а короткий углеводородный радикал.

    К катионоактивным ПАВ относятся: А НП-2, пентамин - 6, катион-А и многие другие.

    К амфотерным ПАВ относятся вещества, в молекуле которого одновременно присутствуют основные и кислотные группы. В зависимости от ВН среды амфотерных ПАВ, могут при диссоциации образовывать анионоактивные или катионоактивные ионы. Примерами веществ этого класса являются высшие алкиламинокислоты, диссоциирующие по схеме:

    в щелочной среде

    К неионогенным ПАВ относятся продукты конденсации окиси этилена с различными органическими веществами, содержащий активный атом водорода. Эта группа ПАВ в последнее время существенно расширилась за счет синтеза продуктов на основе окисей алкиленов (этилена с пропиленом), так называемых блоксополимеров. Общая формула неионогенных ПАВ может быть представлена следующим образом:

    Гидрофобная часть молекулы продуктов конденсации окиси этилена с окисью пропилена образованного радикалия пропиленгликола, а гидрофильная часть - полиоксиэтиленовыми звеньями. При изменении соотношения оксиэтиленовых и оксипропиленовых групп, а также их взаимного расположения в молекуле ПАВ получается соединения с различными свойствами.

    Характерной особенностью неионогенных ПАВ является малое влияние водорастворимых солей РН среды на их поверхностно-активные свойства. Это обстоятельство предопределила их применение для разрушения нефтяных эмульсий, внутренняя фаза которых представлена высокоминерализованными пластовыми водами.

    Существует несколько теорий, объясняющих механизм действия деэмульгаторов.

    В настоящее время теория, разработанная академиком П.А.Гебиндером и его школой общепринята, согласно этой теории, при введении ПАВ в нефтяную эмульсию на границе раздела нефть-вода протекают следующие процессы:

    ПАВ, обладая большей поверхностной активностью, вытесняет природные стабилизаторы с поверхности раздела фаз, адсорбируясь на коллоидных или грубодисперстных частицах природных стабилизаторов нефтяных эмульсий.

    Молекулы деэмульгаторов изменяют смачиваемость, что способствует переходу этих частиц с границы раздела в объем водной или нефтяной фазы, что приводит к коалесцеации.Таким образом процесс разрушения нефтяных эмульсий является больше физическим, чем химическим процессом, зависящим от:

    - компонентного состава и свойства защитных оболочек природных стабилизаторов;

    - типа коллоидно-химических свойств и удельного расхода применяемого деэмульгатора;

    - температуры, интенсивности и времени перемещения нефтяной эмульсии с деэмульгатором.

    Технологический эффект действия деэмульгатора заключается в обеспечении быстрого и полного отделения пластовой воды при обработке им эмульсии при минимальном расходе. Для того, чтобы предприятие по подготовке нефти имело максимальный результат, используют метод <бутылочной пробы> подбора деэмульгатора, который заключается в нахождении оптимального сочетания физико-химических свойств выбираемого реагента со специфическими особенностями обрабатываемой нефтяной эмульсии и достигнутым, на период исследования, развития технологии и техники подготовки нефти.

    Для этой цели могут быть использованы любые чистые сухие бутылки, объемом 250мл из прозрачного бесцветного стекла проградуированные. Всего необходимо 20-нумерованных бутылок с крышками. В каждую из них мерным цилиндром заливается по 100 мл тщательно перемешанной нефтяной эмульсии. Анализируемые деэмульгаторы для удобства их дозирования применяются в виде однопроцентного раствора Н2О или смеси ароматических углеводородов и спирта.

    В первую бутылку с нефтяной эмульсией мерной пипеткой добавляют расчетное количество деэмульгаторов, не менее 4-х расходов. Бутылки тщательно закрывают завинчивающимися пробками, встряхивают заданное число раз и ставятся на отстой при температуре, определяемой условиями отсчета на лабораторной мешалке, заданное время (10-6- мин), затем пробки ставятся на систематический отстой с фиксацией.

    Для обезвоживания нефти девонского горизонта (для скважины N 4574 и N 4586) применялись деэмульгаторы: LML -4312; Доуфакс ДF-70; СНПХ-4480; СНПХ-4501; ДИН-4; РИФ.

    По количеству выделенной воды, как в течении первых 30 минут, так и в ходе всего процесса отстоя, лучшие результаты достигли деэмульгаторы: СНПХ-4501; СНПХ-4480 и Доуфакс ДF 70.


    В настоящее время стоимость 100г деэмульгатора, расходуемая на обезвоживание нефтеводяной смеси следующая:

    а) СНПХ - 4501 - 1000 руб.

    б) СНПХ - 4480 - 1000 руб.

    в) ДИН - 4 - 990 руб.

    г) Доуфакс ДF-70 - 1221 руб.

    д) РИФ - 1220 руб.

    ж) LML- 1400 руб.

    По результатам лабораторных исследований отделение пластовой воды из нефти при температурном режиме 20ћС и расходе деэмульгатора до 100 г/т, можно сделать вывод, что наиболее эффективным проявид себя СНПХ-4501.

    Для данного температурного режима при 20оС стабильный результат обеспечивает деэмульгатор СНПХ-4501, исходя из его экономного расхода и относительно небольшой стоимости данный деэмульгатор можно рекомендовать для обезвоживания нефти девонского горизонта (скважин N 4586 и N 4574).

    При увеличении расхода деэмульгаторов до 150 при температурном режиме 20С, кроме СНПХ-4501 эффективны СНПХ-4480 и Доуфакс ДF-70.

    Но исходя из финансовой стороны, использование деэмульгаторов СНПХ-4501, СНПХ-4480 при обезвоживании нефти более предпочтительны, чем Доуфакс ДF-70.

© ярославский областной Центр Дистанционного Обучения школьников, 1999