Тема 5.Подготовка нефти.Вопрос 5.1: Понятие о нефтяных эмульсиях, их виды. Нефтяные эмульсии - это механическая смесь нефти и пластовой воды, нерастворимых друг в друге и находящихся в мелкодисперсном состоянии. В нефтяных эмульсиях принято различать две фазы - внутреннюю и внешнюю. Внутренняя называется дисперсной фазой и она разобщена, а внешняя называется дисперсионной средой, представляющей собой сплошную неразрывную массу. Нефтяные эмульсии делятся на два больших класса: 1) эмульсии первого рода или прямые, когда капельки нефти, являющиеся дисперсной фазой, равномерно или неравномерно размещены в воде, - дисперсионной среде. Такие эмульсии называются "нефть в воде" и условно обозначаются Н/В; 2) эмульсии второго рода или обратные, когда капельки воды - дисперсная фаза, равномерно или неравномерно размещены в нефти, являющейся дисперсионной средой. Такие эмульсии называются "вода в нефти" и условно обозначаются В/Н. Установлено, что тип образующейся эмульсии в основном зависит от соотношения объемов нефти и воды; дисперсионной средой (внешней) обычно стремится стать та жидкость, объем которой больше. Вопрос 5.2: Классификация нефтяных эмульсий. Нефтяные эмульсии классифицируют по концентрации дисперсной фазы в дисперсионной среде, и подразделяются на три типа: разбавленные, концентрированные и высококонцентрированные. К разбавленным эмульсиям относят системы жидкость-жидкость, объемная доля дисперсной фазы в которых составляет до 20 %, к концентрированным эмульсиям до 74 %, к высококонцентрированным - свыше 74 %. Размеры капелек дисперсной фазы в эмульсиях могут быть самыми разнообразными и колебаться в пределах от 0,1 до 100 мкм. Дисперсные системы, состоящие из капелек одного и того же диаметра, называются монодисперсными, а дисперсные системы, состоящие из капелек различного диаметра, - полидисперсными. Нефтяные эмульсии относятся к полидисперсным системам. Вопрос 5.3: Образование нефтяных эмульсий. Нефтяные эмульсии в пластовых условиях отсутствуют. На образование эмульсий требуются большие затраты энергии, поэтому они могут образовываться в призабойной зоне скважины или в стволе скважины, особенно там, где бурно выделяется газовая фаза, способствующая турбулизации потока. Образование и стойкость нефтяных эмульсий в основном определяются скоростью движения нефтеводяной смеси, соотношением фаз (нефти и воды), физико-химическими свойствами этих фаз и температурным режимом. Интенсивно образуются эмульсии при эксплуатации скважин ЭЦН, но вследствие выделения теплоты электродвигателями этих насосов, эти эмульсии нестойкие. За пределами насосов стойкость эмульсии повышается в связи с падением температуры потока и выделением газа из нефти. Особенно стойкие эмульсии образуются при прохождении нефтеводяной смеси через штуцеры устанавливаемые на устье. Здесь происходит дробление воды в нефти и понижение температуры. В нефти и пластовой воде всегда содержатся вещества, которые способствуют образованию эмульсий, они называются естественными эмульгаторами. В нефти это асфальтены, нафтены, смолы, парафин; в воде - соли и кислоты. Вопрос 5.4: Физико-химические свойства нефтяных эмульсий. 1) Дисперсность эмульсии. Дисперсность эмульсии - это степень раздробленности дисперсной фазы в дисперсной среде. Дисперсность - основная характеристика эмульсии, определяющей их свойства. Размеры капелек дисперсной фазы в нефтяных эмульсиях изменяются от 0,1 до 100 мкм. 2) Вязкость эмульсии. В зависимости от содержания воды может изменяться в широких пределах и зависит от вязкости самой нефти, температуры, при которой получается эмульсия, количества воды, степени дисперсности, присутствия механических примесей. 3) Плотность эмульсии. 4) Электрические свойства эмульсий. Нефть и вода в чистом виде - хорошие диэлектрики. Однако даже при незначительном содержании в воде растворенных солей или кислот электропроводимость ее увеличивается в десятки раз. В нефтяных эмульсиях, помещенных в электрическом поле, капельки воды располагаются вдоль его силовых линий. Вопрос 5.5: Устойчивость нефтяных эмульсий. Самым важным показателем для нефтяных эмульсий является их устойчивость (стабильность), т.е. способность в течение определенного времени не разрушаться и не разделяться на нефть и воду. Устойчивость эмульсии определяется временем ее существования и выражается формулой τ = H/v (с), где Н - высота столба эмульсии, см; v - средняя линейная скорость расслоения эмульсии, см/с. На устойчивость нефтяных эмульсий большое влияние указывают: 1. дисперсность системы; 2. физико-химические свойства эмульгаторов, образующих на поверхности раздела фаз защитные оболочки; 3. наличие на глобулах дисперсной фазы электрического заряда; 4. температура смешивающихся жидкостей; 5. величина рН эмульгированной пластовой воды. Вопрос 5.6: Основные требования к качеству подготовки нефти. Подготовка нефти на промыслах заключается в отделении от нефти пластовой воды, механических примесей и солей, а также легких газообразных углеводородов. От качества подготовки нефти зависят эффективность и надежность магистрального транспорта нефти, качество полученных из нее продуктов. Повышенное содержание в товарной нефти воды, хлористых солей и механических примесей способствует более интенсивному коррозионному износу трубопроводов, оборудования перекачивающих станций и снижает пропускную способность трубопроводов.
Вопрос 5.7: Методы разрушения эмульсий. Существует несколько способов разрушения нефтяных эмульсий: 1) внутритрубная деэмульсация; 2) гравитационный отстой; 3) центрифугирование; 4) фильтрация; 5) термохимическое воздействие; 6) электродегидрирование; 7) сочетание перечисленных способов. Для легких и средних нефтей самые эффективные первый и пятый способы, а для тяжелых нефтей - шестой и седьмой способы. Вопрос 5.8: Внутритрубная деэмульсация. Принцип состоит в следующем: в межтрубное пространство эксплуатационных скважин или в начало сборного коллектора дозировочным насосом (15-20 г на 1 т нефтяной эмульсии) подается деэмульгатор, который сильно перемешивается с этой эмульсией в процессе ее движения и разрушает ее. Эффективность внутритрубной деэмульсации зависит от многих факторов: 1. эффективность самого деэмульгатора; 2. интенсивность и длительность перемешивания эмульсии с ПАВ; 3. количество воды, содержащейся в эмульсии; 4. температура смешения. Вопрос 5.10: Фильтрация. Нестойкие эмульсии иногда успешно расслаиваются при пропускании их через фильтрующий слой, которым может быть гравий, битое стекло, древесные и металлические стружки, стекловата и другие материалы. Фильтрующее вещество должно отвечать следующим требованиям: 1) иметь плотность и упругость, достаточные для того, чтобы глобулы воды при прохождении растягивались и разрушались; 2) иметь хорошую смачиваемость, благодаря чему происходит изменение скорости движения эмульсии и разрыв оболочек глобул воды; 3) иметь противоположный по знаку заряд, чем у глобул воды, тогда происходит снятие заряда с глобул воды, чем устраняется отталкивающая сила между ними. Деэмульсация нефтей фильтрацией как самостоятельный процесс почти не применяется, однако в сочетании с термохимическими методами она сейчас широко распространена. Вопрос 5.11: Термохимическая подготовка нефти. Широко применяется и основана на использовании ПАВ и теплоты. Преимущества: 1. предельная простота установки (теплообменник, отстойник и насос); 2. сравнительно низкая чувствительность режима работы установки к значительному изменению содержания воды в нефти; 3. возможность замены деэмульгаторов по мере изменения характеристики эмульсии без замены оборудования и аппаратуры. Вопрос 5.12: Деэмульгаторы (ПАВ), применяемые для разрушения
|
