Водонафтові емульсії
Міністерство освіти РТ
на тему: «Водонафтові емульсії»
Виконав: ст.гр. 11-11
Перевірив: Будкевич Р.Л.
КЛАСИФІКАЦІЯ НАФТОВИХ ЕМУЛЬСІЙ
ВПЛИВ ДИСПЕРСНОСТІ ГЛОБУВ ВОДИ НА В'ЯЗКІСТЬ
ПРОГНОЗУВАННЯ В'ЯЗКОСТІ ДЕГАЗОВАНИХ ЕМУЛЬСІЙ
КЛАСИФІКАЦІЯ НАФТОВИХ ЕМУЛЬСІЙ
У емульсіях, тобто. механічних сумішах нерозчинних одна в одній рідин (бувають газорідинні емульсії), розрізняють дві фази - внутрішню та зовнішню.
ліофобні, тобто. термодинамічно нестійкі, емульсії класифікують за полярністю дисперсної фази та дисперсійного середовища, а також за концентрацією дисперсної фази в системі:
Відповідно до першої класифікації, розрізняють емульсії:
- неполярної рідини (нафти) у полярній воді -емульсії першого роду, або прямі(М/В);
- емульсії полярної рідини в неполярному середовищіемульсії другого роду, або зворотні(В/М).
Рідина, в якій містяться дрібні краплі іншої рідини, називають дисперсійним середовищем (зовнішньою, нерозривною, суцільною), а краплі рідини, розміщені в дисперсійному середовищі,
-дисперсною фазою(внутрішньою, роз'єднаною).
В емульсіях М/В зовнішньою фазою є вода, і тому вони змішуються з водою в будь-яких відносинах і мають високу електропровідність, в той час як емульсії В/М змішуються тільки з вуглеводневою рідиною і не мають помітної електропровідності. Встановлено, що тип емульсії, що утворюється, в основному залежить від співвідношення обсягів нафти і води; дисперсійним середовищем (зовнішнім) зазвичай прагне стати та рідина, обсяг якої більший.
Іноді нафтові емульсії класифікують по концентрації дисперсної фази в дисперсійному середовищі, у зв'язку зчим вони поділяються на три типи: розбавлені, концентровані та висококонцентровані.
Особливості розведених емульсій:
1) незначний діаметр крапель дисперсної фази (10 '5 см);
2) наявність на краплях електричних зарядів;
3) низька ймовірність їх зіткнення;
4) висока стійкість.
Особливості концентрованих емульсій:
1)краплі мають відносно великі розміри та можуть седиментувати;
2) може бути як стійкими, і нестійкими.
Особливості висококонцентрованих емульсій:
1) краплі (поодинокі) дисперсної фази практично не здатні до седиментації;
2) внаслідок великої концентрації можуть бути деформовані.
Розміри крапель дисперсної фази в емульсіях можуть бути найрізноманітнішими і коливатися в межах від 0,1 до 100 і більше
мкм. Нафтові емульсії ставляться до полидисперсным системам, тобто. до систем, що містять частинки різних розмірів. Нафтові емульсії характеризуються такими основними фізико-хімічними властивостями: дисперсністю, в'язкістю, щільністю та електричними властивостями. Коротко зупинимося цих властивостях емульсій.
Під дисперсністю емульсійрозуміютьступінь роздробленостідисперсної фази в дисперсному середовищі. Дисперсність є важливою характеристикою емульсій, що визначає їх властивості. Дисперсность емульсій характеризується трьома величинами: діаметром крапельок d, зворотної величиною діаметра крапельки D= 1/d, зазвичай називається дисперсністю, питомої міжфазної поверхнею, тобто. ставленням сумарної поверхні глобул до їх загального обсягу. Усі ці величини взаємопов'язані.
Чим більша питома поверхня, чим стійкішою є емульсія, тим більша витратадеемульгатора для руйнування бронюючих оболонок на глобулах води
Дисперсні системи, що складаються з крапель різного діаметра, називаються полідисперсними. Нафтові емульсії відносяться до полідисперсних систем.
Питома поверхня дисперсної системи Sуд дорівнює загальній поверхні між фазами S, поділеної на об'єм дисперсної фази V. Питому поверхню емульсій, що містять у дисперсній фазі сферичні частинки діаметром d, визначають за формулою:
З формули видно, що питома поверхня обернено пропорційна розміру крапель.
В'язкість нафтових емульсій - не адитивне властивість, тобто.
де і - абсолютні в'язкості нафти та води, і вона залежить від наступних основних факторів:
1) в'язкості самої нафти;
2) температури, коли він формується емульсія;
3) кількості води, що міститься в нафті;
4) ступеня дисперсності або діаметра крапель дисперсної фази в дисперсійному середовищі (для емульсій типу В/Н).
У нафтових емульсій, як і в парафіністих нафт, не підпорядковуються закону Ньютона, в'язкість змінюється залежно від градієнта швидкості. У цьому випадку називаютьв'язкістю, що здається.
Основною причиною аномалії в'язкості емульсій є деформація диспергованих частинок, що виникає в процесі збільшення напруги зсуву. Зі зростанням прикладеної сили краплі емульгованої рідини подовжуються, перетворюючись з кульок на еліпсоїди, що ускладнює перебіг і призводить до підвищення в'язкості емульсії, що здається.
А. Ейнштейн запропонував таку формулу:
де-цязкість емульсії; - в'язкість дисперсійного середовища (нафти); - Коефіцієнт обводненості - відношення обсягу дисперсної фази (води) до загального обсягу системи (води + нафти). Формула справедлива лише за низькихконцентраціях диспергованої речовини (води).
При виведенні формули передбачалося, що дисперговані частинки мають вигляд пружних кульок, діаметр яких малий у порівнянні з відстанню між ними.
Пізніше було встановлено можливість використання формули Ейнштейна при обводненості нафти до 15%. Тейлор запропонував таку формулу
де-в'язкість емульсії; - В'язкість внутрішньої фази; - В'язкість зовнішньої фази. Але і вона не дозволяє досить точно визначати в'язкість емульсій.
Однією з більш універсальних формул є формула Монсона, отримана на каліфорнійських нафтах:
води. При проектуванні приймають максимальні значення в'язкості емульсій, що відповідають розмірам глобул води в нафті
промислових умов близько 3-10 мк.
Для приготування штучних емульсій безводні нафти вкв. 1, 2, 3 щільністю відповідно 910, 913 і 930 кг/м 3 і в'язкістю 74, 90, 144 мПа-с при температурі 20°С використовувалася лабораторна чотирилопатева мішалка і солона пластова вода щільністю 1,17 кг/м 3 пластової води до 3-10 мк. Стабільність приготовлених емульсій перевіряли шляхом статичного відстою при температурі 20-22°С протягом 120 хв. Вони вважалися стабільними, якщо кількість вільної води, що виділилася, не перевищувала 0,5% її вихідного вмісту.
В'язкість безводних нафт та штучних емульсій визначали на ротаційному віскозиметрі типу ФАНН, де їх витримували при заданій температурі протягом 10 хв. Показання знімали після включення ротора при частотах обертання п, рівних 600, 300, 200 і 100 хв.змінюються, що впливає швидкість руху рідини і ступінь дисперсності емульсій, пропускну здатність трубопроводів зазвичай розраховують за усередненим значенням в'язкості емульсій в діапазоні градієнтів швидкостей 0,2-1,2 м/с. Усереднений розрахунковий градієнт швидкості було прийнято рівним
динамічну в'язкість нафти і емульсій, що здається, визначали за формулою
=SФfc
де S - фактор швидкості (для n, що дорівнює 600, 300, 200 і 100 хв -1 S відповідно дорівнює 0,5; 1; 1,5 і 3); Ф – показання шкали віскозиметра; f-коефіцієнт пружини (1 і 10); з = 1 – коефіцієнт ротора.
Закономірності зміни в'язкості емульсій в залежності від обводненості при температурі процесу 30-50 ° С виявилися практично однаковими. З цього випливає, що в'язкість свіжосформованих емульсій різної обводненості за інших рівних умов (температура та ін) визначається в основному в'язкістю безводних нафт. Отже, у першому наближенні темп збільшення в'язкості емульсії можна вважати пропорційним коефіцієнту обводненості, що дорівнює відношенню в'язкості емульсії, виміряної при температурі t, до в'язкості безводної нафти го(ф визначеної при тій же температурі.
Значення при температурі t = 20-60 ° С і обводнення w = 0-60%, розраховані за експериментальними даними. Середні значення для різних типів нафт при одному і тому жwдля всіх свердловин досить добре збігаються і збільшуються з підвищеннямw.Аналогічні закономірності зміни та в залежності відwотримані і для емульсій, сформованих опрісненими водами.
Для виключення проміжних вимірів в'язкості безводної нафти за різних температур був введений поправочний безрозмірний коефіцієнт, що дорівнює відношенню в'язкості безводної нафти при t = 20°С дов'язкості цієї нафти при температуріt(x).Значення коефіцієнтів розраховані за експериментальними даними. Після відповідних перетворень лінійної залежності відt(x)отримана формула
= 0,0733t(x) – 0,632.
З урахуванням цього виразу можна орієнтовно розраховувати прогнозні значення в'язкості обводненої нафти при заданих температурах відомої в'язкості безводної нафти при фіксованій температуріt(x)і значення параметра.