Оборудование применяемое при исследовании скважин

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание: 

Ведение                                                                                                                                    3стр 

I.Теоретическая часть. 

1. Физико-механические свойства нефти и водонефтянных  эмульсий.          4стр

 

1. Нефть как дисперсная система, ассоциаты нефти и                    структурообразование.                                                                                      4стр
2. Реологические свойства нефти.                                                                     28стр
3. Водонефтяные эмульсии.                                                                                38стр
1. Причины образования водонефтяных эмульсий.                          39стр
2. Физико-химические свойства нефтяных эмульсий.                      43стр
3. Методы разрушения нефтяных эмульсий.                                       58стр

 

2. Технологии  с использованием композиций эмульсионных  составов     78стр

           2.1 Реагенты и рецептуры эмульсионных систем.                                      79стр

3. Нефтяные эмульсии и их свойства                                                                  81стр

 

1. Типы эмульсий                                                                                                   82стр

 

      4.Деэмульгирование под действием электрического поля                             83стр

          4.1 Электродегидратор                                                                                                                    83стр

             4.2 Отстаивание                                                                                                        84стр

          4.3 Фильтрацция                                                                                                       85стр

      5. Разрушение эмульсий                                                                                             86стр 
 

Ведение:

 

1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТИ И ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ 

1. НЕФТЬ КАК ДИСПЕРСНАЯ СИСТЕМА, АССОЦИАТЫ НЕФТИ  И СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ

 

   Нефть и производные от нее – нефтяные системы являются предметом изучения многих естественных наук, каждая из которых  вносит определенный вклад в развитие представлений о строении и структуре  этих систем.

   С точки зрения органической химии  нефть – это смесь низко- и  высокомолекулярных соединений, относящихся  к различным гомологическим рядам. Выделенные из нефти соединения представляют собой ценное сырье для синтеза  многих органических соединений. Органическая химия изучает механизм и кинетику химических взаимодействий компонентов  нефти. Это одно из важнейших теоретических  направлений в нефтехимии.

   С позиций аналитической химии  нефтяные системы представляют собой  смеси органических соединений сложного состава. Расшифровка проводится с  помощью современных физико-химических методов анализа (масс – спектрометрии, хромато-масс-спектрометрии, ЯМР-спектроскопии  и др.). К одному из последних достижений в области анализа нефтяных систем относится обнаружение олефинов в нефтях месторождения Брэдфорд (штат Пенсильвания, США) и некоторых  месторождений Восточной Сибири.

   В терминах физической химии нефти  можно определить как многокомпонентную  смесь сложного состава, способную  в широком интервале значений термобарических параметров изменять агрегатное состояние и, соответственно, объемные свойства. До сих пор нефтяные системы рассматриваются как молекулярные растворы, а технологические расчеты производятся на основе физических законов, описывающих молекулярные растворы: законы Рауля-Дальтона, Генри, Амага, Дарси и др. В нефтяных системах возникают значительные отклонения от идеальности за счет полярности молекул, различий в структуре и строении, что проявляется в неаддитивности многих свойств, например, вязкости, плотности (рис.1.1). Отклонения от аддитивности имеют место не только для смесей, состоящих из углеводородов различных гомологических рядов, но и в пределах одного гомологического ряда. Эти особенности нефтяных систем обусловлены склонностью образующих их компонентов к ассоциации.

Рис.1.1. Зависимость плотности и вязкости бинарных углеводородных систем 2,2 –  диметилпентан - гексадекан (а), бензол-декан (б), гексан-додекан (в), циклогексан-толуол (г) от мольной доли компонентов 

      В 1971г. впервые были обозначены коллоидно-химические аспекты строения нефтяных систем (г. Уфа, Всесоюзная конференция по физико-химической механике) и лишь в 1995г. состоялся  первый международный симпозиум (г. Рио-де-Жанейро) по вопросам коллоидной химии нефти.

   С позиций коллоидной химии нефть  – это сложная многокомпонентная  смесь, которая в зависимости  от внешних условий проявляет  свойства молекулярного раствора или  дисперсной системы.

   Дисперсные  системы – гетерогенные системы, состоящие из двух или более фаз  с развитой поверхностью раздела между ними. Одна из фаз образует непрерывную дисперсионную среду, в которой распределена дисперсная фаза в виде мелких твердых частиц, капель или пузырьков.

   Нефть состоит из низкомолекулярных и  высокомолекулярных соединений (ВМС). Низкомолекулярные соединения (НМС) представляют собой, в основном, парафиновые, нафтено-парафиновые и ароматические  углеводороды. Высокомолекулярная часть  нефти состоит из высокомолекулярных парафиновых углеводородов, моно- и  конденсированных нафтено-парафиновых, моно- и бициклических ароматических  углеводородов ряда бензола и  нафталина, смол и асфальтенов.

   Молекулярные  растворы нефти представляют собой  смесь различных НМС и ВМС.

   Межмолекулярные взаимодействия (ММВ) ВМС приводят к образованию в нефти пространственных надмолекулярных структур, состоящих из множества макромолекул. В зависимости от характера связей надмолекулярные структуры подразделяются  на ассоциаты, в которых действуют физические силы Ван-дер-Ваальса и комплексы с более прочными химическими связями. Физические ассоциаты способны при определенных условиях  переходить в комплексы, например, при повышении температуры.

   Число молекул ВМС в физических ассоциатах, равновесное их состояние с НМС (дисперсионной средой) зависят в  основном от состава и концентрации компонентов смеси, температуры  и др. условий.

   Таким образом, в зависимости от условий  и свойств ВМС и НМС, ВМС в нефтях могут образовывать:

• Истинные растворы, молекулы находятся в неассоциированном состоянии;
• Обратимые нефтяные дисперсные системы, в которых дисперсной фазой являются ассоциаты;
• Необратимые дисперсные системы, в которых дисперсной фазой являются комплексы.

   К обратимым относятся системы, в которых дисперсная фаза может самопроизвольно растворяться в дисперсионной среде вплоть до образования молекулярных растворов.

   Нефть может содержать углеводороды:

• Не склонные при данных условиях к процессам ассоциации (НМС, углеводороды, имеющие пространственные затруднения);
• Способные к ММВ с образованием только ассоциатов (нормальные парафиновые углеводороды);
• ВМС, склонные к образованию ассоциатов и комплексов (смолы, полициклические углеводороды, асфальтены).

   Надмолекулярные структуры коллоидных размеров (10^-4 – 10^-9 м) отличаются от молекул ВМС в несколько раз большей молекулярной массой, наличием поверхности раздела фаз между ними и дисперсионной средой, высокой плотностью, малой летучестью и придают нефтяной системе специфические свойства.

   Система приобретает:

• структурно-механическую прочность;
• неустойчивость, способность к расслоению на фазы.

   Каждая  группа ВМС формирует свой тип  надмолекулярных структур, например, асфальтеновые ассоциаты, ассоциаты  из полициклических ароматических  или парафиновых углеводородов, которые из-за различия свойств в  одной и той же дисперсионной  среде ведут себя неодинаково.

   Формирование  в нефтяных многокомпонентных системах обратимых надмолекулярных структур с различными физико-химическими  и механическими свойствами и  разной склонностью к расслоению существенно влияет на добычу, транспорт, подготовку и хранение нефти. Если не регулировать процессы формирования надмолекулярных  структур, то это может привести к потерям ценных компонентов  в пласте, высоким гидравлическим сопротивлениям при транспорте нефти, образованию отложений в трубопроводах, резервуарах и другом оборудовании.

Основные  понятия физико-химической механики нефтяных дисперсных систем

   Цель  физико-химической механики – установление закономерностей образования пространственных структур в дисперсных системах, а  также процессов деформации и  разрушения таких структур в зависимости  от совокупности физико-химических и  механических факторов.

   Структурные единицы нефтяной дисперсной системы (НДС) (исходные надмолекулярные структуры, промежуточные и конечные их виды) имеют сложное строение, обусловленное  природой и геометрической формой макромолекул ВМС, поверхностными силами между ними, взаимодействием дисперсной фазы с  дисперсионной средой и другими  факторами.

   Для описания многих явлений в нефтяной дисперсной системе предложена модель сложных структурных единиц (ССЕ).

   Дисперсионная среда состоит из смеси полярных и неполярных соединений и взаимодействует с надмолекулярными структурами, в результате этого вокруг надмолекулярной структуры (ассоциата или комплекса) формируются сольватные оболочки. Такая дисперсная частица сложного строения (надмолекулярная структура + сольватный слой) способна к самостоятельному существованию и получила название сложной структурной единицы (ССЕ).

ССЕ представляется как  ядро, окруженное сольватной оболочкой (рис.1.2). ССЕ может перемещаться в  дисперсионной среде, т.к., благодаря  сольватным оболочкам, частицы асфальтенов  или высокомолекулярных парафинов (ВМП), образующие ядро ассоциата, не слипаются  между собой.

 

Рис.1.2. Строение ССЕ

1 – ядро; 2 – сольватная оболочка; 3 – промежуточный  слой 
 

   Ядро  ССЕ – это более упорядоченная  внутренняя область, образована макромолекулами  ВМП или асфальтенов или других компонентов нефти.

   Сольватная  оболочка образована за счет  адсорбции  менее склонных к ММВ соединений на частицах, образовавших ядро. Например, для асфальтенового ассоциата это будут смолы и ароматические углеводороды. В промежуточном слое будут находиться алканы и циклоалканы.

   Характерной особенностью ССЕ является разница  поверхностных энергий между  надмолекулярной структурой и сольватным слоем и между сольватным слоем  и дисперсионной средой. ССЕ могут  взаимодействовать с дисперсионной  средой. В этом случае возможно 2 варианта: 1) Поверхностное натяжение дисперсной среды меньше, чем у сольватных слоев ССЕ. В этом случае формируется активная ССЕ с нескомпенсированной поверхностной энергией. Компенсация этой поверхностной энергии достигается при слиянии 2-х или нескольких активированных ССЕ, что сопровождается ростом размеров надмолекулярной структуры. Чем больше разница между поверхностными энергиями надмолекулярной структуры и дисперсионной среды, тем быстрее увеличиваются размеры надмолекулярной структуры и тем больше снижается толщина сольватного слоя в ССЕ; 2) Поверхностное натяжение дисперсионной среды значительно больше, чем у сольватного слоя ССЕ. Это приводит к вытеснению из сольватного слоя ССЕ углеводородов, обладающих малыми значениями поверхностного натяжения. При высоких значениях Dd может не только уменьшаться толщина сольватного слоя и изменяться его углеводородный состав, но и разрушаться надмолекулярная структура, вплоть до полного ее исчезновения.