Оборудование применяемое при исследовании скважин

   Одни  считают, что для эффективного разложения эмульсии деэмульгатор должен растворяться в воде, другие утверждают, что деэмульгатор не должен хорошо растворяться ни в воде, ни в нефти, что приведет к максимальной концентрации его на границе раздела жидких фаз.

   На  практике применяют как водорастворимые, так и нефтерастворимые деэмульгаторы. Какие из них являются эффективнее, в настоящее время не установлено.

   После разрушения эмульсии, площадь поверхности  раздела фаз сокращается на несколько  порядков, и избыточные молекулы ПАВ  перераспределяются в объеме нефти  и воды.

   Адсорбция молекул реагента деэмульгатора  на поверхности капель снижает межфазное  натяжение на границе раздела  нефть-вода, поэтому требуется дополнительное воздействие на капли, обеспечивающее их столкновение.

   Таким дополнительным воздействием могут  служить электрическое поле и  подогрев эмульсии, а также энергия  турбулентного потока.

Деэмульгирование  под действием  электрического поля

   Длительность  оседания капель под действием сил  тяжести может быть очень значительной (табл.1.2).

   Таблица 1.2

 

   Каков механизм действия поля? Почему увеличивается  скорость оседания капель?

   Эмульсия  – масса мельчайших частиц воды, диспергированных в нефти.

   Под действием электрического поля капли  воды поляризуются, вытягиваются вдоль силовых линий поля и начинают направленно двигаться. Если электрическое поле будет переменным, то направление движения капель будет постоянно изменяться, капли будут испытывать деформацию – т.к. постоянно будут изменяться полярность, направление движения и форма капель. Под действием сил электрического поля происходит сближение капель на такое расстояние, когда начинают действовать межмолекулярные силы притяжения, достигающие при малых расстояниях между каплями значительной величины.

   Зависимость силы притяжения между диполями от их размера и расстояния между  ними описываются уравнением:

                  F=6×e×E²×r⁶ / l⁴  ,                              (1.13)

   где e - диэлектрическая проницаемость среды;

   Е – напряженность электрического поля, В/см;

   r – радиус капли, м;

   l – расстояние между центрами капель, м.

   Таким образом, под действием сил притяжения защитные адсорбционные оболочки капель воды сдавливаются и разрушаются, частицы  сливаются (коалесцируют), укрупняются  и оседают под действием сил  тяжести (рис.1.14).

Рис.1.14. Глобулы  воды в электрическом поле 

   Таким образом, если не учитывать силы, обусловленные  встречным движением потока и  напряжением электрического поля, то скорость осаждения под действием  сил тяжести подчиняется уравнению  Стокса:

                                  W=g×d²(r_B-r_H)/18m_H                                              (1.14)

   Помимо  заряда наведенного (индуцированного) внешним электрическим полем, частицы  дисперсной фазы могут приобретать  собственный заряд, например, при  контакте с электродом. Величина этого  заряда может быть определена по формуле:

                                     q=1/4×E×r² .                                                       (1.15)

   В этом случае, частицы, перезарядившись, начинают двигаться с большой  скоростью к противоположному электроду  и на этом пути сталкиваются с другими  частицами. Если их кинетическая энергия  достаточна, то при столкновении защитные оболочки частиц разрушаются и они  сливаются.

   Таким образом, электрическое поле можно  использовать, когда требуется разделить  две фазы, одна из которых – дисперсионная  среда – не проводит электрический  ток, а другая – дисперсная фаза – электропроводна, т.е. оно применимо только к эмульсиям типа В/Н. Электрическое поле позволяет преодолеть сопротивление коалесценции, обусловленное бронирующими оболочками на каплях воды, и мелкодиспергированные капли быстро укрупняются до размеров 150-200 мкм и оседают под действием силы тяжести.

   Факторы, влияющие на отстой в электрическом  поле

   1. При повышении температуры: (исходя из формулы Стокса)

• снижается вязкость дисперсионной среды и тем облегчается осаждение частиц дисперсной фазы;
• снижается устойчивость нефтяных эмульсий;
• увеличивается разность плотностей частицы и среды.

   Но  при повышении температуры увеличивается  электропроводность среды, что может  привести к нарушению электрического режима в аппарате, к увеличению давления насыщенных паров. Следовательно, процесс необходимо проводить в  аппаратах, рассчитанных на повышенное давление.

   2. Напряженность электрического  поля – отношение напряжения на электродах к расстоянию между ними, т.е. градиент поля, В/см.

   Напряженность поля между электродами определяется:

• напряжением, приложенным к электродам;
• расстоянием между электродами;
• формой электродов.

                                     E=U/l,                                                               (1.16)

   где U – напряжение, В;

       l – расстояние, между электродами, см.

   Градиент  поля, который необходимо создать  между электродами, зависит от количества отделяемых примесей, желаемой степени очистки, свойств нефти и воды, разности их плотностей, вязкости, производительности аппарата, конструкции электродов.

   Градиент  тем больше, чем больше примесей, выше степень очистки, больше вязкость продукта.

   Взаимодействие  между каплями воды можно увеличить, если повысить напряженность поля Е, т.к. при этом растет поляризация капель и силы дипольного притяжения увеличиваются пропорционально Е².

   Однако  при чрезмерном повышении напряженности  поля возможно электрическое диспергирование капель. По мере роста Е длина капли увеличивается и при достижении критической напряженности происходит ее диспергирование на множество мельчайших капель радиусом 10^-7 – 10^-8 см (0,1 – 0,01 мкм).

   Критическая напряженность поля Е_кр определяется по уравнению:

                                 Е_кр=АÖ2s/(ed),                                                         (1.17)

   где s - поверхностное натяжение;

   d – диаметр капли;

   e - диэлектрическая проницаемость среды;

   А – коэффициент пропорциональности (зависит от концентрации эмульсии): для одиночной капли А=380, а при концентрации эмульсии 5, 10 и 20% величина А соответственно равна: 382, 391 и 403.

   В электродегидраторах должно выполняться  условие Е < Е_кр, в противном случае необходимо либо уменьшить напряжение на электродах, либо увеличить расстояние между ними.

   Электродегидратор

   Электродегидратор (ЭДГ) применяют для глубокого  обессоливания средних и тяжелых нефтей. Устанавливают его после блочных печей нагрева или других нагревателей и после отстойников.

   В ЭДГ электроды (1, 2 на рис.1.15) подвешены  горизонтально друг над другом, имеют  форму прямоугольных занимающих все сечение рам. Расстояние между  электродами – 25-40 см, питаются они  от двух трансформаторов мощностью  по 50 кВт.

           Рис.1.15. Электродегидратор 

   Подача  сырья в ЭДГ осуществляется снизу  – через раздаточный коллектор  с ответвлениями, обеспечивающий равномерное  поступление эмульсии по всему горизонтальному  сечению аппарата под водяную  подушку.

   В ЭДГ эмульсия проходит через три зоны обработки. В первой зоне эмульсия проходит слой отстоявшейся воды, уровень которой поддерживается автоматически на 20-30 см выше раздаточного коллектора. В этой зоне эмульсия подвергается водной промывке, в результате которой она теряет основную массу пластовой воды. Обезвоженная эмульсия, двигаясь в вертикальном направлении с небольшой скоростью, последовательно подвергается обработке сначала в зоне слабой напряженности электрического поля (вторая зона), между уровнем отстоявшейся воды и нижним электродом, а затем в зоне сильной напряженности, между обоими электродами.

   Для разрушения эмульсии и обессоливания  нефтей, содержащих парафин, применяются  ЭДГ, имеющие три электрода. В  этих аппаратах эмульсию вводят через  распределительные головки, помещенные между нижним и средним электродами.

   Таблица 1.3.

   Технические характеристики ЭДГ

Механические  методы

   К механическим способам разрушения эмульсии относятся: отстаивание, центрифугирование и  фильтрование.Отстаивание

   Применимо к свежим нестойким эмульсиям, способным  расслаиваться на нефть и воду вследствие разности плотностей компонентов, составляющих эмульсию. Если размер взвешенных частиц больше 0.5 мкм, то скорость оседания капель воды или подъема частиц нефти  в воде подчиняется закону Стокса, из которого следует, что чем меньше частицы дисперсной фазы и разность плотностей воды и нефти и чем больше вязкость среды, тем медленнее протекает процесс расслоения:

                                                                  (1.18)

      Нагрев  эмульсии при отстое ускоряет их разрушение, т.к. при этом уменьшается прочность  бронирующих оболочек, увеличивается  интенсивность движения, увеличивается  частота столкновения глобул воды, уменьшается вязкость среды и  увеличивается разность плотностей.

      Холодный  отстой нефтяных эмульсий осуществляется под давлением с обращением фаз  и, как правило, с предварительной  обработкой деэмульгатором. Нефтяная эмульсия вместе с необходимым количеством  деэмульгатора и пластовой водой (со ступени обезвоживания) подается в отстойник (может быть резервуар). Подача в эмульсию деэмульгатора  и пластовой воды вызывает инверсию фаз и разложение эмульсии на нефть и воду. Инверсия фаз выгодна, т.к. частицы нефти двигаются в среде меньшей вязкости (вода), чем в противном случае, когда пришлось бы каплям воды оседать в более вязкой среде – нефти.

      Применение  деэмульгатора сокращает время  обработки эмульсии (примерно до 1 часа).