1.6.3.2. Фильтрация

В практике эксплуатации нефтяных месторождений наблюдается расслаивание нефтяных эмульсий при большой обводнённости нефти, а иногда и при малой, если эмульсия нестойкая, при движении в промысловых коллекторах. При этом нередко укрупнившаяся вода находится во взвешенном состоянии, что характерно для эмульсий с незначительной разностью плотностей. Для деэмульсации таких нефтеи иногда пользуются способом фильтрации, основанным на явлении селективного смачивания Фильтрующее вещество должно отвечать следующим основным требованиям.

1. Плотность и упругость, достаточные для того, чтобы глобулы воды при прохождении растягивались и разрушались.

2. Хорошая смачиваемость, благодаря чему. осуществляется сцепление молекул фильтрующего вещества и воды, обусловливает изменение относительной скорости движения эмульсии и, как следствие разрыв оболочки глобул.

3. Фильтрующие вещества должны иметь противоположный по знаку заряд, чем у глобул воды. Тогда при прохождении, эмульсии через фильтр, происходит, снятие заряда с глобул воды, чем устраняется отталкивающая сила между ними. Укрупнившиеся капли воды стекают вниз, а нефть свободно пройдя фильтр, выдается с установки. В качестве фильтрующих веществ используются такие материалы, как гравий, битое стекло, древесные и металлические стружки, стекловата и др. Особенно успешно применяется стекловата, обладающая хорошей смачиваемостью водой и несмачиваемостью нефтью, большой устойчивостью и долговечностью.

Деэмульсация фильтрацией не получила широкого распространения и применяется очень редко вследствие громоздкости оборудования, малой производительности и необходимости часто заменять фильтры [5].

1.6.3.3. Химический метод разрушения эмульсий

Химический метод разрушения эмульсий основан на обработке эмулсий специальными веществами – деэмульгаторами. Процесс действия деэмульгаторов на эмульсию сложен и мало изучен. Считается, что

деэмульгаторы, обладая большей поверхностной активностью, чем эмульгаторы, вытесняют их из поверхностного слоя глобул воды. Следовательно, наиболее эфективными деэмульгаторами должны быть ПАВ с высокой поверхностной активностью и растворимые преимущественно в нефтяной фазе.

Деэмульгатор, адсорбируясь на межфазной поверхности капли воды, способствует диспергированию, пептизации или коллоидному растворению механически почного гелеобразного слоя. Вытеснив с поверхностного слоя капли природные эмульгирующие вещества, деэмульгатор образует гидрофильный адсорбционный слой, не обладающий структурно – механической прочностью. Вытесненные капли воды при столкновении сливаются в более крупные.

Для разрушения эмульсий, стабилизированных твёрдыми частицами, деэмульгатор должен иметь хорошие смачивющие свойства для перевода этих частиц вглубь объёма [4].

Деэмульгаторы, так же, как и эмульгаторы, относятся к классу поверхностно-активных веществ (ПАВ). Четких границ у этого класса веществ нет. Термин ПАВ обычно, применяют к веществам, молекулы которых содержат группы, одни из которых обладают гидрофобными, а другие гидрофильными свойствами.

Часто весь класс ПАВ делят по молекулярной массе на низкомолекулярные и высокомолекулярные.

К низкомолекулярным ПАВ обычно относят соединения, молекулы которых можно как бы разделить на гидрофобную и гидрофильную части. Вещества с такими дифильными молекулами обладают большой адсорбционной способностью, и с их помощью могут быть получены достаточно устойчивые эмульсии. В зависимости от применения среди низкомолекулярных ПАВ выделяют моющие вещества, пенообразователи, эмульгаторы и др. По составу и характеру действия ПАВ делят на анионактивные, катионоактивные и неионогенные.

Еще более сильными поверхностно-активными свойствами обладают высокомолекулярные ПАВ. К ним относят вещества, содержащие в молекуле более одной гидрофильной или одной гидрофобной группы, которые равномерно распределены по всей молекуле. Примерами таких ПАВ могут служить поливиниловые спирты, казеин, желатин, полиакриламид и др.

Низкомолекулярные и высокомолекулярные ПАВ по-разному заполняют межфазную поверхность, на которой они адсорбируются. Низкомолекулярные ПАВ на границе вода органическая жидкость располагаются в виде частокола из вертикально поставленных молекул, гидрофильная «голова» находится в воде, а гидрофобный «хвост» - в органической жидкости.

Для высокомолекулярных ПАВ нельзя предложить такую же простую геометрическую модель их расположения на межфазной границе, так как оно существенно зависит от концентрации ПАВ в адсорбционном слое. При малой концентрации ПАВ молекулы расположены горизонтально.

При повышении концентрации ПАВ ориентация молекул, так же, как и у низкомолекулярных ПАВ, стремится к вертикальной.

Деэмульгаторы водонефтяных эмульсий относятся к классу ПАВ, обладающих моющими свойствами. Еще на ранней стадии развития деэмульгаторов было замечено, что вещества, стабилизирующие эмульсии типа «масло в воде», способны разрушать обратные эмульсии, т. е. являются деэмульгаторами эмульсий типа «вода в масле». Эта закономерность, объясняемая различными уровнями снижения свободной поверхности энергии в эмульсиях разных типов, служила руководством для создания и подбора деэмульгаторов на первых этапах развития техники обезвоживания и обессоливания нефтей. Дальнейшее развитие теории и практики деэмульгирования показало, что законы действия деэмульгаторов гораздо сложнее, чем представлялись вначале, и их нельзя объяснить только уменьшением свободной энергии на межфазной поверхности.

В принципе любое органическое вещество, обладающее моющими свойствами, может с той или иной эффективностью использоваться в качестве деэмульгатора.

Первыми промышленными деэмульгаторами были смеси жирных кислот с неорганическими солями. Их сменили смеси нефтяных сульфокислот и их аммониевых солей. Позднее в деэмульгирующие смеси стали добавлять другие вещества: касторовое масло, глицерин, высокомолекулярные жирные кислоты и т. п. Такие добавки позволили создать вещества, обладающие гораздо большей эффективностью деэмульгирования, чем используемые ранее в практике анионоактивные сульфонаты и масла. Эти новые неионогенные деэмульгаторы не взаимодействовали с растворенными в эмульгированной воде солями металлов, что являлось одним из факторов повышения эффективности их использования. При половинной дозировке, по сравнению с анионоактивными деэмульгаторами, новые реагенты легко разрушали эмульсии, считавшиеся трудными для прежних деэмульгаторов.

Еще более эффективные неионогенные деэмульгаторы удалось синтезировать на основе продуктов реакции окиси этилена со спиртами, жирными кислотами и алкилфенолами. Дальнейшие исследования показали, что если окись этилена заменить окисью пропилена, то можно существенно повысить нефтерастворимость деэмульгатора, не нарушая его гидрофильных свойств. Было также обнаружено, что сочетание окисей этилена и пропилена позволяет получить продукт, который по деэмульгирующим свойствам значительно превосходит оксиэтилированные и оксипропилированные многоатомные спирты.

Большая часть деэмульгаторов, вырабатываемых в настоящее время, представляет собой высокомолекулярные соединения, образованные из полимерных цепей окисей этилена и пропилена, алкилфенолов, аминосоединений и каучукоподобных материалов, которые содержат гидроксильные акцепторные группы. Каждый из этих полимеров синтезируют так, чтобы в него входили группы, обладающие гидрофильными свойствами.

Из изложенного следует, что для снижения расхода деэмульгатора он должен слабо растворяться в сплошной и в дисперсной фазе и обладать высокими поверхностно-активными свойствами. В зависимости от того, в какой фазе его растворимость выше, различают водорастворимые и нефтерастворимые деэмульгаторы. Однако такое разделение достаточно условно и истинной растворимости деэмульгатора не отражает.

При подборе наиболее эффективного деэмульгатора для конкретной эмульсии можно найти корреляционную связь между растворимостью деэмульгатора в водной фазе и некоторыми свойствами эмульсии. Наиболее важным из них, по-видимому, является содержание неорганических солей в диспергированной воде. Второе свойство способность нефти растворять и диспергировать деэмульгирующее вещество. Подобная зависимость обусловлена наличием в воде растворенных неорганических солей, которые препятствуют растворению в ней деэмульгатора. Поэтому если эмульгированная вода слабо минерализована, то применяемый деэмульгатор может обладать слабой растворимостью в воде, и, наоборот, если эмульгированная вода содержит значительное количество солей,

то требуются деэмульгаторы, обладающие большой растворимостью в ней.

Существует бесконечное количество разновидностей эмульсий с различными растворяющими свойствами нефти и с различной минерализацией воды и соответствующих этим эмульсиям оптимально работающих деэмульгаторов. Отсюда следует, что невозможно создать один универсальный деэмульгатор, обладающий одинаковой эффективностью при работе с любыми эмульсиями.

Новые деэмульгирующие материалы являются не чистыми веществами, а смесью полимеров разной молекулярной массы с различными гидрофобными свойствами. Поэтому они обладают гораздо более широким диапазоном растворимости, чем каждый из исходных компонентов. Однако применение одного деэмульгатора даже с широким диапазоном растворимости приводит к резкому колебанию его расхода на различных нефтях. Другими словами, эффективность работы деэмульгатора существенно зависит от свойств обрабатываемой эмульсии.

Уменьшение расхода деэмульгатора достигается подбором оптимальной (для данной нефти) смеси из нескольких базовых деэмульгирующих материалов, которая обеспечивает необходимую растворимость в органической и водной фазах.

Известно, что при смешении двух ПАВ, одно из которых обладает слабым, а другое сильным гидрофильным свойством, получается продукт, превосходящий по гидрофильности среднее значение у исходных компонентов. Поэтому на основе двух веществ, смешиваемых в различных соотношениях, можно получить деэмульгаторы для разрушения эмульсий с широким диапазоном минерализации эмульгированной воды. Обычно эти два базовых деэмульгатора, сильно различающиеся по растворимости, образуют смесь, которая вскоре расслаивается. Для придания ей стойкости в нее добавляют одно или несколько веществ, обладающих промежуточными растворимостями. Такими «связывающими» компонентами являются неионогенные вещества со средней растворимостью или сульфонаты. Промышленный деэмульгатор обычно состоит из нескольких базовых компонентов, смешиваемых с растворителем для обеспечения жидкого состояния. Существует большое число высокоэффективных деэмульгаторов, разрушающих водонефтяные эмульсии при расходах от 3 - 5 до 20 -30 г/т, в зависимости от конкретных условий применения. Для снижения расхода деэмульгатора и для повышения эффективности его работы по каким-либо интегральным параметрам, таким, как остаточная вода, остаточные соли, скорость работы и др., требуется индивидуальный подбор деэмульгаторов для каждого типа нефтей и конкретных условий его применения.

На эффективность применения деэмульгатора для разрушения эмульсии нефти влияют:

- температура ведения процесса;

- интенсивность и длительность перемешивания эмульсии;

- время до разделения эмульсии;

- длительность действия и напряженность электрического поля (если оно есть в

процессе);

- длительность и интенсивность перемешивания с промывочной водой в процессе обессоливания нефти.

Основные показатели эффективности применения деэмульгатора при его подборе следующие:

- динамика и полнота отделения воды в процессе обезвоживания;

- содержание нефти в отделившейся воде;

- динамика и полнота процесса смешения пластовой и промывочной воды в процессе обессоливания.

Большая часть этих показателей является взаимозависимыми, но не взаимозаменяемыми. Это существенно затрудняет создание методики для выявления эффективного деэмульгатора и эффективного технологического режима его применения [3].