ВЛИЯНИЕ ИМПУЛЬСНОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ НА СВОЙСТВА ВОДОНЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ
|
АННОТАЦИЯ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6
1.1 Общая характеристика эмульсий 6
1.2 Водонефтяные эмульсии и их устойчивость 8
1.3 Стабилизаторы водонефтяных эмульсий 11
1.3.1 Кислородсодержащие соединения в нефти 15
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 19
2.1 Объекты исследования и реагенты 19
2.2 Методы исследования 19
2.2.1 Методика приготовления эмульсии 19
2.2.2 Методика проведения ультразвуковой обработки 19
2.2.3 Методика выделения межфазного слоя 20
2.2.4 Методика определения вещественного состава нефти 21
2.2.5 Методика дисперсионного анализа водонефтяных эмульсий 23
2.2.6 Определение реологических свойств водонефтяной эмульсии 23
2.2.7 Определение структурно-группового состава нефти с методом инфракрасной (ИК)
спектроскопии 24
2.2.8 Исследование структурного состава компонентов нефти и межфазного слоя методом
ЯМР-спектроскопии 25
2.2.9 Определение кислотного числа (КЧ) в нефти потенциометрическим титрованием ... 27
2.2.10 Определение элементного состава 28
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 29
3.1 Микроструктура эмульсий 29
3.2 Реологические свойства нефти и ВНЭ 32
3.3 Результаты вещественного анализа 37
3.4 Определение кислотного числа потенциометрическим титрованием 38
3.5 Структурно-групповой состав нефти и ее компонентов 39
3.5.1 Элементный состав 39
3.5.2 ИК спектроскопия 40
3.5.3 ЯМР-спектроскопия 44
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ИСТОЧНИКОВ 47
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6
1.1 Общая характеристика эмульсий 6
1.2 Водонефтяные эмульсии и их устойчивость 8
1.3 Стабилизаторы водонефтяных эмульсий 11
1.3.1 Кислородсодержащие соединения в нефти 15
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 19
2.1 Объекты исследования и реагенты 19
2.2 Методы исследования 19
2.2.1 Методика приготовления эмульсии 19
2.2.2 Методика проведения ультразвуковой обработки 19
2.2.3 Методика выделения межфазного слоя 20
2.2.4 Методика определения вещественного состава нефти 21
2.2.5 Методика дисперсионного анализа водонефтяных эмульсий 23
2.2.6 Определение реологических свойств водонефтяной эмульсии 23
2.2.7 Определение структурно-группового состава нефти с методом инфракрасной (ИК)
спектроскопии 24
2.2.8 Исследование структурного состава компонентов нефти и межфазного слоя методом
ЯМР-спектроскопии 25
2.2.9 Определение кислотного числа (КЧ) в нефти потенциометрическим титрованием ... 27
2.2.10 Определение элементного состава 28
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 29
3.1 Микроструктура эмульсий 29
3.2 Реологические свойства нефти и ВНЭ 32
3.3 Результаты вещественного анализа 37
3.4 Определение кислотного числа потенциометрическим титрованием 38
3.5 Структурно-групповой состав нефти и ее компонентов 39
3.5.1 Элементный состав 39
3.5.2 ИК спектроскопия 40
3.5.3 ЯМР-спектроскопия 44
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ИСТОЧНИКОВ 47
ПРИЛОЖЕНИЕ
Заводнение нефтяных пластов является одним из самых экономичных и эффективных методов добычи нефти. Данных метод обеспечивает высокий коэффициент отбора сырья благодаря поддержанию стабильного высокого давления за счет физического проникновения воды в нефтяные пласты.
Однако у данной методики есть существенный недостаток - образование устойчивых водонефтяных эмульсий (ВНЭ). Содержание воды приводит к снижению надежности трубопроводного транспорта, по которому нефть доставляется к месту дальнейшей переработки. Значительно возрастает вероятность прорыва труб из -за интенсивного коррозийного износа. Также содержание воды в нефти увеличивает ее вязкость, что уменьшает скорость потока при транспорте. Все выше перечисленные проблемы оказывают существенное влияние на эффективность транспорта нефти и на экономическую составляющую.
Нахождение оптимальных способов расслоения нефтяных эмульсий является одной из важных задач, решение которой поможет существенно уменьшить производственные затраты на транспортировку и переработку нефти. Традиционные методы - термическое и термохимическое гравитационное отстаивание - чаще всего не позволяют удалить воду до необходимого содержания.
Довольно популярным методом является использование деэмульгаторов. Однако данный метод не универсален. Состав деэмульгаторов должен варьироваться в зависимости от состава добываемой нефти, соответственно разработка новых реагентов для каждой нефти требует много времени. К тому же действие деэмульгаторов может в различной степени менять состав нефти, что сопряжено с повышением экологической опасности.
Поэтому актуальной задачей является поиск оптимальных методов обезвоживания нефтей, которые могут применяться, как самостоятельно, так и в комплексе с традиционными. Применение акустических методов воздействия, в частности, обработка эмульсий полем ультразвукового диапазона, может быть, как экономически выгодна, так и экологически безопасна.
Цель данной работы: Исследование влияния режима ультразвуковой обработки (УЗО) на свойства обратной водонефтяной эмульсии.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучить влияние режима ультразвуковой обработки на микроструктуру и вязкость эмульсии
2. Провести дисперсионный анализ микроструктуры эмульсий с использованием данных оптической микроскопии
3. Исследовать влияние импульсного воздействия на структурно-механические параметры (вязкость, напряжение сдвига, удельная энергия разрушения системы) водонефтяной эмульсии
4. Выделить компоненты нефти и исследовать их с использованием инструментальных методов.
Научная новизна: получение новых данных о влиянии ультразвуковой обработки на свойства эмульсии исследуемой нефти, а также о влиянии содержания кислородсодержащих веществ на устойчивость эмульсии.
Практическая значимость: полученные данные могут быть применены для создания методических рекомендаций о возможности применения ультразвуковой обработки для разрушения эмульсий, образованных нефтями определенного
Однако у данной методики есть существенный недостаток - образование устойчивых водонефтяных эмульсий (ВНЭ). Содержание воды приводит к снижению надежности трубопроводного транспорта, по которому нефть доставляется к месту дальнейшей переработки. Значительно возрастает вероятность прорыва труб из -за интенсивного коррозийного износа. Также содержание воды в нефти увеличивает ее вязкость, что уменьшает скорость потока при транспорте. Все выше перечисленные проблемы оказывают существенное влияние на эффективность транспорта нефти и на экономическую составляющую.
Нахождение оптимальных способов расслоения нефтяных эмульсий является одной из важных задач, решение которой поможет существенно уменьшить производственные затраты на транспортировку и переработку нефти. Традиционные методы - термическое и термохимическое гравитационное отстаивание - чаще всего не позволяют удалить воду до необходимого содержания.
Довольно популярным методом является использование деэмульгаторов. Однако данный метод не универсален. Состав деэмульгаторов должен варьироваться в зависимости от состава добываемой нефти, соответственно разработка новых реагентов для каждой нефти требует много времени. К тому же действие деэмульгаторов может в различной степени менять состав нефти, что сопряжено с повышением экологической опасности.
Поэтому актуальной задачей является поиск оптимальных методов обезвоживания нефтей, которые могут применяться, как самостоятельно, так и в комплексе с традиционными. Применение акустических методов воздействия, в частности, обработка эмульсий полем ультразвукового диапазона, может быть, как экономически выгодна, так и экологически безопасна.
Цель данной работы: Исследование влияния режима ультразвуковой обработки (УЗО) на свойства обратной водонефтяной эмульсии.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучить влияние режима ультразвуковой обработки на микроструктуру и вязкость эмульсии
2. Провести дисперсионный анализ микроструктуры эмульсий с использованием данных оптической микроскопии
3. Исследовать влияние импульсного воздействия на структурно-механические параметры (вязкость, напряжение сдвига, удельная энергия разрушения системы) водонефтяной эмульсии
4. Выделить компоненты нефти и исследовать их с использованием инструментальных методов.
Научная новизна: получение новых данных о влиянии ультразвуковой обработки на свойства эмульсии исследуемой нефти, а также о влиянии содержания кислородсодержащих веществ на устойчивость эмульсии.
Практическая значимость: полученные данные могут быть применены для создания методических рекомендаций о возможности применения ультразвуковой обработки для разрушения эмульсий, образованных нефтями определенного
Около 70% нефтедобывающих скважин работают на режиме заводнения, что влечет за собой образование устойчивых водонефтяных эмульсий. Наличие в нефти пластовой воды значительно затрудняет ее дальнейшую транспортировку и переработку, поэтому разработка технологии разрушения эмульсии, является актуальной задачей.
Исследуется влияние ультразвуковой обработки на свойства ВНЭ. Чаще всего обработка ультразвуком используется для образования эмульсии. Однако возможно решение обратной задачи при подборе условий обработки.
Целью данной работы являлось исследование влияние импульсного режима ультразвуковой обработки (УЗО) на свойства водонефтяной эмульсии.
Объектом исследования является 30 % ВНЭ приготовленная из высокосмолистой нефти Восточно-Каменного месторождения.
Полученная эмульсия была подвергнута ультразвуковому воздействию при различных интенсивностях и импульсных режимах. Исследована микроструктура эмульсий методом оптической микроскопии и проведен дисперсионный анализ исследуемой эмульсии. Микроскопический анализ исходной эмульсии показал преобладание водных капель размером 1-12 мкм, а средний диаметр — 7,8 мкм.
Применение УЗО с интенсивностью 18 Вт/см2 выявило, что обработка в режиме 5(1^1) приводит к некоторому увеличению среднего размера капель и к сдвигу максимума распределения в область более крупных частиц, а увеличение количества циклов привело к существенному диспергированию частиц дисперсной фазы и максимум распределения в область более мелких частиц.
УЗО интенсивностью 6 Вт/см2 при режимах вызывает увеличение среднего размера частиц эмульсии. Как и при 18 Вт/см2 максимум распределения при режиме 10(1x1) сместился в область более мелких частиц.
После УЗО в режиме 5(1x1) и отстаивания в течение часа при 20 °С наблюдалось образование крупных агломератов множественной эмульсии, однако выделения свободной воды не наблюдали. И даже термостатирование этой эмульсии при 50 °С не привело к расслоению.
Проведены реологические исследования исходной и обработанной эмульсии. ВНЭ, как и нефть проявляет свойства неньютоновского течения, что выражается в зависимости вязкости и напряжения сдвига от скорости сдвига. Результаты показывают, что обработка в представленных импульсных режимах, хотя и приводит к увеличению вязкости, но не столь значительным, как после непрерывной обработки.
Исходная эмульсия характеризуется отрицательным значением внутренней энергии (-0,45 кДж/м3). Отрицательные значения AW могут быть связаны с наложением процессов агрегирования и диспергирования в ходе реологических измерений.
После обработки эмульсии интенсивностью поля 6 Вт/см2 наблюдается резкое увеличение внутренней энергии (+1,2 кДж/м3) при непрерывной обработке в течение 5 минут, что связано с образованием устойчивой гелеобразной структуры, с высокой степенью дисперсности.
Исследования, проведенные в лаборатории реологии нефти, показали, что эмульсия нефти, которая схожа по составу расслаивается после УЗО. Поэтому был проведен более глубокий анализ состава нефтей с использованием метода ИК-спектроскопии и потенциометрического титрования.
По данным ИК спектроскопии исследуемая нами нефть содержит значительно больше кислородсодержащих структурных фрагментов.
Количество кислородсодержащих групп определили методом
потенциометрического титрования. Выявлено что содержание кислотных групп в исследуемой нефти существенно больше чем в сравниваемой нефти.
Полученные данные позволяют предположить, что высокая устойчивость эмульсии исследуемой нефти Восточно-Каменного происхождения обусловлена значительным содержанием кислородсодержащих соединений в ее составе. Эти компоненты, вероятно, усиливают стабилизацию межфазных границ, препятствуя расслоению даже при внешних воздействиях.
Исследуется влияние ультразвуковой обработки на свойства ВНЭ. Чаще всего обработка ультразвуком используется для образования эмульсии. Однако возможно решение обратной задачи при подборе условий обработки.
Целью данной работы являлось исследование влияние импульсного режима ультразвуковой обработки (УЗО) на свойства водонефтяной эмульсии.
Объектом исследования является 30 % ВНЭ приготовленная из высокосмолистой нефти Восточно-Каменного месторождения.
Полученная эмульсия была подвергнута ультразвуковому воздействию при различных интенсивностях и импульсных режимах. Исследована микроструктура эмульсий методом оптической микроскопии и проведен дисперсионный анализ исследуемой эмульсии. Микроскопический анализ исходной эмульсии показал преобладание водных капель размером 1-12 мкм, а средний диаметр — 7,8 мкм.
Применение УЗО с интенсивностью 18 Вт/см2 выявило, что обработка в режиме 5(1^1) приводит к некоторому увеличению среднего размера капель и к сдвигу максимума распределения в область более крупных частиц, а увеличение количества циклов привело к существенному диспергированию частиц дисперсной фазы и максимум распределения в область более мелких частиц.
УЗО интенсивностью 6 Вт/см2 при режимах вызывает увеличение среднего размера частиц эмульсии. Как и при 18 Вт/см2 максимум распределения при режиме 10(1x1) сместился в область более мелких частиц.
После УЗО в режиме 5(1x1) и отстаивания в течение часа при 20 °С наблюдалось образование крупных агломератов множественной эмульсии, однако выделения свободной воды не наблюдали. И даже термостатирование этой эмульсии при 50 °С не привело к расслоению.
Проведены реологические исследования исходной и обработанной эмульсии. ВНЭ, как и нефть проявляет свойства неньютоновского течения, что выражается в зависимости вязкости и напряжения сдвига от скорости сдвига. Результаты показывают, что обработка в представленных импульсных режимах, хотя и приводит к увеличению вязкости, но не столь значительным, как после непрерывной обработки.
Исходная эмульсия характеризуется отрицательным значением внутренней энергии (-0,45 кДж/м3). Отрицательные значения AW могут быть связаны с наложением процессов агрегирования и диспергирования в ходе реологических измерений.
После обработки эмульсии интенсивностью поля 6 Вт/см2 наблюдается резкое увеличение внутренней энергии (+1,2 кДж/м3) при непрерывной обработке в течение 5 минут, что связано с образованием устойчивой гелеобразной структуры, с высокой степенью дисперсности.
Исследования, проведенные в лаборатории реологии нефти, показали, что эмульсия нефти, которая схожа по составу расслаивается после УЗО. Поэтому был проведен более глубокий анализ состава нефтей с использованием метода ИК-спектроскопии и потенциометрического титрования.
По данным ИК спектроскопии исследуемая нами нефть содержит значительно больше кислородсодержащих структурных фрагментов.
Количество кислородсодержащих групп определили методом
потенциометрического титрования. Выявлено что содержание кислотных групп в исследуемой нефти существенно больше чем в сравниваемой нефти.
Полученные данные позволяют предположить, что высокая устойчивость эмульсии исследуемой нефти Восточно-Каменного происхождения обусловлена значительным содержанием кислородсодержащих соединений в ее составе. Эти компоненты, вероятно, усиливают стабилизацию межфазных границ, препятствуя расслоению даже при внешних воздействиях.
