Разрушение нефтяных эмульсий (деэмульсация).

1. Внутритрубная деэмульсация.

Применение внутритрубной деэмульсации было вызвано стрем-, лением увеличить производительность существующих установок подготовки нефти и улучшить качество ее подготовки, а также по­высить пропускную способность системы промыслового сбора.

Сущность внутритрубной деэмульсации как процесса разру­шения нефтяной эмульсии в самом трубопроводе, базируется на следующем положении. В поток нефтяной эмульсии вводят деэмульгатор, который, перемешиваясь при движении с эмульсией-, разрушает ее.

Эффективность внутритрубной.деэмульсии зависит от мно­гих факторов:

1) эффективность или поверхностная активность самого деэмульгатрра;

2) интенсивность и длительность переме-, шивания эмульсии с ПАВ;

3) количество "содержащейся воды в эмульсии и ее дисперсность (раздробленность);

4) температура транспортируемой по системе сбора эмульсии и темп ее падения;

5) физико-химические свойства транспортируемой нефти и воды и особенно вязкость сплошной фазы — дисперсионной среды.

2. Деэмульсация нефтяных эмульсий за счёт выделившегося из нефти газа (барботаж)

При движении эмульсии по нефтесборным. системам, а также в оборудовании установок подготовки нефти и воды происходит постепенное снижение давления, приводящее к непрерывному зарождению, коалесценции, а затем расширению пузырьков газа, выделяющихся из нефти.

Подъем дисперсной фазы (нефти) в дисперсионной среде (пластовой сточ­ной воде).

Механизм разрушения нефтяной эмульсии за счет выделяющегося из нефти газа (барботаж):

/ — водяная подушка;

2 — капля нефти;

3 — капельки воды;

4 — пузырьки газа;

5 — пленка нефти;

6 — пузырь rasa;

7 — «бронь» на капельках воды;

8 — слой нефти.

 

 / — момент выхода капли нефти из отверстия раздаточного коллектора;

// — коалесценция газовых пузырьков, увеличение их объема и соответственное увеличение капли нефти 2

III — образование за счет коалесцеиции пу­зыря 6 и вырождение капли нефти 2 в пленку нефти 5;

IV — вытеснение пузырем 6 капе­лек воды 3 за пределы нефтяной пленки 5;

V — момент внедрения газового пузыря 6 в слой нефти 8;

Зарождающиеся в капле нефти (дисперсионной —сплошной среде) пузырьки газа могут иметь различные расположение и форму, которые зависят в основ­ном от темпа падения давления и температуры в системе, количе­ства растворенного газа в нефти и степени ее перемешивания. При снижении давления расширяющиеся пузырьки газа 4 в капле нефти 2 начинают сближаться друг с другом и коалесцировать, постепенно увеличивая объем этой капли нефти.

Капельки воды, заключенные в капле нефти, в объеме прак­тически не изменяются, поскольку газа в них содержится ничтожно мало.

На рис. 77 условно показано пять положений (/, // и т. д.) поднимающейся через водяную «подушку» нефтяной капли. По­ложение / —это момент отрыва нефтяной капли от отверстия распределительного коллектора. В положении капли // показано расширение пузырьков газа 4 и за счет этого увеличение объема самой капли нефти 2. Положение /// —это полное слияние пузырьков газа 4 и образование единого пузыря 6. Как видно из схемы, в этом положении капля нефти превращается в пленку нефти 5, в которой находятся капельки воды 5, оттесняемые пу­зырем газа 6 все ближе к водяной «подушке». В положении IV показан момент полного вытеснения 'капель воды за пределы нефтяной пленки 5 и контакт «броней» 7 этих капельке ПАВ, находящимися в водяной подушке.

В результате контакта ПАВ с «броней» она разрушается, и капельки воды, соединяясь с основной массой воды, выпадают в дренаж.

Далее нефтяная пленка вместе с пузырем газа поднимается за счет сил гравитации вверх и входит в контакт с основной массой нефти 8.

В положении V показан момент вхождения пузыря 6 в слой нефти 8 и слияние нефтяной пленки 5 с основной, массой нефти.

3. Гравитационное разделение нефти и воды (холодный отстой)

Разрушенную нефтяную эмульсию при подаче в нее эффектив­ного деэмульгатора в затрубное пространство скважин или в на­чало сборного коллектора обычно направляют на территории ДНС или УПН в сепараторы, в которых происходит одновремен­ное разделение нефти, газа и воды.

Если разрушение нефтяной эмульсии при внутритрубной деэмульсации проходит достаточно эффективно, о чем можно судить по продолжительности отстоя (седиментации) и количе­ству оставшейся воды и солей в нефти, то применять какие-либо другие методы, способствующие более глубокому обезвоживанию и обессоливанию данной нефти, как правило, бывает экономиче­ски невыгодным.

Такая нефть обычно после сепараторов направляется, в сырье­вые резервуары, где она отстаивается без подогрева, а затем сдается товарно-транспортным управлениям для перекачки ее нефтеперерабатывающим заводам.

На нефтеперерабатывающем заводе поступившую с промыслов нефть дополнительно подвергают обработке на электродегидраторах в одну или две ступени; и доводят содержание солей в нефти до 5 — 10 мг/л.или менее.

Как при холодном гравитационном разделении эмульсии, так и при любых других методах основными показателями, характе­ризующими эффективность процесса, являются время отстоя эмульсии, температура этой эмульсии, количество подаваемого деэмульгатора и остаточное содержание воды и солей в нефти после отстоя. Если указанные величины малы время отстоя т = = 2,5 — 4 ч, температура отстоя t = 30 — 40° С, расход деэмуль­гатора <7 = 20— 30 г/т, обводненность нефти £=0,2—1,0%, количество солей х = 50 — 1000 мг/л, то холодный отстой нефти,_; считается эффективным. В случае, если какой-либо из перечис­ленных параметров значительно превышает указанные средние нормы, то решается вопрос о выборе более эффективного метода подготовки нефти, чем холодный отстой и внутритрубная деэмульсация. К таким методам подготовки относят термохимиче­скую деэмульсацию или дополняют ее обработкой нефти в элек­трическом поле.

4. Разрушение нефтяных эмульсий в центрифугах.

Метод разрушения нефтяных эмульсий в центрифугах как пря­мого, так и обратного типа пока не нашел широкого промыш­ленного применения, однако он является эффективным.

5. Фильтрация эмульсии через твёрдые гидрофильные поверхности.

Нестойкие и средней стойкости нефтяные эмульсии (В/М) успешно разрушаются при прохождении через фильтрирующий слой, которым может служить гравий, битое стекло, полимерные шарики, древесные и металлические стружки.

Деэмульсация нефтей при помощи твердых поверхностей осно­вана на явлении селективного смачивания, сущность которого та же, что и явлений, сопровождающих адсорбцию. Если взаимодей­ствие молекул жидкости с молекулами твердого вещества силь­нее, чем между собою, то жидкость растекается по поверхности, т.е. смачивает ее. Растекание происходит до тех пор, пока жидкость не покроет всю поверхность твердого тела. Такой слу­чай называется полным смачиванием (рис. а).

Если молекулы жидкости взаимодействуют между собой зна­чительно сильнее, чем с молекулами твердого вещества, то расте­кания в этом случае не только не произойдет, а наоборот, жидкость соберется на поверхности в каплю почти сферической формы (рис. 6). Между этими крайними случаями возможны пере­ходные случаи неполного смачивания, когда капля образует с по­верхностью твердого тела определенный равновесный угол, назы­ваемый краевым углом или углом смачивания (рис. в).

Различные случаи смачивания жидкостью твердой поверхности (а —θ<90°; б — θ > 90°; в — θ =90°) и зависимость между краевым углом (θ) и поверхностными натяжениями σ₁_₂; σ ₂_₃ и a σ_1-3 (Г):

1 — жидкость;

2 — воздух;

3— твердая поверхность