Мұнай эмульсияларының беріктігі

(тұрақтылығы) және олардың “ескіруі”

Мұнай эмульсиясының ең маңызды көрсеткішінің бірі олардың беріктігі, яғни ұзақ уақытқа дейін бұзылмай сақталу қабілетін (мұнайға және суға бөлінбеуін) айтады.

Мұнай эмульсиясының беріктігіне келесі факторлар үлкен әсер етеді:

- жүйенің дисперстігі;

- адсорбциялы қорғау қабықшасында фазалардың бөлінген бетінде түзілген эмульгаторлардың физика-химиялық қасиеті;

- дисперсті фазалар тамшыларында қос электр зарядының болуы;

- эмульсияның температурасы;

- қабат суының рН (сутегі иондарының концентрациялық көрсеткіші)

Жоғарыда айтып өткеніміздей эмульсия тамшыларының өлшемі (размері) 0,1-ден 100 мкм аралығына дейін өзгереді; оларды былай бөлуге болады:

ұсақдисперсті - тамшы өлшемі 0,2-20 мкм дейін,

ортадисперсті (20-дан 50 мкм дейін),

ірідисперсті (50-ден 100 мкм дейін).

Мұнай эмульсиясы полидисперсті болып табылады, яғни құрамында тамшылардың барлық өлшемдері бар. Эмульсияның дисперстігі неғұрлым жоғары болса, яғни тамшылар кіші болса, соғұрлым эмульсия берік болады. Бірақта S бөлігінің беті ұлғайған кезде, жүйе еркін беттік энергияның үлкен қорына ие болады, ол келесі формуламен анықталады:

F=sS, (3.5)

(мұнда s- бірлік беттегі еркін энергия), жүйе термодинамикалық тұрғыдан берік болмайды және S -ауданын азайту жолымен, немесе s -беттік керілісті азайту есебінен берік (тұрақты) күйге ауысуға ұмтылады.

Осы соңғы фактор мұнай эмульсиясын бұзу кезінде кең қолданылады.

Жүйенің беріктігіне эмульгаторлар үлкен әсер етеді, олар тамшы беттерінде адсорбциялық қорғаныс қабығын (бронын) түзе отырып тамшылардың қосылуына кедергі келтіреді. Асфальтендер, нафтендер, шайырлар, парафиндер, металдар (ванадий, никель, мырыш, темір); сондай-ақ мұнай мен қабат суларында болатын жұқадисперсті саздар, құмдар және басқа да тау жыныстары адсорбциялық қабаттың түзілуіне қатысады.

3.4 Сурет. Мұнай эмульсиясының тамшыларында (глобулында) қорғаныс қабығының түзілу сұлбасы. а- су тамшысының бетіндегі қорғаныс қабығы (яғни, броны): 1-брон қалыңдығы; 2 және 3 - эмульгаторлар; 4- су тамшылары; 5- мұнай. б- су тамшыларының бетіндегі қос электрлі қабаттың сұлбасы: 1-теріс заряд; 2-оң заряд; 3- мұнай; 4- су тамшысы.

Тамшы бетінде қос электрлі қабат түзіледі, ол адсорбциялы қабықшаға ұқсас ұсақ тамшылардың қосылуынан сақтайды.

3.4. б-суретінде қос электрлі қабаттың схемасы көрсетілген. Беттерінде бірдей зарядтары бар бөлшектер бір-бірін тебеді.

Температура эмульсияның беріктігіне келесі түрдегідей әсер етеді: температура көтерілген кезде эмульсияның беріктігі төмендейді, өйткені адсорбциялық қабықтың (әсіресе парафиндерден тұратын) механикалық беріктігі азаяды. Осының нәтижесінде тамшылар бірігіп, эмульсиялар бұзылады. Температура төмендеген кезде осындай эмульсиялардың адсорбциялық қабығының беріктігі артып және олар неғұрлым тұрақты болады.

Сутегі факторының рН әсері беттік қабаттың серпімділік қасиетіне әсер етеді. Эмульсиядағы рН-тың ұлғаюы, бұл сілтінің мұнай-су шекарасындағы беттік қабаттың реологиялық қасиетін төмендетіп, бронның механикалық беріктігінің азаюына әкеледі, осының әсерінен эмульсиялар бұзылады.

Су-мұнай бетінде эмульгаторлардың адсорбциялануы және бронның қалыңдауы уақыт өте жүреді, сондықтан мұнайдағы су (М/С-В/Н) түріндегі эмульсия уақыт өте неғұрлым тұрақты болады, яғни оның “ескіруі” жүреді.

Мұнай эмульсиясының ескіруі бастапқы кезеңде қарқынды жүреді, одан соң бұл үрдіс баяулайды және шамамен тәуліктен соң аяқталады. Жаңа эмульсиялар ескірген эмульсияларға қарағанда неғұрлым жеңіл бұзылады.

Бақылау сұрақтары:

1. Мұнай эмульсиясы дегеніміз не?

2. Мұнай эмульсиясының түзілуіне және беріктігіне қандай факторлар әсер етеді?

3. Мұнай эмульсиясының тұтқырлығы неге байланысты болады?

4. Мұнай эмульсиясының қандай түрін тура және қандайын кері деп атайды?

5. Эмульсияның инверсия нүктесі деп нені айтамыз?

6. Қандай заттар табиғи эмульгаторлар болып табылады?

7. Мұнай эмульсиясының“ескіруі” дегеніміз не және ол қандай факторларға байланысты болады?

Есеп 3.1

Өндіру процесі кезінде тығыздығы 1086 кг/м³ қабат суы мен тығыздығы 840 кг/м³ мұнай араласып эмульсия түзіледі. Эмульсия тығыздығын есептеу керек, егер, оның құрамында 45% таза су болса, ал минерализациясы NaCl немесе CaCl₂тұздарынан тұрса.

Берілгені: ρ_су = 1086 кг/м³; ρ_м = 840 кг/м³;

g_о = 45%;

Анықтау керек: ρ_э =?;

Шешімі

Эмульсия тығыздығын келесі формула бойынша анықтаймыз:

Қабат суының тығыздығын ескере отырып, 3.1-кестеден сәйкесті еріген тұздардың құрамын анықтап аламыз Х, %: ρ_су = 1086 кг/м³ кезінде Х = 12% тең.

Судың құрамын және эмульсиядағы еріген тұздардың үлесін былай анықтаймыз:

Эмульсияның тығыздығы:

3.1-кесте. Органикалық емес тұздар ерітіндісінің тығыздықтары

NaCl (20*)	CaCl₂ (20*)
Х, %	ρ_су, кг/м3	Х, %	ρ_су, кг/м3
	1005,3		1007,0
	1012,5		1014,8
	1026,8		1031,6
	1041,3		1048,6
	1055,9		1065,9
	1070,7		1083,5
	1085,7		1101,5
	1100,9		1119,8
	1116,2		1138,6
	1131,9		1157,8
	1147,8		1177,5
	1164,0		1228,4
	1180,4		1260,3
	1197,2		1281,6
-	-		1337,3
-	-		1395,7

Есеп 3.2

Айырудың бірінші сатысынан соң жинау коллекторының бойымен сығымды сораптармен шығымы Q_j м³/тәу – тең суланған ұңғы өнімі айдалады

Жинау коллекторы жағдайындағы әрбір j -ші ұңғының өнімінің массалық сулануы W_j- тең. Сығымды сорап стансасынан кейінгі мұнай ρ_м мен судың ρ_су тығыздықтарының мәні белгілі.

Анықтау керек:

· барлық ұңғы өнімінің қоспасындағы судың массалық үлесін (массалық сулануды);

· жинау коллекторындағы эмульсия тығыздығын (барлық ұңғы эмульсиясының қоспасындағы тығыздықты).

Берілгені:

Q₁ = 65 м³/тәу W₁ = 0.2

Q₂ = 68 м³/ тәу W₂ = 0.25

Q₃ = 64 м³/ тәу W₃ = 0.3

Q₄ = 60 м³/ тәу W₄ = 0.15

Q₅ = 70 м³/ тәу W₅ = 0.1

Q₆ = 80 м³/ тәу W₆ = 0

Ρ_м = 860 кг/м³

Ρ_су =1040 кг/м³

Анықтау керек: W_қос =?, ρ_қос =?;

Шешімі:

1. Ұңғы өнімінің қоспасындағы массалық сулануды анықтаймыз:

Қоспадағы q_i –ші компаненттің массалық үлесі,– бұл i- ші компонент массасының компоненттер қоспасының- L жалпы массасына қатынасы:

1 ≤ i≤ L (3.1)

Жеке жағдайда, су-мұнай эмульсиясындағы судың массалық үлесі W – бұл, эмульсиядағы су массасының су-мұнай эмульсиясының массасына қатынасы:

W = m_су/m_э, (3.2)

мұнда, m_э —су-мұнай эмульсиясының массасы, кг.

m_э = m_су + m_м, (3.3)

мұнда, m_м — эмульсиядағы мұнайдың массасы, кг.

(3.1 және 3.2) теңдеулерін ескере отырып былай жазамыз:

(3.4)

(3.2) теңдеуінен ескеретініміз j- ші ұңғының өніміндегі судың массасы:

m_вj = W_j*m_эj. (3.5)

Сонда (3.4) теңдеу мына түрде болады:

(3.6)

Ұңғы шығымын ескере отырып, j- ші ұңғыдағы эмульсияның массасын келесі теңдеу арқылы есептеуге болады:

m_эj = Q_j* ρ_эj* t, (3.7)

мұнда, t — уақыт, с.

эмульсияның тығыздығын ескере отырып:

ρ_эj = m_эj/ (V_суj + V_мj) = m_эj/ (m_суj/ ρ_суj + m_мj/ ρ_j) =

1 / (W_j/ ρ_суj+ (1-W_j) / ρ_мj) (3.8)

(3.7) және (3.8) теңдеулерін (3.6) теңдеуіне қоя отырып және түрлендіріп келесі теңдеуді аламыз:

(3.9)

Тапсырма шартынан сандық мәндерін қоя отырып, мынаны аламыз: W_қос(см) = 0,0645 / 0,3996 = 0,16

2. Жинау коллекторындағы эмульсияның тығыздығын анықтау:

Қоспа тығыздығын анықтаймыз, яғни осы қоспаның берілген массасының оның көлеміне қатынасы:

. (3.10)

Осы анықтама мен есептің берілген шарты бойынша теңдеуді былай жазамыз:

. (3.11)

Ұңғы шығымын ескере отырып, j- ші ұңғыдағы эмульсияның көлемін келесі теңдеу арқылы есептеуге болады:

V_эj = Q_j * t (3.12)

(3.7) және (3.12) теңдеулерді (3.11) теңдеуге қоя отырып, мынаны аламыз:

(3.13)

Эмульсия тығыздығы үшін (3.8) теңдеуін ескере отырып

Тапсырма шартынан сандық мәндерін қоя отырып, мынаны аламыз:

ρ_қос(_см) = 357422.5 / 404 = 884.7 кг/м³

Өзіндік жұмысқа тапсырма

Есептің шарты бойынша жинау коллекторы бойындағы эмульсияның тығыздығын және сулану көрсеткішін есептеу керек. Берілген мәліметтер 3.2 –кестесінде келтірілген.

3.2-кесте.

Параметрі Варианттары

Қабат суының тығыздығы, кг/м³ 1005,3 1101,5 1041,3 1177,5 1100,9 1031,6 1180,4 1228.4 1085,7 1014,8

Мұнай тығыздығы, кг/м³

Таза судың үлесі, %

Минерализациясы NaCl CaCl₂ NaCl CaCl₂ NaCl CaCl₂ NaCl CaCl₂ NaCl CaCl₂

Ұңғы шығымы, м³/тәу Q₁ Q₂ Q₃ Q₄ Q₅

3.2-кестенің жалғасы

Өнімнің сулану көрсеткіші, % W₁ W₂ W₃ W₄ W₅ 0,48 0,39 0,27 0,30 0,12 0,90 0,70 0,30 0,20 0,60 0,20 0,28 0,32 0,35 0,70 0,32 0,24 0,29 0,40 0,80 0,90 0,20 0,40 0,30 0,10 0,20 0,37 0,15 0,80 0,70 0,30 0,40 0,50 0,45 0,80 0,24 0,18 0,35 0,47 0,12 0,88 0,76 0,72 0,30 0,90 0,80 0,60 0,40 0,50 0,70

Мұнай тығыздығы, кг/м³

Қабат суының тығыздығы, кг/м³

Бақылау сұрақтары:

1. Мұнай эмульсиясының беріктігіне қандай факторлар әсер етеді?

2. Қандай заттар табиғи эмульгаторлар болып табылады?

3. Мұнай эмульсиясының “ескіруі” дегеніміз не және ол қандай факторларға байланысты болады?

4. Мұнай эмульсиясының тығыздығын қалай анықтайды?

5. Эмульсияның дисперстігі дегеніміз не, ол қандай шамалармен сипатталады.

4 Мұнайдан газды бөлудің технологиялық есебі

4.1 Мұнайгаз айырғыштарының мiндетi және олардың жіктелуі

Мұнайгаз айырғыштары - ұңғы өнiмдерін сұйықты және газды фазаларға бөлуге арналған және келесi қызметтердi атқарады:

● бағалы химиялық шикiзат және отын ретiнде қолдану мақсатында, ұңғы оқпаны бойында, сұйықты шығару желiсiнде және және жинау коллекторлары бойымен мұнай қозғалған кезде, одан бөлінген мұнай газын алу үшін;

● мұнайгазсу ағынының араласуын азайту және құбырлар желiсiндегi гидравликалық кедергiнi азайту үшін;

● пайда болған көбіктерді мұнайдан бөлу және ыдырату үшін;

● тұрақсыз эмульсияларды немесе құбырлар желiсiнде бұзылған эмульсияларды өндiру кезінде мұнайдан суды алдын-ала бөлу үшін;

● айырғыштардың бiрiншi сатысынан мұнайды дайындау қондырғысына дейiн мұнайды тасымалдау барысында пульсацияны азайту үшін.

Қолданыстағы барлық мұнайгаз айырғыштарын келесi белгiлерi бойынша былай жiктеуге болады:

1) міндетiне байланысты – өлшеушi-айырушы және айырушы;

2) геометриялық пiшiнiне және кеңiстiкте орналасуы бойынша – цилиндiрлiк, сфералық, тiк, көлденең және көлбеу;

3) негiзгi күштердiң байқалу сипатына байланысты – гравитациялық, инерциялық және ортадан тепкiш;

4) жұмыстық қысымына байланысты – жоғары қысымды (6,4 МПа),орташа қысымды (2,5 МПа) және төмен қысымды (0,6 МПа);

5) айыру сатыларының санына байланысты – бiрiншi, екiншi және т.б. айыру сатылары;

6) технологиялық мiндетiне байланысты – екi фазалы және үш фазалы;

7) мұнайгаз ағынын енгiзу құрылғысының конструкциясы бойынша – радиалды және тангенциалды енгiзу;

8) конструктивтi жасалуына байланысты – бiр сыйымдылықты және екi сыйымдылықты.

Тiк айырғыштарды негiзiнен шығымы аз ұңғылары бар мұнай кен орындарын тұрғызу кезiнде, және ұңғы өнiмiнің құрамында едәуір мөлшерде парафин мен құм болған кезде, сондай-ақ теңiз кен орындарында қолданады.

Көлденең айырғыштар бірдей геометриялық өлшемдегі тiк айырғыштармен салыстырғанда жоғары өткiзгiштiк қабiлетке ие, бұл айыру сапасын жақсартуға мүмкіндік береді және оларға қызмет көрсету де жеңіл, сондықтан көлденең айырғыштар тiк айырғыштарға қарағанда кең таралған.

Бiр сыйымдылықты көлденең айырғыштарды ыстық және вакуумдық айыруды есептегенде, барлық айыру сатыларында қолданады.

Екi сыйымдылықты көлденең айырғыштарды негiзiнен “Спутник” түріндегі блокты автоматтандырылған қондырғыларды жабдықтау үшiн қолданады.