Вода смешанная с нефтью

Понятия о нефтяных эмульсиях

На разных стадиях разработки нефтяных месторождений содержание воды в нефти может быть различным: в начальной стадии может добываться практически безводная нефть, затем количество воды в добываемой нефти постепенно увеличивается и на конеч­ных стадиях разработки месторождения может достигать 90% и более.
Вода в нефти появляется вследствие поступления к забою скважины подстилающей воды или воды, закачиваемой в пласт с целью поддержания давления. При движении нефти, и пластовой воды по стволу скважины и нефтесборным трубопроводам происходит их взаимное перемешивание, а в результате перемешивания — дробление. Процесс дробления одной жидкости в другой называют диспергированием. В результате диспергирования одной жидкости в другой образуются эмульсии.
Под эмульсией понимают такую смесь двух взаимно не растворимых (или очень мало растворимых) жидкостей, одна из которых диспергирована в другой в виде мелких капелек (глобул).Диспергированную жидкость называют внутренней, или дисперсной фазой, а жидкость, в которой она находится, — дисперсионной, или внешней средой.
Нефтяные эмульсии бывают двух типов: вода в нефти (В/Н) и нефть в воде (Н/В). Почти все эмульсии, встречающиеся при добыче нефти, являются эмульсиями типа вода в нефти (В/Н). Содержание пластовой воды в таких эмульсиях колеблется в широких пределах: от десятых долей процента до 90% и более. Эмульсии типа нефть в воде (В/Н) (впластовой воде диспергированы капельки нефти), встречающиеся в нефтепромысловой практике значительно реже, обычно содержат менее 1% нефти (в среднем 1000мг/л).
Для образования эмульсии недостаточно только перемешивания двух несмешивающихся жидкостей. Если взять чистую воду и чистую нефть, то сколько бы мы их ни перемешивали, эмульсия не образуется. Чтобы она образовалась, необходимо наличие в нефти особых веществ — природных эмульгаторов. Такие природные эмульгаторы в том или ином количестве всегда содержатся в пластовой нефти. К нам относятся асфальтены, смолы, нефтерастворимые органические кислоты и другие мельчайшие механические примеси, как ил и глина. В процессе перемешивания нефти с пластовой водой и образования мелких капелек воды частицы эмульгирующего вещества на поверхности этих капелек (или, как обычно принято говорить, на поверхности раздела фаз) образуют пленку (оболочку), препятствующую слиянию капелек.На рис.1 схематически изображена такая пленка на поверхности глобулы воды. С явлением образования пленки на поверхности глобулы воды связывают процесс «старения» эмульсии. Под процессом старения понимают упрочнение пленки эмульгатора с течением времени. Процесс старения эмульсии может протекать быстро или медленно от нескольких часов до 3-4 дней. Обычно первоначально этот процесс идет очень интенсивно, но по мере насыщения поверхностного слоя глобул эмульгаторами замедляется или даже прекращается. По истечении определенного времени пленки вокруг глобул воды становятся очень прочными и трудно поддаются разрушению.
В зависимости от размера капелек воды и степени старения нефтяные эмульсии разделяются на три вида:

В легкорасслаивающихся эмульсиях обычно большинство глобул крупные — размером от 50 до 100 мкм, в то время как стойкие эмульсии содержат в основном мелкие глобулы размерами от 0,1 до 20 мкм. Эмульсии средней стойкости занимают промежуточное положение. Кроме отмеченных выше условий, на стойкость водонефтяных эмульсий влияют и некоторые другие факторы: температура, содержание парафина, условия образования эмульсии количество и состав эмульгированной воды и др.

Основными характеристиками нефтяных эмульсий являются: агрегативная устойчивость, вязкость, размер эмульгированных глобул водной фазы.

Устойчивость эмульсий – это способность в течение определенного времени не разрушаться и не разделяться на две несмешивающиеся фазы.

Вязкость эмульсий зависит от содержания воды и наибольшая вязкость эмульсий для сырой нефти любых сортов приблизительно равна вязкости сырой нефти, умноженной на коэффициент 1,3; 1,8; 2,7; 4,1 для эмульсий, содержащих соответственно 10, 20, 30, 40% воды.

С повышением температуры вязкость нефти уменьшается, что способствует снижению стойкости эмульсии. С понижением температуры из нефти выделяются кристаллики растворенного в ней парафина, который накапливается на оболочке глобулы и увеличивает ее прочность. Поэтому эмульсии нефти, содержащей парафин, в зимних условиях имеют большую устойчивость. Интенсивность перемешивания нефти с водой при добыче также влияет на стойкость эмульсии. При фонтанном способе добычинефти в результате постепенного выделения газа в подъемных трубах и соответственного увеличения скорости потока могут образоваться весьма стойкие эмульсии. Дополнительное перемешивание нефти происходит при резких поворотах потока в фонтанной арматуре и при прохождении через штуцеры. Степень диспергирования капель воды при прохождении через штуцер тем больше, чем больше перепад давления в штуцере. При газлифтном способе добычи нефти условия для образования эмульсий примерно те же, что и при фонтанной добыче.Образование эмульсий при газлифтном способе происходит в основном в месте ввода рабочего агента в насосно-компрессорные трубы. Эмульсии, образующиеся при газлифтном способе добычи нефти, также отличаются стойкостью.
При глубинно-насосной эксплуатации скважин эмульгирование нефти происходит в узлах клапана, в паре плунжер — цилиндр и в подъемных трубах при возвратно-поступательном движении насосных штанг. При использовании погружных электроцентробежных насосов перемешивание продукции скважины происходит в рабочих ко­лесах насоса, а также при турбулентном движении смеси в подъ­емных трубах.
Стойкость эмульсии при добыче нефти глубинными штанговыми насосами значительно ниже, чем при эксплуатации погружными электроцентробежными насосами, но она может повышаться в обоих случаях при малом к. п. д. оборудования. Особенно сильное влияние на стойкость эмульсии при насосной эксплуатации оказывают неисправности оборудования — пропуски в насосах через неплотности, изношенные участки. В случае пропуска жидкости в клапанных узлах за счет давления столба жидкости над клапаном истечение жидкости происходят с большой скоростью, что вызывает турбулизацию и эмульгирование нефти. Особенно сильное эмульгирование происходит при наличии зазора плунжера.
Немалую роль в повышении стойкости эмульсий играет также и наземное оборудование — это система нефтесборных труб, распределительные коллекторы групповых замерных установок, штуцеры, задвижки, клапаны, уголки, тройники и сепараторы.

Источник

Бытовая химия

домашняя химическая лаборатория

Можно ли смешать нефть и простую воду, и как сделать радугу в стакане

Вы когда-нибудь слышали выражение «нефть и вода не смешиваются»? Сначала проверить, что выражение, а затем посмотреть на интересные комбинации из нескольких других жидкостей.

Вам потребуются следующие материалы:

• ¼ чашки (60 мл) воды
• ¼ чашки (60 мл) растительного масла
• небольшой стеклянный
• пищевые красители

Первый налить воды в стакан. Добавить несколько капель пищевого красителя и перемешать. Затем добавьте масло. Что вы видите? Какой слой на вершине? Плотно накройте стеклом полиэтиленовой пленкой или рукой (если он достаточно большой). Удерживая стекло над раковиной (в случае, если вы разлива), встряхните стекло так, что две жидкости тщательно перемешивают. Установить стакан и посмотреть, что происходит.

У нефти и воды смесь? слово «растворимость» описывает, как и два вещества смеси. Нефти и воды, как говорят, «смешиваются,» потому что они не смешиваются. Масляного слоя на поверхности воды за счет разницы в плотности двух жидкостей. Плотность вещества есть отношение его массы (веса) к его объему. Масло имеет меньшую плотность, чем вода, и поэтому на вершине.

Следующий эксперимент рассматривает растворимость и плотность нескольких жидкостей. слоистой жидкости вам потребуется следующие материалы: • ¼ чашки (60 мл) темного кукурузного сиропа или меда
• ¼ чашки (60 мл), жидкость для мытья посуды
• ¼ чашки (60 мл) воды • ¼ чашки (60 мл) растительного масла
• ¼ чашки (60 мл) спирта
• высокий 12 унций (350 мл), стекло или прозрачный пластиковый стаканчик
• две чашки для смешивания
• пищевые красители

Возьмите 12 унций стекла.

Осторожно! Не допускайте попадание сиропа на стороне стекла, залить сиропом в середине стекла. Залить сироп достаточно, чтобы заполнить стекло 1/6 часть пути. После добавления сиропа или меда, кончик слегка стекла и залить равным количеством жидкость для мытья посуды медленно вниз стороне стекла. Разве посуды поплавок жидкости в верхней части сиропа или опускаются на дно? Далее смесь несколько капель пищевого красителя с водой в одном из смешивания чашки. Покрасить спиртом разные цвета в другой смешивания чашки. Будьте осторожны, чтобы добавить следующий жидкости очень медленно. Они менее вязкой (например, не толстый) и смешайте легче, чем предыдущий жидкостей. Мы не хотим, чтобы они смешиваются. Совет стекло немного, и проливной медленно вниз сторону стекла, добавьте сначала цвета воды, то растительное масло, и, наконец, цветные алкоголя трения. На листе бумаги, сделайте эскиз из стекла и жидкости, маркировка Положение каждой жидкости в стекло. Почему жидкости остаются отделены? Можете ли вы назвать несколько способов, которые жидкостей в стекло-другому? Попробуйте описать некоторые свойства, которые отличаются в каждой из жидкостей в стекло. Одним из свойств, которое отличается во всех жидкостях цвета. Еще одно свойство, уникальные для каждой жидкости толщиной (вязкости). свойства жидкостей, который отвечает за слоев эффект плотности. Можете ли вы догадаться, что отношения между плотностью жидкости и ее положение в стакане? Еще одно свойство, которое поддерживает отдельных жидкостей является то, что некоторые из них несмешивающихся жидкостей, другими словами, они не смешиваются друг с другом. Как вы оказались в первом эксперименте, нефть и вода не смешиваются жидкости. С другой стороны, вода и спирт смешиваются и смешиваются друг с другом. Вода и жидкость для мытья посуды также смешивать. Размешайте жидкостей в стекло и смотреть, что происходит в слоях.

У Вас слои смешиваются ?

Подождите несколько минут и посмотрите еще раз.

Радуга в бокале

Вам понадобится следующие материалы:
• четыре различных цвета пищевые красители (например, красный, желтый, зеленый, синий)
• пять фужеры или прозрачные пластиковые стаканчики
• ¾ чашка (180 г) сахара-песка
• столовая ложка для измерения
• 1 чашка (240 мл) воды в первый стакан, добавить одну столовую ложку (15 г) сахара.

Во второй стекла, добавить две столовые ложки сахара, три в третью стекло, и четыре в последний стакан. Затем добавьте три столовые ложки (45 мл) воды на каждый стакан и размешайте, пока сахар не растворится. Если сахар в любом из стекла не растворится, добавить еще одну столовую ложку (15 мл) воды на все очки, и снова перемешать. Пока сахар полностью не растворится, добавить две-три капли красного пищевого красителя на первое стекло, желтое на второй, зеленый третьего и синего до последнего стакана. В остальных стекла мы создадим радуги.

Заполните стекло около четверти стакана жидкостью с голубым раствором сахара. Затем, осторожно добавить зеленый раствор в стекло. Для этого положить ложку в стакан, чуть выше уровня синий раствор. Медленно влить зеленый раствор в ложку, поднимая ложку держать его чуть выше уровня жидкости, пока стакан наполовину полон. Добавить желтого раствора, а затем красный таким же образом.

Как вы заметили — количество сахара, растворенного в жидкости влияет на его плотность. Синий решение самых сахар растворяется в ней и, следовательно, плотная. Другие решения менее плотная, чем синий раствор, так что они плавают на вершине. Плотность решения должны быть очень близки тем не менее, и решения, смешиваются, так что вы увидите, что слои не являются четко определенные границы, как и в первом эксперименте. Если все сделано достаточно тщательно, цвета должны оставаться относительно друг от друга.

Как вы думаете, что произойдет, если поднять жидкость в стакане?

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вы должны авторизоваться.

Источник

Добыча нефти и газа

Изучаем тонкости нефтегазового дела ВМЕСТЕ!

Образование эмульсий и их классификация

Вода в нефти появляется в результате поступления к скважине пластовой воды или воды, закачиваемой в пласт с целью поддержания давления.

При движении нефти и пластовой воды по стволу скважины и нефтесборным трубопроводам происходит их взаимное перемешивание и дробление. Процесс дробления одной жидкости в другой называют диспергированием. В результате диспергирования одной жидкости в другой образуются эмульсии.

Эмульсии представляют собой дисперсные системы двух жидкостей, не растворимых или малорастворимых друг в друге, находящихся во взвешенном состоянии в виде мелких капель (глобул). Жидкость, в которой распределены глобулы, называются дисперсной средой, а вторая жидкость, распределенная в дисперсной среде, — дисперсной фазой. При образовании эмульсии увеличивается поверхность дисперсной фазы, поэтому для осуществления процесса эмульгирования должна быть затрачена определенная работа, которая концентрируется на поверхности раздела фаз в виде свободной поверхностной энергии. Энергия, затраченная на образование единицы межфазной поверхности, называется поверхностным (межфазным) натяжением. Глобулы дисперсной фазы имеют сферическую форму, т.к. такая форма имеет наименьшую поверхность и наименьшую свободную энергию для данного объема. Форму шара можно исказить лишь сила тяжести или сила электрического поля.

Свободная энергия капель дисперсной фазы способствует их слиянию (коалесценции), но помехой этому в устойчивых эмульсиях являются стабилизаторы эмульсии. Растворимые в воде (гидрофильные), эмульгаторы способствуют образованию эмульсий — вода в нефти. Последний тип, чаще всего встречается в промысловой практике. К гидрофильным относятся такие поверхностно-активные вещества, как щелочные мыла, желатин, белковые вещества. Гидрофобными являются хорошо растворимые в нефтепродуктах смолы, известковые мыла, а также мелкодисперсные частицы сажи, глины, песка, окислов металлов, легче смачиваемые нефтью, чем водой. Введение в эмульсию данного типа эмульгатора, способствующего образованию эмульсии противоположного типа, облегчает её расслоение. От концентрации эмульгаторов-стабилизаторов эмульсии в нефти и их состава главным образом зависит устойчивость образующихся нефтяных эмульсий. Установлено, что устойчивость, возрастает с увеличением концентрации стабилизаторов до насыщения адсорбционного слоя или, до достижения оптимальных структурно-механических свойств слоя. Стабилизаторы входят в контакт друг с другом и с нефтяной и водной фазами, образуют механически прочные защитные плёнки, препятствующие процессу коалесценции капель воды в нефти. Состав весьма разнообразен. Сюда входят асфальтены, смолы нафтеновых кислот и тяжелых металлов, парафины, церезины, тонкодисперсные неорганические вещества, состоящие из глины, песка и горных пород. По характеру дисперсной фазы и дисперсной среды различают эмульсии двух типов: первые эмульсии прямого типа — неполярная жидкость в полярной, когда нефть размещается в виде мелких капель в воде (Н/В); и вторые обратного типа — эмульсии полярной жидкости в неполярной, когда вода размещается в виде мелких капелек в нефти (В/Н). В эмульсиях типа Н/В внешней фазой является вода, и поэтому они смешиваются с водой в любых отношениях и обладают высокой электропроводностью, а эмульсии типа Н/В смешиваются только с углеводородной жидкостью и имеют низкую электропроводность.

Физико-химические свойства нефтяных эмульсий

Для правильного выбора метода разрушения нефтяных эмульсий важно знание их основных физико-химических свойств.

Дисперсность эмульсий — это степень раздробленности дисперсной фазы в дисперсной среде. Дисперсность является основной характеристикой эмульсий определяющей их свойства. Размеры капелек дисперсной фазы в эмульсиях изменяются от 0,1 до 100 мкм (10-5 -10-2 см). Дисперсные системы, состоящие из капелек одного и того же диаметра, называются монодисперсными, а дисперсные системы, состоящие из капелек различного диаметра, — полидисперсными. Нефтяные эмульсии относятся к полидисперсным системам, т.е. к системам, содержащим частицы различных размеров. Размер капель воды в эмульсии обычно обратно пропорционален количеству затраченной энергии, и чем больше этой энергии, тем меньше диаметр капель, следовательно, больше их суммарная удельная поверхность.

Вязкость эмульсии зависит от вязкости самой нефти, температуры, при которой получается эмульсия, количества воды, содержащейся в нефти, степени дисперсности, присутствия механических примесей. Вязкость нефтяных эмульсий не обладает аддитивным свойством, т.е. вязкость эмульсии не равна сумме вязкости воды и нефти. С увеличением обводнённости до определённого значения вязкость эмульсии возрастает и достигает максимума при критической обводнённости, характерной для данного месторождения. При дальнейшем увеличении обводнённости вязкость эмульсии резко уменьшается. Критическое значение коэффициента обводнения называется точкой инверсии, при которой происходит обращение фаз, т.е. эмульсия типа В/Н превращается в эмульсию типа Н/В. Значение точки инверсии для разных месторождений колеблется от 0,5 до 0,95 г.

Плотность эмульсии можно рассчитать, если известны плотность нефти и воды и их содержание в эмульсии, по следующей формуле:

рэ = рH(1-W) + рBW, (1)
где рн — плотность нефти, кг/м3;
рв — плотность воды, кг/м3;
W — содержание воды в объёмных долях.

Электрические свойства эмульсии

Нефть и вода, взятые в чистом виде, хорошие диэлектрики. Электропроводность нефти колеблется от 0,5 10-6 до 0,5 10-7 Ом м-1, пластовой воды – от 10-1 до 10 Ом м-1. Даже при незначительном содержании в воде растворенных солей или кислот электропроводность увеличивается в десятки раз. Поэтому электропроводность нефтяной эмульсии обусловливается не только количеством содержащейся воды и степенью её дисперсности, но и количеством растворенных в этой воде солей и кислот. В нефтяных эмульсиях, помещённых в электрическое поле, капельки воды располагаются вдоль его силовых линий, что приводит к резкому увеличению электропроводности этих эмульсий. Это объясняется тем, что капельки чистой воды имеют приблизительно в 40 раз большую диэлектрическую проницаемость, чем капельки нефти. Свойства капелек воды располагаться в эмульсиях вдоль силовых линий электрического поля и послужило основной причиной использования этого метода для разрушения нефтяных эмульсий.

Чем выше температура, чем меньше вязкость нефти, тем менее устойчива эмульсия. Это особенно заметно для парафинистых нефтей. С понижением температуры частицы парафина выделяются, легко адсорбируясь на поверхности водяных капель, стойкость эмульсии повышается. Этим объясняется резкое увеличение устойчивости эмульсии на многих нефтяных месторождениях зимой.

Устойчивость нефтяных эмульсий и их «старение»

Важным показателем для нефтяных эмульсий является их устойчивость, т.е. способность в течение определенного времени не разрушаться и не разделяться на нефть и воду. На устойчивость нефтяных эмульсий влияют; дисперсность системы, физико-химические свойства эмульгаторов, образующих на поверхности раздела фаз адсорбционные
защитные оболочки, наличие на капельках дисперсной фазы двойного электрического заряда, температура и время существования эмульсии. По дисперсности нефтяные эмульсии делятся на мелкодисперсные с размером капель воды от 0,2 до 20 мкм, среднедисперсные, содержащие капли размером от 20 до 50мкм; грубодисперсные — с каплями воды размером от 50 до 100 мкм. Труднее поддаются разрушению мелкодисперсные эмульсии. На устойчивость эмульсий огромное влияние оказывают стабилизирующие вещества (естественные ПАВ), называемые эмульгаторами. Устойчивость зависит также от заряда на поверхности капель воды, образующего за счёт их движения двойной электрический слой, защищающий эти капли от слипания подобно адсорбционным оболочками. Капли, имеющие на своей поверхности одинаковые заряды, будут взаимно отталкиваться. Чем выше температура, тем менее устойчива нефтяная эмульсия. Эмульсии способны «стареть», т.е. повышать свою устойчивость со временем. Процесс «старения» нефтяных эмульсий в начальный период происходит весьма интенсивно, затем постепенно замедляется и часто уже через сутки прекращается. Свежие эмульсии легче поддаются разрушению и поэтому обезвоживание и обессоливание нефтей необходимо проводить на промыслах.

Источник