Нефтеводяные эмульсии. Условия их образования при добыче и транспорте нефти. Естественные эмульгаторы. Основные свойства нефтяных эмульсий. Устойчивость и «старение» эмульсий.
Нефтяная эмульсия - это
механическая смесь нефти и пластовой воды, нерастворимых вдруг друге и
находящихся в мелкодисперсном состоянии.
В
эмульсиях различают две фазы: внешнюю и внутреннюю. Жидкость, в которой
размещаются капли другой жидкости называют дисперсионной
средой (внешней, сплошной фазой), а жидкость, находящуюся в виде мелких
капель в дисперсионной среде, - дисперсной
(внутренней, разобщенной фазой). Нефтяные эмульсии делятся на два класса:
1) эмульсии первого рода или прямые, когда капельки нефти, являющиеся
дисперсной фазой, равномерно или неравномерно размещены в воде, - дисперсионной
среде – «нефть в воде» – Н/В. 2) эмульсии второго рода или обратные, когда
капельки воды – дисперсная фаза, равномерно или неравномерно размещены в нефти,
являющейся дисперсионной средой – «вода в нефти» – В/Н.
Нефтяные
эмульсии в пластовых условиях отсутствуют. На образование нефтяной эмульсии
требуется затрата большой энергии, поэтому они могут образоваться или в
призабойной зоне скважин или в стволе скважины. Интенсивно образуются эмульсии
при эксплуатации скважин центробежными электронасосами. Особенно стойкие
эмульсии образуются при прохождении нефтеводяной смеси через штуцеры.
Свойства:
1. Дисперсность эмульсий - это
степень раздробленности дисперсной фазы в дисперсионной среде.
Дисперсность
является основной характеристикой эмульсий, определяющей их свойства. Размеры
капелек дисперсной фазы в н/эмульсиях изменяются от 0,1 до 100 мкм. Основной
характеристикой дисперсности эмульсий является удельная межфазная поверхность S уд
= 3/ r , где r – радиус
капель воды (нефти).
2. Вязкость эмульсий - Зависит от вязкости самой нефти, температуры при которой
получается эмульсия, количества воды, содержащейся в нефти, степени
дисперсности, присутствия механических примесей и рН воды. Мелкодисперсные
эмульсии могут иметь вязкость в 100 и более раз превышающую вязкость входящей в
ее состав нефти.
3. Плотность эмульсий. Плотность
эмульсии можно рассчитать, зная плотности нефти и воды, образующих
эмульсию.
4. Электрические свойства эмульсий. Нефть и вода в чистом виде -хорошие диэлектрики.
Однако даже при незначительном содержании в воде растворенных солей или кислот
электропроводность ее увеличивается в десятки раз. Поэтому электропроводность
нефтяной эмульсии обусловливается не только количеством содержащейся воды и
степенью ее дисперсности, но и количеством растворенных в этой воде солей и
кислот.
5. Устойчивость эмульсий и их старение–
способность в течение определенного времени не разрушаться и не разделяться на
нефть и воду. Устойчивость эмульсии определяется по формуле τ = Н / υ, где Н –
высота столба эмульсии, см; υ – ср. линейная скорость расслоения эмульсии,
см/с.
На устойчивость нефтяных эмульсий большое влияние оказывают: дисперсность системы, физико-химические свойства эмульгаторов, образующих на поверхности раздела фаз адсорбционные защитные оболочки; наличие на глобулах дисперсной фазы двойного электрического заряда; температура смешивающихся жидкостей; величина рН эмульгированной пластовой воды.
Адсорбция диспергированных эмульгаторов на
водонефтяной поверхности и утолщение межфазного бронированного слоя на этой
поверхности всегда протекают во времени, поэтому эмульсия В/Н со временем становится более устойчивой, т.е.
происходит ее «старение». В начальный период «старение» происходит весьма
интенсивно, затем постепенно замедляется и часто уже через сутки прекращается.
Поэтому свежие эмульсии разрушаются легче и быстрее.
