Получение эмульсий различных типов
- Эмульсии представляют собой термодинамически неустойчивые дисперсные системы, образованные двумя (и более) взаимнонерастворимыми друг в друге жидкостями. Различают эмульсии первого рода или прямые (масло в воде, обозначаются м/в) и второго рода или обратные (вода в масле, обозначаются в/м).
- Множественные эмульсии представляют собой эмульсию одного рода, в которой может быть диспергирована эмульсия другого рода без изменения дисперсности последней. Такая эмульсия может быть образована при постепенном введении в стабильную обратную эмульсию эмульгаторов прямой эмульсии, стабильной прямой эмульсии или загущенной полимерами непрерывной фазы.
В зависимости от объемного содержания
дисперсной фазы Сд эмульсии подразделяются на три класса: разбавленные (Сд <
0,1%), концентрированные
( 0,1%<
Сд <
74%) и высококонцентрированные (Сд >74%).
В настоящее время эмульсионные составы широко используются в различных процессах нефтедобычи:
- в процессах первичного и вторичного вскрытия продуктивных пластов,
- при глушении скважин,
- при обработках призабойной зоны пласта и в процессах повышения нефтеотдачи.
При этом в каждом конкретном случае используются определенные типы эмульсий и специально подобранные с учетом необходимых физико-химических свойств эмульсионные составы.
В связи с этим необходимо знать общие принципы приготовления и определения физико-химических свойств различных типов эмульсий.
Часть
1. Получение эмульсий различных
типов.
Методика выполнения работы
Аппаратура
1)
Лабораторная мешалка
со скоростью вращения 300-600
об/мин;
2)
Фарфоровая кружка на 250 мл;
3)
Подставочный столик с регулятором высоты;
4)
Мерный цилиндр на 200 мл;
5)
Шприц на 5 мл.
1. Приготовление эмульсии прямого типа
Материалы:
1)
Вода пресная;
2)
Водорастворимый ПАВ – Нефтенол ВВД;
3)
Дизельное топливо.
Цилиндром отмеряют 38 мл пресной воды и
выливают ее в фарфоровую кружку. Устанавливают кружку на столик и опускают в
нее мешалку, так чтобы ее лопасти покрылись водой, не касаясь при этом дна
кружки. Вращением регулятора скорости устанавливают минимальную скорость
перемешивания и включают мотор.
При минимальном перемешивании (во
избежание вспенивания) вводят шприцом в воду 2 мл Нефтенола ВВД, а после его
растворения вводят в раствор ПАВ углеводородную жидкость – дизельное топливо.
Количество дизельного топлива, которое необходимо ввести в раствор ПАВ для
получения высококонцентрированной эмульсии, составляет 160 мл (80 об. %). Для
получения высокодисперсной эмульсии первую порцию - 1/4 часть от всего
количества дизельного топлива - нужно вводить тонкой струйкой при максимальном перемешивании
(см. примечание). Максимальное перемешивание устанавливают (во избежание
вспенивания) только после введения первых капель дизельного топлива; для этого,
при включенном моторе, устанавливают такую скорость перемешивания, при которой
эмульсия не разбрызгивается.
Оставшиеся 3/4 дизельного топлива можно
ввести быстрее – примерно за 2-3 мин. После введения всего количества
дизельного топлива необходимо продолжать перемешивание эмульсии еще в течение
10 мин, после чего приступают к ее исследованию под микроскопом. Зарисовывают
увиденную картинку.
Эмульсии, приготовленные подобным
образом, могут использоваться в качестве жидкостей разрыва, а менее вязкие (с
меньшим содержанием дисперсной фазы) - для промывки призабойной
зоны от асфальто-смоло-парафиновых отложений.
2. Приготовление эмульсии обратного типа
Материалы:
1)
Дизельное топливо;
2)
Нефтерастворимый ПАВ – Нефтенол НЗ-40;
3)
25%-й раствор хлористого кальция.
Методика приготовления эмульсии аналогична
предыдущему описанию. В фарфоровую кружку, содержащую 27 мл дизельного топлива,
при минимальном перемешивании, используя шприц, вводят 3 мл Нефтенола НЗ-40.
После его растворения начинают введение в раствор ПАВ раствора хлористого кальция
в количестве 170 мл (85%). Дисперсную фазу вводят порционно, учитывая
особенности предыдущей методики (см. примечание).. После введения всего
количества раствора хлористого кальция необходимо продолжить перемешивание
эмульсии еще в течение 10 мин, после чего приступают к ее исследованию под
микроскопом. Зарисовывают увиденную картинку.
Эмульсии,
приготовленные подобным образом, могут использоваться в процессах повышения
нефтеотдачи пласта, а также в качестве нефильтрующихся жидкостей глушения.
3. Приготовление множественной эмульсии
Материалы
1) 0,5%-й
раствор полиакриламида (ПАА), приготовленный на пресной воде;
2) Обратная
эмульсия, приготовленная, как описано в пункте 2.
Отмеряют
мерным цилиндром 180 мл обратной эмульсии и выливают ее в фарфоровую кружку. При
минимальном перемешивании вводят в состав эмульсии 20 мл раствора ПАА и
продолжают перемешивание еще в течение 5 мин, после чего приступают к ее
исследованию под микроскопом. Зарисовывают увиденную картинку.
Эмульсии,
приготовленные подобным образом, могут использоваться в качестве
высокоэффективных жидкостей для ГРП, они обладают более низкими потерями на
трение, чем обратные эмульсии и практически полностью подвержены деструкции в
пластах с температурой 40-60°С.
4. Приготовление полиэмульсии
Материалы
1)
0,5%-й раствор полиакриламида, приготовленный на пресной воде;
2)
Водорастворимый ПАВ – Неонол АФ9-12;
3) Дизельное топливо.
Отмеряют
цилиндром 38 мл 0,5%-ного раствора полиакриламида, приготовленного на пресной
воде, и выливают его в фарфоровую кружку. При минимальном перемешивании (во
избежание вспенивания), используя шприц, вводят в раствор полиакриламида 2 мл
неонола АФ9-12 , а после его растворения вводят в раствор углеводородную жидкость – 160 мл (80 об.%)
дизельного топлива. Для получения высокодисперсной эмульсии следуют описанию
методики (см. пункт 1 и примечание), дизельное топливо вводят порционно: 1/4
при минимальном перемешивании, оставшиеся 3/4 быстрее – примерно за 2-3 мин.
После введения всего количества дизельного топлива необходимо продолжать перемешивание
эмульсии еще в течение 10 мин, после чего приступают к ее исследованию под микроскопом.
Зарисовывают увиденную картинку.
Эмульсии,
приготовленные подобным образом, могут использоваться в качестве высокоэффективных
жидкостей для ГРП, так как они обладают низкими потерями давления на трение и
устойчивы при пластовых температурах 60-80°С.
Примечание:
В
процессе эмульгирования дисперсной фазы в дисперсионной среде протекают два
диаметрально противоположных процесса: диспергирование и коалесценция. Из
анализа процесса эмульгирования следует,
что чем больше энергии затрачивается во
время образования эмульсии, тем более высокодисперсная система образуется.
При получении эмульсии целесообразно максимально использовать физико-химические свойства ПАВ и специфику набора уровня вязкости эмульсии. Так, в начальный период добавления в раствор ПАВ дисперсной фазы, поверхностное натяжение на границе раздела смешиваемых жидкостей минимально, поскольку концентрация ПАВ максимальна, в этот период вязкость системы также минимальна ввиду малого содержания дисперсной фазы. Эти два фактора способствуют эффективному перемешиванию взаимнонерастворимых жидкостей , при этом происходит максимальное диспергирование вводимой жидкости и получение мельчайших капелек дисперсной фазы, а высокая скорость перемешивания препятствует коалесценции полученных капель.
При последующем вводе в систему дисперсной фазы происходит укрупнение полученных капель, так как концентрация ПАВ в системе уменьшается, при этом вязкость эмульсии растет, что, с одной стороны, препятствует эффективному перемешиванию и дроблению капель, а, с другой стороны, препятствует их коалесценции. Поэтому в процессе приготовления эмульсии необходимо определенную (меньшую) часть дисперсной фазы вводить медленно тонкой струйкой при интенсивном перемешивании для образования «затравки» эмульсии (максимальное дробление), а последующие порции дисперсной фазы можно вводить быстрее.
Если дисперсную фазу ввести слишком быстро, то даже
длительное перемешивание при высоких скоростях мешалки не позволит получить
высокодисперсную эмульсию.
