какие требования предъявляются к реагентам деэмульгаторам
Технология применения реагентов-деэмульгаторов.
Требования к реагентам
Нефтяные эмульсии подвергаются обработке деэмульгатором в системах сбора и транспорта продукции скважин (внутритрубная деэмульсация) и на установках подготовки нефти. При попадании в эмульсию реагент проходит две основные стадии:
1) доведение эмульгатора до поверхности капель эмульгированной воды, т.е. транспортная стадия;
2) проникновение его в защитные слои капель с последующим их разрушением.
Первая стадия является диффузионным процессом и зависит от способа ввода реагента, его физико-химических свойств, углеводородного состава нефтяной фазы эмульсии, турбулентности обрабатываемого потока. На скорость этой фазы влияет растворимость реагента в фазах нефтяной эмульсии. Деэмульгаторы могут быть водорастворимые или маслорастворимые. При контакте эмульсии с реагентом коэффициент фазового распределения ПАВ зависит от типа деэмульгатора (его состава, строения), физико-химических свойств нефтей и пластовых вод, температуры. Этот коэффициент фазового распределения не зависит от соотношения объемов водной и углеводородной фаз.
Эффективность этой стадии определяется свойствами нефти и деэмульгатора, гидродинамической характеристикой обрабатываемого эмульсионного потока и технологией ввода деэмульгатора в нефтяной эмульсионный поток. Управление этой стадией процесса осуществляется путем изменения гидродинамических параметров эмульсионного потока; подбором более эффективного деэмульгатора или изменением способа и точки ввода деэмульгатора в нефтяной поток.
Таким образом, для интенсификации разрушения эмульсии необходимо применение высокоэффективных деэмульгаторов, быстро растворяющихся в нефтяной фазе, обладающих высокой поверхностной активностью на границе раздела фаз, и использование технологических приемов, приводящих к нарушению целостности защитных оболочек, обеспечивающих более быстрое проникновение молекул реагентов в защитные слои и их разрушение.
Подача реагента в нефтяную эмульсию осуществляется специальными мобильными установками, выполненными в блочном исполнении. Установки НДУ, БР состоят из рамы-саней, теплоизолированной будки, емкости, плунжерного дозировочного насоса, электрообогревателя, вентилятора. Предусматривается подача реагента в товарной форме, без разбавления. Расход реагента регулируется числом ходов плунжера в минуту.
Выбор деэмульгатора обусловливается следующими факторами:
· Тип сырой нефти (асфальтовая или парафинистая) не имеет значения при выборе деэмульгаторов, так как многие из них пригодны для обработки эмульсий той или иной нефти;
На установках подготовки нефти вводится малое количество реагента на прием сырьевых насосов, подающих нефть из резервуаров на блок нагрева и отстоя.
Основные требования к реагентам-деэмульгаторам:
1) подготовка нефти в соответствии с требованием ГОСТа (полнота отделения воды);
2) скорость отделения воды;
3) эффективность при значительных колебаниях температур как в процессе внутритрубной деэмульсации, так и на установках подготовки нефти;
4) технологичность, т.е. удобство применения на промыслах при любой температуре окружающей среды (требование по температуре застывания и вязкости);
5) качество дренажной воды (содержание в ней нефтепродуктов), которая без существенных дополнительных очисток могла бы использоваться в системе поддержания пластового давления;
6) отсутствие пенообразования в процессах сепарации нефтей;
7) неспособность к образованию эмульсии при повышенной дозировке реагента;
8) отсутствие коррозии нефтепромыслового оборудования;
9) биологическая мягкость, способность легко разлагаться в системах очистки сточных вод;
11) обеспечение четкой границы раздела фаз в отстойниках;
12) оптимальное соотношение эффективности и стоимости реагента.
Учитывая вышеизложенные требования, лучшим для конкретной нефтяной эмульсии считается тот реагент, который при минимальной температуре обеспечивает быстрое максимальное обезвоживание и обессоливание нефти.
В связи с ростом обводненности продукции скважин более необходимыми являются нефтерастворимые реагенты. Такие реагенты в значительно меньшей степени уносятся с дренажной водой из отстойника, поэтому не требуется дополнительной подачи реагента в поток. Это наблюдается на установках подготовки нефти, где реагенты или не подают в поток, или вводят малую дозировку их (10-15 г/т). Тем не менее на установках эффективно работают стадии термохимического обезвоживания и обессоливания нефти за счет реагентов, введенных на промысле в систему сбора и транспорта нефти.
К тому же водорастворимый деэмульгатор, оставаясь в водной фазе, увеличивает в ней содержание нефтепродуктов, тогда как нефтерастворимый реагент остается в обеих фазах и предотвращает диспергирование нефти в воде.
3.6. Требования, предъявляемые к деэмульгаторам.
В модели системы, состоящей из двух индивидуальных веществ и одного поверхностно-активного вещества, ПАВ всегда является фактором эмульгирования. В реальной ситуации система включает в себя сложные фазы: нефть и пластовая вода. Химическое деэмульгирование — это вытеснение одного типа веществ с поверхности частиц другим типом. Вводимый в систему химический реагент обладает большей поверхностной активностью, чем природные эмульгаторы. Деэмульгатор вытесняет указанные природные вещества из поверхностного слоя диспергированных частиц воды и образует гидрофильный адсорбционный слой с небольшой структурно-механической прочностью. Частицы с ослабленными поверхностными оболочками при столкновении легко коалесцируют (сливаются) с образованием легкооседающих крупных глобул воды. Если основным фактором устойчивости эмульсии являются прилипшие «бронирующие» природные вещества, то деэмульгатор должен иметь высокую смачивающую способность, чтобы вытеснить их с поверхности раздела в объем фаз. Таким образом, к химическому реагенту для деэмульгирования нефти предъявляются два принципиальных требования:
1. высокая адсорбционная или смачивающая активность, достаточно наглядна для вытеснения природных эмульгаторов с поверхности диспергированных частиц;
2. способность формировать новый адсорбционный слой с низкой структурно-механической прочностью.
Условием «срабатывания» указанных свойств деэмульгатора является диффузия вещества. Различают конвективную и молекулярную диффузии. Роль молекулярной диффузии незначительна. Лишь при высокой температуре фактор молекулярного переноса ПАВ из объема к поверхности может стать определяющим. На практике перемешивание эмульсии ускоряет массоперенос. Это тесно связано с тем, насколько правильно выбрано место ввода реагента. Например, допустим, что источник диспергирования — погружной центробежный электронасос (ЭЦН). При этом продукция скважины на выкиде насоса представляет собой тонкодисперсную водонефтяную смесь с развитой поверхностью раздела фаз. По мере движения этой смеси в насосно-компрессорных трубах (НКТ) происходит диффузия природных эмульгаторов из объема к поверхности раздела фаз и формирование адсорбционного слоя. Поскольку процесс диффузии имеет определенную ограниченную скорость, устойчивость эмульсии достигается не мгновенно, а во времени. Чем «старее» эмульсия, тем она устойчивее и тем труднее ее разрушить. Поэтому в любом конкретном случае оптимальное место ввода деэмульгатора — это прием ЭЦН, что обеспечивает не только своевременную подачу реагента (эмульсия «нестарая»), но и эффективное его распределение.
3.7. Правила работы с реагентами-деэмульгаторами.
Деэмульгатор предназначен только для технических целей, использование его в быту категорически запрещается. Токсичность определяется растворителем, в растворе которого поставляется деэмульгатор, в качестве растворителя применяются ароматические углеводороды, смеси спиртов и метанол. Особую опасность представляет метанол, который добавлен в состав растворителя деэмульгаторов. Метанол является сильнодействующим ядовитым веществом (ПДК метанола-5 г/м 3 ), а также он легко воспламеняется. Поэтому при работе с деэмульгаторами следует применять индивидуальные средства защиты (респиратор, перчатки очки), а также соблюдать меры личной гигиены. Все рабочие, которым необходимо выполнять работы с деэмульгатором, должны помнить о возможной опасности отравления. Все лица, работающие с деэмульгатором, должны проходить медицинский осмотр один раз в год. При работе с деэмульгатором необходимо пользоваться специальной одеждой, защитными очками, противогазом марки «А». Меры безопасности необходимо соблюдать как при использовании деэмульгатора, так и при его получении, перевозке и хранении. Транспортировать деэмульгатор необходимо в герметически закрытых сосудах или железных бочках. Не разрешается использовать для перевозки и хранения деэмульгаторов неисправные емкости. Герметичность бочек следует периодически проверять путем тщательного их осмотра; бочка, имеющая пропуск, должна быть немедленно освобождена. Помещение или огражденная площадка, где хранятся деэмульгаторы, должны закрываться на замок и, кроме того, должны быть вывешены предупредительные надписи: «Огнеопасно», «Яд». Хранить деэмульгатор необходимо в герметически закрытых сосудах (бочках), в недоступных для посторонних лиц местах, вдали от огня и прямых солнечных лучей. На участке, где производятся операции с деэмульгатором, должны быть аварийные опломбированные шкафы с запасными комплектами специальной одежды и белья. При вскрытии бочек оператор обязан работать в противогазе, резиновых сапогах, резиновых перчатках и прорезиненном фартуке. Бочку открывают перед употреблением и тут же включают в линию, по которой откачивают деэмульгатор в реагентную емкость для разведения. При этом обслуживающий персонал обязан находиться с наветренной стороны, чтобы не вдыхать пары метилового спирта. Открывать бочки следует инструментом, не дающим искр. До слива и перекачки деэмульгатора необходимо проверить манометры и др. Все выявленные повреждения должны быть немедленно устранены. Переливать деэмульгатор необходимо закрытым способом при работе приточно-вытяжной вентиляции. Сливные приспособления и насосы должны иметь местные отсосы. При работе с деэмульгатором не допускайте разлив его на полу и оборудовании, попадание на тело и одежду. Пролитый деэмульгатор должен быть немедленно смыт большими порциями воды или засыпан песком. При работе с деэмульгатором запрещается:
Хранить одежду в местах производства работ.
— Использовать трубопроводы, насосы и шланги для перекачки других продуктов.
— Засасывать деэмульгатор в пипетки и сифоны ртом, а также применять его для мытья рук и одежды.
— Применение открытого огня, курение, принятие пищи.
По окончании работ с деэмульгатором необходимо:
— Порожнюю тару необходимо промыть водой (не менее двух объемов тары) и пропарить.
— После слива деэмульгатора необходимо закрыть емкость проверить наличие замков на въездных воротах, чтобы исключить возможность прохода посторонних на территорию склада-навеса и площадку слива.
— Тщательно вымыть руки с мылом.
При появлении признаков отравления деэмульгатором нужно немедленно вынести пострадавшего на свежий воздух и срочно сообщить в медсанчасть.
ТРЕБОВАНИЯ К ДЕЭМУЛЬГАТОРАМ
1. Деэмульгаторы должны быть эффективными, т.е. должны обеспечивать высокое качество подготовленной нефти при минимальном расходе, минимальном времени отстоя при минимальной температуре.
2. Деэмульгатор должен иметь большую поверхностную активность из той фазы, в которую он вводится
3. Реагент должен хорошо растворяться в одной из фаз, т.е. быть водо- или нефтерастворимым. Хотя подобное деление чисто условно, ибо любой реагент содержит и гидрофильные и гидрофобные группировки в строго сбалансированных пропорциях. Правильнее было бы говорить о том, что реагент должен хорошо диспергироваться в дисперсионной среде.
4. Молекулы деэмульгатора должны обладать хорошими пептизирующими свойствами, чтобы адсорбируясь на бронирующих оболочках, вызывать процесс их разрыхления.
5. Молекулы деэмульгатора должны обладать высоким смачивающим действием на элементы брони, без чего невозможен перевод твёрдых частиц в объём дисперсионной среды.
6. Наконец, молекулы деэмульгатора не должны образовывать прочных плёнок, т.е. не должны являться стабилизаторами эмульсии противоположного типа, а также должны быть дешевыми, транспортабельными, универсальными, не должны влиять на товарные свойства нефти и существенно изменять свои свойства при изменении внешних условий.
Дополнительные требования к деэмульгаторам, применяемым в системе сбора:
1. Реагенты-деэмульгаторы должны быть маловязкими жидкостями, не расслаивающимися при длите льном хранении и не застывающими при низких температурах.
2. Реагенты должны обеспечивать высокое качество отделяемой воды, позволяющее использовать её в системе ППД без дополнительной подготовки.
3. Деэмульгаторы не должны вызывать коррозии труб и оборудования и снижать эффективность действия всех других реагентов.
4. Реагент не должен коагулировать в пластовых водах.
5. Наконец, деэмульгатор должен обладать определенными антипенными свойствами.
6. Желательно, чтобы реагент был нефтерастворимьм и неионогенным.
Дополнительные требования к деэмульгаторам, применяемым на УКПН:
1. Деэмульгаторы должны способствовать предотвращению отложения солей и механических примесей в технологическом оборудовании и коммуникациях; должны способствовать концентрированию механических примесей на границе раздела фаз в аппаратах предварительного сбора, откуда эти нефтяные загрязнения должны периодически отбираться и обрабатываться отдельно.
2. Деэмульгатор должен обладать высокой скоростью действия.
3. Реагент не должен чрезмерно уменьшать поверхностное натяжение.
4. Желательно, чтобы это был водорастворимый неионогенный препарат.
Требования к деэмульгаторам
1. Деэмульгаторы должны быть эффективными, т.е. должны обеспечивать высокое качество подготовленной нефти при минимальном расходе, минимальном времени отстоя при минимальной температуре.
2. Деэмульгатор должен иметь большую поверхностную активность из той фазы, в которую он вводится
3. Реагент должен хорошо растворяться в одной из фаз, т.е. быть водо- или нефтерастворимым. Хотя подобное деление чисто условно, ибо любой реагент содержит и гидрофильные и гидрофобные группировки в строго сбалансированных пропорциях. Правильнее было бы говорить о том, что реагент должен хорошо диспергироваться в дисперсионной среде.
4. Молекулы деэмульгатора должны обладать хорошими пептизирующими свойствами, чтобы адсорбируясь на бронирующих оболочках, вызывать процесс их разрыхления.
5. Молекулы деэмульгатора должны обладать высоким смачивающим действием на элементы брони, без чего невозможен перевод твёрдых частиц в объём дисперсионной среды.
6. Наконец, молекулы деэмульгатора не должны образовывать прочных плёнок, т.е. не должны являться стабилизаторами эмульсии противоположного типа, а также должны быть дешевыми, транспортабельными, универсальными, не должны влиять на товарные свойства нефти и существенно изменять свои свойства при изменении внешних условий.
Дополнительные требования к деэмульгаторам, применяемым в системе сбора:
1. Реагенты-деэмульгаторы должны быть маловязкими жидкостями, не расслаивающимися при длите льном хранении и не застывающими при низких температурах.
2. Реагенты должны обеспечивать высокое качество отделяемой воды, позволяющее использовать её в системе ППД без дополнительной подготовки.
3. Деэмульгаторы не должны вызывать коррозии труб и оборудования и снижать эффективность действия всех других реагентов.
4. Реагент не должен коагулировать в пластовых водах.
5. Наконец, деэмульгатор должен обладать определенными антипенными свойствами.
6. Желательно, чтобы реагент был нефтерастворимьм и неионогенным.
Дополнительные требования к деэмульгаторам, применяемым на УКПН:
1. Деэмульгаторы должны способствовать предотвращению отложения солей и механических примесей в технологическом оборудовании и коммуникациях; должны способствовать концентрированию механических примесей на границе раздела фаз в аппаратах предварительного сбора, откуда эти нефтяные загрязнения должны периодически отбираться и обрабатываться отдельно.
2. Деэмульгатор должен обладать высокой скоростью действия.
3. Реагент не должен чрезмерно уменьшать поверхностное натяжение.
4. Желательно, чтобы это был водорастворимый неионогенный препарат.
Основные свойства деэмульгаторов и эффективность их действия
В табл. 14 приведены состав и физико-химические свойства некоторых, наиболее распространенных деэмульгаторов.
Значения удельных расходов реагентов при обработке водо-нефтяных эмульсий колеблются от 10 до 200 г/т нефти, поэтому для опенки эффективности деэмульгаторов пользуются так называемой величиной относительной эффективности, рассчитываемой по формуле:
(25)
где: 
и
— удельный расход соответственно принятого за эталон и исследуемого деэмульгатора (г/т).
Результаты исследований деэмулъгируюшей способности отечественных реагентов приведены в табл.15.
Состав и основные физико – химические свойства наиболее распространённых деэмульгаторов
Физико – химические свойства деэмульгатора
Прогалит ДЕМ 15/100
Смесь нефриса Apl 20/120 и куб.остат. пр-ва бутанола (1:1)
Смесь метанола и толуола (9:1)
Деэмульгирующая способность отечественных реагентов
Относительная эффективность реагента
В-Сусловское и С-Лиманское
Пашинское и З-Тэбук
Бешкент+ С-Тогат+ Карагач
Кум-Даг+ Куйджит+ Гогрань-даг
В табл.19, приведены средневзвешенные величины расходов отечественных и импортных деэмульгаторов. Таким образом, хотя отечественные деэму льгаторы существенно дешевле импортных, их средневзвешенный удельный расход на 10 – 26 % выше.
Сравнительная эффективность отечественного реагента Дипроксамин–157–65М и ряда импортных деэмульгаторов
Объект подготовки нефти
Относит.ээффективн. отечественного Д/Э
УКПН Мангарово (карбон
УПН Телепаново (карбон)
УПН Ст.Калмаш (смесь)
Отраднинское НСП (УКПН-2)
НГДУ Бугурусланнефть (система сбора)
Гнединцевский завод СН и ПСГ
Глинско – Разбышевская УПН
Сравнительная эффективность отечественного реагентов Проксанол 305 – 65 и Проксанол 305 – 50 и ряда
Объект подготовки нефти
Относит.ээффективн. отечественного Д/Э
Нефтегорское НСП Сосновско- Дерюжевская УПСВ
НГДУ Уфанефть, УПН-3
Сравнительная эффективность отечественного реагентов Проксамин 385 – 65 и Проксамин 385 – 50 и ряда
Объект подготовки нефти
Относит.ээффективн. отечественного Д/Э
НГДУ Кенкиякнефть, УПН
Средневзвешенные расходы отечественных и импортных деэмульгаторов
Объём подготовки нефти, млн.т/год
Удельный расход деэмульгатора, г/т
Технология применения деэмульгаторов сводится к трём стадиям:
Введение реагента в эмульсионный поток н его распределение в дисперсионной среде;
Подготовка дисперсной фазы к слиянию, путём адсорбции на границе раздела фаз молекул деэмульгатора с разрушением защитных оболочек;
Разделение эмульсии на составляющие её фазы.
Эффективность первой стадии определяется физико-химическими свойствами эмульсии и деэмульгатора, гидродинамическими характеристиками обрабатываемого потока и технологией ввода реагента и целиком зависит от интенсивности диспергирования деэмульгатора. Управление этой стадией осуществляется изменением степени перемешивания эмульсии с деэмульгатором и выбором способа ввода реагента. При этом, надо помнить, что увеличивая интенсивность перемешивания мы увеличиваем не только степень диспергирования реагента, но и дисперсной фазы, что повышает устойчивость эмульсии. Что касается способа ввода реагента, то различают следующие его технические решения:
2. Ввод в товарной форме без дополнительного разбавления;
3. Ввод в виде низкоконцентрированной тонко дисперсной эмульсии;
4. Ввод в виде водо-нефтяной эмульсии, содержащей, реагент.
Практика промысловой подготовки показала, что из двух первых способов предпочтение следует отдавать вводу реагента в товарной форме, так как, при этом, его удельный расход снижается на 10 %, а качестве разделения улучшается. Третий способ оправдывает себя в основном для эмульсионных потоков с низкими гидродинамическими характеристиками. Четвёртый способ широкого распространения пока не получил, хотя он разрабатывался для замены третьего способа.
на 16 %, а в вертикальных трапах повышается
на 18 %. При нагреве из защитных слоев удаляются кристаллы парафина и, частично, смолы и асфальтены.
Поскольку физико-химические свойства деэмульгатора влияют на две стадии из трёх методам его подбора должно быть уделено особое внимание. Причём, из-за широкого разнообразия нефтей, реагентов и существующих технологий подготовки это достаточно сложная и до конца не решенная задача. Наибольшей популярностью пользуется следующий подход. Все нефти, в зависимости от плотности вязкости делятся на три типа (Табл. 20.). Все деэмульгаторы. в зависимости от гидрофильно-гидрофобного баланса (выражаемого фенольным числом) тоже делятся на три типа (Табл.21). Причем, с уменьшением фенольного числа деэмульгаторы теряет растворимость в воде, увеличивая растворимость в нефти.
Охарактеризовать вероятность успешного действия деэмульгаторов можно с помощью табл.22.
Классификация нефтей для подбора деэмульгатора
Деэмульгаторы для разрушения нефтяных эмульсий
Деэмульгаторы для разрушения нефтяных эмульсий представляют собой синтетические ПАВ, обладающие по сравнению с природными эмульгаторами более высокой поверхностной активностью.
Деэмульгаторы для разрушения нефтяных эмульсий представляют собой синтетические ПАВ, обладающие по сравнению с природными эмульгаторами более высокой поверхностной активностью.
Исследования проводились по следующей методике: в стакан объемом 500 мл наливали 70 мл нефти и 30 мл дистиллированной воды. Содержимое стакана эмульгировали при помощи мешалки в течение 10 минут. Приготовленную эмульсию разливали в градуированные пробирки по 9 мл. Последовательно, начиная со 2 й пробирки, вводили расчетное количество деэмульгатора и взбалтывали эмульсию в течение 1 минуты. Затем давали отстояться в течение 30 минут при рабочих температурах деэмульгатора. В первой пробирке отстой воды вели без деэмульгатора. По истечении указанного времени замеряли количество воды с точностью до 0,1 мл. Эффективность деэмульгатора оценивалась по отношению объема выделившейся воды к общему ее содержанию в эмульсии.
Заметный положительный эффект исследований наблюдался только для ачикулакской и смеси волгоградской и шаимской нефти. Для ачикулакской нефти при использовании деэмульгатора СНПХ-4410 (расход 0,07-0,28 г/т) п ле 30 минут отстоя количество выделившейся воды было незначительно (следы), но через сутки количество воды резко увеличилось и эффективность деэмульгатора достигла 51,9%. Для той же ачикулакской нефти при обработке ее деэмульгатором СНПХ-4204 (расход 0,1-0,4 г/т) эффективность возросла до 66,7%. При обработке смеси волгоградской и шаимской нефти деэмульгатором СНПХ-4204 (расход 0,09-0,37 г/т) эффективность составила 3,7-48,2% об. При обработке той же нефти деэмульгатором Диссольван-4411 (расход 0,15-0,4 г/т) эффективность достигала 96,3%. Деэмульгатор СНПХ-4410 (расход 0,03-0,06 г/т) не дал заметного положительного эффекта (в пробирках наблюдались только следы воды). Воздействие всех перечисленных деэмульгаторов на нефтекумскую и дагестанскую нефть (при расходах 0,08-0,35 г/т) положительного эффекта не дало, во всех случаях отмечались лишь следы вода. Возможно, для увеличения эффективности работы деэмульгатора необходимо изменить технологические параметры (увеличить расход деэмульгатора, изменить температур процесса, время отстоя).