Способ определения агрегативной устойчивости водонефтяной эмульсии

 

Изобретение относится к промысловой подготовке нефти, конкретно к обезвоживанию и обессоливанию нефти на промыслах и нефтеперерабатывающих заводах. Сущность изобретения заключается в том, что до и после введения деэмульгатора производят измерение кинематической вязкости при одной и той же температуре с последующим определением агрегативной устойчивости по формуле AУ=C·(ν₁-ν₂)/ν₁·100, где АУ-агрегативная устойчивость, %; ν₁ - кинематическая вязкость эмульсии до добавления деэмульгатора, ν₂ - кинематическая вязкость эмульсии после добавления деэмульгатора, С - постоянная. 2 табл., 8 ил.

Изобретение относится к подготовке нефти, конкретно к обезвоживанию и обессоливанию нефти на промыслах и нефтеперерабатывающих заводах, и может быть использовано для оценки эффективности процесса обезвоживания нефти.

Известен способ определения содержания воды в нефти и нефтепродуктах с определением по результатам анализа агрегативной устойчивости водонефтяной эмульсии [1].

Недостатком данного метода является трудоемкость и длительность процесса отделения.

Известен диэлектрический метод определения содержания воды в нефти и нефтепродуктах с последующим отделением агрегативной устойчивости водонефтяной эмульсии [2].

Однако этот метод определения трудоемок и определение агрегативной устойчивости связано с большими погрешностями и длительностью.

Известен спектральный метод определения содержания воды в нефти и нефтепродуктах с последующим определением агрегативной устойчивости водонефтяной эмульсии [3].

Однако этот метод трудоемок, требует сложного аппаратурного оформления, квалифицированного обслуживания и связан с длительностью оценки агрегативной устойчивости.

Известен способ оценки агрегативной устойчивости по изменению электропроводности водонефтяной эмульсии [4].

Однако этот способ не применим в промышленных условиях, а пригоден только для научных и лабораторных исследований.

Известен метод (прототип), разработанный ВНИИСПТнефть, который заключается в определении объема воды, выделившейся из эмульсии после добавки деэмульгатора [5].

По этой методике агрегативная устойчивость анализируется следующим образом: после отбора пробы последняя отстаивается 30 мин. Отстоявшуюся нефть в количестве 10 см³ центрифугируют 30 мин. Выделившееся количество воды B₁ выражают в процентах к объему пробы (10 см³). Далее в пробу добавляют 3 капли деэмульгатора (в среднем равной 0,09-0,15 см³), проба подогревается и центрифугируется в течение 15 мин. Вновь замеряется количество воды B₂ в %, и значение агрегативной устойчивости выражается в виде где AY - агрегативная устойчивость, %; B₁ - количество отделившейся воды после первого центрифугирования, см³; B₂ - количество отделившейся воды после второго центрифугирования, см³.

Результаты анализа из лаборатории передаются на промысел.

Основным недостатком этого способа анализа является его длительность и невозможность оценивать действия эмульгатора непосредственно в процессе деэмульгирования.

Цель изобретения - экспресс-определение агрегативной устойчивости и эффективности обезвоживания водонефтяной эмульсии.

Сущность изобретения заключается в том, что до и после ввода деэмульгатора производят измерение кинематической вязкости при одной и той же температуре с последующим определением агрегативной устойчивости по формуле где AY - агрегативная устойчивость, %; ν₁ - кинематическая вязкость эмульсии до добавления деэмульгатора, мм²/с; ν₂ - кинематическая вязкость эмульсии после добавления деэмульгатора, мм²/с; C - постоянная.

От качества подготовки нефти в районах ее добычи зависят эффективность и надежность работы всей системы магистрального трубопроводного транспорта и переработки нефти. Перекачка вместе с нефтью даже 1-2% балласта (в виде эмульгированных глобул воды или частиц механических примесей) способствует более интенсивному коррозионному износу насосного оборудования, снижает пропускную способность трубопроводов и повышает опасность их прорывов. Повышение содержания воды, хлористых солей и механических примесей в нефтях, поступающих на нефтепереработку, ухудшает качество получаемых из них ее продуктов и создает дополнительные проблемы на НПЗ, связанные с неисправностями технологического оборудования. Нефть с повышенным содержанием воды и других примесей имеет и более низкую цену на мировом рынке.

При диспергировании двух несмешивающихся жидкостей образуются водонефтяные эмульсии. Все эмульсии - системы термодинамически неустойчивые, и они стремятся к расслоению. Стойкость водонефтяных эмульсий оценивают агрегативной устойчивостью.

Агрегативная устойчивость водонефтяных эмульсий - это способность глобул дисперсной фазы при их столкновении друг с другом или границей раздела фаз сохранять свой первоначальный размер. Механизм образования агрегативно устойчивых нефтяных эмульсий, вопросы стабилизации и разрушения водонефтяных эмульсионных систем окончательно не изучены, однако все теории едины в одном, что для придания агрегативной устойчивости эмульсионной системе, приготовленной из двух чистых, несмешивающихся жидкостей, необходимо присутствие третьего стабилизирующего компонента.

Сущность процесса предварительной подготовки эмульсии к расслоению заключается в максимальном снижении ее устойчивости до заданного уровня. Для интенсификации процесса разрушения водонефтяной дисперсной системы в эмульсию вводят деэмульгатор. Добавление реагента - деэмульгатора в водонефтяную эмульсию дает возможность нарушить прочные гелеобразные слои природных стабилизаторов нефтяных эмульсий (асфальтенов, смол, нерастворимых органических кислот, мехпримесей и др.), входящих в состав защитных оболочек глобул воды, и способствует переводу частичек природных стабилизаторов с границ раздела фаз в объем водной фазы.

Расход демульгаторов должен быть достаточен для обеспечения максимальной эффективности процесса обезвоживания нефти. Эффективность действия деэмульгаторов по снижению агрегативной устойчивости водонефтяных эмульсий оценивается различными способами.

Для осуществления способа анализа агрегативной устойчивости эмульсии было проведено более 100 лабораторных экспериментов, в результате чего была найдена экспоненциальная зависимость кинематичекой вязкости от количества отстоявшегося отстоя во времени. Чем больше величина вязкости, тем меньше количество отстоя и, наоборот, при увеличении количества отстоя воды вязкость эмульсии уменьшается. Непременным условием эксперимента является определение при одной и той же температуре. На основе экспериментальных расчетов на ЭВМ было получено соотношение

По полученным экспериментальным данным был проведен корреляционный анализ на ЭВМ. В результате чего и была подтверждена сильная взаимосвязь между вязкостью и величиной отстоя: коэффициент корреляции K_k, ν, Δ = -0,85 , а также было получено уравнение регрессии - зависимости между двумя параметрами и отстоем эмульсии.

В качестве исходных данных для примера использовались значения вязкости и отстоя эмульсии при фиксированных значениях деэмульгатора (20 г/м³) и времени отстоя (60 мин). Для известной группы нефти время отстоя выбирается таким образом, чтобы исключить влияние динамики на величину отстоя.

По результатам полученных расчетных и экспериментальных данных была построена система анализа агрегативной устойчивости эмульсии, показанная на структурной схеме (фиг. 1).

Структурная схема состоит из емкости отстойника (1) с датчиком-уровнемером (2), двух вискозиметров (3), емкости для деэмульгатора с микродозатором (4), смесителем (5) с датчиком-уровнемером (2), четырех исполнительных механизмов (6) и устройства управления и обработки информации (7) и трубопроводов (8).

Анализирующая система агрегативной устойчивости в зависимости от величины вязкости эмульсии работает следующим образом.

Водонефтяная эмульсия через исполнительный механизм (6) поступает для наполнения в отстойную емкость (1), где уровень наполнения ограничивается датчиком-уровнемером (2). По достижению оптимального уровня налива поступление водонефтяной эмульсии прекращается. После этого жидкость поступает через исполнительный механизм (6) и вискозиметр (3) в смесительную емкость (5), куда одновременно из емкости с микродозатором (2) поступает деэмульгатор. В смесителе происходит смешение водонефтяной эмульсии с деэмульгатором, а затем отстаивание в течение времени, позволяющего исключить влияние динамики на величину отстоя (в примере 60 мин). В то же время через исполнительный механизм (6) в отстойную емкость (1) поступает новый поток водонефтяной эмульсии и одновременно после из смесительной емкости (5) через исполнительный механизм (6) и вискозиметр (3) уходит обезвоженная нефть в трубопроводную сеть (8).

Таким образом, происходит оценка агрегативной устойчивости (AУ) водонефтяной эмульсии из потока по измерению вязкости нефти до и после добавления ДЭ при одной и той же температуре измерения.

Статистические данные и расчетные показатели представлены в табл. 1 и 2,

где B_пот - потенциальное содержание воды после добавления 100 г ДЭ на одну тонну сырой нефти, %;
B_i - количество воды, отделившейся после первого центрифугирования, или текущее выделение воды после соответствующего (меньше 100 г/т) добавления ДЭ, %;

где Э_с - нормированная статическая эффективность;

где Э_д - нормированная дифференциальная эффективность;


где - относительные вязкости.

На основе данных расчета по формулам (4) и (8) построены зависимости (см. фиг. 2-8).

Анализ полученных зависимостей свидетельствует, что между AУ, а также нормированной Э_д и относительным изменением кинематической вязкости существует тесная корреляция, что дает основание в качестве косвенного показателя качества нефти и эффективности Э_д рекомендовать использовать на промыслах относительное изменение кинематической вязкости.

Результаты исследования, приведенные выше, показывают, что относительное изменение вязкости сырой нефти при добавлении ДЭ характеризует степень подготовленности нефти и эффективности ДЭ. Уровень вискозиметрии, простота измерения и высокая чувствительность и точность позволяют рекомендовать измерение вязкости как параметр, сравнительно легко поддающийся автоматизации.

Таким образом, способ определения агрегативной устойчивости водонефтяной эмульсии позволяет экспрессно определить агрегативную устойчивость и эффективно обезвоживать водонефтяную эмульсию. Такое техническое решение в литературе не описано, что позволяет признать заявляемый способ соответствующим критерию "существенные отличия".

Практическая возможность реализации способа при подготовке нефти отвечает критерию "существенные отличия".

Использованная литература
1. ГОСТ 2477-65. Метод определения содержания воды в нефтях и нефтепродуктах.

2. Беляков В.Л. Автоматизация промысловой подготовки нефти и воды. -М.: Недра, 1988, с. 232.

3. Есельсон М.П., Кучеров Я.М., Яновский В.Ю. Спектральные методы анализа. - Изд-во ВНИИОЭНГ, 1977.

4. Прибуш А.Г. Определение агрегативной устойчивости эмульсий по скорости коалесценции капель электролита в органической среде //Теор. основы хим. технолог., 1990, т. 24.- N 6.-с.827-832.

5. Веревкин А.П. и др. Оценка эффективности и оптимизации расходования деэмульгаторов при промысловой подготовке нефти. // ЭИ Сер.: Техника и технология добычи нефти и обустройства нефтяных месторождений. -М.: ВНИИОЭНГ, Вып. 4, с. 38-47, 1991.

Формула изобретения

Способ определения агрегативной устойчивости водонефтяной эмульсии, включающий введение деэмульгатора, отстой эмульсии в течение определенного времени, отличающийся тем, что до и после введения деэмульгатора производят измерение кинематической вязкости при одной и той же температуре с последующим определением агрегативной устойчивости по формуле

где АУ - агрегативная устойчивость, %;
ν₁ - кинематическая вязкость эмульсии до добавления деэмульгатора;
ν₂ - кинематическая вязкость эмульсии после добавления деэмульгатора,
С - постоянная.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10