Способ повышения вязкости и стабильности водомасляных эмульсий

Изобретение относится к технологии получения высоковязких и стабильных водомасляных эмульсий, которые применяются для увеличения нефтеотдачи пластов, а также в процессах газодобычи. Способ осуществляют смешиванием нефтяного смазочного масла с водой, взятой в количестве на 10-25% больше критического количества воды в эмульсии, с помощью электромеханического смесителя при 2000-2500 об/мин в течение 40-50 минут, после чего избыток воды удаляют. Технический результат - упрощение технологии процесса при исключении применения эмульгирующих и стабилизирующих соединений. 1 табл.

 

Изобретение относится к технологии получения высоковязких и стабильных водомасляных эмульсий. Водомасляные эмульсии широко используют в технологиях получения топлив, увеличения нефтеотдачи пластов, например, при обработке высоко обводненных коллекторов, нагнетательных и добывающих скважин (Матер. 2-й науч.-практ. конф. «Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа». Томск: Изд-во СО РАН, 2001), а также в процессах газодобычи и для временной изоляции проницаемости в призабойной зоне пластов (Патент ЕПВ 1198536).

В последние годы структурированные эмульсии используют в технологиях гидравлического разрыва малопроницаемых газо- и нефтенесущих пластов.

Вязкость, обеспечивающая структурную, фазовую и механическую устойчивость эмульсий, формируется с помощью дорогостоящих поверхностно-активных веществ (ПАВ), стабилизаторов и зависит от качества, содержания их в составе эмульсий. Например, в способе получения эмульсий состава: 1-70% воды в 30-99% маслянистой жидкости (эфиры, ацетали, диалеилфенолы, углеводороды) используют сложные поверхностно-активные вещества формулы H[CH₂CH(R)A]_xN(R)[CH₂CH(R)A]_yH, где R - алифатическая углеводородная группа C_12-22; R'=Н или алкил C_1-3; А=NH или О; х+у=1-3 (Патент US 6218342, С09К 7/00).

Стабилизацию эмульсионных углеводородных топлив осуществляют в присутствии 0.05-25% ионного или неионного эмульгатора с гидрофильно-липофильным балансом 1-40 (Патент US 6530964, С10L 1/32) или в присутствии эмульгатора на основе поликислотного полимера типа сополимеров олефинов С_4-30 с малеиновым ангидридом (Патент US 6419714, С10L 1/32).

В способе получения эмульсионных топлив состава УВ: вода = (60:40)-(98:2) с вязкостью 100 сП (0.1 Па·с) в качестве эмульгаторов используют низшие алкиламины в сочетании с оксидом этилена (Патент US 5993495, С10L 1/32), неорганические соединения, содержащие Na, Mg, Са, Cl (Патент US 6296676, С10L 1/12), NaOH и CaCl₂ (Патенты US 6066186, 6030424, С10L 1/32).

Вязкость многофазовых эмульсий типа масло/вода/масло на основе углеводородного сырья, воды и эмульгаторов дополнительно стабилизируют дисперсными веществами, например углеродом (Заявка ЕПВ 1111027, С10L 1/32), органофильными глинистыми минералами и коксом (Патенты US 6150425, 6069178, A61К 9/113, В01F 3/00 соответственно).

Вязкость горючей эмульсии вода/углеводороды (керосин, бензин) с отношением вода/УВ=(5-35):(95-65) регулируют определенным содержанием парафинов, а также растительных, животных или синтетических масел (Заявка FR 2842820, С10L 1/32).

В способе приготовления водомасляной эмульсии и стабилизации ее вязкости используют насыщенные и жирные ненасыщенные спирты и кислоты, насыщенные и ненасыщенные углеводороды (Заявка DE 19859054, C02F 3/02). Для стабилизации водно-эмульсионных топлив на основе нефтяных остатков предложен полиэтоксилат нонилфенола, а в качестве термостабилизатора этих эмульсий - дигидрооксиэтиловый глицинат говяжьего жира при содержании этих соединений в эмульсии от 1.0 до 5.0% (Патент US 6187063, С10L 1/22; Заявка Франции 2801057, С10L 1/32).

Например, буровой раствор на водно-углеводородной основе с гидрофобными свойствами стабилизируют карболигносульфонатом при содержании его в эмульсии от 11.0 до 21.3% (Патент RU 2238297, С09К 7/06).

С целью расширения диапазона работоспособности эмульсии обратного типа на основе битума (19.0-98.0%) и воды (1.0%) к ней добавляют тяжелую пиролизную смолу в количестве от 1.0 до 80.0% (Патент РФ 2194062, С08L 95/00).

С помощью стабилизирующих соединений на основе эфиров многоатомных спиртов и высокомолекулярных фракций синтетических жирных кислот разработаны термоустойчивые до 190°С инвертные эмульсии для бурения и капитального ремонта скважин (Нефтепереработка и нефтехимия, 2003, с.195).

Соли углеводородзамещенной (8-400 атомов С) янтарной кислоты или ее ангидрид и аммоний или амин при концентрациях 0.01-15.0% повышают термоустойчивость эмульгированных смесей водно-топливных композиций и улучшают процесс их горения (Патент US 6648929, С10L 1/22).

Вязкую эмульсию для выделения углеводородов из подземных образований стабилизируют твердой добавкой, например, частицами глин, кварца, гипса, полевого шпата, угольной пыли, асфальтенов и полимеров (Патент US 5910467, С09К 3/00).

Вязкость эмульсии воды в нефтяном масле стабилизируют жидким каучуком или латексом сополимера диеновых, винильных или диеновых и винильных мономеров с карбоксилсодержащими мономерами (Патент RU 2121495, С10М 173/00). Стабилизирующее вещество берут в количестве 0.3-5.0% от веса масла, считая на сухое вещество, при весовом соотношении масла и воды 20:80-80:20 и содержании соединения металла второй или третьей групп 0.09-3.5% от веса масла. Стабилизатор используют в смеси с поверхностно-активным веществом, взятым в количестве 0.5-3.0% от веса масла. Все области применения эмульсий включают режимы их эксплуатации, характеризующиеся высокими термомеханическими нагрузками (деформациями). В большинстве случаев, особенно при содержании воды в нефтепродуктах более 30%, эмульсии разрушаются при деформациях. Поэтому количественной оценкой стабильности структуры и фазового состава эмульсий является динамическая вязкость.

Анализ патентов показывает, что для предотвращения процесса разрушения эмульсий в их состав вводят сложные смеси синтетических стабилизирующих соединений в количестве от 0.3 до 80 мас.% в сочетании с эмульгаторами.

По технической сущности к предлагаемому способу повышения вязкости и стабильности водомасляных эмульсий наиболее близок способ стабилизации эмульсии воды в нефтяном масле по патенту RU 2121495. Недостаток способа заключается в повышенном содержании в эмульсии и малой эффективности стабилизирующей композиции на основе каучука или латекса сополимера диеновых, виниловых мономеров с карбоксилсодержащими мономерами, а также в дополнительном содержании металла второй или третьей групп и эмульгатора, что в сумме составляет до 11.5 мас.%.

Задачей изобретения являлась разработка технологически простого и эффективного способа получения водомасляных эмульсий с более высокой вязкостью и стабильностью без применения эмульгирующих и стабилизирующих соединений.

Технический результат достигается тем, что нефтяное масло типа 5W40, 10W30, М8В, «Камаз», «Автол», И-12 - И-40, «Rimula D» Shell и воду в избытке на 10-25% по отношению к максимальному экспериментально определенному количеству воды для каждого типа масла без добавления специальных эмульгаторов и стабилизаторов смешивают с помощью электромеханического смесителя при 2000-2500 об/мин в течение 40-50 минут. После удаления свободной (неэмульгированной) воды из реактора получают эмульсии с динамической вязкостью, соответственно в 3-6 раз превышающей вязкость эмульсий с таким же содержанием в них воды, но полученных без избытка воды. Стабильность эмульсий характеризуют количественно методом динамической вискозиметрии при скоростях деформационного сдвига от 0.16 до 1312 с-1. Напряжение сдвига и вязкость эмульсий определяют с помощью прибора «Реотест-2». Средние значения реологических характеристик эмульсий, полученных на основе масел 5W40 и 10W30, приведены в таблице.

Как видно из примеров с увеличением избытка воды до 20-24% (примеры 1-5), введенной в процесс эмульсации, содержание воды в эмульсиях уменьшается, а их динамическая вязкость при этом стремительно возрастает до 232-331 Па·с против значений 41-72 Па·с вязкости для эмульсий, полученных в условиях расчетного количества воды. Высоковязкие эмульсии текут при высоких предельных сдвиговых деформациях - 300 Па. Вязкость эмульсий не изменяется при нагревании их до 60-70°С. С уменьшением избытка воды ее содержание в эмульсиях увеличивается, а вязкость приближается к значениям, близким для эмульсий, полученных без избытка воды.

Разработанный способ увеличения вязкости и стабильности водомасляных эмульсий технологичен, не отягощен применением дорогостоящих, токсичных реагентов. В техническом и экономическом отношении способ многократно эффективнее прототипа.

Таблица
Вязкость эмульсии на основе масла 10W30 в зависимости от способа ее получения
№ примера	Количество воды, взятое в эмульсацию, мас.%	Количество воды, вошедшее в эмульсию, мас.%	Вязкость эмульсии, полученной в избытке воды, Па·с	№ примера	Вязкость эмульсии, полученной с расчетным количеством воды, Па·с
1	86.0	62.3	232.4	14	40.6
2	85.7	65.4	323.6	15	55.8
3	85.6	64.9	330.8	16	52.6
4	85.5	63.2	349.3	17	75.9
5	85.4	63.1	344.6	18	71.5
6	85.0	71.0	357.0	19	73.6
7	84.7	72.0	331.0	20	86.0
8	84.5	76.2	340.0	21	105.2
9	84.0	78.5	346.0	22	190.0
10	83.0	80.3	405.0	23	297.3
11	82.9	81.0	389.7	24	378.0
12	82.7	82.0	548.5	25	451.0
13	82.5	82.5	595.0	26	595.0

Способ повышения вязкости и стабильности водомасляных эмульсий смешением нефтяного масла и воды, отличающийся тем, что нефтяное смазочное масло и воду, взятую на 10-25% больше критического количества воды в эмульсии, смешивают при 2000-2500 об/мин в течение 40-50 мин, после чего избыток воды удаляют.