Оценка эффективности деэмульгаторов

При оценке эффективности деэмульгаторов наиболее важными параметрами являются:

1) расход деэмульгатора на 1 тонну эмульсии;

2) время отстоя эмульсии, т.е. время разрушения или расслоения эмульсии;

3) количество оставшейся воды и солей в нефти после отстоя;

4) температура отстоя и её влияние на скорость разрушения эмульсии.

Эффективность деэмульгаторов определяют седиментационным анализом, сущность которого сводится к следующему.

В стабилизированную нефтяную эмульсию добавляют деэмульгатор и тщательно перемешивают. Капельки воды, потерявшие поверхностный слой эмульгаторов, начинают оседать вниз.

Скорость оседания капелек воды зависит от их размера, разницы плотностей нефти и воды, вязкости нефти и определяется известной формулой Стокса:

где – скорость оседания капелек воды, м/с;

d – диаметр капелек воды, м;

ρ_В и ρ_Н – соответственно плотность воды и плотность нефти при рабочих условиях в отстойнике, кг/м³;

μ_Н – динамическая вязкость нефти, Па∙с.

Из данной формулы можно определить радиус капельки воды, учитывая, что :

С другой стороны, скорость оседания капель воды для монодисперсных эмульсий одинакова и отстой происходит равномерно, т.е. высота слоя воды в отстойнике будет пропорциональна времени оседания :

С учётом последнего выражения формулу для определения радиуса капель можно представить следующим образом:

где - коэффициент, постоянный для данной нефти:

При отстаивании полидисперсной эмульсии, какой обычно является нефтяная эмульсия, граница воды оказывается размытой, так как капельки воды, имеющие разные диаметры, проходят за одно и тоже время различные пути. Поэтому седиментационный анализ полидисперсных эмульсий сводится к определению скорости накопления высоты столба воды.

По дифференциальным кривым распределения (рис.9.8) можно судить как об эффективности воздействия того или иного деэмульгатора на нефтяную эмульсию, так и о конструктивных особенностях отстойников. Для этого на оси ординат откладывают функцию распределения, т.е. изменение массы капель воды от их радиуса , а по оси абсцисс – значения эквивалентных радиусов, определённых по вышеприведённым формулам.

Рис. 9.8. Зависимости функции распределения

от эквивалентного радиуса капелек воды в эмульсии:

1 – эмульсия, приближающаяся к монодисперсной; 2 – полидисперсная эмульсия; 3 – эмульсия, содержащая преимущественно мелкие капельки

Из рис. 9.8 следует, что чем меньше интервал радиусов кривой распределения и выше её максимум, тем нефтяная эмульсия ближе к монодисперсной (кривая 1). При более растянутой кривой и меньшем максимуме дисперсная фаза эмульсии более полидисперсна.

Наиболее простой способ определения эффективности деэмульгаторов заключается в следующем. Приготавливают образцы эмульсий из безводной нефти и пластовой воды одного и того же месторождения. Затем задаются, например, температурой отстоя и количеством деэмульгатора и определяют зависимость обводнённости нефти от времени отстоя (рис. 9.9).

Как следует из рис. 9.9, деэмульгатор 3 оказался наиболее эффективным при данных условиях.

Рис. 9.9. Зависимость обводнённости нефти W от времени отстоя τ

при постоянных температуре и расходе деэмульгатора для разных образцов деэмульгаторов (кр. 1, кр. 2, кр. 3)

Более полную картину об эффективности разных деэмульгаторов можно получить, построив зависимости при разных температурах и расходах деэмульгаторов.

На рис. 9.10 представлена зависимость конечного (остаточного) содержания воды в нефти после отстоя от расхода деэмульгатора при разных температурах.

По кривым на рис. 9.10 определяют необходимую температуру и расход деэмульгатора для обеспечения заданного качества товарной нефти.

Рис. 9.10. Зависимость конечного содержания воды в нефти W_К после отстоя

от расхода деэмульгатора С при разных температурах:

кр.1 – 20^оС, кр.2 – 30^оС, кр.3 – 40^оС, кр.4 – 50^оС

Стойкость или стабильность эмульсий к разрушению её деэмульгаторами оценивают по степени обезвоживания нефти Е по формуле:

где W_H и W_K – соответственно начальное (до отстоя) и конечное (после отстоя) содержание воды в нефти, % масс.

Чем ближе значение значение Е к 100%, тем эффективнее деэмульгатор.