CC BY
22
УДК 544.773.3
Романова Ю.Н., Мусина Н.С., Марютина Т.А., Юртов Е.В.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА РАЗРУШЕНИЕ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ
Романова Юлия Николаевна, аспирант кафедры наноматериалов и нанотехнологии, e-mail: romanova-u@mail.ru; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Мусина Наталья Сергеевна, к.х.н., научный сотрудник лаборатории концентрирования; Марютина Татьяна Анатольевна, д.х.н., главный научный сотрудник, заведующий лабораторией концентрирования;
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Ленина и Ордена Октябрьской Революции Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН), Москва, Россия;
Юртов Евгений Васильевич, д.х.н., член-корр. РАН, профессор, заведующий кафедрой наноматериалов и нанотехнологии;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
Исследовано влияние параметров переменного импульсного магнитного поля (индукция, частота, форма выходного напряжения, время воздействия) на эффективность разрушения водонефтяных эмульсий. Приведены экспериментальные данные, показывающие возможность отделения водной и нефтяной фаз с использованием проточной лабораторной установки, создающей переменное импульсное магнитное поле.
Ключевые слова: водонефтяная эмульсия, магнитное поле
INVESTIGATION OF EFFECT OF A PULSED MAGNETIC FIELD ON THE DEMULSIFICATION OF WATER-IN-OIL EMULSIONS
Romanova Yu.N., Maryutina T.A.*, Musina N.S.*, Yurtov E.V.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
* V.I. Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of Russian Academy of Sciences (GEOKHI RAS), Moscow, Russia
The influence of the parameters of an alternating pulsed magnetic field (induction, frequency, shape of the output voltage, contact time) on the efficiency of demulsification of water-in-oil emulsions was studied. Experimental data showing the possibility of separating the water and oil phases using a flow laboratory system that creates an alternating pulsed magnetic field is presented.
Keywords: water-in-oil emulsion, magnetic field
Поиск эффективных способов разрушение устойчивых водонефтяных эмульсий, образующихся на стадии добычи нефти и в большинстве случаев относящихся к эмульсиям обратного типа (В/Н, вода в нефти) [1-3], является важной задачей для нефтедобывающей промышленности.
Основной причиной устойчивости эмульсий обратного типа является структурно-механический барьер или бронирующая оболочка - высоковязкий структурированный межфазный слой,
образующийся вокруг глобул воды в результате адсорбции природных эмульгаторов, содержащихся в нефти [3]. Бронирующие оболочки могут содержать и механические примеси.
Зачастую на нефтепромысле для повышения нефтеотдачи пласта используются различные химические реагенты сложного состава, приводящие к образованию большого количества промежуточных эмульсионных слоев, которые не
расслаиваются без применения специальных способов.
Большое развитие за последние десятилетия получили исследования, связанные с нетрадиционными способами разрушения водонефтяных эмульсий, а именно, применение различной волновой обработки водонефтяных эмульсий - магнитной, электромагнитной, микроволновой, ультразвуковой и т.п. [4-6].
Целью настоящей работы являлось изучить влияние переменного импульсного магнитного поля на разрушение устойчивых водонефтяных эмульсий.
В качества объектов исследования были взяты образцы водонефтяных эмульсий. Состав образцов водонефтяных эмульсий представлен в таблице 1.
Компонент Содержание
Эмульсия № 1 Эмульсия № 2
Вода, % масс 54,0 37,5
Сульфид железа, мг/дм3 3230 578
Механические примеси, % масс 1,35 0,64
Асфальтены, % масс 2,41 6,53
Смолы, % масс 6,92 10,42
Парафины, % масс 2,16 0,38
Для проведения экспериментальных
исследований по разрушению образцов водонефтяных эмульсий использовали проточную лабораторную установку (рис. 1), которая включала в себя: источник питания, блок-преобразователь генератора, четырехполюсной индуктор с двумя обмотками, тефлоновую трубку диаметром 5 мм, перистальтический насос (Masterfleх, США) для прокачивания эмульсии.
Содержание воды в отделившейся нефтяной фазе определяли с помощью титратора Фишера «ЭКСПЕРТ-007М» с бипотенциометрической индикацией.
Эксперимент проводили следующим образом: с помощью перистальтического насоса эмульсия объемом 40-45 мл прокачивался на лабораторной установке, подвергаясь воздействию переменного импульсного магнитного поля; в ходе исследований изучалось влияние различных параметров обработки (индукция - 0,1 и 0,2 Тл, частота переменного тока 25 и 100 Гц, форма выходного напряжения - синусоидальной и прямоугольной, время воздействия) на эффективность разрушения эмульсии; после эксперимента эмульсия, прошедший обработку переменным импульсным магнитным полем, подвергалась центрифугированию для
определения объема отделившейся воды. Время воздействия на исследуемые эмульсии рассчитывалось исходя из скорости их прокачивания через проточную систему: при скорости прокачивания 1 мл/мин время воздействия составило 0,5 минут, 3-х минутное воздействие достигалось шестикратным прокачивание через систему.
В таблице 2 приведены результаты экспериментальных исследований по изучению влияния параметров переменного импульсного магнитного поля на эффективность разрушения водонефтяных эмульсий.
В результате проведенных экспериментальных исследований под действием импульсного магнитного поля, вследствие неоднородного поведения диамагнитных и парамагнитных компонентов, входящих в состав исследуемых эмульсий, происходит поляризация глобул воды и разрушение бронирующих оболочек. Помимо этого, сульфид железа, входящий в состав образцов эмульсий и являющийся ферромагнетиком, вследствие перемещения к источнику магнитного поля разрыхляет бронирующие оболочки, тем самым способствуя коалесценции.
Рисунок 1. Фото проточной лабораторной установки для разрушения гель-содержащей водонефтяной эмульсии
Таблица 2. Влияние параметров переменного импульсного магнитного поля на отделение воды из образцов эмульсий
Наименование образца
Содержание воды в образце, % масс
Параметры волнового воздействия
Индукция, Тл
Форма выходного напряжения
Частота, Гц
Время, мин
Отделившаяся вода, % масс
Содержание воды в нефтяной фазе, % масс
Эмульсия № 1
Синусоидальная
100
0,5
25
0,5
54,0
0,2
Прямоугольная
100
0,5
25
0,5
42,6
43,5
38,5
39,4
36,0
36,2
35,4
35,8
11,4
10,5
15,5
14,6
18,0
17,8
18,6
18,2
Эмульсия № 2
Синусоидальная
100
0,5
25
0,5
37,5
0,2
Прямоугольная
100
0,5
25
0,5
29,5
30,0
26,5
27,1
23,0
23,7
21,8
22,5
8,0
7,5
11,0
10,4
14,5
13,8
15,7
15,0
3
3
3
3
3
3
3
3
Как видно из таблицы 2 параметры переменного импульсного магнитного поля влияют на эффективность разделения водной и нефтяной фаз. В результате обработки эмульсий № 1 и № 2 переменным импульсным магнитным полем с прямоугольной формой выходного напряжения степень отделения воды на 15 % ниже, чем при синусоидальной форме выходного напряжения. Магнитная обработка с частотой 100 Гц несколько увеличивает эффективность разделения фаз по сравнению с 25 Гц. Максимальная степень отделения воды для эмульсий № 1 и № 2 составила 79 % и была достигнута при следующих оптимальных параметрах воздействия: индукция -0,2 Тл, частота - 100 Гц, форма выходного напряжения - синусоидальная, время воздействия -3 мин. Представляется интересным изучить влияние времени обработки эмульсии на эффективность разделения фаз. Однако особенность конструкции используемой лабораторной установки лимитирует время обработки образца до 3 минут.
Таким образом, в результате проведенного исследования показана принципиальная
возможность и перспективность использования импульсного магнитного поля для разрушения водонефтяных эмульсий. Исследования в данном направлении будут продолжены.
Список литературы
1. Сахабутдинов Р.З., Губайдилин Ф.Р., Исмагилов И.Х., Космачева Т.Ф. Особенности формирования и разрушения водонефтяных эмульсий на поздней стадии разработки нефтяных месторождений. - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ» - 2005. -324 с.
2. Ибрагимов Н.Г., Ишемгужина Е.И. Осложнения в нефтедобыче. - Уфа: ООО «Издательство научно-технической литературы «Монография» - 2003. - 302 с.
3. Евдокимов И.Н. Структурные характеристики промысловых водонефтяных эмульсий. - М.: Издательский центр РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина - 2012. - 477 с.
4. Romanova Y.N., Maryutina T.A., Musina N.S., Yurtov E.V., Spivakov B.Ya. Demulsification of water-in-oil emulsions by exposure to magnetic field // J. Pet. Sci. Eng. - 2019. Vol. 179. - Р. 600-605.
5. Martinez-Palou, R. Applications of Microwave for Breaking Petroleum Emulsions. Current Microwave Chemistry. - 2017. Vol. 4. № 4. - P. 276.
6. Сахабутдинов Р.З. и др. Способ разрушения водонефтяной эмульсии с применением ультразвукового воздействия. Патент 2535793, Рос. Федерация, заявка №2013144334/04 заявл. 02.10.2013, опубл. 20.12.2014, Бюл. №35.
