Влияние молекулярной массы полиэтиленоксида на эффективность разрушения водонефтяных эмульсий Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

3l0

раздел ХИМИЯ

УДК 622.32 (470.57)

ВЛИЯНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ ПОЛИЭТИЛЕНОКСИДА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗРУШЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ

© Л. А. Ершова*, Ю. А. Прочухан

Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450074 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.

Тел. +7 (347) 273 66 08.

E-mail: ershova02@mail.ru

Изучено влияние молекулярной массы полиоксиэтилена на его деэмульгирующую активность в процессах разрушения водонефтяных эмульсий. Установлено, что с увеличением молекулярной массы деэмульгатора его деэмульгирующая активность снижается.

Ключевые слова: деэмульгатор, нефть, эмульсия, молекулярная масса, эффективность.

Любая извлекаемая нефть всегда содержит в себе попутный газ, механические примеси и пластовую воду. Количество всех сопутствующих ингредиентов различно и зависит от месторождения, глубины залегания, времени эксплуатации пласта и др. [1]. Тем не менее, даже незначительные их количества, измеряемые несколькими процентами, делают практически невозможным транспортировку и переработку сырой нефти без ее стабилизации, обессоливания и обезвоживания [2].

Если процессы стабилизации (обезгаживания) нефти давно и достаточно хорошо изучены [3], так же как и удаление солей (многократной отмывкой), то вопросы разрушения стабильных нефтяных эмульсий до сих пор остаются в центре внимания. Более того, в связи с сильной обводненностью пластов, при их длительной эксплуатации в условиях отсутствия способов утилизации пластовой воды и возврата ее в пласт через нагнетательные скважины, проблема разделения эмульсий и создание эффективных и дешевых эмульгаторов приобретает со временем еще большую актуальность.

Ситуация усугубляется еще и тем, что до сих пор отсутствуют систематические научные исследования в области физико-химических особенностей действия деэмульгаторов и связи их активности с их строением. Большинство научных работ в этой области носит патентный характер и в лучшем случае посвящены сравнению активности различных деэмульгаторов между собой без попыток связать активность со строением последних [4]. Наиболее детально изучены сами эмульсии, которые представляют дисперсные системы из двух или более нерастворимых жидкостей, одна из которых диспергирована в другой в виде мельчайших капель (глобул). Различают два вида нефтяных эмульсий: гидрофильные (эмульсии нефти в воде) и гидрофобные (эмульсии воды в нефти).

(ік

—V

Рис. 1. Структура водонефтяной эмульсии: 1 - нефть, 2 - глобулы диспергированной воды, 3 - сольватные оболочка, dk - диаметр капли, 8 - толщина сольватного слоя.

Структура водонефтяной эмульсии схематично показана на рис. 1. Капли (глобулы) диспергированной воды имеют диаметр от 0.1 до 1000 мкм, и каждая из них окружена адсорбированной на поверхности глобул сольватной оболочкой - концентратом высокомолекулярных полярных веществ нефти (эмульгаторов). Наличие этого сольватного слоя толщиной 5 создает как бы защитную «скорлупу» вокруг каждой глобулы воды, препятствующую слиянию глобул даже при самопроизвольном столкновении [5].

Разрушение эмульсии зависит от ее дисперсности, концентрации, температуры и многих других параметров. Таким образом, существует твердое убеждение, что для каждого нефтяного месторождения нужен «свой» деэмульгатор, который будет оказывать оптимальное действие. Обычно деэмульгаторы подбирают экспериментально, так как нет универсальной теории, позволяющей оптимизировать его подбор и объяснить направление его поиска.

К современным деэмульгаторам предъявляются следующие требования: 1) они должны обладать высокой деэмульгирующей активностью; 2) быть биоразглаемыми, нетоксичными, дешевыми, доступными; 3) не должны обладать бактерицидной активностью и вызывать коррозию металлов.

Этим требованиям более полно удовлетворяют нашедшие широкое применение неионогенные деэмульгаторы. Обычно они получаются присоединением окиси алкилена (этилена или пропилена) к органическим соединениям с подвижным атомом водорода, то есть содержащим различные функциональные группы, такие как карбоксильная, гидроксильная, аминная и др. Образование продукта протекает по следующей схеме:

ЯЫ + иС2Ы40 ^ Я(С2 Ы40)иЫ,

Эта реакция протекает при 140-200 °С в присутствии небольшого количества щелочного катализатора [4]. Однако влияние молекулярной массы полимера изучалось лишь с точки зрения его растворимости в воде и/или нефти.

В этой связи представляется весьма интересным изучить ряд полиоксиэтиленов с разными значениями молекулярной массы и выявить ее влияние на процесс обезвоживания нефтей.

Исследование проводили на эмульсиях ВолгоУральской и Западно-Сибирской нефятных провинций, Сергеевского и Волковского месторождений. Исследования проводили в температурном диапазоне 23-55 °С, что соответствует технологическим требованиям первичной подготовки нефти и концентрации деэмульгаторов от 10 до 100 г/т нефти и является об-

* автор, ответственный за переписку

ІЖК 1998-4812 Вестник Башкирского университета. 2010. Т. 15. №2

311

щепринятым концентрационным диапазоном применения деэмульгаторов во всем мире.

На рис. 2 представлены зависимости глубины обезвоживания водонефтяных эмульсий различной природы, при различных концентрациях деэмульгатора.

Ун2о> %

100 -

80 -

60 -40 -

20 -

0 - —

200

Рис. 2. Зависимость количества выделившейся воды от молекулярной массы полиэтиленоксида (ММ): 1 - нефть Волковского месторождения, т = 1 ч, [Ы20]0 = 70%, X = 55 °С, [ПЭО]0= 50 г/т нефти; 2 - нефть Волковского месторождения, т = 2 часа, [Ы20]о= 70%, X = 55 °С, [ПЭО]о= 50 г/т нефти; 3 - нефть Сергеевского месторождения, т = 1 ч, [Ы20]0= 65%, X =55 °С, [ПЭО]0= 50 г/т нефти; 4 - ЗападноСибирская нефть, т = 1 ч, [Ы20]0= 50%, X =55 °С, [ПЭО]0= 25 г/т нефти; 5 - Западно-Сибирская нефть, т = 1 ч, [Ы20]0= 50%, X =55 °С, [ПЭО]0 = 10 г/т нефти.

Видно, что независимо от времени контакта, температуры и исходной концентрации деэмульгатора с увеличением молекулярной массы его эффективность снижается. При этом если в условиях достаточно высоких рабочих концентраций (50-100 г/т нефти) снижение эффективности незначительно и достигает всего нескольких процентов, то при концентрации 25 г/т нефти эффективность падает с 75% до 12% удаляемой из эмульсии воды. Снижение рабочей концентрации до 10 г/т нефти не изменяет общей картины, но и не представляет никакого практического интереса в связи с малой эффективностью.

Следует отметить, что тенденция снижения эффективности процесса деэмульгирования не зависит ни от исходного количества воды в нефти, ни от природы нефтяного месторождения, т. е. является общей для всех исследованных нефтяных эмульсий.

Таким образом, следует отметить наиболее диапазон оптимальной молекулярной массой поли-оксиэтилена от 300 до 900. Превышение этих значений приводит к резкому снижению активности, особенно в области малых концентраций.

Нарис. 3, 4 представлены зависимости объемов отделяемой воды от температуры процесса обезвоживания и концентрации вводимого по-лиоксиэтилена.

V 2

і

ун2о> %

100 -80 -60 -40 -20 -0 -

20 30 40 50 60

1 "С

Рис. 3. Зависимость количества выделившейся воды от температуры процесса деэмульгирования для ЗападноСибирских нефтяных эмульсий. [Ы20]0 = 50 %, 1 - [ПЭО] = 25 г /т нефти, 2 - [ПЭО] = 10 г /т нефти, ММ = 440.

УЫ20, %

100 80 60 40 20

0

0 20 40 60

[ПЭО], г/т

Рис. 4. Зависимость количества отделившейся воды от концентрации вводимого полиэтиленоксида различной молекулярной массы для эмульсий Западно-Сибирской нефти; X = 23 °С, [Ы20]0 = 50 %, т = 1 ч; 1 - ММ = 440, 2 -ММ = 920, 3 - ММ = 1320.

Видно, что в выбранном диапазоне молекулярной массы тенденция роста эффективности деэмульгатора прямо пропорционально зависит от температуры и концентрации в изучаемом диапазоне и отличается лишь своими абсолютными значениями с максимумом активности в диапазоне молекулярных масс 300-900.

Таким образом, при традиционных значениях концентраций, при выбранном температурном диапазоне, с увеличением молекулярной массы деэмульгатора его деэмульгирующая активность снижается.

ЛИТЕРАТУРА

1. Происхождение нефти и газа и формирование их месторождений. Материалы Всесоюзного совещания по генезису нефти и газа. М.: Недра, 1972. 630 с.

2. Судакова Е. Н. Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработки. М.: Химия, 1979. 565 с.

3. Мановян А. К. Технология первичной переработки нефти и природного газа. М.: Москва, 2001. 333 с.

4. Имашев У. Б. Основы органической химии. Уфа, 2000. 298 с.

5. Имашев У. Б. Промышленная органическая химия на предприятиях Республики Башкортостан. Уфа, 2000. 144 с.

Поступила в редакцию 25.09.2009 г. После доработки — 24.02.2010 г.