 |
2 – дисперсная фаза, разобщенная и внутренняя
|
|
|
|
2 – дисперсная фаза, разобщенная и внутренняя
Нефтяные эмульсии двух типов:
а – нефтеводяная эмульсия первого рода
(прямая эмульсия)
б – водонефтяная эмульсия второго рода
(обратная эмульсия)
Рисунок 1 – Типы нефтяных эмульсий
Напомним то, что дисперсионной средой называют жидкость, в которой находятся мелкие капельки другой жидкости. Дисперсная фаза – это капельки жидкости, находящиеся в дисперсионной среде.
Тип эмульсии легко определить по свойствам дисперсионной среды. Например, в эмульсиях прямого типа (м/в) дисперсионной средой является вода, поэтому такие эмульсии смешиваются с водой в любой пропорции. К тому же такие эмульсии обладают высокой электропроводностью. Обратная картина по эмульсиям обратного вида (в/м) – они способны смешиваться только с углеводородными жидкостями и не обладают заметной электропроводностью.
Тип эмульсии в основном зависит от соотношения нефти и воды. То есть дисперсионной средой стремиться стать та жидкость, которая имеет больший объем.
Классификация эмульсий по концентрации дисперсионной фазы в дисперсионной среде
По этому параметру эмульсии делят на:
разбавленные, концентрированные и высококонцентрированные.
Характеристики таких эмульсий даны в таблице 1.
Таблица 1 – Характеристики эмульсий по концентрации дисперсионной фазы
| Тип эмульсии | Содержание дисперсной фазы | Особенности эмульсий |
| Разбавленная | до 0, 2 объемных % | 1. малый Ø капель дисперсной фазы (10-7 м). 2. на капельках имеются электрические заряды. 3. эти эмульсии весьма стойкие, так как вероятность столкновения этих редких капель мала. |
| Концентрированная | до 74 % | 1. капельки могут осаждаться (сидементировать). 2. в зависимости от свойств эмульгатора эмульсии могут быть весьма устойчивыми. |
| Высококонцентрир-я | свыше 74 % | 1. капельки дисперсной фазы не способны к сидементации. 2. из-за большой концентрации капельки дисперсной фазы в процессе движения могут деформироваться. |
Размеры капель дисперсной фазы в эмульсиях могут быть самыми разнообразными и колебаться в пределах от 0, 1 до 100 мкм (10-7 – 10-4 м).
|
|
|
Дисперсные системы, состоящие из капелек одного и того же диаметра, называются монодисперсными, а дисперсные системы из капель разного размера – полидисперсными. Нефтяные эмульсии, как правило, относятся к полидисперсным системам.
Влияние способа эксплуатации скважин на образование эмульсий
При добыче нефти глубинными плунжерными насосами ШСНУ основными факторами, способствующими эмульгированию жидкости, являются: число ходов в минуту и длина хода плунжера, наличие газа в насосе, размеры приемных и выкидных клапанов и глубина погружения насоса.
В фонтанных скважинах часто образуются стойкие эмульсии по причине снижения давления в лифтовых трубах и выделения газа из нефти, а это способствует сильному перемешиванию нефти и воды.
Причина возникновения эмульсий в компрессорных скважинах та же, что и в фонтанных скважинах, однако эмульсии, образующие при газлифте, особенно при эрлифте, являются стойкими. Объясняется это окислением нафтеновых кислот, которые и становятся эффективными эмульгаторами.
При работе электроцентробежных насосов перемешивание скважинной продукции происходит в рабочих колесах насоса, а также при турбулентном движении смеси в лифтовых трубах. Принято считать то, что в стойкость эмульсии при работе ШСНУ значительно ниже, чем при эксплуатации скважины с УЭЦН.
|
|
|
Важной причиной образования эмульсий в лифтовых трубах и в системе нефтесбора является наличие существенных отложений АСП. Сужение сечения труб ведет к увеличению скорости движения жидкости, а это усиливает диспергирование воды в нефти. При дроблении капель на более мелкие важную роль играет удельная поверхность образованных капель воды, определяемая формулой:
(1)
Основные физико-химические свойства нефтяных эмульсий
Пять основных свойств нефтяных эмульсий:
- дисперсность;
- вязкость;
- плотность;
- электрические свойства;
- устойчивость (стабильность).
1. Дисперсность эмульсии – это степень раздробленности дисперсной фазы в дисперсионной среде. Дисперсность эмульсии – степень раздробленности капель воды или нефти, она определяется тремя параметрами:
- диаметр капелек.
- обратная величина диаметра капельки. D=1/d
- удельная межфазная поверхность – это отношение суммарной поверхности капелек к общему их объему Sуд=S / V
Для частицы шарообразной формы Sуд=S / r
Удельная поверхность обратно пропорциональна размерам частицы. Чем меньше размеры частицы, тем больше удельная поверхность.
По дисперсии эмульсии различают мелкодисперсные с размером капелек воды от 0, 2 до 20 мкн, среднедисперсные от 20 до 50 мкн, грубодисперсные от 50 до 300 мкн. В нефтяных эмульсиях практически содержатся водяные капли, соответствующие всем трем видам. Наименьшие размеры частиц, если рассматривать по участкам нефтесбора, наблюдаются после сепаратора и после насоса.
2. Вязкость эмульсий . При течении водонефтяных эмульсий в турбулентном режиме принято считать и учитывать две вязкости:
1. Вязкость, обусловленную пульсациями давления дисперсионной среды (нефти) и дисперсной фазы (воды).
2. Динамическая вязкость. Эта вязкость имеет неаддитивное свойство, т. е. вязкость эмульсии не равна сумме абсолютных вязкостей нефти и воды. Динамическая вязкость эмульсий зависит от следующих основных факторов:
- вязкость самой нефти;
- температуры при которой получается эмульсия;
- количества содержащейся воды в нефти, зависимость приведена на рисунке 2;
|
|
|
- степени дисперсности или диаметра капель дисперсной фазы (воды) для обратных эмульсий типа в/м.
Нефтяные эмульсии, являясь дисперсными системами, т. е. имея определенную структуру, обладают аномальной вязкостью. Их движение не подчиняется закону вязкого течения, т. е. зависимость напряжения τ от градиента скорости dυ /dr не является линейной (рис. 3).
|
|
|
