Параметрические зависимости эмульсий

Для измерения реологических параметров эмульсий применяют известные методы исследования неньютоновских жидкостей. Имеющиеся зависимости, полученные эмпирическим путем, для определения вязкости эмульсий в общем случае универсальными не являются:

  • уравнение Эйнштейна
    F-1
  • уравнение Гатчека
    F-2
  • уравнение Тейлора
    F-3

Дисперсностью эмульсии принято называть степень раздробленности капель внутренней фазы во внешней среде. Дисперсность характеризуется одной из трех взаимосвязанных величин:

  • диаметром капель d;
  • обратной величиной диаметра капель D = 1/d, обычно называемой дисперсностью;
  • удельной межфазовой поверхностью, которая является отношением суммарной поверхности частиц к их общему объему.

В зависимости от физико-химических свойств нефти и воды, а также от условий образования эмульсий размеры капель могут быть самыми разнообразными и колебаться в пределах от 0,1 мкм до нескольких десятых миллиметра. Критические размеры капель, которые могут существовать в потоке при данном термодинамическом режиме, определяются скоростью совместного движения воды и нефти, поверхностным натяжением на границе раздела фаз и масштабом пульсации потока.

Нефтяная эмульсия, проходя по промысловым коммуникациям, оказывается в различных гидродинамических условиях, при которых может происходить как дробление, так и укрупнение капель. Наличие дополнительных факторов (нагрев, введение деэмульгаторов и др.) при определенных гидродинамических условиях может привести к разделению фаз эмульсии, транспортируемой по трубопроводам.

Плотность нефтяных эмульсий определяется по формуле для смеси нескольких жидкостей:

F-4
F-5

Электропроводность чистых нефтей колеблется от 10-9 до 10-14 См/м, а электропроводность воды в чистом виде — от 10-6 до 10-7 См/м, т. е. смесь из этих двух компонентов является хорошим диэлектриком. Однако при растворении в воде незначительного количества солен или кислот резко увеличивается электропроводность воды, а следовательно, и эмульсии. Электропроводность нефтяных эмульсий увеличивается в несколько раз при нахождении их в электрическом поле. Это объясняется различной диэлектрической проницаемостью воды н нефти и ориентацией капель воды в нефти вдоль силовых линий электрического поля.

Стойкость (устойчивость) эмульсий, т. е. способность в течение определенного времени не разделяться на составные компоненты, является самым важным показателем для водонефтяных смесей. Чем выше устойчивость эмульсии, тем труднее процесс деэмульсации. Нефтяные эмульсии обладают различной стойкостью. На устойчивость водонефтяных эмульсий значительное влияние оказывают следующие факторы:

  • дисперсность системы;
  • физико-химические свойства эмульгаторов, образующие оболочки вокруг капель воды;
  • наличие па глобулах внутренней фазы электрического заряда;
  • температура эмульсии;
  • состав пластовых вод.

При всех прочих равных условиях устойчивость эмульсий тем выше, чем больше дисперсность. Устойчивость эмульсий в большой степени зависит от состава компонентов, входящих в защитную оболочку, которая образуется на поверхности капли. На поверхности капли также адсорбируются, покрывая ее бронирующим слоем, стабилизирующие вещества, называемые эмульгаторами. В дальнейшем этот слой препятствует слиянию капель, т. е. затрудняет деэмульсацию и способствует образованию стойкой эмульсин. В процессе существования эмульсий происходит упрочнение бронирующей оболочки, так называемое «старение» эмульсии. Установлено, что поверхностные слон обладают аномальной вязкостью, и со временем вязкость бронирующего слоя возрастает в десятки раз. Так, после суток формирования поверхностные слои эмульсий приобретали вязкость, соответствующую вязкости таких веществ, как битумы, которые практически по своим реологическим параметрам приближаются к твердым веществам.

Наличие электрических зарядов на поверхности глобул увеличивает стойкость эмульсий. Чем больше поверхностный заряд капель, тем труднее их слияние и тем выше стойкость эмульсии. В статических условиях дисперсная система электрически уравновешена, что повышает устойчивость эмульсии.

С повышением температуры уменьшаются вязкость нефти и механическая прочность бронирующего слоя, что снижает устойчивость эмульсин. Особенно резко прослеживается влияние температуры на устойчивость эмульсий высокопарафинистых нефтей. С понижением температуры в нефти выпадают кристаллы парафина, которые легко адсорбируются на поверхности капель воды, создавая высокопрочную бронирующую оболочку.

Существенно влияет на устойчивость нефтяных эмульсий состав пластовой воды. Пластовые воды разнообразны по химическому составу, но все они могут быть разделены на две основные группы:

  1. Первая группа — жесткая вода содержит хлоркальциевые или хлоркальциево-магниевые соединения.
  2. Вторая группа — щелочная или гидрокарбонатно-натриевая вода.

Увеличение кислотности пластовых вод приводит к получению более стойких эмульсий. Уменьшение кислотности воды достигается введением в эмульсию щелочи, способствующей снижению прочности бронирующих слоев.

Основными из указанных факторов, влияющих иа устойчивость эмульсий, являются: соотнощение плотностей фаз, вязкость нефти, а также прочность защитных слоев на каплях воды. Свежие эмульсии легче поддаются разрушению, поэтому обезвоживание и обессоливание целесообразно производить на промысле.


ПОДГОТОВКА НЕФТИ К ТРАНСПОРТУ