Як ефективно розбивати емульсії нафти за допомогою якісного емульгатора?

Чому утворюються стійкі емульсії з нафти та що робить емульгатор ефективним

Природні емульгатори в нафті: асфальтени, смоли та нафтенові кислоти

Природна нафта насправді містить деякі власні речовини, які сприяють її змішуванню з водою. До них належать такі компоненти, як асфальтени, смоли та нафтенові кислоти, про які ми часто говоримо. Коли під час видобутку відбувається інтенсивне струшування та змішування, ці молекули схильні накопичуватися на межі розділу нафти та води. Вони утворюють начебто захисні шари навколо дрібних крапельок води, які плавають в нафті, завдяки чому ці крапельки не зливаються разом. Великі складні молекули асфальтенів особливо добре виконують цю функцію, оскільки добре адсорбуються на поверхнях. У той же час нафтенові кислоти діють інакше — вони змінюють заряд міжфазної поверхні та знижують поверхневий натяг. Особливо цікаво те, що навіть невелика кількість асфальтенів (менше 0,1% за масою) може утворювати надзвичайно стійкі емульсії. Це робить всю суміш значно густішою, ніж звичайна сира нафта, іноді аж у п’ять разів. А більша густота означає складніше перекачування та переробку, що природним чином збільшує експлуатаційні витрати для нафтопереробних заводів і транспортних компаній.

Ключові механізми демульгації: флокуляція, коалесценція та порушення міжфазної плівки

Ефективна демульгація відбувається через три взаємозалежні етапи:

• Флокуляція , під час якої краплі агрегують за рахунок нейтралізації заряду або полімерного місткування;
• Коалесценція , що дозволяє об'єднаним краплям зростати до розмірів, достатніх для гравітаційного розділення; та
• Порушення міжфазної плівки , під час якого молекули демульгатора конкурують і витісняють природні стабілізатори на межі нафта-вода.

Хімічні деемульгатори високої якості діють швидко, швидше, ніж у природних умовах, адсорбуючись на поверхнях, а потім розчиняючи або ослаблюючи стійкі плівки на межі розділу фаз нафти та води. Ця дія зменшує липкість на цих межах розділу фаз приблизно на 70–90 відсотків у більшості випадків. Ефективність цих продуктів залежить від правильного поєднання гідрофільних і гідрофобних властивостей у їхньому складі. Цей баланс визначає, наскільки добре вони справді руйнують емульсії та чи будуть сумісними з різними типами сирої нафти. Польові випробування показали, що коли все підібрано правильно, час обробки в сепараторах може скоротитися більше ніж на 50%, значно підвищуючи загальну ефективність операцій.

Вибір правильного емульгатора: хімія поверхнево-активних речовин, HLB та сумісність із конкретним сортом нафти

Нейонні та іонні емульгатори: компроміс між активністю на межі розділу фаз і стійкістю до солей

Нейонні емульгатори краще справляються з високим вмістом солі у попутних водах, ніж інші типи, хоча й не так ефективні у створенні міцних меж поділу між нафтою та водою. Навпаки, іонні емульгатори добре руйнують ці межі, особливо у разі води з низькою мінералізацією. Однак обережно — у соляних середовищах ці іонні версії можуть утворювати відкладення або взагалі втрачати ефективність. Система гідрофільно-ліпофільного балансу (ГЛБ) дає операторам конкретний інструмент для вибору правильного емульгатора. Більшість фахівців вважають, що значення ГЛБ у діапазоні від 4 до 6 цілком підходять для отримання емульсій «вода в олії» під час переробки нафти. Помилка у виборі балансу часто призводить до неповного розділення води та нафти, що значно збільшує експлуатаційні витрати. За даними досліджень, опублікованих минулого року в журналі Petroleum Science, неправильний підбір ГЛБ може збільшити витрати приблизно на 15%, тому правильний вибір має велике значення для кінцевих фінансових результатів.

Полімерні емульгатори та розгалужені структури для покращеного проникнення у плівки

Полімерні емульгатори з розгалуженими ланцюгами проникають у міжфазні плівки, багаті асфальтенами, приблизно на 40 відсотків швидше, ніж їх лінійні аналоги, оскільки мають кілька точок приєднання, що ефективніше руйнують структуру плівки. Ці полімерні структури добре працюють навіть за температур вище 150 градусів Цельсія, що має велике значення для методів термічного видобутку нафти, таких як дренаж важкої нафти за допомогою пари, або САГД (скорочено). Результати практичних випробувань показали, що використання розгалужених версій дозволяє знизити кількість необхідного емульгатора приблизно на 30%, а також стабільно підтримувати рівень BS&W нижче половини відсотка в переробленій сирій нафті на різних об’єктах.

Перевірка ефективності емульгаторів: найкращі практики тесту в пробірці та кореляція з реальними умовами

Метод тестування з використанням пляшки досі залишається основним лабораторним методом швидкого випробування емульгаторів у промисловості, хоча ефективність цього методу забезпечується суворим дотриманням протоколів. Для отримання достовірних результатів необхідно використовувати репрезентативні зразки нафти, відібрані безпосередньо з діючих технологічних ліній, щоб вони зберегли свої оригінальні властивості емульсій. Під час проведення випробувань важливо моделювати умови, подібні до тих, що існують у реальних покладах. Це означає точне встановлення температур з похибкою близько 5 градусів Цельсія, застосування відповідного зсувного напруження за допомогою стандартних методів струшування та відтворення співвідношення води, яке спостерігається в реальних умовах експлуатації. Оцінюємо ми такі параметри: швидкість розділення фаз, виміряну в мл на хвилину, кількість осаду та води на дні після відстоювання (в ідеалі — менше половини відсотка) та чіткість межі розділу шарів. Якщо залишається помітна замутнілість, це зазвичай свідчить про наявність залишкових твердих частинок або проблеми з повним злиттям крапель.

Лабораторні тести просто не відповідають реальним умовам експлуатації, де все ускладнюється такими факторами, як сили зсуву в трубопроводах, бульбашки газу, що плавають, і непередбачувані часи затримки всередині електростатичних обезсолювачів. Саме тому результати проб у пляшках часто ніяк не відповідають тому, що відбувається на місці. Наприклад, один великий НПЗ зафіксував зниження ефективності обезсолювача майже на 40%, коли перейшов з легких на важчі суміші нафти. То як це виправити? Почніть із поетапної перевірки на місці. Спочатку використовуйте половину дози, рекомендованої лабораторними тестами, протягом трьох днів поспіль спостерігайте за роботою сепаратора, потім поступово коригуйте параметри, спостерігаючи за тим, наскільки добре висушується нафта, і перевіряючи якість одержаної води. Такий ітераційний підхід допомагає уникнути проблем, пов’язаних із надмірним використанням реагентів для обробки, що може призвести до нагромадження відкладень на обладнанні та збільшення витрат на утилізацію відходів, або, навпаки, недостатньою обробкою, що загрожує зупинками виробництва й корозією. Головне: ніхто не може вважати достатніми лише лабораторні випробування в контрольованих умовах, коли умови постійно змінюються прямо на місці.

Розділ запитань та відповідей

Що спричиняє стійкі емульсії в нафти?

Стійкі емульсії в нафті виникають через природні емульгатори, такі як асфальтени, смоли та нафтенові кислоти, які утворюють захисні шари навколо крапель води і перешкоджають їх злиттю.

Як можна покращити процеси деемульгації?

Деемульгацію можна покращити шляхом використання механізмів, таких як флокуляція, коалесценція та руйнування міжфазної плівки за допомогою хімічних деемульгаторів, які ефективно знижують міжфазну липкість.

Яку роль відіграє гідрофільно-ліпофільний баланс (HLB) у виборі емульгаторів?

HLB допомагає визначити відповідний емульгатор для переробки нафти, причому значення в діапазоні від 4 до 6 є придатними для утворення емульсій типу «вода в олії», що зменшує експлуатаційні витрати та неефективність.

Коли віддають перевагу полімерним емульгаторам?

Полімерні емульгатори, особливо розгалужені, віддають перевагу для покращеного проникнення плівки в умовах високих температур, наприклад, у методах термічного видобутку нафти.

Чому реальні випробування є важливими для підтвердження ефективності емульгаторів?

Реальні випробування мають важливе значення, оскільки вони враховують складні фактори, такі як дія зсувних напружень у трубопроводах, газові бульбашки та різноманітні умови, які лабораторні випробування часто не можуть відтворити, забезпечуючи точне підтвердження та ефективність у роботі.