Объявление о защите диссертации на соискание ученой степени

Диссертационный совет Д 217.002.01

шифр совета

при ФГУП «Восточный научно-исследовательский углехимический институт»

название организации, почтовый индекс, адрес, телефон

620219, г. Екатеринбург, ГСП - 117, ул. 8 Марта, 14. Телефон: (343) 371-01-75,

Факс (343) 371-40-54

объявляет, что Дементьева Елена Викторовна

фамилия, имя, отчество соискателя представила диссертацию на соискание ученой степени доктора (кандидата) технических наук

РАЗРАБОТКА ЭКСПРЕСС-МЕТОДА КОНТРОЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ

СЫРОЙ НЕФТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИК-СЕНСОРА

название диссертации по специальности 05.17.07 – Химия и технология топлив и специальных шифр и наименование специальности, отрасль науки продуктов, техническая

Защита диссертации планируется 20 сентября 2007 г.

дата защита Председатель диссертационного совета Сухоруков В.И. фамилия, и., о.

Печать

Автореферат

На правах рукописи

ДЕМЕНТЬЕВА ЕЛЕНА ВИКТОРОВНА

РАЗРАБОТКА ЭКСПРЕСС-МЕТОДА КОНТРОЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ

СЫРОЙ НЕФТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИК-СЕНСОРА

Специальность 05.17.07 – Химия и технология топлив и специальных продуктов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Екатеринбург –

Работа выполнена в ГОУ ВПО “Уральский государственный технический университет - УПИ”

Научный руководитель - д-р хим. наук, профессор Матерн Анатолий Иванович

Научный консультант - канд. хим. наук, доцент Шишов Михаил Георгиевич

Официальные оппоненты: д-р техн. наук, профессор Марков Вячеслав Филиппович УГТУ-УПИ канд. техн. наук, ст. науч. сотр.

Косарева Маргарита Александровна ФГУП «ВУХИН»

Ведущая организация – Институт химии нефти Сибирского отделения Российской Академии наук Защита состоится « 20 » сентября 2007 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 217.002.01 при ФГУП «ВУХИН».

Адрес института: 620219, г. Екатеринбург, ГСП-117, ул. 8 Марта, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Восточного научноисследовательского углехимического института.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Добыча нефти неизбежно сопровождается образованием водонефтяных эмульсий, разделение которых составляет главную задачу промысловой подготовки нефти. Общепринятой составной частью аналитического обеспечения технологического процесса обезвоживания нефти является лабораторное исследование по подбору деэмульгатора и определению его эффективной дозы. В настоящее время практически единственным методом такого лабораторного исследования является боттлтест, сущность которого заключается в визуальном наблюдении за расслаиванием эмульсии и водоотделением в стеклянных сосудах (бутыляхотстойниках).

Наряду с длительностью и трудоемкостью боттл-тест имеет и такие недостатки как невоспроизводимость промысловых (динамических) условий деэмульсации и неточность определения дозировки деэмульгатора. Вследствие этого результаты лабораторных исследований не всегда подтверждаются в опытно-промысловых испытаниях, а это, в конечном счете, отрицательно сказывается на качестве подготовки нефти.

В литературе имеются ссылки на инструментальные методы оценки устойчивости эмульсий: основанные на электрических [1, 2], а также на оптических свойствах [3 – 5].

Все эти методы не нашли массового применения для исследования водонефтяных эмульсий по причине сложности аппаратурного оформления либо из-за длительности анализа.

С точки зрения разработки инструментального метода определения эффективной дозы деэмульгатора наибольший интерес представляет использование ИК-сенсора – инфратрода DN 100, который применяется в методике исследования свойств смазочно-охлаждающих жидкостей в процессе металлообработки.

Инфратрод DN 100 используется в комплекте с автоматическим титратором.

Цель работы: Совершенствование аналитического обеспечения регламентируемого качества промысловой подготовки нефти путем исследования и разработки инструментального метода оценки устойчивости водонефтяных эмульсий, основанного на использовании инфратрода DN 100.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- поиск и проработка научно-технической и патентной литературы для выявления известных методик фиксации точки разрушения эмульсий;

- исследование возможности использования селективного сенсора ИКизлучения для оценки устойчивости эмульсий и сопоставления результатов с боттл-тестом;

- подбор и отработка условий пробоподготовки для определения устойчивости эмульсий методом автоматического титрования;

- оценка возможности применения предлагаемого метода для исследования влияния различных факторов на устойчивость эмульсий;

- экспериментальная оценка возможности применения метода автоматического титрования для исследования влияния природы ПАВ на устойчивость нефтяных эмульсий;

- отработка экспресс-метода автоматического титрования с использованием серии известных деэмульгаторов;

- оценка применимости методики в условиях разовой добавки деэмульгатора, то есть в условиях, приближенных к реальным промысловым.

Методическое обеспечение. Работа базировалась на использовании следующих методов экспериментальных исследований:

1. РД 39-1-912-83. Методика расчета норм расхода деэмульгаторов на подготовку нефти в нефтедобыче. Куйбышев: Гипровостокнефть. 1984.

2. РД 31-1-533-81. Методика испытания и подбора деэмульгаторов для промысловой подготовки нефти. Москва: Миннефтепром. 1982.

3. Методика определения степени разрушения водонефтяных эмульсий.

Уфа: ВНИИСПТнефть. 1976.

4. РД 39-1-401-80. Руководство по применению реагентов - деэмульгаторов при деэмульсации нефти на месторождениях Западной Сибири. Тюмень:

СибНИНП. 1980.

Научная новизна:

- впервые установлена возможность оценки устойчивости нефтяных эмульсий с помощью автоматического титрования с применением инфракрасного датчика;

- определены условия и ограничительные факторы применимости метода автоматического титрования;

- выявлена зависимость характера кривых автоматического титрования и времени появления скачка титрования от марки и дозы деэмульгатора;

- экспериментально доказана достоверность разработанного метода путем сопоставления его с общеизвестным боттл-тестом.

Практическая значимость работы:

- разработана ускоренная и менее трудоемкая по сравнению с известной методика исследования сырой нефти методом автоматического титрования (экспресс-методом);

- метод позволяет имитировать промысловые динамические условия деэмульгирования нефтяной эмульсии путем варьирования дискретности дозирования деэмульгатора, частоты перемешивания эмульсии, температуры проведения исследования;

- по характеру кривых автоматического титрования представляется возможным оценка эффективности действия деэмульгатора;

- разработанный экспресс-метод позволяет устанавливать эффективную дозу деэмульгатора, время необходимое для разрушения эмульсии, оценивать величину промежуточного слоя и остаточной воды.

Достоверность и эффективность разработанного экспресс-метода проверена и подтверждена на практике в условиях эксперимента на серии различных деэмульгаторов с выбором оптимального из них.

Снижение стоимости проведения деэмульсации нефтяной эмульсии одним деэмульгатором за счет замены боттл-теста на экспресс-метод оценивается величиной порядка 12 тысяч рублей.

Внедрение результатов работы.

Инфратрод DN 100 внедрен в работу в комплекте с титратором DL фирмы «METTLER TOLEDO» в Центральной базовой лаборатории Инженерно-экономического внедренческого центра ОАО «Сургутнефтегаз», акт внедрения от 15.12.2000 № 52.

Апробация работы. Отдельные разделы работы обсуждены:

- на всероссийской научно-практической конференции «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии».

Екатеринбург, 2004;

- на XVII Уральской конференции по спектроскопии, г. Новоуральск, 12-15 сентября 2005 г.;

- на Всероссийской научной конференции «Электроаналитика-2005», г. Екатеринбург, 23-27 мая 2005 г.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано научных работ, в том числе 4 статьи.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести основных разделов, заключения, списка цитируемой литературы ( источников), приложений. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 33 рисунка, 7 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 Обоснование разработки экспресс-метода оценки устойчивости нефтяных эмульсий В литературном обзоре показано, что образующиеся в результате добычи нефти эмульсии стабилизированы эмульгаторами как природного, так и техногенного происхождения. В связи с этим одним из главных условий эффективной работы установок переработки нефти является процесс обезвоживания. В современных технологических схемах промысловой подготовки нефти преимущественно используют термохимическое обезвоживание. Составной частью аналитического обеспечения технологического процесса обезвоживания нефти являются специальные исследования по подбору эффективного деэмульгатора. Существующая методика оценки эффективности деэмульгаторов – бутылочный тест (ботл-тест) имеет ряд недостатков. Вследствие этого результаты лабораторных исследований не всегда подтверждаются данными опытно-промысловых испытаний. Перспективным является контроль точки разрушения эмульсии, основанный на ее оптических свойствах.

Большой интерес представляет использование инфратрода DN 100. Работа инфратрода основана на использовании оптоэлектронного принципа измерения. При этом происходит сравнение интенсивности ИК-сигнала, излучаемого с поверхности стеклянного наконечника, с интенсивностью излучения, регистрируемого фототранзистором. Генерируемое излучение отражается от пограничного слоя между стеклянным наконечником и раствором, а интенсивность отраженного сигнала сравнивается с начальным.

Встроенный микропроцессор предназначен для коррекции на излучение окружающей среды, подстройки датчика, а также для согласования аналогового сигнала и выходного напряжения. Интенсивность отраженного света зависит от оптических изменений на поверхности раздела фаз, то есть выходной сигнал определяется мутностью раствора.

Таким образом, с учетом информации, выявленной в литературе, была поставлена задача экспериментальных исследований: изучить возможность использования метода автоматического титрования с применением ИК-сенсора для оценки устойчивости нефтяных эмульсий и разработки инструментальной методики оценки эффективности деэмульгатора.

2 Исследование возможности усовершенствования аналитического обеспечения процесса подготовки нефти к переработке В качестве объекта исследований были использованы образцы водонефтяных эмульсий двух наиболее проблемных месторождений РФ ОАО «Сургутнефтегаз» – Федоровского и Быстринского, в дальнейшем эмульсии 1- и 2-го месторождений, соответственно. Нефти этих месторождений отличаются от других высокой вязкостью и в силу особенностей состава образуют очень устойчивые, трудноразрушаемые эмульсии.

Для проведения исследований сырые нефтяные эмульсии с содержанием воды более 80 % были осушены до остаточного влагосодержания 20%. В результате были получены стабильные образцы, послужившие исходной матрицей для приготовления модельных нефтяных эмульсий с различной степенью обводненности и разным содержанием природных эмульгаторов.

3 Разработка экспресс-методики исследования нефтяных эмульсий Задачей экспериментальных исследований данной части работы было доказательство возможности использования автоматического титрования для регистрации момента разрушения нефтяных эмульсий.

Для этого был проведен ряд предварительных экспериментов по определению устойчивости эмульсий предлагаемым способом с использованием автоматического титратора DL 58 METТLER TOLEDO, оснащенного инфракрасным датчиком инфратродом DN 100, имеющим запаянные в стеклянном наконечнике источник ИК-излучения длиной волны 930 нм и приемник.

Инфратрод позволяет оценивать изменение оптических свойств среды, в которую он помещается, что фиксируется в виде изменения величины потенциала сенсора. Схема установки для титрования представлена на рисунке 1.

Эксперимент проводили на модельных образцах эмульсий 1- и 2-го месторождений с обводненностью 60 % об. в режиме титрования при дискретном добавлении в эмульсию деэмульгатора Сондем 4401 в виде 1 % масс. раствора в спирто-толуольной смеси. В ходе опытов контролировалось значение потенциала инфратрода в зависимости от количества добавленного деэмульгатора. Полученные графические зависимости имели характерный вид кривой титрования со скачком потенциала при некоторой дозе деэмульгатора (рисунок 2, а и 2, б).

Рисунок 1 – Схема установки для титрования эмульсий 1 - автоматический титратор DL 58 MEТTLER TOLEDO, 1а - дисплей, 1б - клавиатура, 1в - бюретка титратора, 1г - приводы для бюреток, 2 - инфратрод DN 100, 3 - термостатируемая ячейка, 4 - автоматическая мешалка, 5 - автоматический дозатор, 6 - термометр, 7 - бутыль с титрантом Потенциал, мВ Рисунок 2 – Кривые титрования эмульсии 1- и 2-го месторождений с обводненностью 60 % об.

а – 1-ое месторождение, б – 2-ое месторождение, в – 1 –о е месторождение (без скачка потенциала) Из данных рисунков 2,а и 2,б видно, что эмульсия 1-го месторождения более устойчива (разрушение происходит при дозировке 60 г/т), чем 2-го (разрушение при дозировке 50 г/т).

Результаты предварительных экспериментов создали предпосылку для проведения дальнейших исследований с целью отработки методики по определению устойчивости эмульсий и оценки достоверности ее результатов.

автоматического титрования Задачей данного исследования было сопоставление результатов автоматического титрования и боттл-теста при исследовании нефтяных эмульсий. Эксперименты проводились на эмульсии 1-го месторождения, содержавшей 50 % об. воды.

При боттл-тесте в 12 отстойников помещалось по 100 см3 эмульсии. В каждый из них дозировалось определенное количество деэмульгатора из расчета от 30 до 85 г/т безводной нефти с интервалом 5 г/т. Отстаивание проводилось при 30 и 40оС в течение 1,5 часов.

Как видно из рисунка 3 при увеличении дозы реагента, но при прочих равных условиях, выход выделившейся воды возрастает. Максимальное водоотделение при температуре 30оС и при дозе реагента 85 г/т составило 88%, а при 40оС и эффективной дозировке 75 г/т – 87%.

Свободная вода, % об.

С образцом этой же эмульсии и при тех же температурах проводились эксперименты по определению эффективной дозировки методом автоматического титрования. Дискретность дозировки деэмульгатора в опытах составляла 2 г/т нефти. Результаты титрования показали, что эффективная дозировка деэмульгатора при 30оС равна 84 г/т, при 40оС – 76 г/т.

Таким образом, было доказано, что автоматическое титрование воспроизводит результаты боттл-теста, имея по сравнению с ним ряд следующих преимуществ:

- дозирование деэмульгатора с очень малой дискретностью и меньшей погрешностью позволяет точнее определять эффективную дозировку;

- не требуется постоянного контроля состояния исследуемой эмульсии со стороны оператора;

- после завершения титрования в оттитрованной эмульсии легко определяется количество отделившейся воды, высота промежуточного слоя и содержание остаточной воды в обезвоженной нефти;

- динамические условия, имитируемые в процессе автоматического титрование, в большей степени согласуются с промысловыми, в которых реализуется современная технология обезвоживания нефти.

При необходимости определения времени термохимического отстоя автоматическое титрование может быть дополнено боттл-тестом с использованием одного отстойника, в который введен деэмульгатор в количестве, соответствовавшем эффективной дозировке, найденной при титровании.

Однако, как выяснилось при первичных испытаниях метода, четко выраженные скачки титрования наблюдались не всегда. В ряде случаях получались пологие кривые и по ним практически было невозможно зафиксировать момент разрушения эмульсии (рисунок 2, в).

Было сделано предположение, что отсутствие скачка титрования обусловлено неоднородностью дисперсной фазы нефтяной эмульсии. Поэтому следующей задачей исследования было подтверждение этого предположения путем отработки условий подготовки исследуемой пробы нефти для достижения необходимой степени однородности ее дисперсионного состава.

Для дополнительного диспергирования пробы сырой нефти использовалось перемешивание.

5 Изучение влияния степени эмульгирования нефтяной эмульсии на результаты автоматического титрования Задача данного исследования заключалась в подборе условий перемешивания (вида и скорости) при подготовке пробы для автоматического титрования при изучении природных нефтяных эмульсий.

Эксперименты по определению более эффективного способа перемешивания при пробоподготовке проводились на эмульсиях первого месторождения. Эмульсии с разной степенью обводненности были приготовлены двумя разными способами: ручным и с помощью автоматической мешалки “Воронеж-2”, при вращении со скоростью об./мин. Продолжительность перемешивания составляла 15 мин.

Всего было получено четыре вида эмульсий: эмульсия, приготовленная ручным перемешиванием с объемным содержанием воды 60 и 40 %; эмульсия, приготовленная автоматическим перемешиванием с объемным содержанием воды 60 и 40 %. Для каждого вида эмульсий было проведено по параллельных измерений. В результате проведенных экспериментов были получены кривые титрования двух видов: со скачком потенциала и без него.

Анализ результатов титрования показал следующее:

- только в 6 случаях из 20 (30 %) был зафиксирован скачок потенциала на кривых титрования для приготовленной вручную эмульсии с обводненностью 60 % об., - только 4 (20 %) скачка потенциала из 20 предполагаемых наблюдалось для эмульсии с содержанием воды 40 % об., перемешанной вручную;

- при титровании эмульсии с содержанием воды 60 % об., приготовленной с помощью автоматической мешалки “Воронеж-2”, все 20 раз (100 %) был зафиксирован скачок потенциала;

- у образцов эмульсии с содержанием воды 40 % об., приготовленных с помощью автоматической мешалки “Воронеж-2”, только 1 раз из 20 (5 %), не был зафиксирован скачок потенциала.

Таким образом, результаты данной серии экспериментов показывают, что применение предлагаемого инструментального метода возможно лишь для монодисперсных эмульсий. Монодисперсность достигается за счет автоматического перемешивания с высокими скоростями.

При подборе необходимой скорости перемешивания решались две задачи:

найти зависимость между скоростью перемешивания и величиной эффективной дозировки деэмульгатора;

подобрать такую скорость перемешивания при изучении эмульсии конкретного месторождения, которая бы обеспечивала соответствие эффективной дозировки деэмульгатора, определяемой автоматическим титрованием и боттл-тестом для эмульсий одного состава.

Для исследования непосредственно перед автоматическим титрованием готовились искусственные эмульсии четырех видов:

- 1-го месторождения с содержанием воды 60 и 40 % об.;

- 2-го месторождения с содержанием воды 60 и 40 % об.

При приготовлении эмульсий скорость перемешиваний варьировалась от 500 до 9000 об./мин. Титрование проводилось при 40оС.

Диаграмма зависимости эффективной дозировки деэмульгатора от происхождения эмульсии и от содержания в ней воды представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Зависимость эффективной дозировки деэмульгатора от месторождения и от содержания воды 1 – эмульсия 1-го месторождения;

2 – эмульсия 2-го месторождения Р1 – содержание воды в эмульсии 60 % об.;

Р2 – содержание воды в эмульсии 40 % об.

В результате проведенных экспериментов было установлено следующее:

с повышением скорости перемешивания пробы сырой нефти в процессе ее подготовки к титрованию эффективная доза деэмульгатора увеличивается;

эмульсия первого месторождения устойчивее к разрушению, чем эмульсия второго, так как при одной и той же степени обводненности для разрушения эмульсии первого месторождения требовалось большее количество деэмульгатора;

для исследования эмульсии первого месторождения скорость перемешивания при приготовления искусственной эмульсии должна составлять величину порядка 7000 об./мин., второго месторождения – 2500 об./мин. Это подтверждается близким совпадением данных автоматического титрования эмульсий, полученных при этих скоростях, а также боттл-теста нефтяных эмульсий того же состава и происхождения (таблица 1).

Результаты исследования нефтяных эмульсий Следует также отметить, что подобранные скорости перемешивания для приготовления искусственных эмульсий действительны в определенном интервале обводненности. В проведенных экспериментах изучен интервал обводненности 40 – 60 % об. Для других значений следует подбирать соответствующие скорости перемешивания.

6 Применение экспресс-метода для исследования факторов, влияющих на устойчивость нефтяных эмульсий Устойчивость эмульсий в наибольшей степени зависит от обводненности и содержания эмульгаторов - механических примесей, парафина, смол. Для изучения влияния этих факторов готовились образцы эмульсии 1-го месторождения. Дискретность добавки деэмульгатора составляла 10 г/т.

Влияние содержания воды. Для изучения влияния обводненности эмульсии на ее устойчивость, готовились образцы эмульсии с содержанием воды 33, 40, 50, 60, 70 % об.

Влияние содержания воды на устойчивость эмульсии и эффективную дозировку отражает зависимость, приведенная на рисунке 5. Эта зависимость имеет степенной вид.

Эффективная дозировка деэмульгатора, г/т По результатам данной серии экспериментов, можно сделать вывод, что увеличение содержания воды в нефтяной эмульсии способствует деэмульсации, так как эффективная дозировка снижается.

Однако необходимо отметить, что для каждого конкретного месторождения следует ожидать специфичного вида уравнения и кривой зависимости эффективной дозировки от содержания воды.

Влияние содержания механических примесей, парафина и смол.

Для оценки влияния механических примесей на процесс деэмульсации также готовилась искусственная нефтяная эмульсия с обводненностью 50 % об.

с добавлением типовых механических примесей, доза которых варьировалась от 0,10 до 1,00 % масс. Содержание механических примесей в исходной эмульсии составляло 0,01 % масс. В качестве добавляемых механических примесей использовалась смесь песка с глинистым природным материалом в соотношении 1:7, которая предварительно тщательно измельчалась до размера частиц 10-3 – 10-4 мм и перемешивалась.

Из графической зависимости, представленной на рисунке 6, видно негативное влияние механических примесей на процесс разрушения эмульсии.

Содержание парафинов и смол в значительной степени влияет на эффективность и экономичность процесса деэмульсации. В связи с этим представлялось интересным количественно оценить влияние данных компонентов.

Дозировка деэмульгатора, г/т Рисунок 6 - Зависимость эффективной дозировки деэмульгатора от содержания Значение обводненности исследуемых образцов эмульсий было задано постоянным – 50% об., а количество добавляемых парафина и смол варьировалась. Для титрования использовалась нефть с исходным содержанием парафина и смол 0,2 и 6,4 % масс., соответственно. Диапазон создаваемых концентраций эмульгаторов в модельных эмульсиях соответствовал содержанию этих компонентов в натуральных нефтяных эмульсиях Западной Сибири.

При изучении влияния парафина на устойчивость эмульсии концентрация парафина варьировалась от 0,2 до 5,1% масс. в пересчете на нефть. Графическая зависимость, представленная на рисунке 7, отражает влияние парафина на устойчивость эмульсии.

Для оценки влияния смол на процесс деэмульсации аналогично готовились искусственные эмульсии с содержанием смол от 6,4 до 9,9 % масс. в пересчете на нефть. Зависимость эффективной дозировки деэмульгатора от содержания смол представлена на рисунке 8.

Эффективная дозировка деэмульгатора при исследовании эмульсии с исходным содержанием парафина и смол составила 80 г/т. Максимальное значение эффективной дозировки в выполненных экспериментах оказалось одинаковым для парафинов и смол – 160 г/т. Однако количество добавленного компонента, вызвавшего увеличение эффективной дозировки деэмульгатора 160 г/т было различным и составило для парафина 4,0 % масс., для смол 3,5 % масс. (таблица 2).

Эффективная дозировка деэмульгатора, г/т Рисунок 7 - Зависимость эффективной дозировки деэмульгатора от содержания Эффективная дозировка деэмульгатора, г/т Результаты сравнения стабилизирующего действия парафина и смол В результате проведенных исследований установлено, что смолы в исследованном диапазоне концентраций оказывают большее стабилизирующее действие, чем парафин.

Анализ полученных кривых автоматического титрования позволяет сделать вывод о закономерной зависимости устойчивости эмульсий от их качественного состава, определяемого содержанием воды, механических примесей, парафина и смол. На основании кривых титрования представляется возможным прогнозировать и определять необходимое количество деэмульгатора при изменении состава нефтяной эмульсии, что имеет практическую ценность.

7 Исследование влияния природы ПАВ на устойчивость эмульсий методом автоматического титрования Цель данного исследования заключалась в применении метода автоматического титрования для установления влияния ПАВ на процесс разрушения нефтяной эмульсии. Исследования включали изучение влияния химического строения неионогенного ПАВ на его деэмульгирующую способность, а также эффекта, проявляющегося при добавке полиэлектролита (полиакриламида) к нефтяной эмульсии.

Для приготовления модельных смесей использовалась нефтяная матрица на основе эмульсии 1-го месторождения. Обводненность в приготовленных модельных смесях составляла 50 % об.

Изучение деэмульгирующей активности спиртов в зависимости от строения. Для исследования в качестве модельных ПАВ были взяты четыре первых члена гомологического ряда алифатических спиртов: метанол, этанол, пропанол и бутанол нормального строения. В молекулах данных ПАВ гидрофобная часть представлена алкильными радикалами разной длины, а гидрофильная часть –ОН-группой.

В свежеприготовленную эмульсию с помощью автодозатора вводился деэмульгатор в виде 1 молярного раствора спирта в дистиллированной воде.

Результаты представлены в таблице 3. В ней также указаны значения поверхностного натяжения при температуре 20оС примененных растворов спиртов.

Результаты, представленные в таблице 3, свидетельствуют о снижении эффективной дозировки при увеличении длины алкильного радикала спирта.

Причем с уменьшением поверхностного натяжения растворов ПАВ усиливаются их деэмульгирующие свойства, что также проявляется в снижении эффективной дозировки.

Деэмульгирующая активность алифатических спиртов Спирт Поверхностное натяжение Эффективная дозировка, Влияние полиакриламида (ПАА) на процесс деэмульсации. Для исследования были приготовлены модельные смеси на основе вышеуказанной эмульсии. В модельные смеси добавлялись механические примеси в качестве естественных стабилизаторов эмульсии.

Аналогично готовились модельные смеси с таким же содержанием механических примесей и добавкой ПАА. При титровании использовался деэмульгатор Сондем 4401. Деэмульгатор дозировался с дискретностью 10 г/т обезвоженной нефти. Результаты исследования представлены в таблице 4.

Результаты исследования влияние ПАА на процесс деэмульсации Содержание Эффективная дозировка механических деэмульгатора, г/т Снижение эффективной примесей в эмульсии, без добавки с добавкой дозировки (отн. ед.) Из полученных результатов следует, что, что при добавлении ПАА в титруемую эмульсию имеет место синергетический эффект совместного действия данного полиэлектролита и деэмульгатора, приводящий к снижению эффективной дозировки деэмульгатора. При этом наблюдается усиление синергетического эффекта при увеличении концентрации механических примесей.

8 Исследование характерных кривых экспресс-метода на серии известных деэмульгаторов Как было показано, автоматическое титрование имеет большие перспективы в плане снижения трудоемкости при подборе деэмульгаторов.

Проведя полный физико-химический анализ реагентов различных марок и удостоверившись в их соответствии сертификатам качества, представляется возможным создание базы данных, содержащей значения эффективных дозировок деэмульгаторов для каждого конкретного месторождения. В связи с этим задачей настоящих исследований было подтверждения такой возможности в экспериментах с серией деэмульгаторов для выбора наиболее эффективного из них.

Были приготовлены образцы эмульсии 1-го месторождения с содержанием воды 50 % об. Дискретность добавления деэмульгатора составляла 10 г/т обезвоженной нефти. Для данного исследования были использованы 1 % масс.

растворы 10 различных марок деэмульгаторов. Эффективность исследованных деэмульгаторов отражает диаграмма на рисунке 9.

Эффективная дозировка, Рисунок 9 – Эффективность деэмульгаторов разных марок 1 – WF-41-C; 2 – Dissolvan V 5099; 3 – Дин-3; 4 - Dissolvan V 3401; 5 – Союз 1000 Э;

6 – Союз 1000 М; 7 - Дин-4; 8 – Прошинор DN-15; 9 – Рекод-118; 10 - Пента- Из рисунка 9 видно, что при прочих равных условиях, наиболее эффективным является деэмульгатор WF-41-C, разрушающий эмульсию при добавлении его в количестве 60 г/т.

Таким образом, полученные результаты экспериментальных исследований позволяют сделать вывод, что при получении каждой новой партии деэмульгаторов, определив эффективные дозировки автоматическим титрованием, можно отбраковывать реагенты, не проводя их полный физикохимический анализ.

Анализ кривых титрования показывает, что кроме подбора наиболее эффективного деэмульгатора и его дозы по ним также можно судить о силе воздействия реагента на эмульсию, например:

- постепенное снижение потенциала с появлением резкого скачка до 2117, мВ, соответствующего области чистой воды – это оптимальное воздействие деэмульгатора;

- постепенное снижение потенциала с последующим скачком до промежуточного значения, а потом до максимального значения 2117,4 мВ – характеризует воздействие средней силы;

- ломаный характер кривой титрования свидетельствует о слабом воздействии данного деэмульгатора на нефтяную эмульсию.

9 Оценка применимости методики в условиях разовой добавки деэмульгатора Исследовались модельные образцы с обводненностью 35, 50, 65 % об., приготовленные на основе эмульсии 1-го месторождения. Деэмульгатор Сондем 4401 дозировался только в начале процесса, затем при непрерывном перемешивании и с дискретностью времени 1 минута фиксировался потенциал инфратрода.

Было установлено, что значение потенциала зависит от дозы реагента, вводимого в эмульсию. При количестве деэмульгатора меньшем эффективной дозировки потенциал практически не изменялся. При дозировке, соответствовавшей эффективной или при большем ее значении, спустя некоторое время от момента введения реагента наблюдался скачок потенциала, свидетельствующий о разрушении эмульсии. Зависимость времени регистрации скачка потенциала от дозы реагента для исследуемых эмульсий представлена на рисунке 10.

По таким кривым, построенным для эмульсий с разной степенью обводненности можно предсказывать эффективную дозировку и время разрушения. Полученные результаты имеют реальное практическое значение, так как на нефтепромысле деэмульгатор дозируется не порциями, а весь сразу.

Время получения скачка потенциала, Рисунок 10 - Зависимость времени появления скачка потенциала от дозировки деэмульгатора

ВЫВОДЫ

1. Обобщены научно-технические данные в области исследования устойчивости эмульсий. Показано, что среди инструментальных методов более перспективными являются основанные на оптических свойствах эмульсий.

2. Разработан новый более эффективный инструментальный метод исследования нефтяных эмульсий на основе селективного сенсора ИК-излучения. Данный метод позволяет имитировать промысловые динамические условия разрушения эмульсии путем варьирования дискретности дозирования деэмульгатора, частоты перемешивания эмульсии, температуры проведения исследования.

3. Новый экспресс-метод позволяет устанавливать эффективную дозу деэмульгатора, время необходимое для разрушения эмульсии, оценивать величину промежуточного слоя и остаточной воды. По характеру кривых титрования представляется возможным оценка эффективности действия деэмульгатора.

4. Отработаны условия пробоподготовки нефтяной эмульсии для исследования ее предлагаемым методом. Достоверность результатов нового метода доказана в сопоставлении с боттл-тестом.

5. Изучено влияния воды, механических примесей, парафина и смол на стабильность эмульсии. Данные по оценки вклада воды, механических примесей, смол и парафина в устойчивость эмульсии могут быть использованы при подборе оптимальных режимов подготовки нефти в реальных условиях нефтепромысла.

6. Методом автоматического титрования установлена связь между природой ПАВ и его деэмульгирующей активностью.

7. Установлена зависимость времени регистрации скачка потенциала инфратрода DN 100 от дозировки деэмульгатора. Данная зависимость позволяет прогнозировать поведение эмульсии (эффективную дозировку и время разрушения) в реальных условиях нефтеподготовки.

8. Инфратрод DN 100 внедрен в работу в комплекте с автоматическим титратором DL 58 фирмы «METTLER TOLEDO» в Центральной базовой лаборатории Инженерно-экономического внедренческого центра ОАО «Сургутнефтегаз».

9. Снижение стоимости проведения деэмульсации нефтяной эмульсии одним деэмульгатором за счет замены боттл-теста на экспресс-метод оценивается величиной порядка 12 тысяч рублей.

10. Разработанный экспресс-метод исследования устойчивости нефтяных эмульсий может применяться на предприятиях занимающихся промысловой подготовкой нефти: в лабораториях осуществляющих подбор деэмульгатора и определение его эффективной дозы. Данный способ также может применяться на предприятиях занимающихся синтезом реагентов-деэмульгаторов, поскольку с помощью него можно оценивать деэмульгирующую активность полученных продуктов при корректировке параметров технологических процессов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Дементьева Е.В. Матерн А.И. Шишов М.Г. Изучение влияния воды и механических примесей на процесс разрушения нефтяной эмульсии с использованием метода автоматического титрования// Аналитика и контроль. с. 322-325.

2. Дементьева Е.В. Матерн А.И. Шишов М.Г. Изучение влияния парафина и смол на разрушение нефтяной эмульсии с использованием метода автоматического титрования// Аналитика и контроль. - 2005, № 1. - с.50-52.

3. Дементьева Е.В. Матерн А.И. Шишов М.Г. Подбор условий для проведения автоматического титрования при исследовании нефтяных эмульсий// Нефтяное хозяйство. – 2005, № 12. - с. 121-123.

4. Дементьева Е.В. Матерн А.И. Шишов М.Г. Исследование влияния воды, механических примесей, парафина и смол на процесс разрушения нефтяной эмульсии// Сб. науч. трудов: Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. - Материалы Всероссийской научно-практ.

конф.: Екатеринбург, 2004. - с. 245-246.

5. Дементьева Е.В. Матерн А.И. Шишов М.Г. Влияние перемешивания на результат автоматического титрования при исследовании нефтяных эмульсий ИК-сенсором. - XVII Уральская конференция по спектроскопии г.Новоуральск, 12-15 сентября 2005 г. Тезисы докладов/ Изд. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ:

Екатеринбург, 2005. - с. 117-118.

6. Дементьева Е.В. Матерн А.И. Шишов М.Г. Исследование влияния различных факторов на процесс разрушения нефтяной эмульсии с помощью ИК-сенсора. - Всероссийская научная конференция «Электроаналитика-2005, г.Екатеринбург, 23-27 мая 2005 г. Тезисы докладов/ Изд. ГОУ ВПО УГТУУПИ: Екатеринбург, 2005. - с. 84.

7. Дементьева Е.В. Матерн А.И. Шишов М.Г. Изучение влияния ПАВ на процесс разрушения нефтяной эмульсии с использованием метода автоматического титрования// Сб. науч. трудов: Химия и химическая технология/ Изд. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ: Екатеринбург, 2006. - с. 386-389.

ЛИТЕРАТУРА

1. Pat. 9313027 FR, MKU 6 G 01 N 27/07, 33/03, 33/26. Procede et materiel de caracterisation de la stabilite d’ude emulsion/ Loisel W., Popineau Y. - Institut National de la recherch agronomique. - № 9313027; заявлено 28.10.1993.

2. Narve Aske, Harald Kallevik and Johan Sjblom. Water-in-crude oil emulsion stability studied by critical electric field measurements. Correlation to physicochemical parameters and near-infrared spectroscopy// Journal of Petroleum Science and Engineering. - October 2002. - Volume 36, Issues 1-2. – р. 1-17.

3. D. J. Miller, R. Bhm. Optical studies of coalescence in crude oil emulsions// Journal of Petroleum Science and Engineering. - February 1993. -Volume 9, Issue 1.

– р. 1-8.

4. Meunier G., Caur I., Puech K., Snabre P. TURBISCAN MA 2000: multiple light scattering measurement for concentrated emulsion and suspension instability analisis. - Pap. Simposium on Analitical Sciences (6th SAS): Valensia, 22-24 June, 1998.

5. Song M.-G., Jho S.-H., Kim J.-Y., Kim J.-D. Rapid evalution of water-in-oil emulsion stability by turbidity ratio measurements// Colloid and interface Sci. - 2000, №1. - р.230.