Совершенствование процессов подготовки нефти при совместном использовании химических реагентов и волновых методов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.13 ВАК РФ

На правах рукописи

_____< Г/угГ

Садриев Айдар Рафаилович

/

совершенствование процессов подготовки

нефти при совместном использовании химических реагентов и волновых методов

02.00.13 - нефтехимия

автореферат 2 2 окт ?009

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань - 2009

003480771

Работа выполнена в Г'ОУ ВПО «Казанский государственный технологический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Хамидуллин Ренат Фаритович

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Газизов Айдар Алмазович

кандидат технических наук Губайдулин Фаат Равильевич

Ведущая организация: Центр химической механики нефти

академии наук Республики Башкортостан (г. Уфа)

Защита состоится «29» октября 2009 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.05 при Казанском государственном технологическом университете по адресу:

420015, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 68, зал заседаний ученого совета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технологического университета.

Автореферат разослан «23_» сектху^-Р 2009 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета, /

кандидат химических наук

Потапова М.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Общемировой тенденцией в области добычи нефти является постоянное увеличение доли добываемых тяжелых высоковязких нефтей. Сегодня в России такие нефти составляют более 20% от общей добычи, а в Татарстане - более 50%. В подобных углеводородных системах содержится повышенное количество тяжелых компонентов, асфаль-тосмолистых веществ, механических примесей. Их присутствие существенно осложняет процессы подготовки нефти, особенно - процессы обезвоживания. Кроме того, при обработке высоковязких нефтей образуются так называемые промежуточные слои (промслой), отличающиеся крайне высокой устойчивостью к разрушению. Эти слои способны накапливаться в отстойной аппаратуре, что ставит под угрозу непрерывность всего процесса подготовки нефти.

Промысловая подготовка тяжелых нефтей (обезвоживание, обессо-ливание) возможна с помощью традиционных методов - термических, химических, их комбинированием, а также с использованием электропбля. Однако необходимая в таких случаях их интенсификация - увеличение температуры обработки нефти, введение в поток повышенных дозировок селективных реагентов-деэмульгаторов, повышение напряженности электрополя - приводит к существенному удорожанию себестоимости процесса подготовки нефти.

Прогрессивным направлением совершенствования технологии' подготовки нефти является внедрение в процесс аппаратов, воздействующих на нефтеводную систему другими полями различной физической природы: акустическими, магнитными, микроволновыми. Для каждого поля характерно свое специфическое воздействие на составляющие такой системы, которое в ряде случаев позволяет достигнуть высокой степени подготовки нефти там, где это было невозможно при использовании термических и химических методов. Эффективное применение подобных технологий требует обоснования метода подбора режима работы аппаратов в условиях конкретного месторождения. В настоящее время своеобразным препятствием для широкого внедрения подобных аппаратов является недостаточная изученность их эффективности воздействия на водонефтяные системы.

Согласно вышеизложенному, разработка технологии внедрения аппаратов, воздействующих на нефти полями различной физической природы, является актуальной для нефтедобывающей промышленности. В данной работе рассмотрена возможность использования роторно-пульсаиионного акустического (РПАА) и микроволнового аппаратов в процессах обезвоживания водонефтяных эмульсий. Изучено совместное воздействие этих аппаратов и реагентов-деэмульгаторов на эмульсии физических полей. Рассмотрены некоторые способы борьбы с промежуточными

слоями, образующимися в процессах деэмульсации, и методы, предотвращающие их образование.

Работа выполнялась в соответствии «Программой развития приоритетных направлений науки в РТ на 2001-2005 годы», утвержденной Постановлением №63 Кабинета Министров РТ от 06.02.01.

Цель работы и основные задачи исследования. Разработка способов разрушения промысловых водонефтяных эмульсий и промежуточных эмульсионных слоев, формирующихся в отстойных аппаратах и резервуарах установок подготовки нефти, с применением различных поверхностно-активных реагентов-деэмульгаторов, композиционных составов на их основе и с использованием роторно-пульсационного акустического и микроволнового аппаратов.

Научная новизна.

■ Установлено, что эффективность роторно-пульсационного акустического аппарата ограничена временем старения обрабатываемых эмульсий. Воздействие на водонефтяные системы с малым сроком хранения приводит к эффективному их обезвоживанию, что подтверждается динамикой отстоя воды и снижением расхода деэмульгатора.

■ Выявлено и теоретически обосновано селективное воздействие микроволн на эмульсии нефтей карбоновых горизонтов и особенно на промежуточные слои из отстойной аппаратуры.

• Выявлена зависимость между химической структурой деэмульгатора и его способностью к образованию промежуточных слоев. Показано, что формирование промслоев наиболее высоко при использовании реагентов с разветвленной структурой.

" Установлено, что смачивающую способность реагента-деэмульгатора целесообразно использовать как характеризующий фактор его склонности к образованию промежуточных слоев.

Практическая ценность.

■ Показана возможность интенсификации процесса обезвоживания нефти с использованием роторно-пульсационного акустического и микроволнового аппаратов.

■ Предложен способ эффективного деструктивного воздействия на промежуточные слои, предпологающий в себя использование термохимии, прямогонного бензина и микроволн. .

■ Для ингибирования побочного эффекта деэмульгатора - склонности к образованию промежуточных слоев - 'предложено введение в его состав химической добавки, обладающей высокой смачивающей способностью.

■ На основе исследования работы роторно-пульсационного акустического и микроволнового аппаратов обосновано место их возможного внедрения в технологическую схему промысловой подготовки нефти.

На защиту выносятся: результаты исследований по обезвоживанию нефтей с применением роторно-пульсационно-акустического и микроволнового аппаратов; результаты исследования влияния реагентов-деэмульгаторов на образование промежуточных слоев в процессе обезвоживания нефтей.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на IV Всероссийской конференции «Нефтепромысловая химия» (Москва, 2008), на VIII Республиканской школе студентов и аспирантов «Жить в XXI веке» (Казань; 2008), на X Всероссийской научно-практической конференции аспирантов и студентов «Химия и химическая технология в XXI веке» (Томск, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ: 2 статьи, 4 тезиса докладов, 2 патента. -

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 163 страницах, включающих 26 таблиц, 62 рисунка, список литературы из 133 наименований, и состоит из введения; трех глав, выводов и приложений.

Благодарность. Автор выражает свою глубокую и искреннюю благодарность за консультации и практическую помощь при выполнении диссертационной работы научным соруководителям: кандидату технических наук, доценту А.А.Гречухиной, инженеру В.М.Фомину

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, формулируется ее цель, а также ее научная новизна и практическая значимость.

В первой главе -«Литературный обзор» - диссертационной работы приведен литературный обзор, посвященный составу и свойствам добываемых водонефтяных эмульсий, причинам их образования и устойчивости. Рассмотрены современные методы разрушения водонефтяных систем, при этом особое внимание в обзоре уделено способам, использующим воздействие полей различной физической природы - способам акустической и микроволновой обработки. В отдельном подразделе первой главы диссертации рассмотрены промежуточные слои - те виды водонефтяных эмульсий, что вызывают наибольшие осложнения в процессе подготовки нефти. Показано, что такие проблемы нефтяной отрасли, как разрушение устойчивых эмульсий, разрушение промслоев, постоянно требуют поиска новых решений или усовершенствования существующих. Усовершенствование, как отмечено в обзоре, возможно при внедрении в технологический процесс физических методов воздействия на нефть. Подобные методы отличаются большей гибкостью, так как подбором режима работы соответствующего аппарата, теоретически представляется возможным настроить его на обработку разнообразных нефтей.

Во второй главе - «Экспериментальная часть» - приводятся методики исследований, проведенных в ходе работы.

В третьей главе - «Обсуждение результатов» - содержащей обсуждение экспериментальных данных, рассмотрена возможность эффективного использования роторно-пульсационного акустического и микроволнового аппаратов при обезвоживании и обессоливании нефтей; рассмотрена такая особенность реагентов-деэмульгаторов, как склонность к образованию промежуточных слоев и предложены меры по ее ингибированию.

Роторно-пульсационный акустический аппарат предназначен для интенсификации процессов диффузии, смешения, растворения, гомогенизации и диспергирования. Использованный в работе лабораторный РПАА представляет собой лопаточную машину с необтекаемыми лопатками, в которой концентричные (коаксиальные) ряды лопаток ротора (вращающийся элемент аппарата) чередуются в радиальном направлении с рядами лопаток статора (неподвижные элементы аппарата). Диск ротора выполнен из титановых сплавов, которые обладают высокими акустическими свойствами, и совершает веерные, зонтичные или комбинированные (веерно-зонтичные) колебания различной формы, частоты и интенсивности. В таком аппарате за счет пульсации и акустического воздействия создаются вращательные и колебательные движения. В РПАА имеется возможность регулирования числа оборотов вращения диска ротора в неподвижном статоре за счет изменения силы тока подаваемого напряжения.

Использование роторно-пульсационного акустического аппарата в качестве дополнительного (к термохимическому) воздействия на водонеф-тяную эмульсию должно, по-видимому, способствовать более равномерному смешению реагента с нефтью и деструктивному воздействию аппарата на оболочки эмульгированных глобул воды. В итоге при совместном использовании деэмульгатора и РПАА при определенных режимах его работы можно достигнуть более эффективного разрушения эмульсий.

На первом этапе работы с РПАА был изучен процесс обезвоживания нефтей с применением реагентов, аппарата и при их совместном действии.

Исследования проводили на естественных нефтяных эмульсиях, взятых непосредственно из скважин различных горизонтов (таблица 1). Температурный режим отстоя и объем дозировки реагента выбирали исходя из устойчивости эмульсии. При обезвоживании с помощью РПАА в аппарат наливали водонефтяную эмульсию, дозировали определенное количество реагента. Смешение в аппарате проводили в течение 30-120 секунд (выбор режима аппарата), с различной скоростью вращения ротора (800.7700 об/мин). Для каждой нефти экспериментально подбирался оптимальный режим работы аппарата. Далее эмульсию сливали в мерный стакан и замеряли отстой воды от нефти через каждые 15 минут при температуре бани 20 и 70°С в течение 1 часа.

Таблица 1 - Характеристика нефтей и эмульсии на их основе

Характеристика эмульсий Характеристика нефти

№ эмульсии Обводненность, % мае. Плот- Содержание, % мае.:

Горизоит ность, кг/м3 серы парафинов смол асфаль-тенов

1 22 Карбон 903 3,15 4,6 15 5,6

2 54 Смесь карбона и девона (1:1) 882 2,21 4,96 15,63 4,63

3 20 'Гурнейский 904 3,4 3,4 - 6,2

4 84 Бобриковский 905 3,1 3,6 - 4,7

5 80 Бобриковский 905 3,1 3,6 - 4,7

б 22 Турнейский 904 3,4 3,4 - 6,2

7 16 Турнейский 904 3,4 3,4 - 6,2

Совместное воздействие на нефтяные эмульсии деэмульга-торов и РПАА оказалось избирательным: в одном случае обработка в аппарате эмульсий не дает необходимого эффекта (рисунок 1), в другом - подобная обработка обеспечивает более динамичный отстой воды и высокую степень обезвоживания нефти вплоть до полного отделения воды (рисунок 2).

На основе анализа времени формирования исследуемых эмульсий был сделан вывод, что критическим фактором, опреде-

к. / -•-ДгфАС Б2,50 гЛ. "(ермшааш РПАА 800 об/мии. 60 сек -*-Дсфдас.Б2,1 СО г/г.

/* /

1 " /

/

Рисунок

Бремя отстоя, мин

- Динамика обезвоживания эмульсии №2

и Дефакс Б2 , 50 г/т, термохимия

Рисунок 2 - Динамика обезвоживания эмульсии №3

ляющим эффективность воздействия аппарата на водонефтяную эмульсию, является возраст последней. Чем моложе эмульсия, тем наиболее динамично и полно она разрушается. И, напротив, - утолщение и упрочнение адсорбционных оболочек на глобулах воды с течением времени, по нашему мнению, является главной причиной, препятствующей проявлению РПАА деэмуль-I ирующих функций (рисунок 3).

-♦-Свсяая эмульсия

НИидаеэнаяакуяьсня

-*-7-милп№наяэмульстя

Времяо :стоя, ни

Рисунок 3 - Динамика обезвоживания эмульсионных нефтей с различным временем формирования реагентом Дефакс Б2 (25 г/т) и РИАЛ (2500 об/мин, 2 мин)

Последующие испытания РПАА на свежих водонефтяных эмульсиях показали, что для каждой эмульсии существует свой оптимальный режим обработки в РПАА. Однако в большинстве случаев использование только аппарата для обезвоживания нефтей недостаточно: обработанная нефть в большом количестве содержит воду (до 66% мае.). В догюлнение к роторно-пульсациониому акустическому воздействию на эмульсию всегда необходимо воздействие термохимическое. В общем виде динамика обезвоживания нефти различными способами показана на рисунке 4.

Дрфякс Б2 г г>

а

§ г § §

£

-♦-*

X -д-*- / М

/ Я / / и

Г в у

/ /

-♦-термохимия +

РПАА -«-термохимия

-а-РПАА

Ю 45 60 75 90 Е^)№1Я отстоя, мин

Рисунок 4 - Динамика обезвоживания эмульсии №4 различными способами (режим РПАА - 7800 об/мин, 120 с.)

Отдельными способами исследуемые эмульсии разрушаются лишь частично. Наиболее глубокое отделение воды от нефти происходит лишь при совместном воздействии термохимии и РПАА, причем: использование аппарата в технологии обезвоживания нефти позволяет снизить эффективную дозировку реагента со 150 до 50 г/т.

Особенно интересными представляются результаты обезвоживания эмульсии угленосного горизонта: она не разрушалась ни. при. высоких дозировках реагентов (150 г/т), ни при повышенной.температуре (7Q°C). Однако комбинированная обработка эмульсии реагентами и РПАА обеспечивает полное отделение воды в течение 15 минут после начала отстоя , при .температуре до 40°С (рисунок 5).

Дгфякс Б2, LML, Рекод "52А (50 г/т)

Рисунок 5 - Динамика обезвоживания нефти №7 угленосного горизонта различными способами (режим РИАЛ - 2700 об/мин;1120 с)

Таким образом, использование в процессе обезвоживания нефти ро-торно-пульсационного акустического аппарата совместно с реагентом способствует эффективному перемешиванию реагента с эмульсией, разрушению адсорбционного слоя из природных эмульгаторов, в результате чего наблюдается более динамичный отстой воды от нефти, уменьшение расхода деэмульгатора. И, как следствие, все это приводит к интенсификации процесса. Таким образом, результаты позволяют рекомендовать включение РПАА в схему сбора и подготовки нефти, но его селективность к «свежим» нефтяным эмульсиям ограничивает область применения аппарата и требует тщательного выбора места его внедрения.

Вторым этапом работы с РПАА стало его исследование в условиях процесса обессоливания нефти. Обессоливанию подвергались нефти девонского и карбонового горизонтов. Процесс смешения пресной воды с обезвоженной нефтью проводили двумя методами: с помощью РПАА и ручным встряхиванием.

Обессоливание нефти девона при различных режимах показало, что определяющим фактором данного процесса подготовки, нефти является температура обессоливания. И поскольку существенного различия в эффективности процесса обессоливания при температуре 55°С между ручным перемешиванием и перемешиванием в РПАА не выявлено, то необходимость монтажа РПАА в блоке обессоливания на установке по подготовке нефти отпадает. Также применение РПАА не обеспечило необходимую глубину обессоливания более тяжелых карбоновых нефтей.

|(. Вторая часть третьей главы содержит обсуждение результатов обезвоживания нефтей и промежуточных слоев с помощью микроволновой технологии.

При воздействии микроволн на водонефтяную эмульсию температура нефти увеличивается в два раза быстрее температуры воды и в 10-20 раз быстрее температуры твердых пород. При этом скорость протекания процесса теплового воздействия на систему значительно выше, чем при классических методах нагрева. Микроволновое воздействие возбуждает ди-польное вращение молекул среды при наличии мощных межмолекулярных связей, что приводит к появлению гистерезиса между приложенным полем н индуцированным откликом, а запасенная вследствие этого энергия выделяется при релаксации в виде тепла. Теоретически такая обработка должна приводить к более эффективному разделению нефтяной эмульсии на ее составляющие компоненты (нефть, вода).

Для проведения исследований была использована лабораторная установка, состоящая из микроволновой камеры, генератора микроволн на магнетроне 2450 МГц и блока управления (рисунок 6).

Рисунок 6 - Лабораторная микроволновая установка: ¡!":>'1м генератор микроволн на магнетроне 2450 МГц; 2- микроволновая камера; ■. | , 3 - блок управления; 4 - термометр •

На первой стадии исследования работы микроволнового аппарата проводили деэмульгирование естественных и искусственных нефтяных

эмульсий с различным временем «старения». В опытах сравнивали эффективность обезвоживания нефтей термохимическим методом и методом, комбинирующим микроволновое облучение (при различных режимах работы установки) и химическую обработку. В качестве реагентов-деэмульгаторов использовали РИФ, Реапон-4В, Рекод 752А, Полинол при их расходах от 20 до 100 г/т. Эффективность отстоя контролировали в течение 30 минут. При микроволновой обработке в эмульсию дозировали реагент, эффективно ее перемешивали ручным способом и помещали в лабораторную микроволновую установку, предварительно установив соответствующий режим обработки. После обработки сосуд с эмульсией вынимали из камеры, замеряли температуру водонефтяной системы и объем воды, отделившейся в течение 30 минут без дополнительного термостатировання.

Экспериментальные данные показали, что микроволновое воздействие в дополнение к действию реагента способствует более глубокому и динамичному отстою воды от нефти, особенно при обработке застаревших эмульсий. При повышении интенсивности работы микроволновой установки эффективность обезвоживания нефти возрастает. В некоторых опытах обработка эмульсии с помощью аппарата способствует уменьшению дозировки реагента.

Микроволновое воздействие также было использовано для обработки промежуточных слоев, формирующихся в отстойной аппаратуре. Промежуточные слои - это высокостойкие множественные нефтяные эмульсии с высоким содержанием воды и механических примесей. Как правило, для их разрушения требуется увеличение расхода реагента в 5 раз и повышение температуры до 80°С, но чаще всего эти множественные эмульсии накапливаются в отстойниках и резервуарах на границе раздела фаз, откуда они периодически подрезаются и доставляются на установки по переработке нефтяных шламов.

Для проведения испытаний были отобраны два образца промежуточных слоев: из отстойников установок подготовки нефти НГДУ «Азнакаев-скнефть» (нефти девонского горизонта) и НГДУ «Лениногорскнефть» (нефти карбонового горизонта). Характеристика их приведена в таблице 2.

Таблица 2 - Характеристика промежуточных слоев

№ п/п Место очСора Горизонт Плотность нефти при 20"С, ■ кг/м' Плотность эмульсии при 20"С, кг/м' Обводненность' эмульсии, % мае. ' Содержание мех-примесей* .. % мае,,,

1 Азпакаевский товарный парк резервуар № 20 Девон 890 960 35 " ' 0,07

2 Горкииский товарный парк резервуар № 2 Карбон 925 980 13 0,09

9080706050-140 30-120-110 О

ш

ЙМ !5

! 1

1

Й-' : % £

г!

4 5

Обработка образца №1 различными способами показала следующее (рисунок 7). При введении в систему реа-гента-деэмульгатора (Реапон 4В, Рекод 752А, Полинол, 500 г/т) выделения сухой нефти не происходит, отделение воды незначительно - 14% от общей воды в нефти. При дополнительном введении в промслой небольшого объема прямогон-нбго бензина (50-180°С) (метод, облегчающий разрушение промслоя -за счет снижения его ■ вязкости и'плотности) выделяется 70% сухой-нефти, а оставшиеся 30% приходятся целиком на промежуточный слой. Выделения воды из него нё происходит: она перераспределяется, образуя нижний обводненный (более плотный и устойчивый промслой) и верхний безводный нефтяные слои. При обработке нефтяной системы, ■ содержащей де-эмульгатор (Реапон 4В, 500

г/т) и растворитель, в микроволновой камере из промслоя выделяется 28% воды и 62% сухой нефти. Количество промежуточного слоя при этом уменьшается до 10%. Подобный эффект достигается и при использовании другого химреагента (Полинол): совместное воздействие деэмульгатора, микроволн и добавки бензина позволяет получить сухую нефть в количестве 65%, при этом количество промежуточного слоя уменьшается до 5%.

При обезвоживании более устойчивого промежуточного слоя №2, образованного из нефти карбонового горизонта, отделения воды не происходило: отмечался лишь ее переход из всего объема промслоя в нижние слои, в результате чего образовался верхний безводный слой нефти (рисунок 8).

□ Промежуточный слой В Нефть ПВода

Рисунок 7 - Количество промслоя, нефти и воды (% масс.), полученных из прбмслоя № 1 при различных условиях воздействия на него (время отстоя 24 часа):

1 - исходным промслой; 2 - термохимия; 3 - термохимия с введением бензина; 4 - обработка микроволнами с термохимией (Реапон 413) и бензином; 5 - обработка микроволнами с термохимией (Полинол) и с введением бензина.

100

□ Промежуточный слой И Нефть ПВода

Видно, НТО больший объем сухой нефти выделяется при микроволновом воздействии с введением в систему реагента-деэмуль-гагора и бензина. Таким образом, для разрушения высокостойких водонефтесо-держащих систем целесообразно использовать кратковременное воздействие на них микроволновых полей в сочетании со специально подобранными деэму-льгаторами. Подобная обработка через сутки отстоя позволяет резко уменьшить количество трудноразрушимых нефтяных систем и выделить из них до 85% сухой нефти.

На действующих установках по подготовке нефти микроволновую технологию можно внедрить следующим образом. Промежуточные слои, образовавшиеся в отстойниках,

Рисунок 8 - Количество промслоя, нефти и воды (% масс.), полученных из промслоя № 2 при различных условиях воздействия на него (время отстоя 24 часа):

1 - исходный промслой; 2 - термохимия (300 г/т) с введением бензина; 3 - термохимия (500 г/т) с введением бензина; 4 - обработка микроволнами без реагента; 5 - обработка микроволнами с термохимией (300 г/т) и с введением бензина; 6 - обработка микроволнами с термохимией (500 г/т) и с введением бензина.

смешиваются с реагентом и прямогонным бензином и прокачиваются через узел микроволновой обработки с определенной скоростью. Далее обработанные слои направляются в резервуары на суточный отстой.

Известно, что основной причиной образования промежуточных слоев является присутствие в эмульсиях механических примесей и сульфида железа. Однако причинами образования промежуточных слоев могут быть и применяемые деэмульгаторы, их высокая концентрация в системе. Для борьбы с механическими примесями и сульфидом железа, содержащимися в нефтяной эмульсии, существуют специальные способы и мероприятия. Систематических же исследований ассортимента деэмульгаторов на склонность их к образованию промежуточных слоев практически не проводилось. В заключительной части третьей главы представлены результаты исследования реагентов-деэмульгаторов на склонность к образованию промежуточных слоев, а также рассмотрены некоторые пути, обеспечивающие существенное ослабление этого нежелательного свойства деэмульгаторов.

На наличие указанной склонности нами был проверен в первую очередь большой ассортимент реагентов (22 наименования), наиболее используемых для разрушения эмульсий в промысловых условиях. Все они являлись неионогенными ПАВ, в основном - блоксополимерами на основе оксидов алкиленов и их смесей. Испытания реагентов проводили на четырех естественных эмульсиях, которые были устойчивы в условиях испытаний и без реагентов не разрушались. В зависимости от стойкости эмульсий их разрушение проводили при различных расходах реагентов (50, 100, 150, 200 г/т) при температуре 55 и 70°С в течение двухчасового отстоя методом бутылочной пробы. В этих условиях'большинство реагентов обеспечили глубокое обезвоживание нефти (содержание остаточной воды составляло не более 1% мае.). После отстоя с границы раздела фаз нефть-вода отбирали промежуточный слой, в котором определяли содержание воды.

Результаты анализа показали, что наибольший объем промежуточного слоя высокой обводненности (до 10%) наблюдается при использовании реагентов Лапрол, Рекод 752А, Рекод 758, Дипроксамин 157, Проксамин 385, Сепарол 5084. Небольшой объем промежуточного слоя с малым содержанием воды в нем (до 3 % мае.) получали при применении реагентов LML, СНПХ 4315, Полинол.

Сравнение фенольных индексов испытуемых реагентов с их склонностью к образованию промежуточных слоев показало, что более гидрофобные реагенты (Полинол) не дают объемных промежуточных слоев. И наоборот, реагенты марки Лапрол со значительно большим фенольным индексом, т.е. с большей гидрофильностыо, образуют устойчивые промежуточные слои.

Реагенты-деэмульгаторы, применяемые на промыслах, являются блоксополимерами и имеют различное строение. Строение их зависит от стартового вещества, к которому присоединяются оксиды алкилена, или от структуры алкилфенолформальдегидных смол как гидрофобной составляющей неионогенных ПАВ. Для изучения влияния структуры реагентов на их склонность к образованию промежуточного слоя были проведены исследования, в которых использовались деэмульгаторы различной структуры. В результате эксперимента было обнаружено, что реагенты, имеющие разветвленную структуру (Дипроксамин-157 и Лапрол 6003-18) дают промежуточный слой с большим содержанием воды - 3,6 и 3,01% соответственно. Реапон-4В, имеющий прямоцепочную структуру, практически не образует промежуточного слоя - содержание воды в нем составляет 0,86%. Наиболее эффективен Полинол-53, не образующий промслоя.

Таким образом, было показано, что наибольшей склонностью к образованию промслоев обладают структурно-разветвленные реагенты с повышенной гидрофильностыо. Подобными характеристиками обладает де-эмульгатор марки Лапрол 6003-18, и именно при его использовании, как отмечено в предшествующих испытаниях, образуются объемные обводнен-

ные промежуточные слои. С целью устранения такого недостатка были проведены исследования композиционных составов на основе Лапрола 6003-18.

Композиции были получены с применением четырех импортных присадок. Объем присадки в каждой композиции составляло 20% (в среднем на практике объем присадок к реагентам составляет Ю-20%):

композиция №1 - Лапрол 6003-18 + присадка №1 (9909, Китай); композиция №2 - Лапрол 6003-18 + присадка №2 (ХТ-420, Канада); композиция №3 - Лапрол 6003-18 + присадка №3 (ЬМЬ); композиция №4 - Лапрол 6003-18 + присадка №4 (58-15, Канада). Полученные смеси испытывали в процессе обезвоживания и сравнивали эффективность каждой композиции с действием самого Лапрола 600318 (таблица 3).

Как видно, положительный результат получен только при использовании композиции №2, которая обеспечивает наиболее глубокую степень обезвоживания нефти и минимальное содержание воды в промежуточном слое. Добавка к Лапролу присадок №1, №3, №4, при отсутствии положительных сдвигов по промслою, ухудшает динамику отстоя воды.

В качестве присадок также были использованы реагенты-деэмульгаторы, не образующие промслоев - Реапон-4В и Полинол-53. При добавке реагента Полинол-53 в качестве присадки значительно снижается содержание воды в промежуточном слое (до 1,9%). При использовании в качестве присадки реагента Реапон-4В содержание воды в промежуточном слое не уменьшается.

Таблица 3 - Исследование композиций на основе Лапрол 6003 - 18 на склонность к образованию промслоев_

Название реагента Глубина обезвоживания (% мае.) за время отстоя, мин Остаточная вода в промежуточном слое, % мае. Остаточная вода в верхнем слое, % мае.

15 30 45 60 75 90 105 120

Комн. №1 8 12 18 30 61 76 76 76 3,40 . 1,10

Коми. №2 0 5 30 76 92 95 99 99 следы следы

Комп. №3 0 15 38 68 76 76 76 76 3,50 2,21

Комп. №4 0 20 73 87 94 96 96 96 3,34 следы

1 Лапрол 0 0 18 30 68 76 1 91 91 3,99 1,2

1 6003 - 1X 1 ]

0,9

0,8

0,7

ж-

Для объяснения эффекта от действия присадок была исследована смачивающая способность реагента Лапрол 6003-18 и композиций на его основе. Смачивающую способность фиксировали скоростью капиллярной пропитки твердой фазы. В качестве твердой фазы . использовали кварцевый песок с диаметром частиц 0,3 - 1 мм. В этом случае твердая фаза (подложка) имела гидрофильную поверхность. Для создания гидрофобной поверхности на кварцевом песке были использованы природные эмульгаторы -асфальтены, выделенные из нефти.

Сначала измеряли смачивающую способность присадок (рисунок 9). Наибольшая скорость капиллярной пропитки была характерна для присадки №2. Наименьшая смачивающая способность была у реагента Лапрол 6003-18 и присадки №1.

Композиции №1, №3, №4, по сравнению с исходным Лапролом, дают несущественное улучшение капиллярной пропитки. Добавление присадки №2 к Лапролу существенно улучшает пропитку гидрофильной твердой фазы. Эти же закономерности, но с более явным эффектом наблюдаются при смачивании асфальтеновой подложки (рисунок 10).

Премя

— присадка №1 -А— присадка №3 Ж присадка №2

Лапрол 6003-18 присадка №4

Рисунок 9 - Динамика смачивания гидрофильной твердой фазы реагентом Лапрол 6003 - 18 и присадками

а®®

- *

Таким образом, присадка №2 как индивидуально, так и в композиции проявляет лучшую смачивающую способность. И, видимо, за счет лучшей. смачивающей способности данной присадки . существенно снижается образование промежуточного слоя в процессе обезвоживания нефти. Присадка хорошо смачивает природные эмульгаторы, удаляет их с границы раздела фаз, резко снижает механическую прочность на глобулах воды, в результате чего происходит укрупнение глобул и разрушение промежуточного слоя.

Таким образом, существенного снижения склонности реагентов к образованию промежуточного слоя можно добиться деэмульгирующим композиционным составом, используя в качестве присадок поверхностно-активные вещества, улучшающие смачивающую способность основного деэмульгатора по отношению к природным эмульгаторам. . .

Время

КОМЛОЗИПИН

композиции №2 Лапрол 6001-18

композиция К»4 ■ композициях»!

Рисунок 10 - Динамика смачивания гидрофобной твердой фазы реагентом Лаг/рол 6003 - 18 и композициями на его основе

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Исследования роторно-пульсационного акустического аппарата в процессе деэмульгирования нефтей показали, что его эффективность ограничена временем старения обрабатываемых эмульсий. Обработка «свежих» эмульсий в РПАА совместно с реагентом-деэмульгатором приводит к более интенсивному и более полному отделению воды от нефти, нежели при термическом или термохимическом воздействии на водонефтяную систему. И, наоборот, обезвоживание в РПАА эмульсий с длительным сроком хранения (так называемых «старых» эмульсий) не позволяет достичь требуемого ГОСТ 51858-202 «Нефть. Общие технические условия» содержания воды в нефти.

2. Отмеченная селективность РПАА к свежедобытым водонефтяным эмульсиям позволяет рекомендовать его внедрение в систему сбора и транспорта подготовки нефти на промыслах, а именно перед внутри-трубной деэмульсацией.

3. Изучена работа микроволнового аппарата в процессе обезвоживания нефтяных эмульсий различных горизонтов и труднорасслаиваемых промежуточных слоев. Установлено, что под воздействием микроволн наиболее полно обезвоживаются тяжелые нефти карбоновых горизонтов и промежуточные слои, сформированные в отстойной аппаратуре. По-видимому, это связано с особенностью воздействия микроволн на стабилизаторы водонефтяных эмульсий.

4. На основе результатов исследований разработан метод обработки промежуточных слоев, сочетающий в себе воздействие на них реагента-деэмульгатора, прямогонного бензина и обработку в микроволновом аппарате.

5. Изучено влияние реагентов-деэмульгаторов на процесс образования промежуточных слоев. Отмечено, что разветвленная химическая структура деэмульгатора способствует при обезвоживании эмульсий образованию высокообводненных промслоев.

6. Для ингибирования подобного отрицательного эффекта возможно введение в состав демульгатора химической добавки ХТ-420. Результатом исследования смачивающей способности реагентов-деэмульгаторов стало установление зависимости между указанным свойством химреагентов и их склонностью к образованию промежуточных слоев. Наименьшая вероятность подобного образования характерна для деэмульгирующих составов с высокой смачивающей способностью и большой гидрофильностью.

7. Изучение особенностей работы РПАА, работы микроволнового аппарата в условиях подготовки нефти, изучение влияния реагентов-деэмульгаторов на образование промежуточных слоев позволило выбрать место и способ использования того или иного аппарата в тех-

нологической схеме сбора и подготовки нефти, а также рекомендовать принцип подбора такого реагента-деэмульгатора, который исключал бы образование трудно расслаиваемых промслоев.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Садриев, А.Р. Изучение влияния механико-акустического воздействия на процесс обезвоживания нефти [Текст] / А.Р. Садриев, [и др.] // Технология нефти и газа. - 2008. - №3. - С. 42-46.

2. Садриев, А.Р. Исследования воздействия микроволновой обработки на устойчивость нефтяных эмульсий [Текст] / А.Р. Садриев, [ и др.]// Технология нефти и газа. - 2009. - №1. - С. 28-31.

3. Патент 2354445 РФ, МПК7 B01F7/00. Акустический способ обработки жидкотекучих сред в роторно-пульсационном акустическом аппарате для его осуществления / А.Р. Садриев [и др.]; заявитель и патентообладатель А.Р. Садриев [и др.]. - № 2007132601/15; заявл. 29.08.2007; опубл. 10.05.2009; Бюл. №13.

4. Патент 2366497 РФ, МПК7 B01F7/00. Роторно-пульсационный акустический аппарат / А.Р. Садриев [и др.]; заявитель и патентообладатель А.Р. Садриев [и др.]. - № 2007132600/15; заявл. 29.08.2007; опубл. 10.09.2009.

5. Садриев, А.Р. Исследование совместного воздействия на нефтяные эмульсии реагентов-деэмульгаторов и механико-акустической или микроволновой обработки / А.Р. Садриев, [и др.] // Нефтепромысловая химия мат. IV Всероссийской науч.-практич. конференции. - Москва: РГУ. - 2008. -С. 173-175.

6. Садриев, А.Р. Применение роторно-пульсационного акустического аппарата в процессе подготовки нефти / А.Р. Садриев, [и др.] // Жить в XXI веке в мат. конкурса VIII Республиканской школы студентов и аспирантов. - Казань: Изд-во КГТУ. - 2008. - С. 87-89.

7. Садриев, А.Р. Разрушение водонефтяных эмульсий с помощью роторно-пульсационного акустического аппарата / А.Р. Садриев, [и др.]// Химия и химическая технология в XXI веке мат. Всероссийской науч.-практич. конференции». - Томск. - 2009. - С. 253-254.

8. Садриев, А.Р. Влияние реагентов-деэмульгаторов на склонность к образованию промежуточных слоев / А.Р. Садриев, [и др.] // Химия и химическая технология в XXI веке мат. Всероссийской науч.-практич. конференции. - Томск. -2009. - С. 254-255.

Заказ 3X1 , __Тираж 80 экз.

Офсетная лаборатория КГТУ 420015, г. Казань, ул. К.Маркса, 68