Деэмульгаторы, применяемые для разрушения нефтяных эмульсий.

В качестве реагентов-деэмульгаторов используются поверх­ностно-активные вещества (ПАВ). Хотя механизм действия деэмульгаторов на нефтяные эмульсии изучен недостаточно, они широко применяются в технике. Техническое применение их основывается на имеющемся опыте обезвоживания нефти в про­мышленности и лабораторных опытах. Воздействие деэмульга-тора на нефтяную эмульсию основано на том, что деэмульгатор, адсорбируясь на поверхности раздела фаз нефть—вода, вытес­няет и замещает менее поверхностно-активные природные эмуль­гаторы. Пленка, образуемая деэмульгатором, менее прочна. По мере накопления деэмульгатора на поверхности капелек воды между последними возникают силы взаимного притяжения. В ре­зультате этого мелкие диспергированные капельки воды обра­зуют большие капли (хлопья), в которых пленки вокруг глобул воды обычно сохраняются. Процесс образования больших хлопьев из мелкодиспергированных капелек воды в результате воздействия деэмульгатора называется флоккуляцией (хлопьеобра-зованием). В процессе флоккуляции поверхностная пленка гло­бул воды становится достаточно ослабленной, происходит ее раз­рушение и слияние глобул воды. Процесс слияния капелек воды называется коалесценцией..

Хорошие деэмульгаторы должны обеспечивать не только сближение диспергированных капелек воды в эмульсии, но также и разрушать окружающие их пленки и способствовать коалесценции.

В большинстве нефтей присутствуют механические примеси (сульфид железа, ил, частицы глины и т. д.), частички которых собираются на поверхности раздела и способствуют упрочнению пленки, обволакивающей глобулы воды. Часто эти механические примеси являются основными веществами, составляющими мате­риал пленки, и удаление их вместе с водой также является ва­жной задачей при обезвоживании нефти. Деэмульгаторы обво­лакивают частицы механических примесей тонкой пленкой, хо­рошо смачиваемой водой, и такие частицы выделяются из нефти и удаляются вместе с водой.

Таким образом, реагенты, применяемые в качестве деэмульгаторов для разрушения нефтяных эмульсий, должны обладать следующими свойствами: 1) способностью проникать на поверх­ность раздела фаз нефть—вода, 2) вызывать флоккуляцию и коа-лесценцию глобул воды и 3) хорошо смачивать поверхность ме­ханических примесей.

Такими универсальными свойствами обладает ограниченное число деэмульгаторов. Для разрушения нефтяных эмульсий пред­ложено множество реагентов, которые имеют те или иные необходимые свойства. Деэмульгаторы обычно подразделяются на две группы: ионогенные и неиогенные. Ионогенные, в свою очередь, могут быть подразделены на анионактивные и катионоактивные в зависимо­сти от того, какие поверхностно-активные группы они содержат — анионы или катионы.

На месторождениях и нефтеперерабатывающих заводах из ионогенных деэмульгаторов для обезвоживания и обессоливания нефтей в течение длительного времени применялся нейтрализо­ванный черный контакт (НЧК). Однако он имеет ряд недостат­ков:

- низкое содержание поверхностно-активного вещества (в луч­ших сортах около 40—60% солей сульфокислот), что приводит к дорогостоящим перевозкам балласта;

- высокий удельный рас­ход (0,5—3 кг/т, иногда и более); при взаимодействии НЧК с пла­стовой водой могут образоваться твердые осадки (гипс, гидрат окиси железа и др.), очистка от которых аппаратов и трубопро­водов связана со значительными затратами. Ионогенные деэмуль­гаторы способствуют также образованию эмульсий типа нефть в воде, что приводит к значительному содержанию нефти в дре­нажной воде. В связи с этим в настоящее время НЧК почти не используется.

Катионактивные деэмульгаторы не нашли достаточного приме­нения из-за их низкой активности. Наибольшее распространение в настоящее время получили не­ионогенные деэмульгаторы, т. е. такие, которые в водных раст­ворах не диссоциируют на ионы. Обычно деэмульгаторы этого типа получаются присоединением окиси этилена или окиси про­пилена к органическим веществам с подвижным атомом водорода. Исходным сырьем для такого синтеза могут служить органичес­кие кислоты, спирты, фенолы и др., а также окись этилена и окись пропилена.

  Изменяя число присоединяемых молекул окиси этилена или пропилена, т. е. длину полиоксиэтиленовой или полиоксипропиленовой цепи, можно регулировать деэмульгирующую способ­ность неионогенных деэмульгаторов. При удлинении оксиэтиленовой или оксипропиленовой цепи растворимость поверхностно-активного вещества в воде повышается за счет увеличения гидро­фильной (водорастворимой)  части молекулы.

  Неионогенные ПАВ в настоящее время находят самое широкое применение в процессах обезвоживания и обессоливания нефти в силу целого ряда преимуществ по сравнению с ионогенными. Их расход исчисляется граммами — от 5—10 до 50—60 г на I т нефти. Это значительно снижает стоимость транспортировки деэмульгатора и общую стоимость процессов обезвоживания и обес­соливания. Неионогенные ПАВ не реагируют с солями, содержа­щимися в пластовой воде, и не вызывают образования осадков. При использовании ПАВ содержание нефти в дренажной воде значительно ниже, так как эти ПАВ не способ­ствуют образованию эмульсии типа нефть в воде.

Наиболее эффективными и универсальными отечественными деэмульгаторами нефтяных эмульсий в настоящее время являются проксанолы 146, 186, 305, проксамин 385 и дипроксамин 157.

Обычно для применения на обезвоживающих и обессоливаю­щих установках готовят 1—2%-ный раствор деэмульгатора. В за­висимости от условий применения, особенно для разрушения высокообводненных эмульсий, можно применять растворы других концентраций или 100%-ные деэмульгаторы.

Водные разбавленные растворы неионогенных деэмульгаторов нежелательно хранить более 5 дней, так как при длительном их хранении возможно выпадение из раствора хлопьев и осадка.

Оптимальный расход деэмульгатора для каждой эмульсии и место подачи его необходимо установить предварительно путем лабораторных опытов. Эти опыты относительно просты и не тре­буют сложного оборудования и специальной подготовки. Обычно для опытов используют делительные воронки, отстойники Лы­сенко или просто бутылки с пробками. Бутылки наиболее до­ступны, и ниже приводится порядок проведения опытов с исполь­зованием бутылочек емкостью не менее 200 см³.

Опыт по выбору оптимальной дозировки данного реагента проводится в следующем порядке.    

1. Отбирают по 100 см³ эмульсии в каждую из трех взятых бутылок.

2. В первую бутылку небольшой градуированной пипеткой добавляют 0,5 см³ 2%-ного раствора испытуемого реагента, кото­рый предполагается применять для данной эмульсии.

3. Добавляют 1 см³ того же реагента, во вторую бутылку.

4. Добавляют 2 см³ того же реагента в третью бутылку.

5. Встряхивают бутылки 100 или 200 раз и ставят на отстой без нагревания или с дополнительным нагреванием в зависимости от стойкости испытуемой эмульсии.

6. Если во всех трех бутылках быстро отделяется чистая нефть, испытания необходимо продолжать с дозировкой реагента менее 0,5 см³. Если ни в одной из бутылок не произойдет расслое­ния эмульсии, необходимо провести испытания с дозировкой ре­агента 4 см³. При хорошем расслоении в бутылке с дозировкой 1 см³ раствора реагента и плохом расслоении в бутылке с дози­ровкой 0,5 см³ необходимо продолжить опыты с дозировкой 0,75 или 0,8 см³ раствора реагента.

Найденная таким образом дозировка и будет оптимальной для данной эмульсии нефти.

При выборе наиболее эффективного реагента для разрушения данной эмульсии опыты проводят в следующем порядке.

1. Отбирают по 100 см³ в каждую из шести взятых бутылок. Перед каждой бутылкой с эмульсией ставят бутылку 2%-ного раствора реагента (серия опытов в шести бутылках проводится для разных шести реагентов).

2. Градуированной пипеткой в каждую бутылку с эмульсией добавляют а см³ раствора реагента (оптимальное значение, опре­деленное в предыдущем опыте) из бутылки, стоящей напротив данной бутылки с эмульсией.

3.Одновременно встряхивают все бутылки 100 или 200 раз.

4. Ставят на отстой (с нагреванием или без нагревания) до тех пор, пока в некоторых из бутылок не появится четкого разде­ления эмульсии на воду и нефть. Зная содержание воды в исход­ной эмульсии, легко можно определить, в какой из бутылок эмульгированная вода выделилась более полно.

5. Окончательно определяют остаточное содержание воды и механических примесей в обработанной таким путем нефти путем анализа проб нефти из каждой бутылки.

По окончании испытания первых шести образцов реагент, ока­завшийся лучшим, берут в качестве эталона для следующей се­рии аналогичных опытов с другими деэмульгаторами, и так можно испытать любое число деэмульгаторов. В случае, если на­илучшие результаты показали несколько реагентов, необходимо провести опыты с этими реагентами дополнительно и выбрать окон­чательно тот из них, при котором удовлетворяются следующие требования:

1) в обработанной нефти не содержится воды и механических примесей:

2) отделение воды происходит быстро;

3) не образуется промежуточный слой в зоне раздела фаз;

4) вода отделяется при самой низкой температуре;

5) хорошо воспроизводятся результаты опытов;

6) расход реагента наименьший.

При проведении опытов необходимо соблюдать ряд мер пре­досторожности. При отборе образцов в бутылки нужно следить за тем, чтобы эмульсия в них была одинаковой. Опыты необходимо проводить или без нагревания эмульсии или при различных тем­пературах (чтобы установить оптимальное значение температуры). В случае образования стойких эмульсий бутылки необходимо встряхивать.

Начало разрушения эмульсии видно по изменению ее цвета. Если бутылку с неразрушенной эмульсией поднести к свету и встряхнуть, то слой нефти, растекшийся по стенке бутылки, будет мутным или полупрозрачным. Если же эмульсия разрушена, то нефть на стенке бутылки будет блестящей и прозрачной. Этот простой способ проверки широко применяется в промысловых условиях: каплю эмульсии наносят на стекло и наблюдают за ней. При некоторой практике таким образом можно легко опре­делить, разрушилась эмульсия или нет.

  На основе опытов по определению интенсивности встряхива­ния эмульсии для ее разрушения можно сделать вывод о месте подачи реагента в системе сбора. Если опыты с бутылками пока­зали, что для разрушения эмульсии требуется значительное встряхивание, то реагент необходимо подавать в поток как можно раньше, т. е. дальше от установки подготовки нефти, и наоборот, если для разрушения эмульсии достаточно незначительного пере­мешивания, реагент можно дозировать в непосредственной бли­зости от деэмульсационной установки.

При правильном подборе деэмульгатора почти всегда переме­шивание реагента требуется небольшое, при использовании же малоэффективных реагентов — чрезвычайно длительное, что в не­которых случаях может дать отрицательные результаты