Способ получения эмульсии нефти в воде с высоким соотношением внутренней фазы

 

Сущность изобретения: 70-98 об. % вязкой нефти, имеющей вязкость в интервале 2000-250 000 мП, смешивают с 2-30 об. % водного раствора эмульгирующего поверхностно - активного вещества. Смешивание осуществляют при низких условиях сдвига в интервале 10-1000 c^-1 так, что образуется эмульсия, включающая в себя сильно деформированные капельки масла со средним диаметром капелек в интервале 2-50 мкм, разделенные тонкими межфазовыми пленками. 5 з. п. ф-лы, 3 ил, 1 табл.

Изобретение относится к способу получения нефтяных эмульсий, более конкретно - к способу получения эмульсий нефти в воде с высоким соотношением внутренней фазы (ВСВФ).

Многие сырые нефти являются вязкими при добыче и их трудно, а то и невозможно транспортировать обычными способами от промысла до нефтеперерабатывающего завода.

Были предложены различные способы транспортирования таких сырых нефтей по трубопроводам. К ним относятся: а) нагрев сырой нефти и изоляция трубопровода, б) добавление регенерируемого растворителя, в) добавление регенерируемого растворителя, г)добавление более легкой сырой нефти, д)формирование водяного кольца вокруг сырой нефти и е) эмульгирование сырой нефти в воде.

Способы а-г дорогостоящие, так как требуют добавления компонентов и больших капитальных затрат, а способ трудно осуществить технически.

Способ е предоставляет специфические трудности. Дисперсия высоковязкой нефти в среде со значительно меньшей вязкостью является неблагоприятным процессом с точки зрения гидродинамики. Эта проблема усложняется еще экономическим требованием транспортирования эмульсий, содержащих относительно большой объем нефтяной фазы, без ухудшения текучести эмульсии. Механическое диспергирование может привести к образованию полидисперсных или составных эмульсий и оба эти вида эмульсий пригодны для транспортирования.

В случае системы, включающей диспергированные шарики одинакового размера, максимальный объем внутренней фазы с гексагональной плотной упаковкой составляет приблизительно 74% . Однако практически эмульсии редко бывают монодисперсными, поэтому можно увеличить плотность упаковки без значительной деформации капелек. Попытки дальнейшего увеличения объема внутренней фазы приводят к большей деформации капелек и вследствие образования большей межфазной поверхности эмульсия становится нестабильной. В результате происходит инверсия фаз либо расслоение эмульсии.

Эмульгированные системы, содержащие 70% внутренней фазы, известны под названием эмульсий с высоким соотношением внутренней фазы (ВСВФ). Нефтяные эмульсии ВСВФ получают обычно путем диспергирования возрастающих количеств нефти в непрерывной фазе до достижения объема внутренней фазы более 70% . Ясно, что при очень больших объемах внутренней фазы системы не могут содержать отдельные сферические капельки нефти, они состоят из сильно деформированных капелек нефти, разделенных тонкими межфазными водными пленками.

Целью изобретения является повышение качества эмульсии за счет обеспечения ее монодисперсности и стабильности.

На фиг. 1 представлена сложная структура пленки водного раствора поверхностно-активного вещества, на фиг. 2 и 3 - процесс высвобождения нефти из сдерживающей ее структуры.

Эмульсия с высоким соотношением внутренней фазы (ВСВФ) являются стабильными и могут быть разбавлены водным раствором поверхностно-активного вещества, пресной или соленой водой с целью получения эмульсий с низким объемом нефтяной фазы, отличающихся высокой степенью монодисперсности. Эмульсии могут быть разбавлены до требуемой вязкости без отрицательного влияния на стабильность. Благодаря тому, что при разбавлении поддерживается узкий интервал распределения размеров и размера капелек, полученная эмульсия характеризуется незначительной тенденцией к расслоению. Это снижает опасность разделения фаз.

Эмульсии, в частности разбавленные, пригодны для транспортирования по трубопроводам и представляют простое решение проблемы транспортирования вязких нефтей.

Стабильность эмульсий понижает опасность фазового разделения в трубопроводе, которое обуславливает большее падение давления и снижение эффективности.

После транспортирования по трубопроводу, например, с островного промысла на береговой конечный пункт может появиться необходимость перегрузить нефть в танкер. В этом случае эмульсия или разбавленная эмульсия перед погрузкой может быть частично обезвожена.

Подходящими для обработки нефтями являются вязкие, тяжелые и/или асфальтеновые сырые нефти, которые находятся в Канаде, США и Венесуэле, например сырая нефть с месторождения на оз. Маргерит Лейк в пров. Альберта (Канада), сырая нефть Хьюитт (Henriff) из шт. Оклахома США и сырая нефть с месторождения Серро Негро (Cerro Negro) из нефтеносной зоны р. Ориноко.

Обычно плотность нефти в градусах АРI (Американский нефтяной институт) должна находиться в интервале 5-20^о, хотя описываемый способ может быть применен и для сырых нефтей, плотность которых выходит за этот интервал.

После доставки на нефтеперерабатывающий завод эмульсии типа "тяжелая сырая нефть в воде" могут быть разделены на их составные части, а на этой стадии могут быть извлечены дополнительные выгоды, обусловленные низкой полидисперсностью (разбавленных) эмульсией ВСВФ. Отсутствие капелек размерами менее 1 мкм, которые труднее отделяются и вызывают обычно проблемы сточных вод, приводит к повышению эффективности процесса отделения и получению более чистой водной фазы.

П р и м е р ы. В качестве нефтяной фазы применена сырая нефть с месторождения Лейк Маргерит (LМСО). LМСО представляет собой тяжелую нефть (10,3^оАРI, = 19800 мП, при 25^оС).

В качестве поверхностно-активных веществ применены либо имеющиеся в продаже, либо имеющиеся в продаже, либо образцы, полученные от BP Chemicals International или ВР Detergents International. Растворы поверхностно-активных веществ доводят до концентрации 2,5% путем растворителя в воде, имитирующей пластовую воду (см. табл. 1), за исключением случаев, где указана дистиллированная вода.

Обычно получают 90% эмульсии ВСВФ путем добавления образца LМСО массой 90 г в химический стакан емкостью 250 мл, содержащий 10 г 2,5% -ного водного раствора поверхностно-активного вещества. Затем это перемешивают при комнатной температуре (202^оС) и с применением двухлопастного бытового миксера с ручным управлением, работающего в 1 мин со скоростью 1000 об/мин и 1 мин со скоростью 200 об/мин. По структуре эмульсии напоминают хорошо обезвоженные многогранные пены.

По внешнему виду смеси видно образовались ли пластинки водного раствора поверхностно-активного вещества (темно-коричневый цвет, текстура и консистенция сливок) или водные капельки (блестящий черный цвет, гладкая текстура). В первом случае продукт способен полностью диспеpгиpоваться в воде, в последнем случае - нет. Эмульсии с более низким содержанием нефти могут быть получены путем разбавления первой эмульсии водным раствором поверхностно-активного вещества, пресной или соленой водой.

В процессе смешивания, приводящем к образованию пластин, внедрение пленки водного раствора поверхностно-активного вещества растягиваются и складываются во всем объеме нефти, приводя впоследствии к сложной структуре пленки, показанной на фиг. 1.

Распределение размеров капелек эмульсий, полученных таким способом, определено с применением прибора Conlter Counter Analysis (модель ТА П, Coulter Electr).

При разбавлении эмульсии ВСВФ дополнительным количеством воды нефть высвобождается из содержащей ее структуры и сферические капельки разделяются. Это действие можно видеть на микрофотографиях, представленных на фиг. 2 и 3, различной внешний вид концентрированной и разбавленной эмульсией является следствием различного содержания контрастного вещества. На этих микрофотографиях хорошо видна также монодисперсность эмульсий, полученных по этому способу. На фиг. 2 показана эмульсия, полученная согласно примеру 10, на фиг. 3 - эмульсия, полученная согласно примеру 17.

В таблице содержится перечень и обобщенные структуры примененных поверхностно-активных веществ, а также их эффективность в виде 2,5% -ных растворов (в расчете на водную фазу) при получении эмульсий нефть в воде ВСВФ, за исключением тех случаев, когда указаны другие концентрации.

Состав воды, имитирующий пластовую воду, примененной при получении эмульсии LМСО в воде следующий: Соль м. д. NaCl 20,000 KCl 1,000 MgCl₂ 2,000 CaCl₂ 1,000 NaHCO₃ 500 (56) Поверхностно-активные вещества. Справочник под ред. А. А. Абрамзона и Г. М. Гаевого. Л. : Химия, Ленинградское отделение, 1979, с. 320-322.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭМУЛЬСИИ НЕФТИ В ВОДЕ С ВЫСОКИМ СООТНОШЕНИЕМ ВНУТРЕННЕЙ ФАЗЫ путем введения нефти в водный pаствоp повеpхностно-активного вещества и пеpемешивания, отличающийся тем, что, с целью повышения качества эмульсии за счет обеспечения ее монодиспеpсности и стабильности, используют нефть с вязкостью 2000 - 250000 мП пpи темпеpатуpе смешения в количестве 70 - 98 об. % , повеpхностно-активное вещество беpут в количестве 2 - 30 об. % , а смешение осуществляют пpи скоpости сдвига в интеpвале 10 - 1000 с ^-1 до получения эмульсии, включающей капли нефти pазмеpом 2 - 50 мкм.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве повеpхностно-активного вещества беpут неионогенное повеpхностно-активное вещество, молекулы котоpого содеpжат гидpокаpбильную, гидpофобную гpуппу с длиной цепи 8 - 18 атомов углеpода и одну или более полиоксиэтиленовую гpуппу, содеpжащую 9 - 100 этиленоксидных звеньев, гидpофильную гpуппу или гpуппы, содеpжащие 30 или более этиленоксидных звеньев, пpи условии, что гидpофобная гpуппа имеет длину цепи 15 атомов углеpода или более.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве повеpхностно-активного вещества беpут этоксилиpованный алкилфенол.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве повеpхностно-активного вещества беpут ионогенное повеpхностно-активное вещество.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что дополнительно пpименяют гидpофильный полимеp.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что используют гидpофильный полимеp, выбpанный из pяда: поливиниловый спиpт, полиэтиленоксид, поливинилпиppолидон, биополимеp полисахаpида.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5