Чем обусловлена электропроводность нефтяной эмульсии
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Электропроводность эмульсий представляет интерес как метод определения дисперсности. [1]
Рассмотрим более подробно электропроводность эмульсий и газовых эмульсий, состоящих из электропроводной дисперсионной среды и неэлектропроводной дисперсной фазы. Непроводящие включения, диспергированные равномерно в электропроводной среде, уменьшают электропроводность системы пропорционально их объемному содержанию. [2]
Таким образом, при постоянной объемной доле Ф органической фазы электропроводность эмульсий пропорциональна электропроводности водной фазы, а следовательно, и концентрации электролита в ней. [4]
По мнению зарубежных авторов, повышение температуры свыше 120 С нерационально, так как это приводит к увеличению электропроводности эмульсии и, соответственно, к уменьшению напряженности электрического поля и увеличению расхода электроэнергии. [6]
Метод основан на изменении электропроводности эмульсии в процессе ее разрушения под действием деэмульгатора [116], что сопровождается резким увеличением электропроводности. Для проведения анализа необходимы: прибор для измерения низких напряжений, гомогенизатор, стакан емкостью 100 см3, микробюретка, нефть, деэмульгатор и вода дистиллированная. [10]
Предложен метод для изучения кинетики экстракции. В основу метода положено одновременное измерение электропроводности эмульсии и ее светорассеяния. На основании полученных данных удается с хорошей точностью рассчитывать коэффициенты массоотдачи в сплошной фазе даже в тех случаях когда массоперенос практически заканчивается за несколько секунд. В качестве примера рассмотрена массопередача ди ( 2-этилгексил) фосфорной кислоты ( Д2ЭГФК) а водную фазу при высоких значениях удельной поверхности контакта фаз, что достигается впрыскиванием органической фазы в турбулируемую водную. Показана возможность использования струйного метода для изучения кинетики взаимодействия в водной фазе с цирконием. [13]
Предложен метод для изучения кинетики экстракции. В основу метода положено одновременное измерение электропроводности эмульсии и ее светорассеяния. На основании полученных данных удается с хорошей точностью рассчитывать коэффициенты массоотдачи в сплошной фазе даже в тех случаях когда массоперенос практически заканчивается за несколько секунд. В качестве примера рассмотрена массопередача ди ( 2-этилгексил) фосфорной кислоты ( Д2ЭГФК) в водную фазу при высоких значениях удельной поверхности контакта фаз, что достигается впрыскиванием органической фазы в турбулируемую водную. Показана возможность использования струйного метода для изучения кинетики взаимодействия в водной фазе с цирконием. [14]
Это связано с тем, что на величину электропроводности эмульсии влияет не только влагосодержание, но и состав нефти, наличие примесей, поверхностные токи, температура и ряд других факторов. [15]
НЕФТЯНЫЕ ЭМУЛЬСИИ
Продукция скважин представляет собой смесь газа, нефти и воды. Вода и нефть при перемешивании образуют механическую смесь водо- нефтяную эмульсию, причем количественное соотношение воды и нефти в процессе разработки месторождения может меняться в широких пределах.
При подъеме нефти и понижении давления газ выделяется с такой энергией, что ее уже достаточно для диспергирования капель пластовой воды. Но наиболее устойчивые нефтяные эмульсии образуются при механическом способе, компрессорном способе добычи нефти, когда в качестве рабочего агента применяется воздух
Эмульсией называется такая система двух взаимно нерастворимых жидкостей (или не вполне растворимых), в которых одна содержится в другой во взвешенном состоянии в виде огромного количества микроскопических капель (глобул) исчисляемых триллионами на
Нефтяные эмульсии характеризуются следующими свойствами:
Дисперсионность является основной характеристикой эмульсии и характеризуется тремя величинами (параметрами):
II. Вязкость эмульсии – не аддитивное свойство.
, (2.6)
а измеряемая вязкость μ* называется кажущейся.
Эмульсии могут быть:
1. монодисперсные, состоящие из dк одинакового диаметра,
2. полидисперсные, микрогетерогенные системы, видны в микроскоп,
3. коллоидные, ультрамикрогетерогенные системы.
Для оценки вязкости используются различные эмпирические формулы:
(2.7)
(2.8)
μ — внешняя вязкость;
ε — отношение объема диспергированного вещества к общему объему.
(2.9)
(2.10)
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Электропроводность нефтяных эмульсий обусловлена, помимо ионной проводимости нефти, проводимостью диспергированных капель воды в нефти. В определенных условиях капельки эмульгированной воды в нефти образуют проводящие структуры в виде цепочек, располагающихся вдоль силовых линий поля. Электропроводность системы в таких случаях резко ( в сотни и тысячи раз) возрастает по сравнению с электропроводностью безводной нефти. [1]
При повышении электропроводности нефтяной эмульсии увеличивается расход электроэнергии на подогрев эмульсии. Важным показателем для нефтяных эмульсий является критическая напряженность электрического поля, которая обусловливается предельным содержанием воды в эмульсии, поступающей в электродегидратор. Критическая напряженность зависит не только от количества, состава и дисперсности воды, но от состава и физико-химической характеристики нефти. [3]
Электрометрический метод основан на изменении электропроводности нефтяной эмульсии от удельной минерализации. [5]
При содержании в воде растворенных солей ее электропроводность увеличивается в десятки раз. Электропроводность нефтяной эмульсии обусловливается в основном содержанием воды в эмульсии, степенью ее дисперсности и содержанием растворенных в ней электролитов и кислот. Увеличению электропроводности нефтяной эмульсии способствует также повышение кислотности воды ( рН менее 7), содержащейся в эмульсии. [7]
Однако при растворении в воде незначительного количества солей или кислот резко увеличивается электропроводность воды, а следовательно, и эмульсии. Электропроводность нефтяных эмульсий увеличивается в несколько раз при нахождении их в электрическом поле. Это объясняется различной диэлектрической проницаемостью воды и нефти и ориентацией капель воды в нефти вдоль силовых линий электрического поля. [8]
Однако при растворении в воде незначительного количества солей или кислот резко увеличивается электропроводность воды. Следовательно, электропроводность нефтяной эмульсии зависит не только от количества содержащейся в ней воды и дисперсности системы, но и от типа и количества растворенных кислот и солей. Электропроводность нефтяных эмульсий увеличивается в несколько раз при нахождении их в электрическом поле. Это объясняется различной диэлектрической проницаемостью воды и нефти и ориентацией капель воды в нефти вдоль силовых линий электрического поля. [9]
Однако при растворении в воде незначительного количества солей или кислот резко увеличивается электропроводность воды. Следовательно, электропроводность нефтяной эмульсии зависит не только от количества содержащейся в ней воды и дисперсности системы, но и от типа и количества растворенных кислот и солей. Электропроводность нефтяных эмульсий увеличивается в несколько раз при нахождении их в электрическом поле. Это объясняется различной диэлектрической проницаемостью воды и нефти и ориентацией капель воды в нефти вдоль силовых линий электрического поля. [10]
Однако даже при незначительном содержании в воде растворенных солей или кислот электропроводность ее увеличивается в десятки раз. Поэтому электропроводность нефтяной эмульсии обусловливается не только количеством содержащейся воды и степенью ее дисперсности, но и количеством растворенных в этой воде солей и кислот. [11]
При содержании в воде растворенных солей ее электропроводность увеличивается в десятки раз. Электропроводность нефтяной эмульсии обусловливается в основном содержанием воды в эмульсии, степенью ее дисперсности и содержанием растворенных в ней электролитов и кислот. Увеличению электропроводности нефтяной эмульсии способствует также повышение кислотности воды ( рН менее 7), содержащейся в эмульсии. [12]
ХИМИЯ НЕФТИ
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
К важнейшим показателям, характеризующим электрические свойства нефтей и нефтепродуктов, относятся электропроводность, электровозбудимость, диэлектрическая проницаемость, электрическая прочность и тангенс угла диэлектрических потерь.
Электропроводность
Для определения электропроводности, как и других электрических свойств, существуют специальные методики, входящие в комплекс методов квалификационной оценки топлив и масел.
Качество нефтепродукта с добавленным антистатиком характеризуют удельной электропроводностью. В частности, для реактивного топлива эта величина определяется стандартным методом по ГОСТ 25950-83.
Электровозбудимость
Электровозбудимость нефтепродуктов связана с их способностью удерживать электрический заряд, возникающий при трении их о стенки резервуаров, трубопроводов и т. д. При некоторых условиях электрические заряды могут накапливаться в нефтепродукте (статическое электричество), образовывать искры и вызывать воспламенение нефтепродукта. Электрический заряд в сотни вольт появляется, например, в бензине при полоскании в нем сухой шерсти или шелка. При извлечении этих материалов из бензина между ними и бензином может проскакивать искра, вызывающая воспламенение нефтепродукта.
Одним из простых и перспективных методов борьбы с накоплением статического электричества является добавление к топливам специальных (антистатических) присадок, получаемых на основе продуктов нефтепереработки и нефтехимии. Это нафтенаты хрома и кобальта, додецилбензолсульфонат хрома, а также хромовые соли синтетических жирных кислот С17-С20. Эти присадки повышают электропроводность бензина и таким образом снижают его огнеопасность. Простейшим средством, предотвращающим накопление зарядов, является также заземление резервуаров, трубопроводов и т. д.
Диэлектрическая проницаемость
Диэлектрическая проницаемость нефтепродуктов по сравнению с другими диэлектриками невелика и достаточно постоянна (колеблется в пределах 2-2,5). Этот показатель имеет большое значение для бесперебойной работы трансформаторов и масляных выключателей.
Диэлектрическую проницаемость нефтепродуктов, или их пробивное напряжение, выражают величиной наименьшего напряжения электрического тока, которое необходимо для того, чтобы при стандартных электродах и расстояниях между ними мог произойти пробой нефтепродукта (масла) электрической искрой. Пробивное напряжение нефтепродуктов зависит от многих факторов, главными из которых являются влажность, загрязнение волокнами, пылью и т. д., частота тока, температура, давление, форма и материал электродов, расстояние между ними. Влияние влаги хорошо иллюстрируется кривой на рисунке.
С увеличением влажности пробивное напряжение резко снижается. Так же действуют примеси волокон и твердых частиц. Заметно влияет на электрическую прочность масел растворенный в них газ. С повышением температуры пробивное напряжение трансформаторных масел увеличивается и при 80°С достигает максимума; дальнейшее повышение температуры приводит к неуклонному снижению пробивного напряжения масла. При повышении давления пробивное напряжение линейно возрастает и при 8 МПа, по-видимому, достигает максимума. В условиях вакуума пробивное напряжение масла ниже, чем при атмосферном давлении.
Для определения пробивного напряжения применяются плоские электроды диаметром 25 мм, установленные в сосуде на расстоянии 2,5 мм друг от друга. Напряжение, при котором происходит пробой масла, выражают в кВ. Электрическая прочность трансформаторного масла должна быть не ниже 40 кВ/см, а для масел, используемых в маслонаполненных кабелях, не ниже 150 кВ/см.
Тангенс угла диэлектрических потерь
Изучение диэлектрических свойств масел различного группового углеводородного состава показало, что наиболее устойчивыми электрическими параметрами обладают масла, полностью лишенные ароматических углеводородов, асфальтосмолистых веществ и твердых парафиновых углеводородов.
Чем обусловлена электропроводность нефтяной эмульсии
Водонефтяные эмульсии. Условия образования, тип эмульсий. Инверсия эмульсий. Свойства нефтяных эмульсий: дисперсность, вязкость, плотность, электрические свойства.
Под нефтяными эмульсиями понимают механическую смесь нефти и пластовой воды, нерастворимых друг в друге и находящихся в мелкодисперсном состоянии.
В пласте и на забое скважины эмульсии, как правило, не образуются. Они образуются в стволе скважины, при этом на интенсивность образования эмульсий влияет способ эксплуатации скважин.
Нефтяная эмульсия образуется под влиянием энергии, проявляющейся в виде:
* энергии расширения газа
По характеру дисперсной фазы и дисперсионной среды различают эмульсии двух типов:
В промысловых условиях о количестве воды, содержащейся в эмульсиях, судят обычно по их цвету:
· эмульсии, содержащие до 10 % воды, по цвету не отличаются от нефти;
Размеры капелек эмульсии могут изменяться в пределах от 0,1 до 100 мкм; эмульсии можно подразделить на :
· среднедисперсные (от 20 до 50 мкм),
· грубодисперсные (от 50 до 100 мкм).
Нефтяные эмульсии являются полидисперсными, т.е. содержат капельки всех размеров.
На устойчивость системы большое влияние оказывают эмульгаторы, которые образуют на поверхности капель адсорбционные защитные оболочки (бронь), препятствующие слиянию этих капель. Асфальтены, нафтены, смолы, парафин, металлы (ванадий, никель, цинк, железо); а также тонкодисперсные глина, песок и другие горные породы, содержащиеся в нефти и пластовой воде, принимают участие в образовании адсорбционного слоя.
Адсорбция эмульгаторов на водонефтяной поверхности и утолщение брони происходит во времени, поэтому эмульсия типа В /Н со временем становится более устойчивой, т.е. происходит ее «старение». Причем старение нефтяных эмульсий в начальный период происходит интенсивно, затем этот процесс замедляется и примерно через сутки прекращается. Свежие эмульсии разрушаются значительно легче, чем подвергшиеся старению.
Нефтяные эмульсии характеризуются следующими свойствами: дисперсность, вязкость, плотность, и электрические свойства.
Дисперсность эмульсий обычно характеризуется тремя величинами:
1) диаметром капелек d
2) коэффициентом дисперсности D =1/d
3) удельной поверхностью S уд (отношение суммарной поверхности частиц к их общему объему).
(4.1)
т.е. удельная поверхность обратно пропорциональна размеру частиц.
Вязкость эмульсий нельзя представить как суммарную вязкость нефти и воды, т.е.
она зависит от вязкости нефти, температуры образования эмульсии, количества воды, диаметра капель дисперсной фазы в дисперсионной среде.
Вязкость нефтяных эмульсий, как и вязкость парафинистых нефтей не подчиняется закону Ньютона, а изменяется в зависимости от градиента скорости dw / d х и называется кажущейся вязкостью m * .
Увеличение содержания воды в нефтяной эмульсии приводит к увеличению кажущейся вязкости до точки инверсии т.е. превращения одного типа эмульсии в другой.
Эйнштейн предложил формулу для определения вязкости эмульсий:
На практике вязкость нефтяной эмульсии можно определить при помощи вискозиметра.
Плотность эмульсий. Плотность эмульсий определяется методами, принятыми для жидкостей, с учетом процентного содержания воды в нефти по их известным плотностям по следующей формуле:
(4.2)
Электрические свойства эмульсий. Нефть и вода в чистом виде являются диэлектриками. Однако даже при незначительном содержании в воде растворенных солей или кислот, ее электропроводность увеличивается многократно. Поэтому электропроводность нефтяной эмульсии обуславливается количеством воды, степенью дисперсности, количеством солей и кислот. Экспериментально установлено, что в нефтяных эмульсиях, помещенных в силовое поле, капли воды располагаются вдоль силовых линий, что приводит к резкому увеличению электропроводности. Данное свойство и послужило причиной использования электрического поля для разрушения эмульсий.
Коагуляция (слипание) частиц может быть вызвано также изменением состава дисперсионной среды, повышением температуры, добавкой деэмульгаторов.
Инверсия имеет важное практическое значение, так как эмульсии типа Н/В где внешней фазой является вода, имеют меньшую вязкость и для перекачки требуют меньше энергетических затрат, чем эмульсии типа В /Н. Эмульсии типа Н/В встречаются в основном при переработке нефти и при добыче сильно обводненной продукции. Такие эмульсии хорошо смешиваются с водой в любых соотношениях и могут сильно загрязнять водоемы.
1. Что такое нефтяная эмульсия?
2. Какие факторы влияют на образование нефтяных эмульсий?