Нефть как сложная гетерогенная дисперсная система, Примеры использования ПАВ в нефтедобывающей промышленности. - Химия нефти и газа
Органические и неорганические соединения нефти имеют различную растворимость в воде, органических соединениях и по отношению друг к другу. Подавляющая часть органических соединений нефти мало - или нерастворима в воде, при этом они неодинаково растворимы в самой нефти. Наиболее хорошо растворимы в нефти ее легкие и средние фракции, содержащие легкокипящие низкомолекулярные углеводороды и некоторые их гетероатомные производные (фенолы и циклические простые эфиры). Сопутствующие газы и более тяжелые фракции, в том числе САВ, имеют ограниченную растворимость, при этом, как правило, чем выше молекулярная масса соединения, тем меньше его растворимость в нефти.
Минеральные вещества, встречающиеся в нефти, делятся на растворимые в воде и нерастворимые в ней. Все они, в том числе вода, практически нерастворимы в самой нефти.
Как известно, к гетерогенным дисперсным системам (ГДС) относят такие системы, которые содержат две или более фазы, равномерно распределенные между собой. В соответствии с этим нефть также можно отнести к ГДС, так как она представляет собой жидкую дисперсионную среду, которая содержит газообразную, жидкую или твердую фазу и может одновременно проявлять свойства пены, эмульсии и суспензии.
По степени дисперсности нефть относится к Коллоидным растворам (золям). К коллоидным относятся такие высокодисперсные ГДС, у которых размер основных частиц дисперсной фазы - мицелл не превышает 200 нм (2.10-7 м). Мицеллы нефти образуются следующим образом. Молекулы нерастворимых в нефти асфальтенов координируются друг с другом своими плоскими участками с образованием пакетов из 2-4 слоев, которые окружены сольватной оболочкой из молекул смолистых веществ. Такие ассоциаты диспергированы в жидкой фазе в виде смолисто-асфальтеновых коллоидных частиц, имеющих следующее строение:
Рисунок 3
Нефть, благодаря наличию в ней коллоидных частиц, является Метастабильной системой, т. е. системой, способной при определенных условиях расслаиваться на фазы. Возможность расслоения нефти должна обязательно учитываться в процессах ее добычи, хранения, транспортировки и переработки.
При добыче, транспортировке и переработке нефти необходимо также учитывать то, что она является Поверхностно-активным веществом. Это обусловлено присутствием в нефти полярных неионогенных ПАВ - нафтеновых кислот, фенолов, САВ, меркаптанов и тиофенов. Благодаря своим поверхностно-активным свойствам нефть эффективно взаимодействует с пористой поверхностью горных пород и частиц буровых растворов. В ряду этих молекулярно-поверхностных взаимодействий важнейшими являются поверхностное натяжение, адсорбция и смачивание.
Нефтяные ПАВ могут играть двоякую роль. С одной стороны, они в результате эффективной адсорбции на поверхности скважин, трубопроводов и резервуаров препятствуют отложению САВ на этих поверхностях и облегчают движение потоков нефти. С другой стороны, добыча и подготовка так называемой Термической нефти (нефти, добытой с применением теплового воздействия на пласт в виде закачки пара и горячей воды или внутрипластового горения) сопровождается весьма нежелательным явлением - образованием за счет действия ПАВ очень стойких водонефтяных эмульсий.
Все водонефтяные эмульсии делятся на три группы:
- 1) водонефтяные эмульсии обратного типа (вода в нефти - в/н), в которых содержание дисперсной фазы (воды) в дисперсионной среде (нефти) может колебаться от следов до 90-95 %. Свойства эмульсий этой группы сильно влияют на технологические процессы добычи, сбора и подготовки нефти и воды; 2) водонефтяные эмульсии прямого типа (нефть в воде - н/в), которые образуются в процессах разрушения обратных водонефтяных эмульсий. Стойкие эмульсии этого типа образуются также при тепловом воздействии на пласт; 3) "множественные" водонефтяные эмульсии, которые характеризуются повышенным содержанием механических примесей. Они накапливаются на границе раздела фаз в аппаратах подготовки нефти и воды, образуя весьма стойкий водно-нефтяной промежуточный слой. Эмульсии этого типа являются причиной нарушения технологического режима добычи, транспортировки и переработки нефти, ухудшают качество товарной нефти.
На устойчивость водонефтяных эмульсий влияют следующие факторы:
- 1) дисперсность системы - чем больше дисперсность эмульсии, тем эмульсия устойчивее; 2) физико-химические свойства эмульгаторов (нефтяных ПАВ) - асфальтенов, смол, парафинов, комплексов металлов (V, Ni, Fe и др.), а также тонкодисперсных частиц глины, песка и горных пород, состоящих из оксидов, гидроксидов, солей кремния, кальция, алюминия и других элементов; 3) наличие на поверхности капель дисперсной фазы одинаковых электрических зарядов, вызывающих взаимное их отталкивание; 4) температура - чем ниже температура, тем устойчивее эмульсия.
Для разрушения водонефтяных эмульсий к ним добавляют Деэмульгаторы. Деэмульгаторы - это ПАВ, обладающие большей поверхностной активностью, чем эмульгаторы. Они применяются для предотвращения образования или для разрушения уже образовавшихся водонефтяных эмульсий. Молекулы деэмульгатора вытесняют эмульгатор с поверхности капель воды, которые в результате этого сливаются в более крупные капли и оседают.
В качестве промышленных деэмульгаторов применяют смеси жирных кислот с неорганическими солями, смеси нефтяных сульфокислот с аммониевыми солями, касторовое масло, глицерин и высокомолекулярные жирные кислоты.
Современные деэмульгаторы должны хорошо растворяться в одной из фаз (в нефти или в воде); иметь достаточно высокую поверхностную активность для того, чтобы вытеснять нефтяные эмульгаторы с поверхности раздела нефть - вода; обеспечивать максимальное снижение межфазного натяжения на границе раздела фаз при малых расходах реагента; не коагулировать в пластовых водах, которые представляют собой растворы электролитов, не вызывать коррозию металлов; быть дешевыми, транспортабельными и не изменять своих свойств при длительном хранении. В наибольшей степени этим требованиям отвечают высокомолекулярные деэмульгаторы, которые бывают двух типов - ионогенные и неионогенные. Последние имеют ряд преимуществ перед ионогенными - меньший расход и бОЛьшую растворимость в воде или нефти.
В высоковязких нефтях естественных эмульгаторов больше, чем в менее вязких, поэтому для их разрушения требуется больший расход деэмульгатора.
Следует помнить, что с течением времени устойчивость водонефтяных эмульсий растет (этот процесс называется старением эмульсий), поэтому экономически более целесообразно разрушать свежие эмульсии.
Водонефтяные эмульсии содержат все необходимые компоненты для возникновения микрогальванических элементов (водный раствор электролитов, накоротко замкнутые области с разными значениями электродных потенциалов, присутствие деполяризатора - кислорода воздуха или органических кислот), в связи с чем вызывают интенсивную коррозию оборудования. Во избежание этого на промыслах проводят обезвоживание нефти, которое состоит из двух стадий: 1-я стадия - отделение свободной воды; 2-я стадия - разрушение эмульсии и удаление эмульгированной воды.
При разработке и эксплуатации нефтяных скважин необходимо учитывать то, что пластовые воды также содержат ПАВ (соли карбоновых кислот, водорастворимые гетероатомные соединения) и коллоидные частицы (иод, бром, оксиды железа, алюминия и кремния). Эти компоненты заметным образом влияют на поверхностное натяжение, вязкость и другие физико-химические свойства пластовой воды.
Для повышения эффективности нефтеотдачи скважин, а также процессов хранения и транспортировки нефти широко используются специальные ионогенные и неионогенные искусственные ПАВ, которые в зависимости от их строения и условий эксплуатации используют как деэмульгаторы; ингибиторы коррозии; ингибиторы отложения солей, твердых парафинов и САВ на поверхности оборудования; моющие средства; пенообразователи и стабилизаторы пены, закачиваемой в скважину для повышения нефтеотдачи; стабилизаторы буровых растворов.
Примеры использования ПАВ в нефтедобывающей промышленности.
Относительно новым является метод повышения нефтеотдачи скважин, основанный на закачке в нефтяной пласт воды с добавкой ПАВ. В присутствии ПАВ снижается поверхностное натяжение на границе нефть - вода, увеличивается подвижность нефти и улучшается вытеснение ее водой. Добавка полимеров к воде также позволяет улучшить условия вытеснения нефти из пласта водой.
Для вытеснения нефтей, содержащих значительное количество нафтеновых кислот, весьма эффективна закачка в пласт слабощелочных растворов. Этот метод повышения нефтеотдачи основан на том, что при взаимодействии щелочи с нафтеновыми кислотами образуются соли этих кислот, которые сами являются эффективными ПАВ.
Одним из самых эффективных способов повышения нефтеотдачи является нагнетание в пласт диоксида углерода. При растворении СО2 в нефти образуется дисперсная система жидкость - газ, обладающая повышенной поверхностной активностью. В результате снижается вязкость нефти, увеличивается ее объем, создаются благоприятные условия для ее движения к поверхности.
Похожие статьи
-
Классификация дисперсных систем - Общая характеристика дисперсных систем и методы их получения
Рассматривается классификация именно дисперсных систем, т. к. коллоидные растворы являются видом дисперсных систем. Следует отметить, что коллоидная...
-
МИКРОГЕТЕРОГЕННЫЕ СИСТЕМЫ. ЭМУЛЬСИИ - Микрогетерогенные системы. Суспензии и пасты
Эмульсии - системы образованные смешиванием двух взаимонерастворимых жидкостей, т. е. это лиофобные дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой и...
-
В технике в большинстве случаев инженер имеет дело с дисперсными системами, которые состоят из дисперсной фазы и дисперсионной среды. Дисперсная фаза -...
-
ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ - Неограническая химия
Задание 5.1. В определенном объеме раствора V л содержится m г вещества. Плотность раствора с (табл. V.1). Рассчитайте: 5.1.1. Процентную концентрацию...
-
Гетероатомные, высокомолекулярные и минеральные соединения нефти - Химия нефти и газа
Гетероатомные соединения нефти и газа - это производные углеводородов или неорганические соединения, содержащие один или несколько атомов кислорода,...
-
Основные понятия и определения Истинные растворы являются гомогенными смесями веществ, в которых составные части нельзя обнаружить ни визуально, ни с...
-
Проявление молекулярно-кинетических свойств коллоидных систем неразрывно связано с их реологическими (вязкостными) свойствами. Реология - это наука о...
-
1) рассеяние света 2) флотация-всплывание каллоидных частиц на поверхность 3) сидиментация - выпадение в осадок коллоидных частиц 4)коагуляция-уменьшение...
-
Дисперсной называется система, состоящая из двух или более веществ, причем одно из них в виде очень маленьких частиц равномерно распределено в объеме...
-
Неоднородными, или гетерогенными, системами называют системы, состоящие из двух или нескольких фаз. Фазы, составляющие систему, могут быть, в принципе,...
-
АЭРОЗОЛИ, ПЕНЫ И ПЕННЫЕ ПЛЕНКИ - Микрогетерогенные системы. Суспензии и пасты
Аэрозоли - микрогетерогенные системы, в которых частицы твердого вещества или капельки жидкости взвешены в газе или дисперсные системы с газовой...
-
Способы получения коллоидных систем - Общая характеристика дисперсных систем и методы их получения
Коллоидные системы по степени дисперсности занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами. Поэтому коллоидные...
-
Дисперсные системы - это микрогетерогенные системы, состоящие из двух или более фаз. При этом одна из фаз образует непрерывную дисперсионную среду, в...
-
Электролиз - физико-химический процесс, состоящий в выделении на Электродах составных частей растворенных веществ или других веществ, который возникает...
-
ПОНЯТИЕ МИКРОГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМ - Микрогетерогенные системы. Суспензии и пасты
Коллоидный эмульсия аэрозоль пленка Микрогетерогенные или грубодисперсные системы - системы с размером частиц от 1 до 10-5 см (> 100 нм) в соответствие с...
-
Физико-химические свойства хрома - Хром. Элемент периодической системы химических элементов
Хром является серебристо-белым, твердым, блестящим, но в то же время довольно хрупким металлом. Ранее считалось, что хром практически не обладает...
-
Теллур - Химия элементов VI группы
Теллур -- химический элемент 16-й группы, 5-го периода в периодической системе, имеет атомный номер 52; обозначается символом Te (лат. Tellurium) . Атом...
-
Диспергированием называют тонкое измельчение твердых мате-риалов или жидкостей и распределение их частиц в жидкой или газообразной среде, в результате...
-
Заключение, Литература - Дисперсные системы
Спонтанное образование пространственных структур - важнейший признак широко распространенных в природе и технике многообразных концентрированных...
-
Типы классификации нефтей - Химия нефти и газа
Нефти классифицируют по Генетическим и технологическим признакам . Генетическая классификация учитывает состав исходного природного материала и условия...
-
Способы очистки коллоидных систем - Общая характеристика дисперсных систем и методы их получения
Некоторые молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем используют для очистки золей от электролитов и молекулярных примесей, которыми полученные...
-
Коллоидная система молока - Химия и физика молока
1). Характеристика дисперсной фазы. 2). Структура мицелл казеина. 3). Коагуляция. В коллоидно-дисперсном состоянии в молоке находятся сывороточные белки,...
-
КРЕКИНГ-ГАЗ, БЕНЗИН - Химия и методы переработки нефти
Вторичные газообразные продукты получаются из нефти в результате различных процессов крекинга. Тяжелые фракции при крекинге дают бензин, а бензиновые...
-
Использование беспозвоночных в качестве индикаторных организмов. - Предмет аналитической химии
Ответным сигналом простейших на изменение химического состава среды является раздражение, приводящее к каким-либо изменениям других биохимических и...
-
Термические способы разрушения эмульсий. - Методы разрушения нефтяных эмульсий
Термическая обработка нефтяных эмульсий (подогрев, промывка горячей водой при атмосферном или под избыточным давлением) имеет целью увеличение скорости...
-
Гелеобразователи - Введение в химию пищевых гидроколлоидов
Кислые полисахариды с остатками серной кислоты (агар Е 406 и каррагинан Е 407) Гели (желе) - дисперсные системы, состоящие из дисперсной фазы и...
-
Конденсационные методы получения коллоидных систем - Методы очистки и получения коллоидных растворов
Из классификации дисперсных систем по размеру частиц следует, что коллоидные растворы (золи) занимают промежуточное положе-ние между молекулярными и...
-
Кислоты, Образование ионов, Важнейшие кислоты - Химия в строительстве
При растворении оксидов неметаллов в воде образуются кислоты. Например, при растворении хлора и водорода образуются соляная и фтористая кислота....
-
Полоний - Химия элементов VI группы
Полоний - радиоактивный химический элемент 16-й группы, 6-го периода в периодической системе Д. И. Менделеева, с атомным номером 84, обозначается...
-
Химические свойства молока - Химия и физика молока
1). Влияние химического состава молока на его свойства. 2). Кислотность молока. 3). Буферная емкость молока. 3). Окислительно-восстановительный...
-
Применение коллоидных систем в повседневной жизни
I тип - суспензоиды (или необратимые коллоиды, лиофобные коллоиды). Коллоидные растворы металлов, их оксидов, гидроксидов, солей. Первичные частицы...
-
Грубодисперсные системы, Эмульсии - Эмульсии и эмульгаторы
Эмульсии - это один из видов грубодисперсных систем. Помимо эмульсий к грубодисперсным системам относятся суспензии, пены, порошки и пр. Грубодисперсные...
-
Фаза эмульсии - Химия и физика молока
1). Состав и структура оболочки шариков жира. 2). Факторы устойчивости жировой эмульсии молока. Молоко представляет собой эмульсию жировых шариков в...
-
Происхождение нефти Истоки современных представлений о происхождении нефти возникли в XVIII - начале XIX века. М. В. Ломоносов заложил гипотезы...
-
Химические свойства Галлия. - Третья группа периодической системы
На воздухе при обычной температуре Галлий стоек. Выше 260° С в сухом кислороде наблюдается медленное окисление (пленка оксида защищает металл). В серной...
-
Нефть - это природная дисперсная система жидких органических соединений, главную часть которых составляют углеводороды различной молекулярной массы. С...
-
КЛАССИФИКАЦИЯ МАЗЕЙ КАК ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ - Производство мазей
Учитывая характер распределения лекарственных веществ в основе, физико-химическую природу основы, все мази необходимо в первую очередь разделить на две...
-
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОДУКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ - Нефть и ее свойства
В настоящее время из нефти получают тысячи продуктов. Основными группами являются жидкое топливо, газообразное топливо, твердое топливо (нефтяной кокс),...
-
Гидрирование Большое число каталитических реакций связано с активацией атома водорода и какой-либо другой молекулы, приводящей к их химическому...
-
В данной главе мы обсуждаем некоторые общие аспекты разработки прогнозирующих систем: понятие прогноза и цели его использования, основные понятия и...
Нефть как сложная гетерогенная дисперсная система, Примеры использования ПАВ в нефтедобывающей промышленности. - Химия нефти и газа