Определение условий формирования водонефтяных эмульсий и их

Дисперсность

В качестве дисперсной фазы в водонефтяных эмульсиях в экспериментах использовалась пресная вода (дистиллированная) и модель пластовой воды (минерализованная). Пластовая вода моделировалась по шестикомпонентному ионному составу исходной пробы пластовой воды.

Для приготовления эмульсий был выбран механический способ диспергирования с помощью лопастной мешалки. Он позволяет моделировать процесс перемешивания нефти и воды аналогично с тем, как это происходит в ступенях ЭЦН.

Подготовленные и отмеренные части нефти и воды заливались в емкость, и в течение 40 минут без доступа воздуха производилось перемешивание при 2500 об/мин на лабораторной мешалке ПСА EUROSTAR Power Control Vise 6000 (таблица 2.6).

Таблица 2.6 - Технические характеристики лабораторной мешалки IKA EUROSTAR Power Control Vise 6000

 

№п/п	Наименование характеристики	Значение
1	Максимальный объем перемешиваемой среды (ШО), л	20
2	Динамическая вязкость, мПас	10000
3	Потребляемая / Производимая мощность привода, Ватт	130/110
4	Выходная макс, мощность на насадке, Ватт	95
5	Максимальный вращающий момент на насадке	15
6	Диапазон вращающего момента, мин^-1	150... 6000
7	Диаметр / Длина насадки, мм	16/220
8	Размеры, мм	80x317x190
9	Вес, кг	4,8
10	Напряжение, В / Частота, Гц	230 // 50/60

Время перемешивания было выбрано из условия достижения максимальной дисперсности получаемой эмульсии при содержании водной фазы 50 %. Для каждого опыта в мешалку заливались свежие порции нефти и воды. Наибольший и наименьший размеры глобул определялись с помощью камеры биомедицинского микроскопа Лабомед-2, с увеличением до 1600 раз. Полученные результаты представлены на рисунке 2.3 и 2.4.

Рисунок 2.3 - Зависимость диаметра глобул воды в водонефтяной эмульсии от

времени перемешивания

 

 

а) 5 минут; б) 10 минут; в) 20 минут; г) 40 минут; д) 50 минут; е) 60 минут

– Микрофотографии водонефтяных эмульсий при различном времени перемешивания

                                        г)                  д)                   е)

                   

а) 40% воды; б) 50% воды; в) 60% воды; г) 70% воды; д) 80% воды; е) 90% воды

Рисунок 2.6 - Микрофотографии водонефтяных эмульсий при различном

Водосодержании

Максимальная степень раздробленности глобул воды достигалась в том случае, если время перемешивания превышало 35 мин (рисунок 2.3, 2.4). В дальнейшем при приготовлении эмульсий продолжительность диспергирования и перемешивания составляла 40 мин. Такая продолжительность работы мешалки обеспечивала получение эмульсии с максимально развитой межфазной поверхностью. Перемешивание производилось при комнатной температуре 22 °С. Для каждого эксперимента при заданной температуре и концентрации приготавливалась отдельная порция эмульсии из нефти и воды, ранее в экспериментах не использовавшихся.

Для оценки влияния турбулизации потока на дисперсность смеси были проведены исследования при различной интенсивности перемешивания (рисунок 2.5).

 

 

Рисунок 2.5 - Зависимость среднего диаметра глобул воды 50 %-ой водонефтяной эмульсии от частоты вращения лабораторной мешалки

Результаты этих исследований показывают, что с увеличением количества оборотов лопастной мешалки происходит увеличение дисперсности, а при оборотах больших 1500 об/мин происходит формирование высоко дисперсных

водонефтяных эмульсий. Дальнейшее увеличение интенсивности перемешивания не оказывает существенного влияния на размер глобул дисперсной фазы.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что для формирования высокодисперсной водонефтяной эмульсии при низких оборотах вала центробежного насоса будет достаточно одной ступени насоса за первые 15... 20 минут диспергирования.

Для оценки влияния содержания воды в составе продукции скважин на дисперсность водонефтяной эмульсии после первой ступени насоса были проведены микроскопические исследования на биомедицинском микроскопе Лабомед-2. Методика проведения экспериментов заключалась в получении микрофотографий водонефтяных эмульсий, сразу после приготовления, и дальнейшем анализе в программном обеспечении ToupView и Image J. В таблице 2.7 приведены результаты определения дисперсности эмульсий Сергеевского месторождения. Микрофотографии результатов исследований представлены на рисунке 2.6.

 

 

 

а) 40% воды; б) 50% воды; в) 60% воды; г) 70% воды; д) 80% воды; е) 90% воды

Рисунок 2.6 - Микрофотографии водонефтяных эмульсий при различном

водосодержании

Таблица 2.7 - Результаты определения дисперсности эмульсий, полученных из нефти Сергеевского месторождения

 

№ п.п.	Содержание водной фазы, %	Минимальный диаметр глобулы воды, мкм	Максимальный диаметр глобулы воды, мкм	Дисперсность, мкм"^1
1	40	4	40	0,05
2	50	4	30	0,059
3	60	2	20	0,09
4	70	5	180	0,011
5	80	10	175	0,011

На микрофотографиях видно, что с изменением содержания водной фазы дисперсность увеличивается, начиная с 40 до 60 %, а затем начинает уменьшаться. При переходе точки инверсии фаз эмульсия становится практически расслоенной - содержание водной фазы 90 %. Это свидетельствует о том, что наиболее неблагоприятный режим работы насоса будет наблюдаться в диапазоне обводненности 40...60 %.