Факторы, способствующие стабилизации и разрушению водонефтяных эмульсий

К важнейшим свойствам, определяющим устойчивость нефтяных эмульсий к разрушению, относится дисперсность – размер глобул вещества дисперсной фазы.

Дисперсность выражается либо через диаметр частиц, либо через удельную поверхность дисперсной фазы (отношением общей поверхности фазы к ее объему, м²/м³).

                                                S _уд = 6 / d _в ,                                         (5.5)

где d _в – средний диаметр глобул воды, м.

В зависимости от величины d_в эмульсии делят на коллоидные
(d _в < 0,1 мкм); мелкодисперсные (d _в = 0,1–20 мкм); среднедисперсные
(d _в = 20–50 мкм) и грубодисперсные (d _в > 50 мкм).

После промысловой подготовки нефтяные эмульсии можно отнести к мелкодисперсным (d _в = 0,1–20 мкм). Чем меньше диаметр глобул, тем медленнее будет глобула оседать, и тем устойчивее будет эмульсия. Скорость оседания глобул в статических условиях (значения критерия Rе менее 1), может быть выражена уравнением:

                                          ,                                   (5.6)

где d _в – диаметр глобул воды, м;

r_в и r_н – плотность воды и нефти, кг/м³;

      h_н – динамическая вязкость нефти, Па×с.

Образованию стойкой эмульсии предшествуют понижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз и создание вокруг частиц дисперсной фазы прочного адсорбционного слоя. Такие слои образуют вещества – природные эмульгаторы. Для эмульсий вода-нефть такими веществами являются асфальтены (А), смолы (С), высокоплавкие
парафины (П), а также твердые частицы – механические примеси. Все они формируют бронирующую оболочку вокруг глобул воды и мешают их слиянию (коалесценции). Стабилизаторы нефтяных эмульсий (эмульгаторы) условно могут быть разделены на следующие три типа:

Смолисто-асфальтеновый     (С + А) / П ≥ 0;

Парафиновый                        (С + А) / П ≤ 0;

Смешанный                            (С + А) / П ≈ 1,0 (0,8–1,2).

Глобулы воды имеют сферическую форму, так как сфера при данном объеме обладает наименьшей поверхностью. Бронирующий слой представляет собой совокупность природных эмульгаторов, которые, находясь в ассоциированном состоянии в силу межмолекулярных взаимодействий между высокомолекулярными соединениями, в свою очередь, окружены адсорбированными слоями из смол, полициклических ароматических соединений.

При введении в эмульсии определенного типа вещества (деэмульгатора), способствующего образованию эмульсии противоположного типа, расслоение эмульсии облегчается.

Наиболее широко в настоящее время используют специальные синтезированные неионогенные деэмульгаторы.

Наличие механических примесей, независимо от преобладания природных эмульгаторов того или иного типа (парафиновый, асфальтеновый), затрудняет действие вводимого деэмульгатора (что выражается в повышении его расхода). Это обстоятельство делает особенно важной стадию предварительного удаления из нефти механических примесей.

Прочность сольватного (стабилизирующего или бронирующего) слоя, в котором сконцентрированы природные эмульгаторы, зависит также от рН водной среды. Оболочки с преобладанием асфальтенов имеют максимальную прочность в кислотной среде и минимальную – в щелочной. Кроме того, имеет значение и соотношение количества смол и асфальтенов с сольватном слое: эмульгирующие свойства асфальтенов лучше в кислотной среде, а смол в щелочной. Поэтому в зависимости от рН водной фазы прочность сольватной оболочки, содержащей смолы и асфальтены в различных соотношениях, различна.

Известно, что рН водной среды оказывает значительное влияние на механическую прочность межфазной пленки и стабилизацию эмульсии. Как правило, наименьшая прочность наблюдается при рН выделяемой воды, равном 7–8, т.е. при нейтральной и слабощелочной реакции. Низкое значение рН водной фазы эмульсий некоторых нефтей объясняется наличием в них веществ, имеющих кислотный характер (карбоновые и нафтеновые кислоты, фенолы и др.). Переход этих веществ в водную фазу может привести к тому, что, несмотря на применение высокоэффективных неионогенных деэмульгаторов, в нефти остаются наиболее мелкие капельки соленой пластовой воды.

На устойчивость нефтяной эмульсии также влияют и физико-химические свойства нефти и химический состав воды. Так, чем выше плотность воды и ниже плотность нефти, чем ниже вязкость нефти, тем выше скорость оседания глобул, и наоборот.

Очень сильное влияние на устойчивость эмульсий оказывает температура. Она влияет как на плотность, так и на вязкость нефти, повышение температуры снижает их значения. Кроме того, с повышением температуры меняется состав и толщина адсорбционного слоя, что также оказывает влияние на устойчивость эмульсии.