Подготовка нефти является одним из наиболее затратных технологических процессов добычи. Повсеместно основным методом разделения эмульсий является термохимическое обезвоживание, при котором расход деэмульгаторов колеблется от 25 до 200 г/т, а температурный режим составляет 40-80 0С. Всё это значительно удорожает подготовку нефти. Поэтому снижение затрат на фазоразделение с помощью физических полей, без сомнения, является актуальной задачей.
Электромагнитное воздействие.
Для разрушения водонефтяных эмульсий можно эффективно использовать электромагнитное поле ВЧ- (высокочастотное – до 300 МГц) и СВЧ (сверхвысокочастотное – выше 300 МГц)-диапазонов. В обоих случаях речь идет о резонансном взаимодействии поля с веществом. Но существует принципиальная разница в механизме происходящих при этом взаимодействий.
При ВЧ-электромагнитном воздействии электромагнитная энергия рассеивается и переходит в тепловую энергию в бронирующей оболочке, окружающей каплю воды. Максимальная эффективность этого процесса достигается при совпадении собственных частот колебаний полярных компонентов нефти, сосредоточенных в бронирующей оболочке (асфальтенов, смол, нафтенов и т. д.), и частоты накладываемого ВЧ- ЭМ-поля. При этом, кроме теплового, включается механизм разрушающего действия поля на структуру высокомолекулярных компонентов нефти. Таким образом, проведя предварительно измерения электрофизических свойств конкретных эмульсий и определив резонансную частоту в ВЧ-диапазоне, можно использовать промышленный генератор с соответствующей частотой излучения ЭМ-волн. Если эта частота совпадет с резонансной частотой полярных компонентов нефти, то эффект будет максимальным.
Выбор СВЧ-диапазона обосновывается тем, что скважинная жидкость содержит водную фазу, диэлектрические параметры которой имеют область дисперсии в СВЧ-области. Это дает возможность использования энергии электромагнитного поля СВЧ-диапазона при разработке технологии обезвоживания нефтей. При воздействии на водонефтяные эмульсии электромагнитным полем, кроме теплового нагрева, происходит снижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз и вязкости нефти за счет поляризации полярных молекул. Однако СВЧ- воздействие требует более тщательного обоснования и выбора оптимальных параметров обработки (времени воздействия, мощности излучения и др.) для предотвращения локальных разрывов капель воды и, вследствие этого, перехода эмульсии в еще боле устойчивое состояние.
На сегодняшний день разработаны теоретические основы метода, проведены лабораторные испытания, и разработано достаточное количество технических решений для промышленной реализации метода. Промышленной реализации данный метод не нашел.
Магнитная обработка.
Известны ряд экспериментов по разделению эмульсии с применением магнитного воздействия и деэмульгаторов.
Механизм влияния магнитного поля на процесс разрушения эмульсии: молекулы деэмульгатора, адсорбируясь на поверхности раздела фаз, вытесняют менее поверхностноактивные природные эмульгаторы. Однако, хотя пленка, образуемая деэмульгатором, обладает малой прочностью, действия сил тяжести недостаточно для обеспечения быстрого осаждения и коалесценции мелких капель. Магнитное поле вызывает поляризацию капель воды и их взаимное притяжение, что приводит к значительному ускорению коагуляции и коалесценции капель и их быстрому отстою.
Совместное применение магнитной обработки и деэмульгаторов в ряде экспериментов позволяло увеличить деэмульгирующий эффект на 15 %.
Акустическое воздействие
Способ разделения водонефтяной эмульсии с применением ультразвукового воздействия (частотой выше 20 килогерц) включает обработку эмульсии ультразвуком, при этом предварительно определяют оптимальные частоты ультразвукового воздействия в зависимости от размера капель воды в эмульсии, позволяющие достичь минимальной доли воды в нефти. Обработку эмульсии проводят с изменением оптимальной частоты ультразвукового воздействия в зависимости от изменения размера капель воды в процессе обработки.
Совместное действие УЗ волн и деэмульгатора кратно ускоряет кинетику отделения воды, позволяет уменьшить дозировку деэмульгатора в два и более раза, а также позволяет существенно снизить температуру отстоя. Наиболее вероятным объяснением полученных результатов можно считать два физических процесса – это возбуждение резонансных колебаний водяных глобул, способствующих их слиянию и выпадению, а также быстрый по сравнению с тепловой диффузией массоперенос деэмульгатора к глобулам ВНЭ и внедрение деэмульгатора в бронирующие оболочки.
Заключение
В нефтегазовой отрасли имеется определённый опыт применения нетрадиционных методов подготовки водонефтяной эмульсии с использованием физических полей, интерес к которым носит эпизодический характер. Методы апробированы в узком диапазоне применимости, поэтому они не нашли широкого применения. На текущий момент можно говорить о потенциале широкого применения ультразвукового метода воздействия.
Литература
1. Дыбленко В.П. Волновые методы воздействия на нефтяные пласты с трудноизвлекаемыми запасами: обзор и классификация. – М. : ВНИИОЭНГ. - 2008. – 78 с.
2. Виноградов В.М., Винокуров В.А. Образование, свойства и методы разрушения нефтяных эмульсий. – Москва. – 2007. – 22 с.
3. Ихсанов К. А., Мурзагалиева А. А., Керешева Э. И. Совершенствование процессов подготовки нефти // Ғылым және білім. - 2016. - № 3 (44). – С. 77-82.
4. Н.В. Инюшин, Е.И. Ишемгужин, Л.Е. Каштанова, А.Б. Лаптев, В.И. Максимочкин, Ф.Р. Хайдаров, В.В. Шайдаков. Аппараты для магнитной обработки жидкостей // Уфа : Реактив. - 2001. – 147 с.
5. Пивоварова Н.А. Магнитные технологии добычи и переработки углеводо-родного сырья: Обзорная информация. – М. : ООО «Газпромэкспо». – 2009. – 120 с.
17. Закирьянова Г. Т., Ковалева Л. А., Мусин А.А., Насыров Н. М. О влиянии высокочастотного и низкочастотного электрических полей на расслоение эмульсии // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. - 2010. – Т.13. - №2. – С. 83-89.
18. Красна, Е. Г. Электрогидродинамическая дегидратация водонефтяных эмульсий для вторичного использования нефтесодержащих отходов / Красная Елена Геннадьевна. – дис. канд. тех. наук: 03.02.08. - Пенза. – 2012. – 125с.
19. Лаптев А.Б., Рахимов С.Р., Латыпов О.Р., Тюсенков А.С., Ахияров Р.Ж., Бугай Д.Е. Электрохимический метод разделения водонефтяной эмульсии // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2015. - № 2 (76). - № 3 (101). - С. 59-68.
20. Латыпов О.Р., Степанов Д.В., Бугай Д.Е., Ибрагимов И.Г. Стенд для измерения электрохимических параметров технологических сред // Нефтегазовое дело. - 2015. - Т.13. - № 1. - С. 119-124.
21. Ермеев А. М., Елпидинский А. А. О применении магнитного поля в процессах разрушения водонефтяных эмульсий // Вестник Казан. технолог. ун-та. – 2013. – № 2. – С. 170-173.
22. Вольцов А.А. Интенсификация процесса расслоения водонефтяных эмульсий путем их магнитно-вибрационной обработки / Вольцов Андрей Александрович. – дис. канд. тех. наук. – Уфа. – 2006. – 122с.
23. Сахабутдинов Р.З., Судыкин А.Н., Губайдулин Ф.Р. Исследование процесса обезвоживания сверхвязкой нефти при ультразвуковом воздействии //Нефтяное хозяйство.-2013.-№ 10.-С. 116-119.
24. Деньгаев А.В., Вербицкий В.С., Мищенко И.Т., Геталов А.А., Саргин Б.В., Грезов И.В. и др. Перспективы использования ультразвукового воздействия в процессе подготовки нефти на Приобском месторождении // Нефтяное хозяйство.-2020.-№ 3.-С. 28-30.
25. Голубев И.А. Пути и решения очистки промысловых вод для системы поддержания пластового давления / Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2013. №3 – с. 87 – 96;