ЭМУЛЬГАТОР ИНВЕРТНЫХ ЭМУЛЬСИЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО, В НЕФТЕДОБЫЧЕ Российский патент 2006 года по МПК B01F17/52 B01F17/34 

Изобретение относится к рецептуре эмульгаторов инвертных (обратных) эмульсий и может быть использовано при получении однородной смеси несмешивающихся жидкостей, таких как нефть и вода, масло и вода и др., применяющихся, преимущественно, в нефте- и газодобывающей промышленности.

Изобретение также может быть использовано для приготовления эмульсий, применяемых в нефтехимической, химической, лесохимической и других отраслях промышленности.

Инвертные (обратные) эмульсии представляют собой полидисперсные системы, внешней (дисперсионной) средой которых является углеводородная жидкость, а внутренней (дисперсной) фазой - вода или водные растворы солей, кислот, щелочей.

Для придания эмульсии устойчивости в ее состав входит эмульгатор, от вида которого зависит тип эмульсии и ее свойства. Характер поведения частиц в дисперсных системах определяется их размером и разностью плотностей частиц и среды. Чем больше разница между плотностью внутренней (водной) фазы гидрофобной эмульсии и внешней (углеводородной) средой, тем менее устойчивы эмульсии, т.к. усиливается процесс седиментации частиц внутренней фазы.

В стабилизации гидрофобных эмульсий основную роль играет эмульгатор - поверхностно-активное вещество (ПАВ), способное снизить межфазное поверхностное натяжение на границе углеводородная жидкость - водная фаза таким образом, чтобы при интенсивном перемешивании частицы водной фазы стремились образовать капельки в углеводородной среде. При этом эмульгатор несет наибольшую ответственность за тип, устойчивость и структурно-механические показатели эмульсии.

Известен эмульгатор для получения обратных эмульсий - эмультал, представляющий собой продукт взаимодействия дистиллята таллового масла и триэтаноламина [1].

К недостаткам указанного известного эмульгатора относится низкая эмульгирующая способность, высокая температура застывания, а также ограниченность сырьевой базы - таллового масла, и его высокая стоимость.

Известен ряд эмульгаторов для инвертного бурового раствора, активная основа которых представляет собой талловый пек, обработанный медно-аммиачной солью [2], или талловый пек, омыленный углекислым натрием [3]. Указанные эмульгаторы обеспечивают повышение термостойкости инвертных буровых растворов.

Однако стабильность и реологические свойства эмульсий, получаемых с использованием указанных известных эмульгаторов и пластовых вод высокой минерализации, сильно зависит от содержания в водной фазе солей жесткости (кальция и магния) и поэтому может изменяться в широких пределах, что иногда приводит к потере стабильности эмульсии и непрогнозируемому изменению вязкости из-за образования кальциевых или магниевых солей карбоновых кислот, входящих в состав эмульгаторов.

Также известно водорастворимое неионогенное поверхностно-активное вещество, которое получают путем обработки таллового пека окисью этилена [4]. Указанное ПАВ рекомендуется для использования в качестве эмульгатора для эмульсий типа масло-вода.

Недостатком указанного известного эмульгатора является сложность его получения, вследствие необходимости ведения процесса при повышенной температуре и повышенном давлении.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является эмульгатор инвертных эмульсий "Тарин", представляющий собой 60%-ный раствор таллового пека в керосине или катализате реформинга нефти [5]. Указанный эмульгатор относится к кислотным и предназначен для приготовления технологических жидкостей, в частности, жидкостей глушения, применяемых в нефтяной и газовой промышленности.

Однако указанный известный эмульгатор не лишен ряда недостатков, а именно:

- эмульсии, приготовленные с его использованием, характеризуются невысокой стабильностью из-за недостаточных стабилизирующих свойств "Тарина" и из-за образования в таких эмульсиях коагуляционной структуры, поэтому эти эмульсии могут использоваться при температуре не выше +60°С;

- кроме того, "Тарин" не рекомендуется использовать в технологических жидкостях, содержащих мелкодисперсный наполнитель, т.к. он не обеспечивает седиментационную устойчивость таких жидкостей;

- вместе с этим, "Тарин" неустойчив к воздействию сероводорода в больших его количествах, что отрицательно влияет на устойчивость эмульсии в этих условиях.

Технический результат обеспечиваемый предлагаемым изобретением, заключается в улучшении его эмульгирующей способности за счет повышения стабильности эмульсии, а также ее устойчивости к воздействию сероводорода.

Дополнительным техническим результатом является расширение ассортимента эмульгаторов.

Указанный технический результат достигается предлагаемым эмульгатором, содержащим активное вещество на основе талового пека и углеводородный растворитель, при этом новым является то, что в качестве активного вещества на основе таллового пека эмульгатор содержит талловый пек, обработанный триэтаноламином ТЭА при массовом соотношении пек: ТЭА как 1:0,1÷0,25, и дополнительно обработанный моноэтаноламином МЭА при массовом соотношении пек: МЭА как 1:0,01÷0,025 и/или диэтаноламином ДЭА при массовом соотношении пек: ДЭА как 1:0,01÷0,025, при этом концентрация указанного активного вещества в углеводородном растворителе составляет 20-80 мас.%.

В преимущественном варианте выполнения в качестве углеводородного растворителя используется растворитель, содержащий до 50 мас.% низших ароматических углеводородов.

Достигаемый технический результат обеспечивается за счет следующего.

Благодаря тому, что в качестве активного вещества используется талловый пек, обработанный триэтаноламином (ТЭА), при заявленном соотношении компонентов, обеспечивается образование в ходе реакции моноэфиров триэтаноламина жирных и смоляных кислот и, как следствие, это придает эмульгатору хорошую эмульгирующую способность и нечувствительность эмульгатора к солям магния и кальция, а также сероводороду.

Дополнительная обработка таллового пека моноэтаноламином (МЭА) и/или диэтаноламином (ДЭА) при их заявленном компонентном соотношении приводит к образованию соответствующих алкилоламидов жирных и смоляных кислот, входящих в состав таллового пека, что обеспечивает высокую стабильность обратной эмульсии и повышает ее устойчивость к сероводороду.

Для приготовления предлагаемого эмульгатора были использованы следующие вещества:

- талловый пек (ТУ 13-4000177-184-84) побочный продукт, получаемый в процессе переработки целлюлозы сульфатным способом из древесины путем сбора, нейтрализации и ректификации выделяющихся смол. Он является плавким остатком от ректификации. Представляет собой густую, малоподвижную массу темного цвета с температурой размягчения 25-43°С; кислотное число 30-40 мг КОН/г, число омыления 90-120 мг КОН/г; средняя молекулярная масса 550; он содержит до 15% смоляных и жирных кислот, до 50% эфиров, 10-15% дитерпеновых спиртов (бегеновый, лигноцериловый, цериловый и др.), 6-8% стеринов, окисленные вещества;

- триэтаноламин (ТУ 6-09-2448-91);

- моноэтаноламин (ТУ 6-09-2447-91);

- диэтаноламин (ТУ 6-09-2652-91);

- углеводородный растворитель: керосин, дизельное топливо, нефрас, легкая смола пиролиза, толуолбензольная фракция и т п.

Предлагаемый эмульгатор готовили следующим образом.

Пример 1.

В трехгорлую колбу (V=250 мл), снабженную мешалкой, термометром, капельной воронкой, насадкой Дина-Старка и нисходящим холодильником, загружают 100 г таллового пека и дозируют 1,0 г моноэтаноламина, 1,0 г диэтаноламина и 10,0 г триэтаноламина. Реакционную массу нагревают до температуры 160-180°С и выдерживают при данной температуре и при перемешивании в течение ˜6 часов. Выделившуюся воду сливают. Смесь охлаждают до температуры 40-60°С и добавляют в нее при перемешивании керосин в массовом соотношении 1:1 для получения 50%-ного раствора эмульгатора. Полученный эмульгатор перемешивают в течение 30 минут, затем сливают в тару.

Пример 2.

В трехгорлую колбу (V=250 мл), снабженную мешалкой, термометром, капельной воронкой, насадкой Дина-Старка и нисходящим холодильником, загружают 100 г таллового пека и дозируют 2,5 г диэтаноламина и 10,0 г триэтаноламина. Реакционную массу нагревают до температуры 160-180°С и выдерживают при данной температуре и при перемешивании в течение ˜6 часов. Выделившуюся воду сливают. Смесь охлаждают до температуры 40-60°С и добавляют в нее при перемешивании дизельное топливо в массовом соотношении 0,5:1 для получения 33%-ого раствора эмульгатора. Данный состав перемешивают в течение 30 минут, затем сливают в тару.

Предлагаемые эмульгаторы с другим соотношением компонентов готовят аналогичным образом.

В лабораторных условиях с использованием предлагаемого эмульгатора была приготовлена, с целью исследования ее свойств, инвертная эмульсия, которая может использоваться как жидкость глушения, так и в качестве бурового раствора.

Инвертную эмульсию готовят следующим образом.

В мерный цилиндр наливают минерализованную воду до метки 100 см³, перемешивают и переливают в капельную воронку. 20 см³ гексановой фракции помещают в градуированную пробирку, добавляют 5 см³ заявляемого эмульгатора, перемешивают и переливают в стакан. Стакан закрывают крышкой с отверстиями для вала мешалки и наконечника капельной воронки. В стакан опускают насадку мешалки так, чтобы расстояние от лопастей мешалки до дна стакана составляло 1-3 мм. В боковое отверстие крышки стакана вставляют наконечник капельной воронки. Включают мешалку и открывают кран воронки. Скорость подачи водной фазы 15 мин. После введения водной фазы образовавшуюся эмульсию перемешивают 5-7 мин.

В лабораторных условиях определяли следующие свойства приготовленных инвертных эмульсий: устойчивость к расслоению, термостабильность, устойчивость к воздействию сероводорода.

Устойчивость к расслоению и термостабильность определяли следующим способом.

В две стеклянные пробирки наливают по 15 см³ эмульсии и герметично закрывают пробками. Первую пробирку оставляют при комнатной температуре на 24 часа. Эмульсия считается устойчивой, если в течение указанного времени в пробирке не наблюдается расслоения эмульсии на водную и органическую фазы.

Вторую пробирку помещают в термостат, нагретый до +80°С. Эмульсия считается термостабильной, если в течение 8 часов не наблюдается ее разрушения.

Устойчивость к воздействию сероводорода определяли следующим способом.

Эмульсию, приготовленную вышеприведенным способом, насыщали сероводородом из аппарата Кипа (до появления постоянного проскока H₂S через слой эмульсии). Насыщенную сероводородом эмульсию направляли на испытания: устойчивость к расслоению (см. выше).

Полученные данные приведены в таблице.

Из результатов таблицы следует, что при использовании компонентов в предлагаемом эмульгаторе в соотношении ниже заявляемых (см. опыт 7) не обеспечивается стабильность инвертной эмульсии, а использование соотношение компонентов выше заявляемого приводит к неполному расходованию на реакцию этаноламидов (см. опыт 6) и нецелесообразно по экономическим соображениям, поскольку стоимость этаноламинов выше стоимости таллового пека.

Таким образом, предлагаемый эмульгатор обеспечивает получение обратных эмульсий, характеризующихся:

- высокой устойчивостью во времени,

- термостойкостью до +80°С,

- стойкостью к сероводороду даже при его высокой концентрации.

Компоненты, используемые в предлагаемом эмульгаторе, не относятся к разряду дефицитных и имеют относительно низкую стоимость.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Кистер Э.Г. и др. Эмультал - эмульгатор для инвертных эмульсионных буровых растворов. - Бурение, 1974, №12, с.15-18.

2. Авторское свидетельство СССР №1177327, кл. С 09 К 7/06 от 1984 г.

3. Авторское свидетельство СССР №1134594, кл. С 09 К 7/06 от 1983 г.

4. Патент РФ №2153516, кл. С 09 F 1/04 от 1999 г.

5. Орлов Г.А. и др. Применение обратных эмульсий в нефтедобыче, М., Недра, 1991 г., с.42.

Таблица№ п/пКомпонентный состав активного вещества эмульгатора, гСвойства обратной эмульсииТалловый пекТриэтанол-аминДиэтанол-аминМоноэтанол-аминУстойчивость эмульсии к расслоению, чТермостабильность эмульсии, чУстойчивость эмульсии к расслоению при насыщении H₂S, ч1100101,01,0>24>8>242100102,5->24>8>24310010-2,5>24>8>244100101,01,5>24>8>245100251,51,0>24>8>246100302,52,5>24>8>24710050,50,5˜10˜1,5˜88100---˜8˜0,5˜1,5Примечание: В качестве углеводородного растворителя для приготовления эмульгатора в опытах 1, 3, 5, 7, 8 использовали керосин; в опытах 2,4 - дизельное топливо; в остальных опытах - нефрас.

Изобретение относится к рецептуре эмульгаторов инвертных эмульсий и предназначено для получения однородной смеси несмешивающихся жидкостей, в основном водонефтяных эмульсий. Эмульгатор содержит активное вещество на основе таллового пека, обработанного триэтаноламином (ТЭА) при массовом соотношении пек: ТЭА, равном 1:0,1÷0,25, и дополнительно обработанный моноэтаноламином (МЭА) при массовом соотношении пек: МЭА, равном 1:0,01÷0,025 и/или диэтаноламином (ДЭА) при массовом соотношении пек: ДЭА, равном 1:0,01÷0,025. Концентрация указанного активного вещества в углеводородном растворителе составляет 20-80 мас.%. Технический результат заключается в улучшении эмульгирующей способности эмульгатора за счет повышения стабильности эмульсии и ее устойчивости к воздействию сероводорода. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Эмульгатор инвертных эмульсий, используемых, преимущественно, в нефтедобыче, содержащий активное вещество на основе таллового пека и углеводородный растворитель, отличающийся тем, что в качестве активного вещества на основе таллового пека эмульгатор содержит талловый пек, обработанный триэтаноламином (ТЭА) при массовом соотношении пек: ТЭА как 1:0,1÷0,25 и дополнительно обработанный моноэтаноламином (МЭА) при массовом соотношении пек: МЭА как 1:0,01÷0,025 и/или диэтаноламином (ДЭА) при массовом соотношении пек: ДЭА как 1:0,01÷0,025, при этом концентрация указанного активного вещества в углеводородном растворителе составляет 20-80 мас.%.2. Эмульгатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеводородного растворителя используется растворитель, содержащий до 50 мас.% низших ароматических углеводородов.