СТАБИЛЬНАЯ ВОДОМАСЛЯНАЯ ЭМУЛЬСИЯ Российский патент 2007 года по МПК C10M173/00 C10L1/32 C09K8/04 

Изобретение относится к составам для получения высокообводненных и стабильных эмульсий. Водомасляные эмульсии широко используют в технологиях получения топлив, увеличения нефтеотдачи пластов, например при обработке высокообводненных коллекторов, нагнетательных и добывающих скважин (Матер. 2-й науч.-практ. конф. «Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа». Томск: Изд-во СО РАН, 2001), а также в процессах газодобычи и для временной изоляции проницаемости в призабойной зоне пластов (Пат. 1198536 ЕПВ).

В последние годы структурированные эмульсии используют в технологиях гидравлического разрыва малопроницаемых газо- и нефтенесущих пластов. Структурная и механическая устойчивость эмульсий обеспечивается (формируется) содержанием в их составе дорогостоящих поверхностно-активных веществ (ПАВ). Например, для получения эмульсий состава: 1-70% воды в 30-99% маслянистой жидкости (эфиры, ацетали, диалеилфенолы, углеводороды) используют сложные поверхностно-активные вещества формулы H[CH₂CH(R)A]_xN(R)[CH₂CH(R)A]_yH, где R - алифатическая углеводородная группа C_12-22; R'=Н или алкил C_1-3; А=NH или О; х+у=1-3 (Пат. 6218342 US, С09К 7/00).

Водосодержащие углеводородные топлива получают в присутствии 0.05-25% ионного или неионного эмульгатора с гидрофильно-липофильным балансом 1-40 (Пат. 6530964 US, С10L 1/32) или в присутствии эмульгатора на основе поликислотного полимера типа сополимеров олефинов С_4-30 с малеиновым ангидридом (Пат. 6419714 US, С10L 1/32).

В качестве эмульгаторов в получении эмульсионных топлив состава УВ: вода = (60:40)-(98:2) на основе тяжелого масла с вязкостью 100 сП используют низшие алкиламины в сочетании с оксидом этилена (Пат. 5993495 US, С10L 1/32), неорганические соединения, содержащие Na, Mg, Ca, Cl (Пат. 6296676 US, С10L 1/12), NaOH и CaCl₂ (Патенты 6066186, 6030424 US, С10L 1/32).

Предложенные многофазовые эмульсии типа масло/вода/масло, которые кроме углеводородного сырья, воды и эмульгаторов дополнительно содержат дисперсные вещества, например углерод (Заявка 1111027 ЕПВ, С10L 1/32), органофильные глинистые минералы и кокс (Патенты 6150425, 6069178 US, A61К 9/113, В01F 3/00 соответственно).

Разработаны топливные эмульсии состава: 5-35% жидких углеводородов, 2.5-3.5% эмульгаторов, 1.5-2.5% эфиров сорбитола, 0.5-2.0% эфиров кислот и полиалкоксилов, включающие промоторы и катализаторы горения (Заявки 2784387, 2802941 FR, С10L 5/42, С10L 1/32), (Пат. РФ №2167920, С10L 1/32). Горючая эмульсия вода/углеводороды (керосин, бензин) с отношением вода/УВ=(5-35):(95-65) содержит 8-20% парафинов, а также растительные, животные или синтетические масла (Заявка 2842820 FR, С10L 1/32).

Для приготовления водомасляной эмульсии используют насыщенные и ненасыщенные жирные спирты и кислоты, насыщенные и ненасыщенные углеводороды (Заявка 19859054 DE, С02F 3/02).

Битумные эмульсии состоят из 50-99,5% битума и рапсового масла в качестве разжижающего компонента, а также добавок: адгезивов, эмульгаторов, сиккативов, эластомеров, смачивающих веществ (Пат. 407746 AT, С08L 95/00). Битумные эмульсии содержат отход процесса пиролиза углеводородного сырья - тяжелую пиролизную смолу плотностью 1060-1080 кг/м³ при следующих соотношениях компонентов, %: битум - 20-70; катионный или анионный эмульгатор - 0.1-5.0; кислота или щелочь - 0.5-3.0; тяжелая пиролизная смола - 0.4-8; вода - остальное (Пат. 2176652 RU, С08L 95/00).

Эмульсии, разработанные для глушения нефтяных скважин, состоят из компонентов, об.%: углеводородная жидкость, например газовый конденсат - 28-35; эмульгатор, например КССБ - 7-12; хлористый кальций - 18-24, кальцинированная сода - 1-3; карбамид - 0.5-1.5; мел - 1-3; вода - остальное (Пат. РФ №2168003, Е21В 43/12), или они содержат, мас.%: жидкий углеводород - 36-574, эмульгатор - 2-64, электролит, например хлориды щелочных или щелочноземельных металлов - 5-20; загуститель-стабилизатор, например полиакриламид или эфир целлюлозы - 0.2-1.0; вода - остальное (Пат. РФ №2196223, Е21В 43/22).

Концентрированные эмульсии при весовом соотношении нефтяное масло: вода = 20:80 получают в присутствии 3.0% ПАВ, 5.0% жидкого каучука или латекса сополимера диеновых и винильных мономеров с карбоксилсодержащими мономерами (Пат. РФ №2121495, С10М 173/00).

Анализ патентов показывает, что для получения эмульсий вода/углеводород используют (до 20%) дорогостоящие синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ) в качестве эмульгаторов, часто в сочетании с электролитами. Особая сложность возникает в приготовлении концентрированных (с содержанием воды более 60-70%) устойчивых и термостабильных эмульсий.

По технической сущности к предлагаемой водомасляной эмульсии наиболее близки эмульсии воды в нефтяном масле по патенту 2121495 RU.

Недостатком эмульсий воды в нефтяном масле является высокое содержание в них синтетических ПАВ, до 11.5 мас.%.

Задача изобретения заключалась в разработке концентрированных (до 86% воды) стабильных при хранении, деформациях и температуре до 90-100°С высоковязких эмульсий с применением использованных (отработанных) смазочных масел.

Технический результат достигается тем, что водомасляная эмульсия содержит полностью отработанное смазочное масло (масляные остатки) и воду в максимальном соотношении В/М=86,5/13,5. Полностью отработанное масло (масляные остатки) типа 5W40, 10W30, М8В, «Камаз», И-12 - И-40, «Rimula D» Shell без добавления специальных эмульгаторов и стабилизаторов смешивают с помощью электромеханического смесителя при 2000-2500 об/мин в течение 30-50 минут, получают эмульсии с максимальным содержанием воды 86.5%. Стабильность эмульсий характеризуют количественно методом динамической вискозиметрии при скоростях деформационного сдвига до 1312 с-1. Напряжение сдвига и вязкость эмульсий определяют с помощью прибора «Реотест-2». Результаты определения реологических характеристик полученных эмульсий приведены в таблице.

Как видно из примеров, с увеличением содержания воды в масляных остатках вязкость эмульсий стремительно возрастает, и они текут при высоких предельных сдвиговых деформациях, 300 Па. Вязкость эмульсий не изменяется при нагревании их до 60-70°С и снижается до 125-150 Па·с при 90-100°С нагревания высокообводненных, высоковязких водомасляных эмульсий В/М=80/20-86.5/13.5 (примеры 8-18). Эти результаты характеризуют высокую механическую и термическую стабильность полученных эмульсий.

Замена нефтяного масла и дорогостоящих синтетических ПАВ (эмульгаторов) масляными остатками придаст технологии получения водомасляных эмульсий значительную экономическую и экологическую эффективность.

ТаблицаВязкоупругие характеристики водомасляных эмульсий№ примераСодержание воды в эмульсии, мас.%Содержание масляных остатков в эмульсии, мас.%Динамическая вязкость эмульсии, Па·сСдвиговое напряжение деформации эмульсии, Па162.337.753.6240273.326.7107.0250377.023.0116.2280478.022.0160.9300578.521.5223.5300678.721.3268.2300778.821.2268.2300880.020.0429.1300981.019.0464.93001082.018.0536.43001182.517.5590.03001282.617.4500.63001382.717.3500.63001482.817.2386.12801582.917.1312.13001683.017.0393.43001785.514.5349.03001886.513.5375.5300

Изобретение относится к составам для получения высокообводненных и стабильных эмульсий, широко используемых в технологии получения топлив, увеличения нефтеотдачи пластов, например при обработке высокообводненных коллекторов, нагнетательных и добывающих скважин, а также в процессах газодобычи и для временной изоляции проницаемости в призабойной зоне пластов. Задача изобретения заключается в разработке концентрированных до 86% воды стабильных при хранении, деформациях и температуре до 90-100°С высоковязких эмульсий с применением использованных отработанных смазочных масел. Технический результат достигается тем, что водомасляная эмульсия на основе воды и масла в качестве масла содержит масляные остатки полностью отработанного смазочного масла при соотношении: вода: масляные остатки, равном от 73,3:26,7 до 86,5:13,5 мас.%. Замена нефтяного масла и дорогостоящих синтетических ПАВ-эмульгаторов масляными остатками придает технологии получения водомасляной эмульсии значительную экономию и экологическую эффективность. 1 табл.

Водомасляная эмульсия на основе воды и масла, отличающаяся тем, что в качестве масла эмульсия содержит масляные остатки полностью отработанного смазочного масла при соотношении вода:масляные остатки, равном от 73,3:26,7 до 86,5:13,5 мас.%.