СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ВЫСОКОУСТОЙЧИВЫХ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ Российский патент 2020 года по МПК B01D17/05 B01D17/06 C10G33/04 B01J19/10 

Изобретение относится к способам разрушения водонефтяных эмульсий (промежуточных эмульсионных слоев), преимущественно стабилизированных гелеобразными ассоциатами и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.

Для увеличения нефтеотдачи пластов и интенсификации добычи тяжелых высоковязких нефтей используются различные способы (микробиологическое воздействие, соляно-, термо- и глинокислотная обработки, а также обработки призабойных зон пласта водными растворами поверхностно-активных веществ и их композиций, растворами полимеров, щелочей, кислот и других химических реагентов), зачастую приводящие к образованию стойких водонефтяных эмульсий. Для их разрушения на стадии подготовки нефти применяют различные реагенты-деэмульгаторы, приводящие к образованию промежуточных эмульсионных слоев на границе раздела водной и нефтяной фаз. Такие промежуточные эмульсионные слои представляют собой высокоустойчивые водонефтяные эмульсии, в которых бронирующие оболочки глобул воды могут быть стабилизированы помимо смолисто-асфальтеновых веществ, содержащихся в большом количестве в добываемой тяжелой высоковязкой нефти, различными механическими примесями, сульфидом железа и гелеобразными ассоциатами. Причиной образования гелеобразных ассоциатов в таких эмульсиях считается применение большого количества реагентов-деэмульгаторов, содержащих в своем составе гидрофобные высокомолекулярные неионогенные поверхностно-активные вещества (блоксополимеры окисей этилена и пропилена). В настоящее время высокоустойчивые водонефтяные эмульсии, стабилизированные гелеобразными ассоциатами, практически невозможно разрушить известными способами. Поэтому требуются затраты на их утилизацию, что является экономически невыгодным.

Помимо традиционных способов разрушения устойчивых водонефтяных эмульсий (отстаивание, центрифугирование, нагревание, применение реагентов-деэмульгаторов и др.) активно развиваются способы с применением волновых воздействий.

Известен способ обезвоживания водонефтяной эмульсии (Патент РФ 2152817, 20.07.2000), заключающийся в том, что эмульсию смешивают с водным раствором деэмульгатора, предварительно обработанного в постоянном магнитном поле, и ее отстаивании. Недостатками данного способа являются влияние температуры (для каждого типа водонефтяной эмульсии выбирается температура для разделения и отстоя) и применимость к эмульсиям с низким содержанием воды, причем чем больше содержание воды, тем ниже степень обезвоживания эмульсии.

Известен способ обезвоживания нефти (Патент РФ 2449004, 27.04.2012), заключающийся в смешивании нефти с магнитной жидкостью, разделении нефти на обезвоженную нефть и водную фазу в градиентном магнитном поле. Недостатком данного способа является низкая эффективность разделения водной и нефтяной фаз (остаточное содержание воды в эмульсии составляет более 10% об).

Известен способ разрушения водонефтяной эмульсии в емкости (Патент РФ 2415902, 10.04.2011), включающей набор стержневых электродов, дисковый электрод и водонефтяную эмульсию, путем переориентации дипольных молекул воды на линиях магнитной индукции. Недостатками данного способа являются сложность исполнения и большие энергозатраты.

Известен способ разрушения водонефтяной ловушечной эмульсии (Патент РФ 2183132, 10.06.2002), заключающийся в смешивании эмульсии с композицией путем раздельной и последовательной подачи друг за другом компонентов композиции в эмульсию с последующим воздействием волновым полем на водную фазу в режиме электроимпульсного воздействия при генерации спектра частот от 200 кГц до частот инфракрасного излучения путем ее циркуляции через электроимпульсный излучатель обратно в зону водной фазы. В качестве композиции используют состав, содержащий реагент на основе алкилсульфоната, деэмульгатор на основе смеси анионогенных и неионогенных ПАВ, содержащий сульфонол на основе натрийалкилбензолсульфонатов, и реагент на основе нитрилотриметилфосфоновой кислоты. Недостатками данного способа являются довольно сложный состав композиции с большим количеством разнообразных реагентов, необходимость длительного отстаивания и большие энергозатраты.

Известен способ обезвоживания водонефтяной эмульсии (Патент РФ 2536583, 27.12.2014), заключающийся в совместном применении сверхвысокочастотной и ультразвуковой энергии с экспериментально выбранными параметрами по частоте и интенсивности. Недостатками данного способа являются высокий уровень сложности применяемого оборудования и большие энергозатраты.

Известен деэмульгатор для разрушения водонефтяных эмульсий (Патент РФ 2491323, 27.08.2013), представляющий собой наноразмерный порошок нитрида алюминия (AlN). Однако, известный деэмульгатор является неэффективным в случае разрушения высокоустойчивых водонефтяных эмульсий, стабилизированных гелеобразными ассоциатами, и апробирован только на модельных смесях.

Известен способ разрушения водонефтяной эмульсии с применением ультразвукового воздействия (Патент РФ 2535793, 20.12.2014), включающим процесс обработки эмульсии деэмульгатором, ультразвуком и процесс отстаивания, при этом предварительно определяется оптимальный уровень удельной акустической мощности ультразвука. Известному способу присущи недостатки, заключающиеся в том, что для каждой водонефтяной эмульсии и фиксированной частоты ультразвука опытным путем подбираются свои значения оптимального уровня удельной акустической мощности ультразвука для разрушения эмульсии, а также чем меньше значение частоты ультразвука, тем ниже степень обезвоживания и дольше время обработки.

Наиболее близким к заявленному является способ пробоподготовки промысловых стойких гельсодержащих водонефтяных эмульсий (Романова Ю.Н., Мусина Н.С., Марютина Т.А. Влияние различных видов волнового воздействия на разрушение стойких гельсодержащих водонефтяных эмульсий // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2018. - Том 84. - №7. - С. 7-15), заключающийся в использовании ультразвукового воздействия совместно с добавкой суспензии нанопорошка оксида алюминия в ацетонитриле, при котором происходит разрушение «геля» и отделение водной и нефтяной фаз. К недостаткам данного способа можно отнести использование большего количества суспензии, периодичность процесса обработки, а также необходимость применения ацетонитрила, характеризующегося дороговизной и малодоступностью.

Технической задачей изобретения является разработка способа, обеспечивающего эффективное разрушение высокоустойчивых водонефтяных эмульсий, содержащих различное количество «геля», с остаточным содержанием воды в нефтяной фазе менее 1% масс, при этом характеризующегося непрерывностью процесса обработки и экономичностью за счет использования суспензии нанопорошка нитрида алюминия в ацетоне, который является более дешевым и доступным реагентом.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемом способе разрушение достигается за счет добавления к эмульсии суспензии нанопорошка нитрида алюминия в ацетоне, последующей обработке смеси ультразвуком с частотой 24,5 кГц и мощностью 1 кВт в проточном режиме и разделении обработанной смеси на фазы. При этом количество суспензии, добавляемой к эмульсии, составляет не более 8% об. При этом для разделения обработанной смеси на фазы используют либо центрифугирование в течение 10 минут, либо отстаивание в течение суток.

Технический результат достигается за счет применения ультразвуковой обработки в проточном режиме с частотой 24,5 кГц и мощностью 1 кВт совместно с добавкой суспензии нанопорошка нитрида алюминия в ацетоне (не более 8% об). При этом достигается разрушение «геля», содержащегося в эмульсии, и отделение водной и нефтяной фаз, а так же в случае наличия в эмульсии твердых минеральных частиц они выпадают в виде осадка.

Ультразвуковое воздействие с добавлением суспензии оказывает комплексное влияние на бронирующие оболочки и «гель», содержащийся в эмульсиях. Ацетон способствует расщеплению высокомолекулярных соединений, что приводит к разрушению гелеобразной фазы (эмульсия становится менее вязкой, более текучей). Нанопорошок нитрида алюминия, за счет своей дифильности (наличие гидрофильной (полярной) и гидрофобной (неполярной) частей) перераспределяется на межфазных границах, вытесняя молекулы природных стабилизаторов с поверхности глобул воды за счет более высокой поверхностной активности. Происходит его одновременное взаимодействие как с водной, так и с нефтяной фазами, которое, в свою очередь, совместно с ультразвуковым воздействием приводит к разрушению структурно-механического барьера. Тем самым, происходит отделение воды от нефти.

В качестве образцов для разрушения применялись промысловые высокоустойчивые водонефтяные эмульсии с характеристиками, представленными в таблице 1.

Для реализации способа используют ультразвуковую установку, состоящую из насосов, подающих эмульсию и суспензию, ультразвукового генератора и проточного реактора. Для разделения на фазы образцов эмульсий, прошедших обработку в ультразвуковом реакторе, используют отстаивание в течение суток, либо для ускорения процесса применяют центрифугу модели СМ-6МТ.

Способ проводят следующим образом: с помощью насосов через проточный реактор ультразвуковой установки одновременно подаются высокоустойчивая водонефтяная эмульсия и суспензия нанопорошка нитрида алюминия в ацетоне, подвергаясь обработке ультразвуком. Причем скорость подачи суспензии подбирается таким образом, чтобы объем составлял не более 8% от объема поступающей эмульсии. Помимо этого скорость прокачивания эмульсии зависит от содержания «геля» - чем меньше содержание «геля», тем выше скорость. Получившаяся на выходе обработанная смесь подвергается дальнейшему отстаиванию или центрифугированию.

Пример 1. Образец эмульсии №1 с содержанием «геля» 25,0% масс и воды 53,0% масс объемом 200 мл и суспензию нанопорошка нитрида алюминия в ацетоне объемом 16 мл (навеска нанопорошка - 32 мг) прокачивали через проточный реактор ультразвуковой установки. Скорость прокачивания эмульсии составила 35 мл/мин, суспензии - 2,8 мл/мин. Поступающие в потоке эмульсия и суспензия смешивались и подвергались обработке ультразвуковыми колебаниями с частотой 24,5 кГц и мощностью 1 кВт. Затем обработанная смесь подвергалась центрифугированию в течение 10 минут со скоростью 1000 об/мин. Без центрифугирования обработанная смесь в процессе отстаивания разделялась на фазы в течение суток. Остаточное содержание воды в отделившейся нефтяной фазе составило менее 1% масс.

Пример 2. Образец эмульсии №2 с содержанием «геля» 8,0% масс и воды 62,0% масс объемом 200 мл и суспензию нанопорошка нитрида алюминия в ацетоне объемом 12 мл (навеска нанопорошка - 24 мг) прокачивали через проточный реактор ультразвуковой установки. Скорость прокачивания эмульсии составила 70 мл/мин, суспензии - 4,2 мл/мин. Поступающие в потоке эмульсия и суспензия смешивались и подвергались обработке ультразвуковыми колебаниями с частотой 24,5 кГц и мощностью 1 кВт. Затем обработанная смесь подвергалась центрифугированию в течение 10 минут со скоростью 1000 об/мин. Без центрифугирования обработанная смесь в процессе отстаивания разделялась на фазы в течение суток. Остаточное содержание воды в отделившейся нефтяной фазе составило менее 1% масс.

Пример 3. Образец эмульсии №3 с содержанием «геля» 16,0% масс и воды 58,0% масс объемом 200 мл и суспензию нанопорошка нитрида алюминия в ацетоне объемом 14 мл (навеска нанопорошка - 28 мг) прокачивали через проточный реактор ультразвуковой установки. Скорость прокачивания эмульсии составила 50 мл/мин, суспензии - 3,5 мл/мин. Поступающие в потоке эмульсия и суспензия смешивались и подвергались обработке ультразвуковыми колебаниями с частотой 24,5 кГц и мощностью 1 кВт. Затем обработанная смесь подвергалась центрифугированию в течение 10 минут со скоростью 1000 об/мин. Без центрифугирования обработанная смесь в процессе отстаивания разделялась на фазы в течение суток. Остаточное содержание воды в отделившейся нефтяной фазе составило менее 1% масс.

Изобретение относится к способу разрушения высокоустойчивых водонефтяных эмульсий и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, например для разрушения высокоустойчивых водонефтяных эмульсий (промежуточных эмульсионных слоев), стабилизированных гелеобразными ассоциатами. Способ заключается в добавлении к водонефтяной эмульсии суспензии нанопорошка нитрида алюминия в ацетоне и последующей обработки смеси ультразвуком с частотой 24,5 кГц и мощностью 1 кВт в проточном режиме. Разделение обработанной эмульсии на отдельные фракции (нефтяную и водную) проводится либо отстаиванием, либо центрифугированием. В случае присутствия в эмульсии твердых минеральных частиц после ее разрушения они осаждаются в виде отдельной фракции. Способ обеспечивает эффективное разрушение высокоустойчивых водонефтяных эмульсий, характеризующихся различным содержанием «геля», с остаточным содержанием воды в нефтяной фазе менее 1% масс, при этом характеризуется непрерывностью процесса обработки и экономичностью за счет использования суспензии нанопорошка нитрида алюминия в ацетоне, который является недорогим и доступным реагентом. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

1. Способ разрушения высокоустойчивых водонефтяных эмульсий, заключающийся в добавлении к эмульсии суспензии нанопорошка нитрида алюминия в ацетоне, последующей обработке смеси ультразвуком с частотой 24,5 кГц и мощностью 1 кВт в проточном режиме и разделении обработанной смеси на фазы.

2. Способ по п. 1, заключающийся в том, что количество суспензии, добавляемой к эмульсии, составляет не более 8% об.

3. Способ по п. 1, заключающийся в том, что для разделения обработанной смеси на фазы используют центрифугирование в течение 10 минут.

4. Способ по п. 1, заключающийся в том, что для разделения обработанной смеси на фазы используют отстаивание в течение суток.