Способ определения среднего размера частиц эмульсионной воды в нефти Советский патент 1981 года по МПК G01N15/02 

ных сред с весьма узким распределением размеров частиц. В диапазоне реальных ширин функци распределения частиц водонефтяной эмульсии по размерам коэффициент рас сеяния меняется в довольно широких пределах. Кроме того, для определения сред1него размера частиц этим методом необходимо предварительно нахождение их весовой концентрации, которое требует дополнительных затрат времен анализа и является в общем случае довольно трудоемким процессом. Целью изобретения, является ускоре ние процесса гранулометрического ана лиза водонефтяных эмульсий и повышение его точности путем учета дисперсного состава водонефтяной эмульсии, а также обеспечение непрерывнос ти контроля и возможностей его автоматизации. Поставленная цель достигается тем что облучение проводят с одновремен ным измерением коэффициента ослабления К и интенсивности излучения I, рассеянного исследуемой средой в направлении относительно подающего пучка, а используют величину среднего размера частиц определяют с помощью соотношения: - а-ЬВп bv.ij-C где в - аппаратурная постоянная) и - показатель преломления нефти; а,Ъ,с - числовые коэффициенты. Исследуемую среду облучают в интер в.але длин волн 1,85 , мкм. Сущность изобретения поясняется на конкретных примерах. Частицы эмульсионной воды в нефти имеют сферическую форму, а концентрация их в большинстве случае невысока, угловое распределение интенсив ности излучения, рассеянного объемом среды, содержащей полидисперсные час тицы, распределение которых по разме рам характеризуется функцией f(j), оп ределяется соотношением (2). -г/га-1 - ЫрУХо Су I, (2) т- Icii4i,)f().)dt r4(-)d. 1р- интенсивность падающего на среду неполяризованного излучения с Я.р, R -. расстояние от рассеивающего объема V до точки наблюдения, объемная концентрация рассеивающих частиц 1 и Ч функции Ми, характеризующие зависимости ортогон.альных составляюДл1ЦИХ интенсивности рассеянного света, поляризованных перпендикулярно и параллельно плоскости рассеяния,от параметра дифракции частицы р-2аиг|.о,относительных показателей преломления Ид и поглощения ЭРо вещества частиц и у-рла рассеяния р; и - показатель преломления среды. Показатель ослабления света слоем единичной толщины записывается в виде К- , (3) . ,.. (.Хо,У1оУоУ )dv- , ,, Is - со(Ь }Xi- fCHdv безразмерный коэффициент ослабления отдельной частицы. Из (2) и (3) видно, что влияние микроструктуры рассеивающей среды на величины I ((3) и К при заданных Ид, Jto и концентрации диспергированного вещества полностью определяется зависимостью соответствующих приведея 5ых величины 1-(р) и К от параметров функции распределения частиц по раз- мерам. Имеющиеся в настоящее время сведения о дисперсном составе водонефтя ных эмульсий позволяют аппроксимировать распределение капель воды по размерам с помощью гамма-распределения СИ--А гдe Q- наиболее вероятный или модальный радиус в системе, ц - параметр, характеризующий полуширину функции распределения, А - нормировочный множитель. По результатам анализа микрофотографий образцов водонефтяяых эмульсий, проведенного в Укр ГИПРОНИИНефть, параметры распределения (4) изменяются в пределах 1 мкм мкм; 1 /и 10. Для практических целей целесообразно и в большинстве случае вполне достаточно характеризовать степень дисперсности среды каким-либо обобщенным параметром. Наиболее удобным в этом отношении является средний объемно-поверхностный радиус частиц в системе, определяемый как отношение третьего момента функции распределения частиц по размерам к ее второму моменту Jh PtHdh -Og )ar ма распределения ) (Ь) Рассмотрение зависимостей, xapaicтеристик рассеяния Г (3)и К{4 ) ) от при заданных приводит к зак чению, что интенсивность рассеянног водонефтяной эмульсией излучения и коэффициент ослабления в указанных выше интервалах и Д4 в основном определяются значением среднего радиуса частиц. При этом отклонении в личин 1и к для крайних значений у6( при одинаковых К составляют не более 3%, Для получения данных о размерах частиц эмульсионной воды в нефти из мерения целесообразно проводить в п лосе прозрачности нефти 1,85 мкм Хо 2,1 мкм. Наибольшая чувствительность к ми роструктуре водонефтяной эмульсии обеспечивается при измерениях на дл не волны Хо 1,942 мкм, соответствующей максимуму полосы поглощения воды. При этой длине волны и соответст вующих ей относительных комплексных показателей преломления воды в нефт для трех наиболее типичных сортов нефти т 0,901-- 0,939 - 0,939-10(неф Осташковичи)а Ж2 0,907- 1 О ,972-Ю (нефть Речиц и Щ- 0,914- 1 1.012.10 (конденсат В-Бубны) на ЭВМ были рассчитаны характеристи рассеяния (2 ) и (3 ). Средний размёр частиц менялся в пределах 2 мкм 1 F 12 мкм, соответствующих вышеуказанным интервалам измерения парамеров Го к JU . На фиг. 1 представлено угловое распределение интенсивности света с о 1,942 мкм, рассеянного систе MciMH частиц воды в нефти с ки 0,901-1 0,939rlp- при фиксирован ных значениях ..г 2,4,6,12 мкм, соответствующих кривым 1,2,3,4. Как видно из графиков, максимальная чувствительность интенсивности рассеянного излучения наблюдается для направлений рассеяния близ.ких к р 10° (7° Э 2(f), В Э.ТОМ интервале углов интенсивность рассеяния вЬзрастает с уменьшением h, связь между ними однозначна. Чтобы исключить из рассмотрения неизвестную концентрацию частиц, вос пользуемся отношением

1(|Ь г I((i}

(в) К

где В аппаратурная постоянная,

о °лл

где IQ - интенсивность подающего на W

исследуемую среду неполяризованного излучения, R - расстояния от рассеивакнцего объема V среды до точки наблюдения.

55

(см. фиг.З кривые 1-3) с соответст(Вующим образом подобранными нами числовыми коэффициентами oL, Э,и f. Переходя к измеряемой величине отношения I (Iff) к К (см, aj, получим эмпирическое соотнесение для определения среднего размера частиц

д-ВЬп 1во°)/к)

Ви СЩоОЦс С6 - толщина рассеивающего слоя среды и К - измеряемые величины, При заданных услогиях эксперимента (Р) величина l(|i)/кв интервале 7 ё 20° также имеет достаточно высокую чувствительность и однозначную связь с Г . При определении микроструктуры водонефтяных эмульсий необходимо учитывать различие оптических свойств нефти из разных месторождении. В связи с этим необходимо выяснить условия, при которых влияние сорта нефти (конкретные значения Ио и 9 при данной До) на измеряемые характеристики рассеяния является минимальным. Для этого рассмотрим, насколько велики различия значений 1ЧР)/К,обусловленные различием оптических постоянных анализируемых сортов нефти. На фиг. 2 представлены уг говые зависимости отношения#5 |1 5НД двух наиболее сильно отличающихся из рассматриваемых нами сортов нефти, где кривые 1,2,3,4,5 соответствуют F 1,3,8,6,12 мкм. Из хода кривых фиг. 2 видно, что величина отношения сГ возрастает с увеличением среднего радиуса капель воды. С уменьшением угла рассеяния влияние сорта нефти на величину 1(р)/Кстановится менее существенным и при углах 0° i-p 1 не превышает 20%, а-для 1 -ь В мкм меньше 10%. Таким образом, интервал углов рассеяния 7°6р ё 15° является о91ТИмальным как с точки зрения чувствительности характеристики 1(р)|кк микроструктуре рассеивающей эмульсии, так и в смысле минимального влияния на нее сорта нефти. В качестве примера Tia фиг. 3 точками показаны рассчитанные значения характеристики IOfOoj/K в зависимости от среднего радиуса частиц для исследованных сортов нефти (+ - сорт 1 , -сорт 2, -сорт 3) и о 1,942мкм. Полученные таким образом эмпирические зависимости отношения I (fOv/KoT среднего размера частиц водонефтяной эмульсии удалось описать гиперболическими зависимостями (9)

где Ц- аппаратурная постоянная. Числовые коэффициенты а , Ъ и с , а также значения показателя преломления

№

Сорт нефти п/п|

1.Нефть Осташковичи

2.Нефть Речица

3.Конденсат В-Бубны Проведенный авторами анализ погреш ностей показал, что если отношение К с Кизмерено с ошибкой +5%, то суммар ная погрешность определения среднего размера частиц, обусловленная ошибками измерений, а также аппроксимацией рассчитанных значений IOo /Kкривыми не превышает ±10%, если И 8 мк и +15%, если 3 мкм F 8 мкм. Если сорт исследуемой нефти неизвестен, то в соотношении (1) следует использовать числовые коэффициенты Q, Ъ, С и Л , соответствующие сорту 2 (см. таб лицу) . В этом случае вышеприведенные погрешности возрастут приблизительно в полтора раза. При определении среднего размера частиц эмульсионной воды в нефти по коэффициенту рассеяния, что соответствует п)едложенному способу, погрешность определения F за счет влияния ширины распределения {параметр 0) не меньше 80%. Способ позволяет обеспечить непрерывный экспрессный контроль среднего размера частиц эмульсионной воды в нефти как при ее транспортировке по трубопроводу (на насосных станциях), так и в лабораторных условиях. Спосо характеризуется простотой, надежностью и обеспечивает возможность авто матизации гранулометрического контро шя нефти и нефтепродуктов. Время определения среднего размера частиц воды в нефти сокращается от нескольких десятков минут, необходимых для предварительного определения концентрации водонефтяной эмульсии и сопоставления измеренных значений коэффициента рассеяния с рассчитанными до времени снятия показаний приборов, определяемого несколькими секундами. При точность определения среднего размера частиц воды за счет учета дисперсного состава водонефтяной эмульсии возрастает в 5-6 раз.

нефти и , для трех наиболее типичных сортов нефти приведены в таблице.

.1.:±:.

. а

1,465 1758,75 6,5 -2,5 1,456 1625 6,25 20 1,449 225 О 100 Использование способа непрерывного контроля среднего размера частиц эмульсионной воды в нефти позволит обеспечить сдачу потребителям нефти с минимальнЕзГм влагосодержанием в соответствии с существующими техническими требования1 1И. Формула изобретения 1. Способ определения среднего размера частиц эмульсионной воды в нефти,, заключающийся в облучения исследуемой среды в инфракрасной области « с последующей регистрацией рассеянного средой излучения, о тличающийся тем, что, с целью ускорения процесса анализа и повышения его точности, облучение проводят с одновременным измерением коэффициента ослабления К и интенсивности излучения I , рассеянного исследуемой средой в направлении 7 - 5 относительно падающего пучка, а искомую величину среднего размера частиц определяют с.помощью соотношенияP%g-№h K. де В аппаратурная постоянная, и оказатель преломления нефти;а , Ъ / с , - числовые коэффициенты. 2. Способ ПОП.1, отличаюийся тем, что исследуемую среду блучают в интервале длин волн 1,85 мкм -ё Х-о 6 1 мкм. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Gob. Lclotific Jnstruments of PhysicsE, 1968,1, 2.636-638. 2.Патент США 3653767, кл. 356-102, 1972. 3. Оптика и спектроскопия, 31, вып. 5, 794, 1971.