Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по химии
На правах рукописи
Мингазов Рифат Радисович
КОМПОЗИЦИОННЫЕ СОСТАВЫ ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ НА ОСНОВЕ ОЛИГОУРЕТАНОВ И ИОНОГЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
02.00.13 - Нефтехимия
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Казань-2012
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Казанский национальный исследовательский технологический университет
Научный руководитель: доктор технических наук, доцент
Башкирцева Наталья Юрьевна
Официальные оппоненты: Сахабутдинов Рифхат Зиннурович
доктор технических наук, профессор, Татарский научно-исследовательский и проектный институт нефти, заведующий отделом исследования и промысловой подготовки нефти, газа и воды (г. Бугульма)
Фахрутдинов Булат Ревович
кандидат технических наук,
ОАО Научно-исследовательский институт по нефтепромысловой химии, старший научный сотрудник отдела разработки химпродуктов для промысловой подготовки нефти и защиты нефтепромыслового оборудования от коррозии (г. Казань)
Ведущая организация: ООО РН-УфаНИПИнефть (г. Уфа)
Защита состоится 13 сентября 2012 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.05 при ФГБОУ ВПО Казанский национальный исследовательский технологический университет по адресу: 420015, г. Казань, ул. К.Маркса, 68 (зал заседаний Ученого совета).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Казанский национальный исследовательский технологический университет.
Автореферат разослан л___ _____________ 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
к.х.н., доцент М.В. Потапова
Общая характеристика работы
Актуальность темы.
Важным фактором при решении проблем сбора и подготовки нефти является эффективность применяемого реагента-деэмульгатора. Однако, несмотря на широкий ассортимент современных деэмульгаторов зачастую невозможно достичь требуемой глубины обезвоживания как в системе сбора продукции нефтяных скважин, так и в технологических процессах подготовки. Данная проблема особенно остро проявляется с повышением доли высоковязких нефтей в общем объеме добычи и увеличением средней обводненности нефтей, которая для длительно эксплуатируемых месторождений Урало-Поволжья составляет более 90 %. В Республике Татарстан, которая относится к старым нефтедобывающим регионам, на объектах ОАО Татнефть обводненность скважин девонских горизонтов достигает 85 %, угленосных горизонтов - 70 %. Высокая обводненность продукции скважин вызывает ряд проблем при сборе и перекачке жидкостей, такие как увеличение числа прорывов трубопроводов и рост давления на дожимной насосной станции.
Многолетний опыт применения деэмульгаторов показывает, что использование композиционных составов порой в несколько раз эффективнее, чем использование какого-либо соединения в чистом виде.
В последние годы расширился ассортимент композиционных деэмульгаторов с применением импортных компонентов. Однако высокая цена на импортные составляющие повышает конечную стоимость композиций на их основе. В связи с этим актуальным становится разработка новых композиционных деэмульгаторов на основе недорогих и доступных поверхностно-активных веществ (ПАВ) отечественного производства.
Цель работы. Разработка высокоэффективных композиционных деэмульгаторов водонефтяных эмульсий, обладающих комплексным действием, на основе отечественных олигоуретановых деэмульгаторов с применением доступных и недорогих добавок ионогенных ПАВ.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- исследовать влияние добавок ионогенных ПАВ на поверхностно-активные свойства композиций;
- оценить влияние композиционных составов на структурно-механическую прочность межфазных слоев нефть-вода;
- определить деэмульгирующую эффективность композиционных составов и определить оптимальные соотношения компонентов;
- оценить эффективность разработанных композиционных деэмульгаторов при ингибировании коррозии и солеотложений;
- оценить эффективность композиционных деэмульгаторов при опытно-промышленных испытаниях.
Научная новизна работы характеризуется следующими основными результатами:
- разработан новый композиционный деэмульгатор комплексного действия на основе олигоуретанов и ионогенных ПАВ, содержащих четвертичный атом азота;
- установлено, что, за счет увеличения поверхностной активности композиции и снижения структурно-механической прочности межфазных слоев нефть-вода, добавка ионогенного ПАВ, содержащего четвертичный атом азота, приводит к росту деэмульгирующей эффективности олигоуретановых деэмульгаторов;
- разработана методика, позволяющая устанавливать взаимосвязь деэмульгирующей эффективности ПАВ и структурно-механической прочности межфазных слоев нефть-вода путем исследования влияния ПАВ на реологические свойства межфазных адсорбционных слоев модельных систем толуольный раствор асфальтенов - вода.
Практическая значимость. Разработан композиционный состав под маркой СТХ-9 на основе олигоуретанового деэмульгатора и кокамидопропилбетаина, обладающий высокой деэмульгирующей способностью и защитным действием от солеотложений. Разработаны технические условия (ТУ) для данного реагента, получены сертификат на применение реагента в технологических процессах добычи и транспортировки нефти, сертификат соответствия и санитарно-эпидемиологическое заключение. Проведены опытно-промысловые испытания реагента СТХ-9 на объектах ЦДНГ-2 НГДУ ТатРИТЭКнефть. Опытно-промысловые испытания подтвердили высокую эффективность реагента в процессах промысловой подготовки нефти. Внедрение данного реагента на этапах сбора нефти и на установке подготовки нефти позволило снизить содержание воды в товарной нефти с 0,12 до 0,10 % масс. и содержание солей с 86 до 76 мг/л, при снижении удельного расхода реагента для системы сбора нефти на 15% и для подготовки нефти - на 40%. Получен положительный акт о проведении опытно-промысловых испытаний.
Апробация работы. Основные результаты диссертации были представлены на V и VI Всероссийской научно-практической конференции Нефтепромысловая химия (Москва, 2010 и 2011 гг.), Всероссийской научной школе для молодежи Проведение научных исследований в области инноваций и высоких технологий нефтехимического комплекса (Казань, 2010 г.), V Всероссийской научно-практической конференции Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа (Томск, 2010 г.), X Международной научно-практической конференции Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности (Санкт-Петербург, 2010 г.), I Российском нефтяном конгрессе (Москва, 2011 г.), Всероссийской молодежной конференции с элементами научной школы Нефть и нефтехимия (Казань, 2011 г.). Результаты работы также обсуждались на итоговых научных сессиях в Казанском государственном технологическом университете в 2010-2011 гг.
Публикации работы. По результатам исследований опубликовано 12 работ, в том числе 4 статьи (все из списка журналов, рекомендованных ВАК) и 8 тезисов докладов, получено положительное решение о выдаче патента на изобретение (заявка № 2011119175 от 12.05.2011).
ичный вклад автора. Экспериментальные данные, приведенные в диссертационной работе, получены автором лично или при его непосредственном участии. Автор выражает искреннюю благодарность доценту кафедры ХТПНГ Сладовской О.Ю. за помощь в организации промысловых испытаний и доценту кафедры ТООНС Рахматуллину Р.Р. за помощь в получении опытно-промысловых партий деэмульгатора.
Работа выполнена на кафедре Химической технологии переработки нефти и газа ФГБОУ ВПО Казанский национальный исследовательский технологический университет в соответствии с планом Программы развития топливно-энергетического комплекса Республики Татарстан на 2006-2020 годы (Закон Республики Татарстан от 13.01.2007 г. № 7-ЗРТ).
Структура и объём работы. Диссертация изложена на 145 страницах, состоит из введения и пяти глав, выводов, списка цитируемой литературы, включающего 175 наименований, и приложения. Работа иллюстрирована 32 рисунками и содержит 13 таблиц.
Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулирована основная цель диссертационной работы, поставлены задачи исследования, показаны научная новизна и практическая ценность.
Первая глава содержит обзор литературы по состоянию обводненности месторождений, составу стабилизаторов, устойчивости водонефтяных эмульсий и применению ПАВ в технологиях сбора и подготовки нефтей. Проведен анализ работ, посвященных композиционным ПАВ, используемых в подготовке нефти.
Во второй главе приведены физико-химические характеристики используемых компонентов для создания композиционных составов, описаны методики исследований, используемые в работе.
В работе применялись методы: отрыва кольца и неподвижной висящей капли - для определения межфазного натяжения; осциллирующей капли - для исследования межфазной реологии адсорбционных слоев ПАВ; определения краевого угла смачивания; определения деэмульгирующей эффективности; исследования защитных свойств от коррозии и солеотложений.
Третья глава посвящена исследованию поверхностно-активных и реологических свойств межфазных пленок водных растворов олигоуретанов, ионогенных ПАВ и композиций на их основе. Проанализированы значения поверхностной активности композиционных составов в зависимости от состава, смачивающая способность исследуемых ПАВ в зависимости от концентрации. Описана методика оценки реологических свойств межфазных слоев нефть-вода в присутствии деэмульгаторов и обсуждены полученные результаты.
Четвертая глава посвящена обсуждению результатов исследований деэмульгирующей эффективности разработанных композиционных составов на естественных водонефтяных эмульсиях различных месторождений. По результатам деэмульгирующей эффективности композиций установлен оптимальный состав композиционных деэмульгаторов. Приведены результаты проведенных опытно-промысловых испытаний разработанного композиционного деэмульгатора.
Пятая глава содержит результаты исследований защитной способности от коррозии, солеотложений и бактерицидных свойств исследуемых композиционных составов и исходных ПАВ.
Основное содержание работы
Внедрение интенсивных методов воздействия на пласты с целью повышения их нефтеотдачи привело к целому комплексу осложнений при сборе и подготовке нефти. Это связано как с ростом обводненности добываемых нефтей, так и с увеличением коррозии и солеотложений. Поэтому в последнее время особенно остро стоит проблема комплексного подхода к вопросам сбора и подготовки нефтей. Самым эффективным способом решения этой задачи является применение композиционных реагентов-деэмульгаторов комплексного действия.
В связи с этим были разработаны композиционные деэмульгаторы на основе олигоуретанов и ионогенных ПАВ. В качестве основы в композициях использовались разветвленные олигоуретановые деэмульгаторы, обозначенные условной маркировкой ОУ-1, ОУ-2, ОУ-3, ОУ-4 и ОУ-5, которые ранее были получены на кафедре ХТПНГ в результате взаимодействия блоксополимеров окисей этилена и пропилена и толуилендиизоцианата (табл. 1).
Таблица 1 - Свойства 50%-ых метанольных растворов исследуемых олигоуретанов | |||
Условное обозначение | Исходные блоксополимеры | Плотность 420 | Кинематическая вязкость при 20 C, мм2/с |
ОУ-1 | ПП 4202-2Б-30 апрол 5003-2Б-10 | 0,9252 | 61,66 |
ОУ-2 | ПП 4202-2Б-30 апрол 6003-2Б-18 | 0,9293 | 58,27 |
ОУ-3 | апрол 6003-2Б-18 | 0,9151 | 62,72 |
ОУ-4 | ПП 4202-2Б-30 | 0,9228 | 48,38 |
ОУ-5 | ПП 4202-2Б-30 ПП СТХ-2124 | 0,9111 | 38,98 |
В качестве ионогенных поверхностно-активных веществ применялись ПАВ, совместимые с олигоуретанами, и содержащие в своей структуре четвертичный атом азота: олеиламидопропилбетаин (ОАПБ), кокамидопропилбетаин (КАПБ), алкилбетаин (АБ), цетилтриметиламмоний хлорид (ЦТАХ), олеиламидопропилтриметиламоний хлорид (ОАПТАХ) и олеиламидопропилдиметиламинооксид (ОАПДАО) (рис.1).
| а | б | ||
| в | г | ||
| д | е | ||
Рисунок 1 - Исследуемые ионогенные ПАВ:
а) КАПБ; б) ОАПБ; в) АБ; г) ОАПТАХ; д) ЦТАХ; е) ОАПДАО.
Исследования поверхностно-активных свойств растворов ПАВ
Определение межфазного натяжения исследуемых ПАВ было проведено в системе водный раствор ПАВ - толуол. По результатам исследований изотерм межфазного натяжения были рассчитаны значения поверхностной активности для всех олигоуретанов, ионогенных ПАВ и композиционных составов на их основе.
Анализ значений поверхностной активности олигоуретанов показал, что исследуемые олигоуретановые деэмульгаторы обладают близкими значениями поверхностной активности, которые находятся в области 16000-18000 мНм2/кг (рис. 2 а - г).
а) | б) |
в) | г) |
Рисунок 2 - Значения поверхностной активности для олигоуретанов ОУ-1 (а), ОУ-2 (б), ОУ-3 (в) и ОУ-4 (г) и композиций на их основе | |
Рисунок 3 - Изменение поверхностной активности в ряду ионогенных ПАВ |
Поверхностная активность ионогенных ПАВ имеет широкий интервал значений и в зависимости от строения и молекулярной массы гидрофобной части может изменяться в 2 раза. Например, для бетаиновых соединений в ряду АБ, КАПБ и ОАПБ с ростом длины алкильной цепи поверхностная активность увеличивается (рис. 3). Такая же закономерность прослеживается для хлоридов аммония. Для ОАПТАХ, обладающего большим углеводородным радикалом, значение поверхностной активности выше, чем у ЦТАХ.
Из ионогенных ПАВ наибольшими значениями поверхностной активности обладают ОАПБ и ОАПДАО, а наименьшее значение поверхностной активности приходится на АБ.
Добавление ионогенных ПАВ к олигоуретановым деэмульгаторам позволяет увеличить поверхностную активность композиций. Причем, значения поверхностной активности для индивидуальных ПАВ меньше, чем у композиционных составов, что свидетельствует о возникающем синергетическом эффекте (рис. 2а - г, рис. 3).
Рисунок 4 - Зависимость значений поверхностной активности композиций на основе ОУ-1 от содержания КАПБ |
Увеличение поверхностной активности композиционных деэмульгаторов может происходить за счет образования более плотного адсорбционного слоя из молекул олигоуретановых деэмульгаторов и ионогенных ПАВ.
Изучение влияния содержания ионогенных ПАВ в составе композиций на их поверхностные свойства показали, что в композициях на основе ОУ-1 с содержанием КАПБ от 3 до 20 % масс. увеличение доли ионогенных ПАВ приводит к увеличению значений средней поверхностной активности композиций (рис. 4). При содержании ионогенных ПАВ выше 20 % масс. композиционные составы теряют агрегативную устойчивость и происходит расслоение растворов.
Рисунок 5 Ц Зависимость краевых углов смачивания гидрофобной поверхности от концентрации ОУ-1 и композиций на его основе |
Полученные результаты поверхностной активности на рисунке 4 также свидетельствуют о возникающем синергетическом эффекте: значения поверхностной активности для индивидуальных исходных ПАВ меньше чем у композиционного состава.
В результате иссле-дований краевого угла смачивания водных растворов исследуемых ПАВ на гидрофобной парафиновой поверхности установлено, что увеличение концентрации ПАВ приводит к снижению краевого угла смачивания и, соответственно, увеличению смачивающей способности (рис. 5). Данная закономерность характерна как для индивидуальных ПАВ, так и для всех композиций. Причем снижение краевого угла смачивания в области низких концентраций более существенное, чем при высоких концентрациях.
Таким образом, по результатам исследований поверхностно-активных свойств исследуемых ПАВ установлено, что совместное применение ионогенных ПАВ и олигоуретанов в композиционных деэмульгаторах приводит к синергетическому эффекту и выражается в увеличении поверхностной активности композиций.
Реологические свойства межфазных пленок ПАВ
Для получения более детальной информации о строении и прочности межфазных слоев на границе раздела фаз нефть-вода и влияния на них ПАВ-деэмульгаторов в данной работе впервые была разработана и применена методика по оценке действия деэмульгаторов на реологические свойства межфазных адсорбционных слоев нефть-вода.
В качестве модельной нефтяной фазы был использован толуольный раствор асфальтенов, выделенных из нефти скв. 471 Лугового месторождения. Использование асфальтенов при создании модели межфазного слоя нефть-вода связано с тем, что частицы асфальтенов образуют на границе раздела фаз наиболее жесткий структурный каркас с наиболее высокими значениями модуля упругости.
Поэтому на начальном этапе реологических исследований были определены условия создания стабильных адсорбционных слоев толуольный раствор асфальтенов - вода: концентрация асфальтенов в растворе и время образования адсорбционного слоя. Методом неподвижной висящей капли исследовалась динамика изменения межфазного натяжения толуольных растворов асфальтенов при различных концентрациях (рис.6).
Рисунок 6 - Динамика изменения межфазного натяжения асфальтенов при различных концентрациях | Рисунок 7 - Изотерма межфазного натяжения исследуемых асфальтенов |
Из рисунка 6 видно, что со временем происходит снижение межфазного натяжения для всех концентраций. По истечении 15 минут значения стабилизируются и в последние 2-3 минуты изменение межфазного натяжения для всех концентраций незначительно. Таким образом, определив стабильные значения межфазных натяжений для всех концентраций во временном интервале от 18 до 20 минут, была построена изотерма межфазного натяжения исследуемых асфальтенов (рис. 7).
Полученная изотерма межфазного натяжения для асфальтенов имеет особенный вид - точку минимума при ККМ. Вероятно, это связано со свойством асфальтенов к агрегированию. С увеличением концентрации асфальтенов в растворе увеличиваются не только концентрация асфальтенов в адсорбционном слое, но возможно, и размеры агрегатов асфальтенов. Таким образом, плотность образованного адсорбционного слоя из больших агрегатов меньше, что подтверждается повышением межфазного натяжения. ККМ для исследуемых растворов асфальтенов будет соответствовать минимальному значению межфазного натяжения, и равна СККМ=0,00244 кг/м3.
В дальнейших реологических исследованиях в качестве модельной нефтяной фазы использовался толуольный раствор асфальтенов с концентрацией, равной полученной ККМ.
Реологические исследования проводились методом осциллирующего пузырька. Была образована капля толуольного раствора асфальтенов в водной фазе и исследованы реологические параметры образованного межфазного слоя (рис. 8а и 8б). В течение 20 мин. происходит формирование адсорбционного слоя из асфальтенов, что видно по увеличению модуля упругости. Далее происходит структурирование и уплотнение адсорбционного слоя и по истечении 100 мин. значение модуля упругости стабилизируется. Последующее увеличение времени приводит к формированию твердой механической пленки, которая разрушается при воздействии на межфазный слой.
Таким образом, были установлены оптимальные условия создания межфазных адсорбционных слоев из исследуемых асфальтенов. Оптимальное время формирования адсорбционных слоев составило 100 мин. при концентрации асфальтенов в толуольном растворе 0,00244 кг/м3.
С применением разработанной методики было изучено влияние исследуемых ПАВ на прочностные свойства межфазных адсорбционных слоев нефть-вода. Для этого в водную фазу образованной системы толуольный раствор асфальтенов - вода вводили олигоуретаны, ионогенные ПАВ и композиционные составы на их основе (рис. 8а и 8б).
Введение ионогенных ПАВ в модельную систему приводит к существенному увеличению модуля упругости адсорбционного слоя. К примеру, в ряду бетаиновых соединений наибольшим модулем упругости обладает ОАПБ (рис. 8а). Следует отметить, что значения модуля упругости межфазных адсорбционных слоев ионогенных ПАВ коррелируют с ранее полученными значениями поверхностной активности: со снижением поверхностной активности снижается также модуль упругости.
| а | б |
Рисунок 8 - Динамика изменения модуля упругости межфазных слоев толуольный раствор асфальтенов - вода в присутствии: а) ионогенных ПАВ; б) олигоуретана ОУ-1 и композиций на его основе | |
Из рисунка 8б следует, что молекулы олигоуретана, адсорбируясь на межфазном адсорбционном слое из асфальтенов образуют новый адсорбционный слой с меньшим модулем упругости. Причем, модуль упругости межфазного слоя состоящего из композиции ОУ-1+КАПБ еще меньше, чем у индивидуального ОУ-1 и в несколько раз ниже, чем у ионогенных ПАВ. Это свидетельствует о возникновении синергетического эффекта при воздействии композиционного состава, который приводит к снижению структурно-механической прочности, что будет способствовать наиболее легкому разрушению водонефтяной эмульсии. Из всех исследуемых композиционных составов наименьшей структурно-механической прочностью обладает межфазный слой с композицией ОУ-1+КАПБ.
Таким образом, в результате исследований реологических параметров межфазных адсорбционных слоев нефть-вода в присутствии композиционных ПАВ установлено, что в результате синергизма действия олигоуретанов и ионогенных ПАВ снижаются прочностные свойства адсорбционных слоев асфальтенов.
Деэмульгирующая эффективность композиционных составов
Сравнительный анализ деэмульгирующей эффективности разработанных композиций был проведен на нефтяных эмульсиях Лугового месторождения (скв. 471 и 1250) и Зюзеевского месторождения (скв. 2392) (табл. 2). Все исследуемые нефти относятся к высокосернистым, к среднепарафинистым нефтям. По плотности нефти можно отнести к средним и тяжелым, по содержанию смол - к смолистым и высокосмолистым.
Таблица 2 - Физико-химическая характеристика исследуемых нефтей
Наименование показателя | Нефтяные эмульсии | ||
Зюзеевское месторождение скв. 2392 | уговое месторождение | ||
скв. 471 | скв. 1250 | ||
Тяжелая Высокосмолистая | Тяжелая Смолистая | Средняя Смолистая | |
Кинематическая вязкость нефтяной эмульсии, мм2/с | 456,75 | 254,30 | 410,68 |
Обводненность, % об. | 50 | 48 | 67 |
Плотность нефти, 420 | 0,936 | 0,888 | 0,856 |
Кинематическая вязкость нефти, мм2/с | 120,62 | 88,30 | 25,19 |
Суммарное содержание асфальтено-смолистых веществ в нефти, % масс. | 28,40 | 20,70 | 25,40 |
Содержание асфальтенов, % масс. | 6,30 | 4,75 | 3,24 |
Содержание тв. парафинов, % масс. | 1,53 | 3,42 | 2,76 |
Фракционный состав нефти, % об. до 100 С до 200 С до 300 С | 2 13 31 | 4 17 29 | 6 21 54 |
Выбор этих нефтей для исследования деэмульгирующей эффективности композиций обусловлен тем, что они достаточно трудно поддаются разрушению с помощью традиционно используемых нефтяной промышленностью импортных и отечественных деэмульгаторов.
Процесс деэмульгирования для нефтяных эмульсий Лугового месторождения проводился при различных температурах: в течение 3 часов при температуре 25С, что соответствовало процессу внутритрубной деэмульсации и далее в течение 2 часов при температуре 50С для моделирования процесса подготовки нефти. Дозировка реагентов соответствовала базовой дозировке применяемой на Луговом месторождении НГДУ ТатРИТЭКнефть и составила 100 г/т (табл.3).
Таблица 3 - Деэмульгирующая эффективность композиционных составов на нефтяной эмульсии скв. 1250 Лугового месторождения при дозировке реагентов 100 г/т и температуре 50 С
ИПАВ НПАВ | Без ИПАВ | ОАПБ | КАПБ | АБ | ЦТАХ | ОАПТАХ | ОАПДАО |
Остаточное содержание воды, % об. | |||||||
Без НПАВ | - | 67,0 | 66,7 | 67,0 | 66,8 | 66,3 | 66,7 |
ОУ-1 | 50,0 | 17,5 | 8,3 | 15,4 | 17,5 | 10,8 | 21,4 |
ОУ-2 | 35,3 | 23,3 | 32,7 | 13,2 | 17,5 | 10,8 | 26,7 |
ОУ-3 | 26,7 | 9,6 | 15,4 | 10,8 | 15,4 | 17,5 | 10,8 |
ОУ-4 | 49,2 | 25,0 | 25,8 | 10,8 | 47,6 | 23,3 | 13,2 |
ОУ-5 | 48,8 | 38,9 | 38,9 | 48,0 | 45,0 | 43,1 | 46,8 |
Реапон-4В | 47,9 | - | - | - | - | - | - |
В результате исследований деэмульгирующей способности на средних и тяжелых смолистых нефтях выявлено, что эффективность индивидуальных ионогенных ПАВ невысокая. При применении ионогенных ПАВ в составе композиций совместно с олигоуретановыми деэмульгаторами наблюдается существенное увеличение деэмульгирующей эффективности композиций по сравнению с исходными индивидуальными компонентами. К примеру, применение добавки КАПБ в составе с олигоуретаном ОУ-1 приводит к снижению остаточного содержания воды в обезвоженной нефти в шесть раз с 50 до 8.3 % (табл. 3).
Рисунок 9 - Эффективность композиционных составов на основе ОУ-1 при различном содержании ионогенных ПАВ на нефтяной эмульсии скв. 2392 Зюзеевского месторождения при дозировке 100 г/т и температуре 50С |
Для определения оптимального соотношения компонентов была исследована деэмульгирующая эффективность композиционных составов на основе ОУ-1 и ионогенных ПАВ при соотношениях от 3 до 20 % масс. При повышении концентрации КАПБ до 6 % масс. наблюдается резкое увеличение деэмульгирующей эффектив-ности, что коррелирует с полученными результатами поверхностной активности (рис. 4). При последующем увеличении содержания ионогенного ПАВ в составе композиции деэмульгирующая способность снижается.
Расхождение в результатах поверхностной активности и деэмульгирующей способности, по-видимому, связано с тем, что чрезмерное понижение межфазного натяжения на границе раздела фаз нефть-вода приводит к образованию множественных эмульсий, что подтверждается представленными на рис. 10 микрофотографиями нефтяных эмульсий после обезвоживания композиционными деэмульгаторами с различным содержанием ионогенного ПАВ.
а | б | в |
Рисунок 10 - Микрофотографии нефтяных эмульсий обезвоженных с применением композиционных составов с различным содержанием ионогенных ПАВ:
а) ОУ-1+КАПБ (4%); б) ОУ-1+КАПБ (6%); в) ОУ-1+КАПБ (20%).
Таким образом, в результате исследований деэмульгирующей эффективности разработанных композиций установлено, что наиболее оптимальное массовое соотношение активных основ олигоуретанов и ионогенных ПАВ составляет 94:6 (рис. 9). Данное оптимальное соотношение компонентов характерно для всех разработанных композиционных составов.
Рисунок 11 - Деэмульгирующая эффективность композиций на нефтяной эмульсии скв. 2392 Зюзеевского месторождения при температуре 10 С |
Особенно важно отметить, что добавка ионогенных ПАВ влияет на эффективность олигоуретановых деэмульгаторов даже при низких температурах. Исследования деэмульгирующей эффективности разработанных композиционных составов при температуре 10 С на тяжелой высокосмолистой нефтяной эмульсии скв. 2392 Зюзеевского месторождения показали, что введение в состав композиции ионогенных ПАВ позволяет существенно увеличить эффективность деэмульгаторов (рис. 11). Наиболее эффективным как по динамике обезвоживания, так и по остаточному содержанию воды является композиционный состав ОУ-1+КАПБ.
Рисунок 12 - Деэмульгирующая эффективность реагентов при дозировке 100 г/т и температурах 10 и 25С на нефтяной эмульсии Дружбинского месторождения |
Таким образом, применение ионогенных ПАВ в качестве добавок к олигоуретанам приводит к значительному повышению деэмульгирующей способности композиции, что обусловлено увеличением поверхностной активности композиционных составов и снижением прочностных свойств межфазных пленок нефть-вода.
В ходе анализа результатов промысловых лабораторных испытаний на свежеотобранных естественных нефтяных эмульсиях месторождений НГДУ ТатРИТЭКнефть было установлено, что композиционный деэмульгатор ОУ-1+КАПБ эффективнее наиболее распространенных промышленных образцов деэмульгаторов, а также базового реагента Пральт-11А, используемого при сборе и подготовке нефти в НГДУ ТатРИТЭКнефть (рис. 12).
В результате композиционный состав ОУ-1+КАПБ был рекомендован для проведения опытно-промысловых испытаний на объектах НГДУ ТатРИТЭКнефть. Совместно с ЗАО Среднетоннажная химия была разработана документация на данный состав под маркой СТХ-9 и произведена опытная партия реагента.
Опытно-промысловые испытания композиционного деэмульгатора
Промысловые испытания композиционного деэмульгатора СТХ-9 проводились на объектах добычи ЦДНГ-2 НГДУ ТатРИТЭКнефть: в системе сбора и транспортировки нефти и на УПН Луговое, где осуществляется подготовка нефтей с месторождений Луговое, Мензелинское, Дружбинское и Озерное.
В результате замены реагента Пральт-11А на СТХ-9 при внутрискважинном дозировании на месторождениях Луговое, Мензелинское и Озерное снизилось остаточное содержание воды и солей в нефти (рис. 13), а на Мензелинском месторождении снизилось и стабилизировалось давление на внутрипромысловом нефтепроводе СП-895 - УПН Луговое (рис. 14).
В ходе опытно-промысловых испытаний реагента СТХ-9 на УПН Луговое установлено, что реагент СТХ-9 обеспечивает высокую степень разрушения эмульсии на стадиях внутритрубной деэмульсации и при подготовке нефти на УПН Луговое (табл. 4).
Таблица 4 - Технологические показатели работы УПН Луговое
Периоды | Содержание воды (% масс.) и солей (мг/л) в нефти | Содержание нефтепродуктов в воде, мг/л | КВЧ в воде, мг/л | |||||
I ступень | II ступень | Товарная нефть | ||||||
соли | вода | соли | вода | соли | вода | |||
Работа УПН Луговое на реагенте Пральт-11А | ||||||||
01.10.-18.10. | 1169 | 0,43 | 317 | 0,27 | 86 | 0,12 | 46,7 | 45,8 |
Начало подачи деэмульгатора СТХ-9 на УПН Луговое | ||||||||
19.10.-31.10. | 1043 | 0,36 | 266 | 0,22 | 77 | 0,11 | 46,8 | 45,4 |
Переход на зимнюю норму дозирования деэмульгатора СТХ-9 | ||||||||
01.11.-15.11. | 1557 | 0,42 | 235 | 0,21 | 76 | 0,10 | 46,3 | 45,5 |
В период проведения опытно-промысловых испытаний регента СТХ-9 на всех объектах было произведено снижение расхода реагента-деэмульгатора. В итоге удельный расход деэмульгатора СТХ-9 для системы сбора нефти удалось снизить в среднем на 15% (со 100 г/т до 85 г/т), для подготовки нефти - на 40% (со 110 г/т до 66 г/т). Снижение удельного расхода деэмульгатора СТХ-9 по ЦДНГ-2 НГДУ ТатРИТЭКнефть позволило снизить экономические затраты на подготовку нефти на 3 %. Во время проведения опытно-промысловых испытаний было подготовлено более 20 тыс. тонн товарной нефти.
По результатам проведенных опытно-промысловых испытаний получен положительный акт о внедрении реагента СТХ-9.
Комплексные исследования ингибирующих свойств композиционных составов
В связи с ростом проблем связанных с коррозией нефтепромыслового обрудования были исследованы ингибирующие и бактерицидные свойства композиционных составов.
Анализ результатов ингибирования химической коррозии индивидуальных ПАВ и их композиций показал, что степень защиты с учетом фактических значений содержания ПАВ в пластовых водах 20 г/т составляет в среднем 10-18 %.
Анализ бактерицидного действия реагентов относительно сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ) показал, что эффективная дозировка для ЦТАХ составляет 200 г/м3, а для композиции ОУ-1+ЦТАХ - 500г/м3. В случаях, когда добыча и сбор нефти осложнены высокой зараженностью СВБ можно рекомендовать применение композиционных составов на основе ЦТАХ в качестве деэмульгаторов, с целью дополнительной защиты нефтяного оборудования от воздействия СВБ.
Отложения неорганических солей в призабойной зоне пласта, скважинах, промысловых коммуникациях и аппаратах существенно осложняют процесс добычи и подготовки нефти. Испытания защитных свойств от солеотложений композиционных деэмульгаторов и исходных компонентов ПАВ показали, что ионогенные ПАВ: ОАПБ, КАПБ, АБ и ЦТАХ обеспечивают ингибирование гипсовых отложений при минимальной дозировке 30 г/м3. Эффективность данных ПАВ не уступает промышленным образцам ингибиторов солеотложений. Максимальный защитный эффект исследуемых ионогенных ПАВ от карбонатных отложений при дозировке 50 г/м3 составляет 34-37 %. В композициях ионогенные ПАВ увеличивают защитные способности, и эффективность составляет 95-100 % при дозировке 200-500 г/м3, что в пересчете на ионогенные ПАВ в композициях будет соответствовать 20-50 г/м3 (табл. 5).
Таблица 5 - Эффективность ингибирования солеотложений исследуемых ПАВ
Вид отл-я | Наименование ПАВ | Эффективность ПАВ при дозировке ( г/м3), % | Наименование ПАВ | Эффективность ПАВ при дозировке ( г/м3), % | ||||
20 | 30 | 50 | 100 | 200 | 500 | |||
гипс. | ОАПБ | 92 | 100 | 100 | ОУ-1 + ОАПБ | 37 | 67 | 100 |
карб. | 8 | 12 | 13 | 3 | 6 | 9 | ||
гипс. | КАПБ | 89 | 100 | 100 | ОУ-1 + КАПБ | 68 | 83 | 92 |
карб. | 18 | 25 | 37 | 84 | 98 | 100 | ||
гипс. | АБ | 87 | 100 | 100 | ОУ-1 + АБ | 86 | 96 | 100 |
карб. | 16 | 27 | 31 | 19 | 42 | 51 | ||
гипс. | ЦТАХ | 85 | 100 | 100 | ОУ-1 + ЦТАХ | 27 | 39 | 71 |
карб. | 14 | 21 | 28 | 25 | 41 | 78 | ||
гипс. | ОАПТАХ | 25 | 25 | 25 | ОУ-1 + ОАПТАХ | 0 | 0 | 0 |
карб. | 20 | 20 | 26 | 20 | 20 | 33 | ||
гипс. | ОАПДАО | 29 | 43 | 57 | ОУ-1 + ОАПДАО | 43 | 56 | 87 |
карб. | 10 | 24 | 34 | 69 | 73 | 96 | ||
гипс. | ФЛЭК-ИСО-5 | 96 | 100 | 100 | ОУ-1 | 0 | 0 | 0 |
карб. | 42 | 47 | 56 | 27 | 22 | 22 | ||
Высокая ингибирующая эффективность композиционных составов, содержащих ионогенные ПАВ, может быть обусловлена формированием межфазных адсорбционных слоев на поверхности кристаллов солей, которая обеспечивает пороговый механизм их действия. Таким образом, применение исследуемых композиционных деэмульгаторов в процессе сбора и подготовки нефти на промыслах будет сопровождаться дополнительной защитой от солеотложений.
Выводы
- Разработан композиционный деэмульгатор комплексного действия, высокая эффективность которого достигается за счет синергетического эффекта при совместном использовании олигоуретанов и ионогенных ПАВ, содержащих четвертичный атом азота.
- Разработана методика оценки структурно-механической прочности адсорбционных слоев асфальтенов на межфазной поверхности углеводород-вода в присутствии ПАВ. Установлены оптимальные параметры (концентрация и время формирования адсорбционного слоя асфальтенов) создания стабильного адсорбционного слоя модельной системы нефть-вода.
- Выявлено, что синергизм в деэмульгирующей эффективности композиционных составов на основе олигоуретанов и ионогенных ПАВ при соотношении 94:6 обусловлен снижением структурно-механических свойств адсорбционного слоя на межфазной границе нефть-вода в совокупности с увеличением поверхностной активности композиций.
- Установлено, что применение разработанных композиционных деэмульгаторов при сборе и подготовке нефти будет сопровождаться дополнительной защитой нефтепромыслового оборудования от химической коррозии, микробиологической коррозии и от отложений неорганических солей.
- Внедрение композиционного деэмульгатора СТХ-9 на ЦДНГ-2 НГДУ ТатРИТЭКнефть позволило снизить средние значения содержания воды и солей в товарной нефти, давление на внутрипромысловых технологических нефтепроводах. Актом проведенных опытно-промысловых испытаний подтверждено, что удельный расход деэмульгатора для системы сбора нефти снизился в среднем на 15%, для подготовки нефти - на 40%. Снижение удельного расхода деэмульгатора позволило сократить экономические затраты на подготовку нефти на 3 %.
Основное содержание диссертации изложено в публикациях
1. Мингазов Р.Р. Испытания композиционного деэмульгатора СТХ-9 на объектах НГДУ ТатРИТЭКнефть / Р.Р. Мингазов, О.Ю. Сладовская, Н.Ю. Башкирцева, В.П. Нефедов, А.В. Кулагин // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. - № 10. - С. 181-186.
2. Мингазов Р.Р. Композиционный деэмульгатор для подготовки тяжелых высоковязких нефтей / Р.Р. Мингазов, А.В. Лужецкий, Н.Ю. Башкирцева, О.Ю. Сладовская, Р.Р. Рахматуллин, В.А. Толстогузов // Экспозиция Нефть Газ. - 2011. - № 1. - С. 15-18.
3. Дияров И.Н. Синтез и исследование олигоуретанов для процессов подготовки тяжелых высоковязких нефтей / И.Н. Дияров, Н.Ю. Башкирцева, О.Ю. Сладовская, Р.Р. Мингазов, Ю.А. Ковальчук, А.В. Лужецкий // Вестник Казанского технологического университета. - 2009. - № 5. - С. 343-348.
4. Сладовская О.Ю. Применение коллоидных систем для увеличения нефтеотдачи пластов / О.Ю. Сладовская, Д.А. Куряшов, А.И. Лахова, Р.Р. Мингазов, И.Ф. Исмагилов, Б.Р. Вагапов // Вестник Казанского технологического университета. - 2010. - № 10. - С. 585-591.
5. Мингазов Р.Р. Составы для обезвоживания нефти на основе неионогенных и ионогенных поверхностно-активных веществ / Р.Р. Мингазов, О.Ю. Сладовская, Н.Ю. Башкирцева // В материалах V Всероссийской научно-практической конференции Нефтепромысловая химия. М., - 2010. С. 123 - 124.
6. Мингазов Р.Р. Цвиттер-ионные поверхностно-активные вещества в составах для обезвоживания нефти / Р.Р. Мингазов, Н.Ю. Башкирцева, О.Ю. Сладовская // В материалах V Всероссийской научно-практической конференции Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа. Томск, - 2010. С. 251 - 254.
7. Мингазов Р.Р. Синергизм в композиционных составах на основе неионогенных и ионогенных поверхностно-активных веществ / Р.Р. Мингазов, О.Ю. Сладовская, Н.Ю. Башкирцева // В материалах Всероссийской научной школы для молодежи Проведение научных исследований в области инноваций и высоких технологий нефтехимического комплекса. Казань, - 2010. С. 40.
8. Мингазов Р.Р. Разработка высокоэффективных деэмульгаторов на основе смеси неионогенных и ионогенных поверхностно-активных веществ / Р.Р. Мингазов, Н.Ю. Башкирцева, О.Ю. Сладовская // В материалах X Международной научно-практической конференции Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности. Санкт-Петербург, - 2010. С. 310 - 311.
9. Мингазов Р.Р. Применение композиционных деэмульгаторов при разрушении нефтяных эмульсии месторождений НГДУ ТатРИТЭКнефть / Р.Р. Мингазов, О.Ю. Сладовская, Н.Ю. Башкирцева, В.П. Нефедов, А.В. Кулагин // В материалах 1-ого Российского нефтяного конгресса. М., - 2011. С. 268.
10. Мингазов Р.Р. Исследование коллоидно-химических свойств компонентов структурированных дисперсных систем / Р.Р. Мингазов, И.Ф. Исмагилов, О.Ю. Сладовская, Д.А. Куряшов, И.А. Габдрахманова // В материалах VI Всероссийской научно-практической конференции Нефтепромысловая химия. М., - 2011. С. 76.
11. Зяббарова А.Н. Комплексность действия композиционных деэмульгаторов на основе неионогенных и ионогенных поверхностно-активных веществ / А.Н. Зяббарова, Р.Р. Мингазов, Р.Р. Рахматуллин, О.Ю. Сладовская, Н.Ю. Башкирцева // В материалах Всероссийской молодежной конференции с элементами научной школы Нефть и нефтехимия. Казань, - 2011. С. 54-56.
12. Мингазов Р.Р. Поверхностно-активные свойства композиционных деэмульгаторов на основе олигоуретанов и ионогенных ПАВ / Р.Р. Мингазов, О.Ю. Сладовская, Н.Ю. Башкирцева // В материалах Всероссийской молодежной конференции с элементами научной школы Нефть и нефтехимия. Казань, - 2011. С. 77-80.
Тираж 100 экз. Заказ №
Офсетная лаборатория
ФГБОУ ВПО Казанский национальный исследовательский
технологический университет
420015, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 68
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по химии