Альтернативный метод получения квазимонодсперсной водомасляной эмульсии

Abstract

Актуальность. Разрушение нефтяной эмульсии является одной из наиболее существенных проблем в системах подготовки нефти, поскольку содержащиеся в скважинной жидкости примеси создают достаточно прочные адсорбционные оболочки дисперсной фазы, оболочки стабилизируют эмульсию и препятствуют её разложению. В настоящее время разработаны различные методы разрушения эмульсий. Одним из наиболее популярных из них является использование химических деэмульгаторов, которые имеют ряд недостатков. Другим методом разрушения эмульсий является использование физического воздействия, например, акустического. Акустическое воздействие на каплю с частотой, близкой к резонансной частоте капли, интенсифицирует разрушение эмульсии, при этом собственная частота колебаний капли эмульсии зависит от поверхностного натяжения и плотности дисперсной фазы, а также от радиуса капли. Метод, предлагаемый авторами, заключается в приближении эмульсии к её монодисперсной версии с последующим воздействием на неё акустическими волнами в узком диапазоне частот, при этом диапазон частот согласован с размерами капли дисперсной фазы полученной эмульсии. Поскольку в натурных экспериментах получить модисперсную эмульсию невозможно, авторы предлагают называть такую версию эмульсии квазимонодисперной, то есть близкой к монодисперсной эмульсии. В работе рассматривается один из вариантов получения квазимонодиспресной эмульсии. Цель: описание метода получения квазимонодисперсной среды с целью разрушения эмульсии резонансной частотой, соответствующей радиусу глобулы квазимонодсперсной среды. Объект: водомасляная эмульсия. Методы: термодинамические потенциалы, физико-химическая гидродинамика, дифференциальные уравнения. Результаты. Получена дифференциальная функция распределения скоростей по координатам и времени, показывающая, что эмульсия является более устойчивой при её мелкой дисперсности. Оценено время оседание дисперсной фазы в эмульсии. Получена формула, позволяющая определить минимальный радиус капли в эмульсии при фиксированном давлении и температуре. Получена формула, позволяющая определить энергию Гиббса системы. Авторам работы удалось свести уравнения в частных производных Навье- Стокса к системе обыкновенных дифференциальных уравнений и получить компоненты скоростей и давление при известной скорости вращения диска, определить механический момент сопротивления диска.

Relevance. One of the priority areas of the oil and gas sector of the domestic economy is to increase the efficiency and profitability of commercial oil preparation, however, the scientific results obtained in this area are insufficient for modern technological requirements. The issues of lack of data for the development of reliable mathematical models of oil emulsion destruction, as well as input signals for regulating control of technological equipment for oil preparation, have not been resolved. Oil produced in the fields is a direct or reverse water-oil emulsion with a unique dispersed composition for each well. Currently, the size analysis of oil emulsion droplets in the field is carried out using a classical laboratory method, which has a low rate of obtaining analysis results, while the size distribution of globules carries information about such properties of the dispersed system as degradation rate, long-term stability, viscosity and others. Knowing the droplet size distribution of a particular oil emulsion, it is possible to select the most rational methods for its destruction and the necessary technical parameters of the devices used to implement these methods. In particular, when a droplet is exposed to a frequency close to its own, intensification of destruction is possible. In particular, one of the methods proposed by the authors is to bring the emulsion closer to its monodisperse version. Since it is not possible to obtain a modisperse emulsion in natural experiments, the authors propose to call this version of the emulsion quasi-monodisperse, that is, close to a monodisperse emulsion. This work examines one of the options for producing a quasi-monodisperse emulsion. Aim. To describe the method for obtaining a quasi-monodisperse medium for destroying the emulsion with a resonant frequency corresponding to the radius of the globule of the quasi-monodisperse medium. Object. Water-in-oil emulsion. Methods. Thermodynamic potentials, physico-chemical hydrodynamics, differential equations. Results. The authors have obtained the differential velocity distribution function over coordinates and time, showing that the emulsion is more stable when it is finely dispersed, and estimated settling time of the dispersed phase in the emulsion. They obtained the formula that allows one to determine the minimum radius of a droplet in an emulsion at a fixed pressure and temperature and another one that allows one to determine the Gibbs energy of the system. The authors managed to reduce the Navier-Stokes partial differential equations to a system of ordinary differential equations and obtain the velocity components and pressure at a known speed of rotation of the disk, and determine the mechanical moment of resistance of the disk