Нефтегазовая промышленность состоит из множества различных сложных процессов, включая бурение скважин, повышение нефтеотдачи, трубопроводный транспорт и переработку на нефтеперерабатывающих заводах.

При добыче сырой нефти существуют две основные проблемы, связанные с процессами поверхностного взаимодействия и оптимизацией: первая - повышение коэффициента извлечения сырой нефти, а другая - новые способы обработки и предотвращения образования накипи в трубопроводах.

Единственная нефть на планете доступна, что делает необходимым изучение способов извлечения как можно большего количества сырой нефти из существующих нефтяных месторождений и совершенствования производственных процессов. Один из способов - оптимизировать процесс переработки, чтобы получить больше нефти из залежей. Этому может способствовать более глубокое понимание процессов высвобождения сырой нефти из залежей полезных ископаемых. Другим способом увеличения объема нефти является эффективное разделение сырой нефти из воды и других веществ.

Другой проблемой является образование грязи на разных этапах добычи нефти, что может привести к снижению эффективности передачи, потреблению слишком большого количества энергии и увеличению затрат. Основным фактором, вызывающим эту проблему, является асфальт, который, как правило, адсорбируется на границе каждого этапа добычи нефти. Асфальт накапливается и осаждается при различных условиях обработки, и эта высокая тенденция осаждения вызывает головную боль, поскольку она может привести к накоплению и засорению осадков, таких как накопление теплообменников и засорение трубопроводов.

Повышение нефтеотдачи

На этапе добычи нефти для повышения коэффициента добычи могут использоваться различные оптимизированные методы сбора, такие как поверхностно - активные вещества или выхлоп углекислого газа. После введения в залежи поверхностно - активных веществ или углекислого газа они вступают в контакт с залежью и взаимодействуют с ней, изменяя тем самым баланс сырой нефти и свойства жидкости. Это может привести к осаждению и накоплению тяжелых органических твердых веществ главным образом асфальта. Эти явления привели к изменению увлажняемости и снижению проницаемости коллекторных пород, что привело к снижению коэффициента извлечения.

Важным параметром является поверхностное натяжение между сырой нефтью и вытеснителем. Чем ниже значение поверхностного натяжения, тем лучше растворимость драйвера для сырой нефти. Интерфейсное натяжение между углекислым газом и сырой нефтью было глубоко изучено, поскольку углекислыйгаз является одним из наиболее перспективных драйверов нефти.

Диаграмма функциональной взаимосвязи между натяжением на границе между углекислым газом и сырой нефтью и давлением. Тестирование проводилось с помощью высоковольтного модуля Attansion Theta.

Прикладной дайджест: использование углекислого газа для увеличения добычи сырой нефти

QSense QCM - D может имитировать адсорбцию поверхностно - активных веществ на молекулярном уровне для оптимизации процесса добычи нефти в реальном времени. Моделирование адсорбции с использованием полимеров в экспериментах также может быть достигнуто путем воспроизведения на наноуровне для повышения коэффициента извлечения сырой нефти.

Адсорбция битума на твердых поверхностях

Помимо стабилизации нефтяных и водных поверхностей, битум может адсорбироваться на твердых поверхностях на различных этапах процесса рекуперации и переноса нефти. Чтобы понять механизм осаждения битума, необходимо иметь базовое понимание взаимодействия между битумом и твердым телом. QSense QCM - D может использоваться для обозначения адсорбции битума и накипи на различных поверхностях в различных условиях растворителя.

Осадки и осаждение асфальта могут привести к изменению смачиваемости и снижению проницаемости пород коллектора, что приведет к снижению коэффициента извлечения. Измерение угла контакта позволяет изучить связь между смачиваемостью сырой нефти, жидкости и породы и натяжением интерфейса. Измерение угла контакта также может проводиться при высоком давлении и высокой температуре, имитирующих условия залегания.

[Поведение ПАВ и эмульсии / ПАВ]

Почти все промышленные продукты используют поверхностно - активные вещества, от моющих средств до красок, косметики до продуктов питания. Поверхностно - активные вещества в зависимости от системы, которую они применяют, могут использоваться в качестве моющих средств, увлажнителей, эмульгаторов, пенообразователей и дисперсантов. Природные поверхностно - активные вещества также могут привести к нежелательным свойствам продукта. Представление поверхностно - активных веществ имеет решающее значение для обеспечения оптимальной производительности продукта и процесса.

Поверхностно - активные вещества обычно являются двуродительскими органическими соединениями, что означает, что они содержат как гидрофильные (растворимые в воде), так и гидрофобные (нерастворимые в воде) части. Из - за их двуродственных свойств поверхностно - активные вещества адсорбируются на интерфейсе, тем самым уменьшая поверхностное и поверхностное натяжение между двумя фазами.

Во многих промышленных процессах поверхностно - активные вещества могут быть добавлены для улучшения производительности продукта. Например, поверхностно - активные вещества используются в качестве моющих средств для повышения эффективности чистых продуктов, а также могут использоваться в качестве увлажнителей в красках или эмульгаторах в пищевых продуктах. Другим аспектом поверхностно - активных веществ являются природные соединения, используемые в качестве поверхностно - активных агентов. К ним относятся битум, найденный в тяжелой сырой нефти, что может вызвать различные проблемы при добыче сырой нефти.

Адсорбция поверхностно - активных веществ на границе газа - жидкости или жидкости - жидкости

Эффективность поверхностно - активных веществ измеряется путем измерения их способности снижать поверхностное или поверхностное натяжение и стабилизировать эмульсию, а также путем изучения гидрофильного баланса (HLB).

Измеряя соотношение между поверхностным и поверхностным натяжением и концентрацией, можно определить максимальное значение поверхностного натяжения или снижения поверхностного натяжения, которое может быть создано данным ПАВ или смесью ПАВ. Это также важно с экономической точки зрения, поскольку количество используемых поверхностно - активных веществ напрямую влияет на стоимость продукта. Что касается концентрации ПАВ и токсичности ПАВ, то необходимо также учитывать экологические факторы. Измерения критической концентрации пучка обычно используются для определения оптимального количества поверхностно - активных веществ в препарате.

[Загрузить поверхностное и интерфейсное натяжение - что это такое и как его измерить?]

Поглощение поверхностно - активных веществ на твердых поверхностях

Важно понимать адсорбцию поверхностно - активных веществ на твердых поверхностях, таких как производство красок, фильтрация воды или производство сырой нефти. В случае краски это сложная смесь на водной основе, которая включает в себя различные компоненты, такие как частицы пигмента, полимеры и поверхностно - активные вещества. Частицы пигмента придают краске необходимый цвет, а полимеры увеличивают вязкость и поверхностно - активные вещества, чтобы повысить стабильность и увлажняемость краски. Проблемы возникают, если на поверхности пигмента предпочтение отдается адсорбции полимеров, а не поверхностно - активных веществ. Это может привести к снижению цвета и сцепления сухой пленки.

Проблемы, связанные с адсорбцией битума при добыче сырой нефти

Поскольку многие недавно обнаруженные запасы содержат битум (нефтеносные пески, мазут), интерес к битуму растет. Асфальт является высокомолекулярным компонентом сырой нефти, его точная молекулярная структура неизвестна и обычно классифицируется как нерастворимый в алкильных углеводородах, таких как n - пентан и n - гептан, но растворимый в толуоле. Асфальт, как правило, адсорбируется на интерфейсе, тем самым повышая стабильность масляной эмульсии (связанной со стабильностью эмульсии) и изменяя увлажняющее поведение залежи. Адсорбция битума в процессе переработки сырой нефти также может привести к загрязнению трубопроводов и другим проблемам.

Чтобы понять механизм осаждения битума, необходимо иметь базовое понимание взаимодействия между битумом и твердым телом. QSense QCM - D может использоваться для обозначения адсорбции битума и загрязнения различных поверхностей в различных условиях растворителя.

Осадок и осаждение асфальта могут привести к изменению смачиваемости и снижению проницаемости коллекторных пород, что приведет к снижению коэффициента добычи нефти. Измерения угла контакта позволяют изучать смачиваемость и поверхностное натяжение между маслом, жидкостью и породой. Измерение угла контакта также может быть произведено при моделировании условий залегания при высоком давлении и высокой температуре.

Динамическая характеристика адсорбции поверхностно - активных веществ на границе твердой жидкости

Как мы видим, поверхностно - активные вещества и их поведение на стыке твердой жидкости лежат в основе многих областей, от биологических применений до дезактивации и очистки до повышения нефтеотдачи. Технология QSense QCM - D позволяет отображать поверхностно - активные вещества, системы поверхностно - активных веществ и смеси поверхностно - активных веществ в зависимости от динамики и поведения на интерфейсе. Эта технология поверхностной чувствительности позволяет изучать динамику адсорбции и десорбции поверхностно - активных веществ на различных поверхностях и контролировать динамику адсорбции в режиме реального времени. Поверхности могут легко меняться, что позволяет планировать влияние поверхностных материалов, функциональности поверхности и гидрофильности или гидрофобии. Можно также определить толщину слоя адсорбционного ПАВ и отслеживать морфологические изменения в адсорбционной пленке в зависимости от концентрации различных ПАВ, pH, концентрации соли и температуры. Эта технология также позволяет исследовать и демонстрировать взаимодействие поверхностно - активных веществ с такими слоями, как липидные пузырьки или полимеры и полиэлектролиты.

[Поверхностно - активные вещества и стабильность эмульсии / эмульсии]

Эмульсия представляет собой смесь двух или более жидкостей, которые обычно несовместимы друг с другом. С термодинамической точки зрения эмульсия является нестабильной системой, поскольку жидкостно - жидкостная система имеет естественную тенденцию к разделению и снижению энергии ее интерфейса.

Стабильность эмульсии можно определить как способность системы противостоять изменениям ее физико - химических свойств со временем. Стабильность эмульсии очень важна во многих промышленных применениях, включая краски, продукты питания, сельскохозяйственные рецептуры, индивидуальный уход и нефть. Несколько механизмов, таких как эмульсия, флокуляция и агрегация, могут привести к потере молока.

Хотя стабильность эмульсии необходима в большинстве промышленных продуктов и процессов, есть также процессы, которые не требуют стабильности эмульсии. Например, рекуперация сырой нефти требует отделения сырой нефти от воды до ее транспортировки, или очистка сточных вод не требует эмульсии.

Тест интерфейсной реологии предсказывает стабильность эмульсии

Интерфейсная реология - это особая ветвь реологии, которая включает в себя изучение специальных двумерных систем, сформированных на интерфейсе. Подобно тому, как реология изучает поток жидкости, интерфейсная реология изучает характеристики потока на границе раздела жидкости.

Интерфейсная реология в продуктах питания и напитках

Белки могут использоваться в качестве поверхностно - активных веществ в продуктах питания, но также могут быть добавлены другие стабилизаторы для повышения стабильности. Фосфолипиды являются одним из немногих природных поверхностно - активных веществ. Природные поверхностно - активные вещества вызывают растущий интерес по мере того, как экологические и медицинские проблемы привлекают внимание.

Скачать Applied Digest: адсорбция белков на границе между газом и масляной водой и гелирование интерфейса

Прикладной дайджест скачать: интерфейсная реология мономолекулярного слоя на газожидкостном интерфейсе

Смотреть вебинар: интерфейсная реология: от основ к приложениям

Поверхностные характеристики неионных эмульгаторов промышленного класса

ПАВ широко используется в промышленных применениях, таких как краски, продукты питания, сельскохозяйственные рецептуры, индивидуальный уход и нефть, где важна стабильность эмульсии и пены. Алкоэтиленглициды заменяют более токсичные алкилфенолэтоксиды, которые традиционно используются в качестве эмульгаторов во многих областях применения. Тем не менее, гликол прямой цепи не продемонстрировал таких же хороших свойств эмульгатора, как алкилфенол - этиленоксид, главным образом потому, что последний имеет более крупный хвост. Это связано с тем, что полярные головки и углеводородные хвосты имеют разные размеры, что препятствует образованию плотно накапливающихся пленок на интерфейсе.

Были изучены адсорбционные и поверхностно - реологические свойства двух неионных поверхностно - активных веществ промышленного класса, основанных на различных количествах EO - групп. Речь идет о C10EO6 и C10EO14.

Изотермические линии поверхностного давления обоих ПАВ соответствуют модели переориентации. Однако данные поверхностного реологии интерпретируются по - разному. Это показывает, что C10EO6 может быть объяснен в рамках модели процесса диффузионной релаксации, в то время как C10EO14 отклоняется от процесса диффузионной релаксации, и его реакция поверхностного потока близка к реакции поверхностно - активных неионных полимеров. На рисунках 1 (C10EO6) и 2 (C10EO14) показаны модули накопления энергии (E ') и модули потерь (E'), полученные в результате колебаний двух поверхностно - активных агентов на двух частотах (0,02 Гц и 0,5 Гц). Результаты показали, что только экспериментальные данные по поверхностно - активному агенту C10EO6 хорошо согласуются с предложенной моделью.

Рисунок 1. Функция зависимости ПАВ C10EO6 от концентрации ПАВ в организме на двух частотах (0,02 Гц - треугольник) и (0,5 Гц - ромб) для хранения модуля (E ', полый символ) и модуля потерь (E', сплошной символ). Реальные и пунктирные линии являются оптимальными кривыми соответствия экспериментальным данным модели диффузии.

Рисунок 2. Функция соотношения между модулем хранения (E ', полый символ) и модулем потерь (E', сплошной символ) поверхностно - активного агента C10EO14 на двух частотах (0,02 Гц - треугольник) и (0,5 Гц - ромб) и концентрацией тела поверхностно - активного агента. Реальные и пунктирные линии являются оптимальными кривыми соответствия экспериментальным данным модели диффузии.

Характеристики поверхностного потока обоих поверхностно - активных веществ указывают на то, что они образуют вязко - эластичный слой на границе между воздухом и водой, но адсорбционные мембраны проявляют разное поведение из - за различного количества кислородно - этиленовых групп. Для более мелких поверхностно - активных веществ данные о адсорбции и потоке соответствуют модели диффузии, в то время как более крупные поверхностно - активные вещества C10EO14 демонстрируют поверхностное поведение, более близкое к поведению поверхностно - активных полимеров. Более того, сравнение упругости расширения и вязкости двух поверхностно - активных веществ показывает, что эластичность может быть увеличена за счет увеличения количества групп EO. эластичность адсорбционной мембраны ПАВ напрямую связана со стабильностью пены и эмульсии. Таким образом, поверхностно - активные вещества C10EO14 могут образовывать более стабильный антиагломерационный слой, чем более короткие ПАВ C10EO6. Тем не менее, C10EO6 обладает большей способностью к образованию, чем C10EO14, из - за более высокой диффузии первого ПАВ. Таким образом, эти результаты могут найти интересное применение для рационального развития стабильных пеноматериалов и эмульсий с использованием неионных поверхностно - активных веществ, содержащих группы кислорода.

文献依据: P. Ramírez, L.M. Pérez-Mosqueda, L.A. Trujillo-Cayado, M. Ruiz, J. Munoz, R.Miller, Равновесие и поверхностная реология двух поверхностно-активных веществ полиоксиэтилена (CiEOj), отличающихся по количеству оксиэтиленовых групп, Colloids Surf., A 375(2011) 130–135.

Асфальтоустойчивая масляно - водная эмульсия

Когда масло перерабатывается, образуется сложная масляно - водная эмульсия. Асфальт, адсорбируемый на границе между маслом и водой, как правило, повышает стабильность этих эмульсий. Стабильная масляно - водяная эмульсия обычно не требуется, так как это увеличивает расходы на перекачку и транспортировку и разъедает трубопроводы, насосы и дистилляционные колонны.

Поверхностную активность битума можно оценить с помощью оптического натяжения с помощью простого измерения поверхностного натяжения. Комбинируя высоковольтные полости в систему, можно проводить измерения при высоком давлении и высокой температуре.

Другим широко используемым методом является изучение изменчивости интерфейса между нефтью и водой. эластичность интерфейса связана со стабильностью эмульсии нефти и воды. Поверхностная изменчивость адсорбционного слоя асфальта может быть изучена методом колебательных капель. Другим методом является использование интерфейсного сдвигового потока (ISR) на основе поплавкового преобразователя для представления реляционной функции плотности накопления битума.

Угловой микроскоп Брюстера позволяет визуализировать морфологические исследования битума на воздушно - водной границе.

Скачать Applied Digest: Гелидированная адсорбция белков на границе между воздухом и водой и нефтью и водой

Скачать: Изображение тонкопленочной структуры: угловой микроскоп Брюстера

Смотреть вебинар: интерфейсная реология: от основ к приложениям

[ПАВ и эмульсия / молоко]

Подобно тому, как стабильность эмульсии важна во многих промышленных процессах и продуктах, сломанное молоко также имеет решающее значение в других средах.

Антиэмульсионный эффект или эмульсия особенно важны при добыче сырой нефти и очистке сточных вод. При добыче сырой нефти обычно производится водяная эмульсия в масляных упаковках. Эти эмульсии могут быть очень стабильными из - за природного асфальта и смолы, присутствующих во многих сортах сырой нефти. Эффективное разделение сырой нефти и воды имеет решающее значение для качества сырой нефти, а также для обеспечения высококачественного разделения водной фазы при низких затратах.

Деэмульгатор используется для дестабилизации водной эмульсии в масле

С технологической точки зрения существует два аспекта: скорость, с которой происходит разделение, и количество воды, оставшейся в сырой нефти. Производимая нефть обычно должна соответствовать спецификациям компании и трубопровода. Как правило, нефть, загруженная с мокрых установок по переработке сырой нефти, может содержать не более 0,2% BS & W (основные осадки и вода) или 4,5 кг соли на тысячу баррелей сырой нефти. Это довольно низкое требование к концентрации предназначено для уменьшения коррозии и осаждения соли.

Процесс разделения эмульсии на масло и воду включает в себя дестабилизацию эмульсионной пленки вокруг капель. Существует несколько способов, которые могут быть использованы для дестабилизации эмульсии, таких как добавление химического деэмульгатора, повышение температуры эмульсии, применение электрического поля для содействия концентрации эмульсии и изменения физических свойств. В настоящее время широко используется химический деэмульгатор.

Деэмульгатор - это поверхностно - активный реагент, используемый для переноса и нейтрализации воздействия эмульгатора на границе между нефтью и водой. Во время грудного вскармливания важно выбрать подходящий деэмульгатор. Учитывая разнообразие компонентов в сырой нефти, важно выбирать деэмульгаторы в зависимости от типа сырой нефти. Параметры потока интерфейса, особенно эластичность расширения интерфейса, связаны со стабильностью эмульсии. Эффективность деэмульсии может быть получена путем измерения поверхностного потока на границе между нефтью и водой при добавлении деэмульгатора.

[ПАВ и эмульсия / пена]

Пеноматериалы очень важны во многих промышленных продуктах и процессах. Пена обычно требуется в уходе за телом и пище, но в некоторых промышленных процессах, таких как печать, перекачка и смазка, пена не нужна и требует использования пеногасителей. Во многих процессах, таких как флотация и повышение нефтеотдачи, используются пеноматериалы.

Пену можно считать воздушно - водной эмульсией. Как и в масляной эмульсии, молекулы поверхностно - активных веществ необходимы для снижения поверхностного натяжения между газо - водным интерфейсом для образования пены.

Пеноматериалы для повышения нефтеотдачи

Газопоглощение (например, углекислыйгаз, метан или азот) часто используется для повышения коэффициента добычи сырой нефти. Однако, поскольку газ имеет более низкую вязкость и плотность по сравнению с водой и маслом, возникают такие проблемы, как перенос газовых каналов через зоны с высокой проницаемостью и перенос газов в верхнюю часть пористой среды. Поэтому эффективность объемного сканирования с пневматическим приводом часто хуже. Для повышения эффективности пневматического привода рекомендуется использовать пеноматериалы для инъекций.

Пеноматериалы обеспечивают способ снижения текучести газа для увеличения выбросов и эффективности продувки. Основной проблемой метода EOR на основе пеноматериалов является стабильность пеноматериалов. Пеноматериалы должны быть стабильными в пористых структурах, чтобы быть эффективными рециркуляторами. Поверхностно - активные вещества играют ключевую роль в стабильности пеноматериалов. Например, для производства стабильных пеноматериалов углекислого газа с водяными пакетами (одна из наиболее изученных систем пеноматериалов) крайне важно разработать поверхностно - активные вещества, способные стабилизировать границу между углекислым газом и водой в условиях хранения.