Д.х.н., профессор Надиров К.С., д.т.н., к.т.н., доцент Жантасов М.К.,

к.т.н., доцент Бимбетова Г.Ж., магистр Ерменов С.М.,

магистрант Калменов М.У., магистрант Джусенов А.У.,

магистрант Боташев Е.Т.

Южно-Казахстанский государственный университет им.М.Ауэзова,

Республика Казахстан

Влияние состава деэмульгаторов серии «Госсильван» на выбор метода повышения их эффективности

До недавнего времени основным условием достижения необходимой эффективности деэмульгаторов (ДЭ) считался их подбор для нефти конкретных месторождений. Причем этот подбор осуществляется в основном лишь эмпирически: перебором возможных вариантов смесей из нескольких реагентов и проверкой их действия на конкретные водонефтяные эмульсии. До сих пор на основе большого ассортимента предлагаемых ДЭ не создан универсальный реагент. Это связано со свойствами добываемой нефти (состав, физико-химические и коллоидно-химические свойства нефти, минерализация пластовой воды, состав и количество механических примесей, обводненность нефти, температура), с разнообразием технологий ее добычи [1]. Поэтому возникает необходимость методологического подхода к выбору ДЭ, способа повышения его эффективности и к оценке его свойств. Поскольку стоимость ДЭ достаточно велика и доля ДЭ в себестоимости подготовки нефти достигает 10%, то проблема повышения их эффективности за счет снижения расхода и повышения деэмульгирующих свойств весьма актуальна. Оптимизация применения ДЭ на основе знания их свойств позволит наилучшим образом решать технологические задачи подготовки нефти при минимальных затратах.

Одним из направлений в решении этой задачи является создание композиций, в составе которых входит несколько индивидуальных соединений, в смеси проявляющих синергетический эффект; в состав композиции могут быть включены ПАВ со свойствами смачивателя, диспергатора, коагулянта. Такие композиции, как правило, наряду со свойствами присущими отдельным компонентам, входящим в их состав, обладают комплексом свойств, являющихся результатом их совместного действия. Этот путь позволяет усилить наиболее важные характеристики реагентов и расширить их функциональное действие [2-4]. В работах [5,6] предлагается другой путь - научно обоснованный способ повышения эффективности ДЭ путем получения их «наномодификаций». Суть разработанной методики получения «наномодификаций» ДЭ заключается в достижении такой оптимизации межмолекулярных взаимодействий в их товарных формах, при которой они приобретают способность находиться в своих растворах в виде критической наноэмульсии с размерами частиц порядка 30-100 нм. Уникальность нанодеэмульгаторов обусловлена появлением у таких реагентов дополнительного высокоэффективного механизма деэмульгирования.

В связи с этим актуальной становится разработка новых наномодифицированных или композиционных ДЭ на основе недорогих и доступных ПАВ отечественного производства. Целью проведенных исследований являлся выбор способа повышения эффективности ДЭ серии «Госсильван» в зависимости от их состава. В качестве объектов исследования выбраны несколько ДЭ серии «Госсильван» различного состава, результаты изучения которых опубликованы нами ранее [7,8]. Нами исследована растворимость некоторых ДЭ серии «Госсильван» в воде и гексане, который в этих экспериментах использовался в качестве модели легкой нефти, и межфазное натяжения «нефть-вода». Поверхностную активность ДЭ вычисляли по изменению межфазного натяжения вода-нефть методом отрыва капель. Растворимость ДЭ и их способность образовывать критические эмульсии определяли и рассчитывали по изменению светопропускания S растворов и по расчетной величине Д= - lg S (турбидиметрической оптической плотности коллоидной системы) на фотоколориметре «ЭКОТЕСТ-2020» при длине волны 540 нм. Определяли также повышение величины турбидиметрической оптической плотности коллоидной системы. Размер частиц критической эмульсии рассчитывали по эмпирическому уравнению Ангстрема с помощью спектров светопропускания растворов ДЭ, которые регистрировали на цифровом спектрофотометре PD-303 [6]. Оценку полученных результатов и их статистической достоверности осуществляли с использованием прикладных программ «MathCAD» и «Statistica».

Полученные результаты представлены в таблице 1 и на рисунке 1. Поведение ПАВ «Госсильван - 3» и композиционного ДЭ различно, степень помутнения раствора в случае исследования композиционного ДЭ гораздо ниже. В соответствии с классификацией ДЭ по механизмам деэмульгирования [6], наши ДЭ попадают в различные группы (таблица 1). ДЭ «Госсильван - 1» и «Госсильван - 3» относится к реагентам второй группы с третьим механизмом действия, т.е. они способны к образованию критических эмульсий.

Таблица 1. Классификация деэмульгаторов

Растворимость (концентрация 500мг/л, температура 20^о С)		Растворимость в эмульсии	Механизмы деэмульгирования	Тип реагента (исследуемый деэмульгатор)
В воде	В гексане
Двухфазная система	Гомогенный раствор	Малорастворимые	1	4 (композиционный деэмульгатор серии «Госсильван»)
Двухфазная система	Критическая эмульсия	Критическая эмульсия	3	1
Критическая эмульсия	Критическая эмульсия			2 («Госсильван – 1-3»)
Гомогенный раствор	Двухфазная система	Водорастворимые	2	3

1-3 – «Госсильван - 1», 4-6 – «Госсильван - 3», 7-9 – композиционный ДЭ серии «Госсильван».1,4,7 - ДЭ в нефти при условиях, благоприятных для образования «критической наноэмульсии», 2,5,8 - ДЭ в воде, 3,6,9 - ДЭ в нефти.

Рисунок 1 – Влияние концентрации ДЭ на изменение межфазного натяжения

Исследованный композиционный ДЭ серии «Госсильван», вследствие своего сложного состава, относится в четвертой группе с первым механизмом действия и, судя по этому, не может существовать в виде наноэмульсии. Наиболее высокая деэмульгирующая способность характерна для реагентов, способных образовывать критические эмульсии в водной или углеводородной фазах водонефтяной эмульсии в температурном диапазоне подготовки нефти (10-50°С) и минимальных концентрациях (100 мг/л). Эти положения подтверждают данные рисунка 1, из которых следует, что в определенных условиях «Госсильван – 1 и 3» в нефти (кривые 3,6,9) работает преимущественно по адсорбционному механизму и поэтому наблюдается закономерное снижение величины межфазного натяжения его нефтяных растворов на границе с водой. Повышение величины межфазного натяжения нефтяных растворов ДЭ на границе с водой (кривая 1,4) возможно только в определенных условиях, соответствующих образованию критических наноэмульсий. Для исследованных ДЭ эти условия следующие: состав бинарного растворителя, %: изопропанол – 40-55, нефрас – 60-45, содержание активной части реагента «Госсильван-3» в бинарном растворителе, % - 50-60, температура ввода активной части в растворитель,^о С – 40. Поскольку повышение межфазного натяжения говорит о десорбции эмульгатора из межфазного слоя, можно предположить, что это явление обусловлено экстракцией природных эмульгаторов нанокаплями критической эмульсии ДЭ, являющихся третьей жидкой фазой водонефтяной эмульсии [5,6]. Зависимость межфазного натяжения от концентрации водорастворимого ДЭ в воде (кривые 2,5,8) свидетельствует о том, что в этом случае реализуется механизм обращения фаз. Зависимость, описанная кривой 7, показывает, что в случае применения композиционного ДЭ, в составе которого изначально имеются наномодифицированные компоненты, переход в наносостояние в исследованных условиях всего сложного комплекса не происходит. Это означает, что его эффективность вышеописанным способом повысить не удается и для него необходима оптимизация состава с целью повышения синергетических взаимодействий.

Таким образом, в зависимости от состава ДЭ перспективно или получение его наномодификаций или составление композиций на его основе путем компаундирования поверхностно-активных веществ различного строения.

Данные исследования проводились благодаря финансированию Комитета науки Министерства образования и науки РК.

Литература

1. Левченко Д.Н., Бергштейн Н.В., Худякова А.Д. и др. Эмульсии нефти с водой и методы их разрушения – М.: Химия. - 1967. – 199 с.

2. Башкирцева Н.Ю. Композиционные деэмульгаторы для подготовки нефти. Автореферат………канд. техн. наук. – Казань. – 1996.

3. Лесничий В.Ф., Баженов В.П., Шипигузов Л.М. и др. Состав для обезвоживания и обессоливания нефти. Патент РФ №2105789. -1998. // БИ №6, 1998.

4. Тудрий Г.А., Варнавская О.А., Хватова Л.К. и др. Состав для обезвоживания и обессоливания нефти. Патент РФ №2126030. -1999. // БИ №4, 1999.

5. Семихина Л.П., Перекупка А.Г., Плотникова Д.В., Журавский Д.В. Повышение эффективности деэмульгаторов путем получения их наномодификаций.//Вестник Тюменского гос. ун-та.- 2009, № 6. – С. 88-93.

6. Семихин Д.В. Влияние физико-химических свойств растворов деэмульгаторов на эффективность обезвоживания нефти: Дис. … канд. ф.-м. наук. - Тюмень, - 2004. -140 с.

7. Надиров К.С., Бимбетова Г.Ж., Байботаева А.Д., Нурашев Н.Х. Получение наномодифицированного деэмульгатора методом компаундирования поверхностно-активных веществ различного строения. Материалы 6-ой Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Проблемы и инновации современного общества. – Астрахань, 2014. – С. 347-354.

8. Надиров К.С., Жантасов М.К., Бимбетова Г.Ж., Ерменов С.М., Жусупалиев М.А., Отарбаев Н.Ш. Оксиэтилирование жирных кислот гудронов хлопкового масла для получения ПАВ деэмульгирующего действия. Материали за Х Международна научна практична конференция «Найновите научни постижения-2014», Т. 33. Технологии. – София.: «БялГРАД-БГ» ООД , 2014. - С. 69-74.