Способ разделения водонефтяной эмульсии с использованием наночастиц

Способ разделения водонефтяной эмульсии с использованием наночастиц

Реферат

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности области подготовки нефти на промысле, и может быть использовано для интенсификации расслоения водонефтяной эмульсии и повышения качества подготавливаемой нефти.

Изобретение может быть использовано в процессе разработки и эксплуатации нефтяных месторождений, где требуется подготовка нефти на промысле, и обеспечивает сокращение времени на разделение воды и нефти, повышая товарные качества подготавливаемой нефти.

Известен способ использования магнитных наночастиц для удаления загрязнений окружающей среды (Заявка на изобретение US 2012037840), включающий в себя формирование магнитной композиции, содержащей примеси загрязненного вещества и амфифильных веществ, и последующее применение магнитного поля для удаления загрязненных магнитных композиций из окружающей среды.

Однако указанный известный способ предназначен для удаления загрязнений из окружающей среды.

Известен способ получения покрытых углеродом магнитных наночастиц (Патент BRPI 0904098, кл. B22F 1/02, от 2009 г.), который включает в себя уменьшение количества оксида железа на магнитном катализаторе и пиролиз углерода из различных органических соединений.

Однако известный способ предназначен для получения магнитного материала с использованием промышленных отходов (красного шлама) и не относится к области нефтедобычи.

Известен способ получения магнитных адсорбентов (Патент BR 0200516, кл. B01J 20/02, от 2002 г.), который включает метод использования магнитных адсорбентов для удаления органических и неорганических веществ из водных стоков. Сущность способа заключается в получении адсорбентов с высокой адсорбционной емкостью из таких материалов, как активированный уголь, глины, окислы железа, и других магнитных материалов.

Однако известный способ не позволяет получать структурированный углеродный наноматериал с включением в него магнитных частиц. В точности магнитный адсорбент не является интеркалированным магнитным наноматериалом, обладающим гидрофобно-гидрофильными свойствами одновременно.

Известен способ получения функциональных частиц и способ очистки воды (Заявка на изобретение JP 2010142776, кл. B01J 20/26, от 2008 г.), который включает метод очистки воды посредством магнитных функциональных частиц, имеющих амфифильные органические группы, которые погружаются и рассеиваются в воде, адсорбируют на своей поверхности примеси, после чего удаляются с помощью магнитной силы, очищая воду от примесей.

Однако известный способ предназначен для удаления загрязнений из воды посредством магнитных функциональных частиц, которые представляют собой магнитные частицы с привитой функциональной группой поверхностно-активного вещества. То есть известный способ не предназначен для осуществления процесса разделения водонефтяной эмульсии.

Известен способ разделения водонефтяной эмульсии и устройство для его осуществления (Авторское свидетельство SU 1720680, кл. B01D 17/06, от 1979 г.), который включает в себя технологию повышения эффективности процесса разделения водонефтяной эмульсии путем использования магнитного поля напряженностью 1200-20000 Э, а контактный материал и эмульсию перемещают относительно друг друга со скоростью, определяемой по формуле.

Однако известный способ отличается тем, что в нем используется контактный материал, выполненный из оксидов железа, магнетита или феррита крупностью 1,5-0,0005 мм с удельной магнитной восприимчивостью 10000*10^-6 см³/г. То есть в известном способе не используется магнитный наноматериал крупностью от 10 до 100 нм.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ разделения водонефтяной эмульсии (Патент RU 2309001, кл. B01D 17/06, от 2006 г.), который включает в себя технический результат в снижении энергозатрат и упрощении процесса разделения путем нагрева эмульсии и ее смешения с углеводородом, содержащим магнитные частицы, покрытые слоем стабилизатора, после чего смесь разделяют на водную фазу и углеводородную. Из углеводородной фазы выделяют магнитные частицы, которые затем возвращают на смешение с углеводородом.

Недостатком указанного способа является отсутствие структурированной формы магнитных частиц и отсутствие гидрофобно-гидрофильных свойств у частиц магнетита, что по сравнению с предлагаемым техническим решением снижает эффективность воздействия на водонефтяную эмульсию и процесс разделения на нефть и воду.

Технический результат состоит в ускорении процесса разделения водонефтяной эмульсии и снижении остаточной обводненности подготавливаемой нефти.

Указанный технический результат достигается предлагаемым способом разделения водонефтяной эмульсии, включающим введение в эмульсию углеродных нанотрубок, содержащих внутри каждой нанотрубки или на одном из ее торцов металл, выбранный из ряда: железо, кобальт или никель, при этом вводимые углеродные нанотрубки имеют в поперечном сечении размер 10-100 нм, в продольном сечении размер 10-500 пм, в эмульсию одновременно вводят поверхностно-активное вещество, осуществляют перемешивание и последующее воздействие внешним магнитным полем.

В разделяемую эмульсию вводят нанотрубки в количестве 500-1000 мг/л.

Благодаря содержанию внутри углеводородной нанотрубки или на одном из ее торцов металла, выбранного из ряда: железо, кобальт или никель, нанотрубка обладает амфифильными свойствами, которые обеспечивают равномерное распределение на поверхности раздела фаз глобул воды и нефти, что способствует снижению остаточной обводненности подготавливаемой нефти.

Благодаря воздействию внешнего магнитного поля ускоряется процесс разделения водонефтяной эмульсии.

Способ включает в себя последовательность действий. Введение интеркалированных металлом углеродных нанотрубок в водонефтяную эмульсию. Рассеивание углеродных нанотрубок по объему эмульсии путем механического перемешивания, в результате которого происходит связывание гидрофобной части нанотрубки с нефтью. Воздействие на полученную систему внешним магнитным полем приводит в движение нанотрубки в объеме эмульсии. Перемещение нанотрубок по объему эмульсии в направлении действия магнитного поля приводит в движение и слияние диспергированных капель нефти, что способствует ускоренному выпадению связанной воды с образованием границы раздела фаз нефть и вода.

Интеркалированные металлом углеродные нанотрубки могут быть использованы повторно для разделения водонефтяной эмульсии. После разделения водонефтяной эмульсии и извлечения из нее нанотрубки высушиваются при температуре 20-30°С, затем полученная сухая смесь механическим растиранием превращается в порошок, представляющий собой те же нанотрубки, которые могут быть повторно использованы.

Исследования влияния нанотрубок были проведены на водонефтяной эмульсии. При проведении лабораторных испытаний использовали нефти по 100 мл Альняшского месторождения. Сравнивались три пробы: 1 - холостая; 2 – с добавлением ПАВ; 3 - с добавлением ПАВ и нанотрубок. Эксперимент по разделению водонефтяной эмульсии состоял из операции по введению нанотрубок в количестве 500-1000 мг/л в водонефтяную эмульсию с одновременным введением паверхностно-активного вещества (неонол). Пробу перемешивали и ставили на гравитационный отстой с наложением внешнего магнитного поля, влияние которого на эмульсию привело к ускорению процесса расслоения водонефтяной эмульсии по сравнению с пробой без нанотрубок (таблица 1).

Результаты лабораторных испытаний показали, что нанотрубки в твердом составе под воздействием внешнего магнитного поля обеспечивают эффективное разделение водонефтяной эмульсии. Нанотрубки ускоряют процесс расслоения водонефтяной эмульсии и подтоварной воды с одновременным улучшением товарных характеристик подготавливаемой нефти по количеству остаточной обводненности нефти.

Результаты лабораторных испытаний показали, что амфифильный магнитный наноматериал в твердом составе под воздействием внешнего магнитного поля обеспечивает эффективное разделение водонефтяной эмульсии. Материал ускоряет процесс расслоения водонефтяной эмульсии и подтоварной воды с одновременным улучшением товарных характеристик подготавливаемой нефти по количеству остаточной обводненности нефти.

1. Способ разделения водонефтяной эмульсии, включающий введение в эмульсию углеродных нанотрубок, содержащих внутри каждой нанотрубки или на одном из ее торцов металл, выбранный из ряда: железо, кобальт или никель, при этом вводимые углеродные нанотрубки имеют в поперечном сечении размер 10-100 нм, в продольном сечении размер 10-500 пм, в эмульсию одновременно вводят поверхностно-активное вещество, осуществляют перемешивание и последующее воздействие внешним магнитным полем.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что нанотрубки вводят в разделяемую эмульсию в количестве 500-1000 мг/л.