Лекционный курс «Производственные водонефтяные эмульсии» Часть 1. Классификация эмульсий. Основные типы структур дисперсной фазы. типы структур дисперсной фазы. Тема 1-4 Механизмы диспергирования в смесях воды и нефти. Механизмы диспергирования в смесях воды и нефти.

По существующим представлениям, в пластовых условиях не происходит диспергирование смесей нефть-вода (водонефтяные эмульсии не образуются) Считают, что водонефтяные эмульсии формируются исключительно в результате подвода к потоку механической энергии в стволе скважины, при прохождении штуцеров, сужений колонны НКТ, клапанов глубинных насосов и т.п. Механическое диспергирование водонефтяных эмульсий

Механическое диспергирование в турбулентных потоках двух несмешивающихся жидкостей

Возможные структуры потока воды и модельной нефти, не содержащей природных ПАВ, (масла) при различных скоростях течения в горизонтальном трубопроводе.

Схемы «инерционного» и «вязкостного» режимов диспергирования жидкостей в турбулентном потоке

Академик А.Н. Колмогоров теоретически доказал, что при механическом диспергировании возникает логнормальное распределение капель по размерам: где d 0 медианный диаметр, параметр распределения

Точки – экспериментальное распределение числа «крупных» капель по размерам в эмульсии с водосодержанием =0,36. Сплошная кривая аппроксимация данных логнормальным распределением

Механическое диспергирование при малых объемных долях одной из жидкостей 1 Вверху высокая полидисперсность при очень малых 1. Внизу механизм снижения полидисперсности при росте 1 за счет формирования удлиненных «нитей» («шнуров»).

Механическое диспергирование при малых объемных долях одной из жидкостей 1 Формирование бимодальных распределений капель при доминирующей роли процессов образования удлиненных «нитей» («шнуров») диспергируемой жидкости

Условие «эквивалентности фаз» - условие «инверсии фаз» в нестабильных ДИСПЕРСИЯХ В/Н Н/В ЭКВ

Метод предсказания «точки инверсии» из публикации (Ngan, 2010)

В промысловых водонефтяных ЭМУЛЬСИЯХ, стабилизированных природными ПАВ, «инверсия фаз» НЕ ПРОИСХОДИТ !

Механическое диспергирование при близких («эквивалентных») объемных долях обеих жидкостей 1 2

НЕФТЬ ВОДА НЕФТЬ Точки – молекулы и частицы «природных эмульгаторов» в нефти Сформированная В/Н эмульсия Причина отсутствия «инверсии фаз» в промысловых водонефтяных эмульсиях

Нерешенная проблема формирования В/Н эмульсий с большой объемной долей дисперсной фазы

По существующим представлениям, в пластовых условиях не происходит диспергирование смесей нефть-вода (водонефтяные эмульсии не образуются) ? ? ?

СПОНТАННОЕ ЭМУЛЬГИРОВАНИЕ

Микрофотография жидкокристаллического слоя на межфазной границе вода - нефть Схема упорядоченного расположения молекул в жидкокристаллическом слое

Возможный механизм самопроизвольного формирования капель воды в жидкокристаллическом слое

Микрофотография «вулкана» спонтанного эмульгирования воды вблизи неоднородности жидкокристаллического слоя на границе раздела нефть-вода. Длина белого отрезка 50 микрон

10 секунд 3 часа Время контакта Спонтанное образование В/Н эмульсии на границе воды с природной Ромашкинской нефтью. Длина белых отрезков – 10 микрон.

Спонтанное образование В/Н эмульсии на границе воды с природной нефтью Канады.

Для системы спонтанно образовавшихся капель, эволюционирующей путем последовательности событий коалесценции характерны экспоненциальные распределения по размерам: где постоянная имеет смысл вероятности коалесценции в единицу времени

Распределение числа капель по размерам в эмульсии на основе Ромашкинской нефти. Точки экспериментальные данные. Сплошные линии лог-нормальные функции. Пунктир – экспоненциальная функция. МЕХАНИЧЕСКОЕ ДИСПЕРГИРОВАНИЕ СПОНТАННОЕ ЭМУЛЬГИРОВАНИЕ (?)

КОНЕЦ ЛЕКЦИИ