10. Коллоидно-химический подход к изучению нефтяных систем. Классификация НДС по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Наименьшая дисперсная частица из низкомолекулярных соединений должна включать не менее 20-30 молекул с размером 1-6 нм. По общепринятой классификации высокодисперсные частицы с размерами от 1-6 нм до 1000−5000 нм, способные участвовать в броуновском движении, относятся к коллоидным.Таблица 2Основные типы и состав частиц дисперсной фазы в различных НДССостав частиц дисперсной фазыТип НДСПримеры Внутренней частиСольватного слояКарбены, карбоидыПолициклические ареныНеобратимые НДСМальты, нефтяные пеки, смолы пиролизаАсфальтены Полициклические арены, смолыГели и золиМасляные фракции, нефтяные остаткиВысоко молекулярные парафиныСАВГели и золиНефти и нефтяные фракции при охлажденииПузырек газовой фазы из низкокипящих компонентовВысококипящие компонентыГазовые эмульсииНефти и нефтяные фракции в процессе кипенияВерхний предел размера грубодисперсных частиц определяется их склонностью к седиментации в разбавленных НДС и составляет 50−100 мкм. По дисперсности разбавленные (объемная концентрация дисперсной фазы ϕ составляет до 1 %) свободно-дисперсные нефтяные системы подразделяют на три основные группы: ультрамикрогетерогенные (размер наночастиц от 1 до 100 нм); микрогетерогенные (размер частиц от 100 до 10000 нм) и грубодисперсные (размер частиц>10000 нм). Большинство НДС − это склонные к седиментации средне- и грубодисперсные системы, к которым, например, относятся остаточные фракции при н.у. и в процессе деасфальтизации низкомолекулярными алканами, некоторые нативные нефти и т.д.С увеличением степени дисперсности усиливаются молекулярно-кинетические факторы, интенсифицируются диффузионные процессы, возрастает седиментационная устойчивость, ускоряются физико-химические процессы на границе раздела фаз и др. Таким образом, степень дисперсности является одним из важнейших количественных показателей НДС, определяющих их физико-химические и технологические свойства. Однако литературные данные об истинной дисперсности НДС весьма противоречивы в связи с отсутствием неразрушающих их структуру методов исследования. В большинстве методов используются растворители, что существенно искажает истинные размеры частиц дисперсной фазы НДС.Водно-нефтяные эмульсии Классическим примером НДС являются водно-нефтяные эмульсии, они наиболее изучены и часто встречаются в практике нефтяного дела. Водно-нефтяные эмульсии прямые (масло/вода) и обратные (вода/ масло) образуются при добыче, промысловой подготовке, а также при приготовлении нефтепродуктов типа водно-топливных эмульсий, смазочно-охлаждающих жидкостей. Разделение водно-нефтяных эмульсий составляет суть процессов обезвоживания и электрообессоливания на промыслах и в электрообессоливающих установках ЭЛОУ. Химические реагенты, используемые для интенсификации добычи нефти, как правило, часто являются прямыми или обратными эмульсиями. В связи с применением химических реагентов для интенсификации нефтеотдачи, а также дополнительным диспергированием по мере движения скважинной жидкости через технологические устройства происходит образование особо стойких эмульсий и пен. По концентрации дисперсной фазы эмульсии бывают разбавленные (до неск. %), концентрированные (до 70 %) и высококонцентрированные (свыше 70 %). Различают лиофильные и лиофобные эмульсии. Способ получения лиофобных эмульсий заключается в энергетически затратном принудительном эмульгировании одной фазы в другой. Работа диспергирования при образовании сферической капли определяется величиной 4πr2σ. Уменьшение работы диспергирования обеспечивается применением поверхностно-активных веществ (ПАВ) за счет снижения межфазного натяжения σ на границе раздела фаз.4.Устойчивость НДСЛиофильные дисперсные системы являются термодинамически устойчивыми в противоположность термодинамически неустойчивым лиофобным дисперсным системам. Среди дисперсных систем нефтяного происхождения к лиофильным следует прежде всего отнести масляные фракции в процессе селективной очистки, а также остаточные фракции в процессе деасфальтизации − в области критической температуры растворения. Большинство остальных лиофобных НДС, являясь термодинамически неустойчивыми, не могут самопроизвольно образоваться путем диспергирования и характеризуются различной устойчивостью в процессе разделения на макроскопические фазы. . Для принципиально термодинамически неустойчивых лиофобных НДС различают два вида устойчивости: агрегативную и кинетическую (седиментационную). Можно считать, что нефть в пластовых условиях, при которых она пребывает неограниченное время, обладает высокой агрегативной и седиментационной устойчивостью. Под агрегативной устойчивостью понимают способность системы сохранять межфазную поверхность и соответственно поверхностную энергию границ раздела частиц дисперсной фазы с дисперсионной средой. Агрегативная устойчивость определяется способностью НДС противодействовать процессам, ведущим к уменьшению межфазной поверхности, а именно, процессам изотермического укрупнения малых частиц, коалесценции и коагуляции. Агрегативная устойчивость НДС является термодинамической характеристикой системы, и она не может дать ответа на вопрос, как долго система может пребывать в неравновесном состоянии. Поэтому практическую значимость приобретает другая характеристика дисперсного состояния нефтяной системы – ее кинетическая или седиментационная устойчивость. Потеря агрегативной устойчивости ведет к кинетической (седиментационной) неустойчивости системы. Происходит расслоение, разрушение системы в результате выделения коагулятов, представляющих собой в зависимости от плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды осадки или всплывающие образования. Таким образом, кинетическая устойчивость отражает способность системы сохранять в течение определенного времени одинаковое в каждой точке распределение частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде. Высокодисперсные нефтяные системы являются седиментационно-устойчивыми, грубодисперсные − относятся к седиментационно-неустойчивым. Критерием кинетической устойчивости НДС, является фактор устойчивости Фу, представляющий собой отношение концентраций дисперсной фазы, которое устанавливается за фиксированное время в двух слоях, расположенных на определенном расстоянии друг от друга в направлении сил осаждения. Чаще всего для нефтяных остатков определение концентрации дисперсной фазы проводят по содержанию асфальтенов в верхнем и нижнем слоях раствора исследуемого нефтепродукта.ЗаключениеАналитический и коллоидно-химический подход к исследованию нефтяных систем позволил выявить различные аспекты, касающиеся химического состава и дисперсной структуры нефтяных систем. Учитывая привлечение химических методов для увеличения нефтеотдачи пластов, акцент сделан на физико-химических свойствах НДС, проявляющихся в этих процессах. Однако обсуждение вопросов коллоидной химии и физико-химической механики НДС становится возможным только после знакомства с компонентным составом нефти. Список литературы1. Петров А.А., Бальян А.Т., Трощенко А.В. Органическая химия. М. : Высшая школа, 2000. 2. Рябов В.Д. Химия нефти. М. :ГАНГ, 1998, 369 с. 3. Сафиева Р.З., Зиновьева Л.В., Янченко Е.Е., Борисова О.А. Методические указания по дисциплине «Химия нефти и газа» для студентов факультета разработки нефтяных и газовых месторождений, М.: РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2002. 36 с. 4. Сафиева Р.З. Физикохимия нефти. М. : Химия, 1998. 448 с. 5. Левченко Д.Н., Бергштейн Н.В., Николаева Н.М. Технология обессоливания нефтей на нефтеперерабатывающих предприятиях. М.: Химия. 1985. 167с. 6. Зимон А.Д., Лещенко Н.Ф. Коллоидная химия. М.: Агар, 2003. 317 с. 7. Применение пенных систем в нефтегазодобыче/ В.А.Амиян, А.В.Амиян, Л. В.Казакевич, Е.Н. Бекиш. М. :Недра, 1987. 229 с. 8. Химия нефти и газа/ Богомолов А.И., Гайле А.А, Громова В.В. и др. Под ред. Проскурякова В.А., Драбкина А.Е. - СПб:Химия, 1995.- 448 с. 9. Эрих В.Н., Расина М.Г., Рудин М.Г. Химия и технология нефти и газа. 3-е изд. перераб. Л.: Химия, 1985. – 407 с. 10. Уильям Л. Леффлер. Переработка нефти М.: ЗАО «Олимп-бизнес», 1999. 224 с.