Мұнай эмульсияларының түзілуі

Қызылорда қаласы,
Көп салалы гуманитарлық техникалық колледжі,
арнайы пән оқытушысы
Қадырбаева Динара
Сабақтың тақырыбы: Мұнай эмульсияларының түзілуі
Сабақтың мақсаты:а) білімділік: Оқушыларға  тақырыптың мәнін ашып,жаңа материалдармен таныстыру. Жаңа тақырып бойынша түсіндіру, мұнай кен орындарының өлшемі мен пішініне техникалық сипаттама беру, тақырыпты оқушыларға ұғындырып үйрету.
б) тәрбиелік: оқушыларды ұжымшылдыққа, үнемділікке, ұқыптылыққа баулу,өз мамандығына жауапкершілікке тәрбиелеу ;
в) дамытушылық: оқушылардың өз еркімен ізденіп, ой-өрісін қалыптастыру, ойлау қабілеттерін дамыту

 Сабақтың түрі: теориялық
Сабақтың типі: дәстүрлі(құрамдас)
Сабақтың көрнекілігі:  компьютердегі слайд, оқулық, плакаттар,суреттер мен сызба схемалары
Оқыту  әдістері: топтық,сұрақ-жауап, салыстыру, түсіндіру, баяндау
Сабақтың өткізілу барысы: 80 мин
І. Ұйымдастыру кезеңі – оқушылардың сабаққа қатысуын тексеру, олардың дайындығына және дәрісхананың тазалығына назар аудару. 2мин
ІІ. Өткен тақырып бойынша оқушылардың білімін тексеру. 23мин
1-ші тапсырма. Оқушыларға ауызша төмендегідей сұрақтар қойылады:
1. Абсолюттік ылғалдылық?
Жауабы:. Абсолюттік ылғалдылық деп қалыпты жағдай кезіндегі 1м3 газдың құрамында болатын су буының массалық құрамын айтамыз.
2. Салыстырмалы ылғалдылық?
Жауабы: Салыстырмалы ылғалдылық деп ылғалдылық құрамының ылғалды сыйымдылыққа қатынасын айтамыз. Салыстырмалы ылғалдылықты – газ құрамындағы су буының парциалды қысымының —  берілген температура кезіндегі су буының қанығу қысымына – Р қатынасымен анықтайды.
3. Газ гидраттары?
Жауабы: Газ гидраттары – бұл көмірсутектерінің сумен қатты кристалды тұрақсыз қосылыстары. Сыртқы түріне қарағанда олар сарғылт түсті жұмсақ қарға ұқсас келеді. Гидраттар қысым артқан кезде қандай да болмасын температурада пайда болады.
4. Қабат сулары?
Жауабы: Мұнай кен орындарының қабат сулары ұңғы өнімінің  ажырамас құрам бөлігі болып саналады және кәсіпшілікте мұнайды жинау және дайындау кезінде едәуір қиыншылық туғызады. Әр түрлі кен орындарындағы ұңғыдан мұнаймен бірге өндірілетін қабат суларын, әдетте олардың құрамында еріген минералды тұздардың конценрациясына, газдар мен микроорганизмдердің болуына байланысты ажыратады.
5. Жалпы минерализация дегеніміз?
Жауабы: Бірлік көлемге келтірілген қабат суында еріген заттың мөлшерін жалпы минерализация деп атайды.
6. Судың қаттылығы?
Жауабы: Судың қаттылығы оның құрамындағы кальций Са2+ мен магний Мg2+ катиондарының жалпы мөлшерімен анықталады, және килограмға (ерітінді литріне) мольмен көрсетіледі.
7. Қабат суының тығыздығы?
Жауабы: Құрамындағы тұзға байланысты  қабат суының тығыздығы мына формула бойынша есептелуі мүмкін рқс= рс+ 0,764S,
мұнда рс — 20ос кезіндегі тазартылған судың тығыздығы, кг/м3. S – судағы тұздың концентарциясы, кг/м3.
ІІІ. Жаңа тақырыпты баяндау, мақсатын қою. 30мин.
Сұрақтары:
1. Мұнай эмульсияларының түзілуі
2. Мұнай эмульсиясының жіктелуі
3. Мұнай эмульсиясының физикалық- химиялық қасиеттері
4. Эмульсияның тығыздығы
5. Мұнай эмульсияларының берікгігі (тұрақтылығы) және олардың «ескіруі»
6. Мұнай эмульсиясының тамшылары

Мұнай эмульсияларының түзілуі

Мұнай эмульсиясы деп бір — бірінде ерімейтін және ұсақ дисперсті бытыраңқы күйде болатын мұнай мен қабат суларының механикалық қоспасын айтамыз. Қабатта және ұңғы түбінде эмульсия түзілмейді. Олар ұңғы оқпанында түзіледі, сол себепті эмульсияның түзілу қарқынына ұңғыны пайдалану тәсілі әсер етеді. Фонтанды ұңғыларда, егер ұңғы өнімінде су болса, онда қысымның төмендеуі әсерінен бөлінетін газдыкөбіктер есебінен сұйықтардың қарқынды араласуы байқалады, яғни неғұрлым тұрақты эмульсиялардың түзілуіне жағдай жасайды.Бұл процес әсіресе, штуцер арқылы су аралас мұнай өткен кезде қатты жүреді. Газлифтілі ұңғыларда эмульсиялардың түзілу жағдайы фонтанды ұңғылардікіне ұқсас, бірақ та эрлифтіні (ауаны) қолданған кезде неғұрлым тұрақты (яғни , берік) эмульсиялар түзіледі, бұл эмульгатор болып табылатын нафтенді қышқылдың тотықтануымен түсіндіріледі (нафтенді қышқылдар ауа оттегісімен тотығып  эмульгаторлар түзеді). Штангілі сораптарды қолдана отырып ұңғыны терең сораптармен пайдалану кезінде эмульсйялардың түзілуіне жағдай жасайтын факторлар: плунжердің жүріс ұзындығы, минуттағы жүріс саны, сорап клапандарының өлшемдері, еркін газдың болуы, сораптың динамикалық деңгейден төмен батырылуы, сораптың толу дәрежесі және т.б. Электрлі ортадантепкіш сораптарды қолдану кезінде, сораптың әрбір сатысында газды сұйық қоспасының қарқынды араласуы жүреді, осының нәтижесінде эмульсиялар түзіледі. Неғұрлым тұрақты эмульсиялар электірлі ортадантепкіш сорапты қондырғыны қолдану кезінде байқалса, ал тұрақсыз эмульсйялар бұрандалы (винтті) сорапты қолдану кезінде байқалады.  Құбырлар бойында эмульсйялардың түзілуіне турбулентті ағын энергиясы себеп болады. Құбырлардағы қысымның үлкен өзгерісі, газдың бүлкілдеуі (пульсациясы), ысырмалардың болуы , бұрылыстар мен басқа да жергілікті кедергілері мұнайдағы су тамшыларының қарқынды ұсақталуына (диспергирленуіне) жағдай жасайды.Эмульсйялардың түзілуіне сондай ақ парафиндерде әсер етеді , өйткені олар құбырлардың өту қимасын тарылтып және ағын жылдамдығын арттырады, осыған байланысты сұйықтардың араласуы күшейеді.Осылайша мынадай қорытынды жасауға болады, яғни мұнай эмульсйясы келесі түрде көрінетін энергиялар әсерінен пайда болады:

• механикалық энергия;

• газдың ұлғаю энергиясы;

• ауырлық күші әсерінен пайда болған энергия.

Мұнай эмульсйясындағы су тамшыларының өлшемі жұмсалған энергия мөлшеріне кері пропорционал. Ұңғы өнімінің сулануы 40-60%-ке жеткен кезде эмульсйяның түзілу процессі қарқынды жүреді, яғни жүие жоғары тұтқырлық және тиксотроптық қасйеттер әсерінен ағымдылығын жоғалтады. Бұл жағдайларда жүйеге ертерек реагент – деэмульгаторды енгізу ұсынылады.

2. Мұнай эмульсиясының жіктелуі

 Эмульсияларды екі фазаға бөледі: ішкі және сыртқы. Құрамында басқа сұйықтардың ұсақ тамшылары бар сұйықты дисперсті орта (сыртқы, жалпы фаза) деп, ал дисперсті ортада ұсақ тамшылар түрінде орналасатын сұйықты дисперсті фаза (ішкі, айырылған фаза) деп атайды.

Дисперсті орта мен дисперсті фазаның сипаты бойынша эмульсияларды екі түрге бөледі.

I – тура түрдегі (судағы мұнай), оларды (М/С) деп белгілейді.

II- кері түрдегі(мұнайдағысу), оларды(С/М) деп белгілейді.

(М/С) – эмульсиясында сырқы фаза ролін су атқарады, сондықтан олар кез-келген арақатынастағы сумен жақсы араласады және жоғарғы электрөткізгіштікке ие болады, ал С/М эмульсиясы тек қана көмірсутекті сұйықтармен араласады және электріөткізгіштік қасиеті болмайды.

Түзілетін эмульсия түрі мұнай мен су көлемдерінің араұатынасына байланысты және қай сұйықтың көлемі көп болса, сол сыртқы орта болып табылады.

Бірақта, эмульгаторлардың (яғни асфальтендер, нафтендер, шайырлар, парфиндер, тұздар және механикалық қоспалар) қатыстырылуымен мұнай мен судың араласуы кезінле түзілетін эмульсия түрлері өзгереді. Өйткені, гидрофобтық қасиеттері бар эмульгаторлар( яғни суда ерімейтін, ал мұнайда еритін)С/М-(мұнайдағы су) түріндегі эмульсияны түзсе, ал гидрофильді қасиетке ие эмульгатролар(суда еритін) (М/С) (судағы мұнай) түріндегі эмульсины түзеді.

 Кәсіпшілік жағдайында, эмульсиядағы судың мөлшерін әдетте олардың түсі бойынша шамалайды:

• құрамында 10%-ке дейін суы бар эмульсияның түсі мұнайдан ерекшеленбейді;

• 15-тен -20% дйін суы бар эмульсиның түсі қоңырдан сарыға дейін өзгереді;

  • 25% — астам су болса – сары түске ие болады.

 3. Мұнай эмульсиясының физикалық- химиялық қасиеттері

Мұнай эмульсиясы келесідей қасиеттерімен сипаталады: дисперстілігі, тұтқырлығы, тығыздығы және электрлік қасиетімен.

Эмульсияның дисперстігі – бұл дисперсті ортада дисперсті фазаның бұзылу дәрежесі. Көбінесе эмульсияның дисперстігі эмульсиялардың басқа да қасиеттерін анықтайды.

Эмульсияның диспарстігі әдетте үш шамамен сипатталады:

1) тамшылар диаметрімен d

2)  дисперстілік  коэффициентімен  D=1d

3) меншікті  бетімен Sмен ( бөлшектің жалпы бетінің олардың жалпы көлеміне қатынасы).

Тамшылар өлшемі кең аралықта 0,1-100 мкм өзгереді.

Диаметрі бірдей тамшылардан тұратын дисперсті жүйенің монодисперсті деп атайды, ал диаметр әр түрлі тамшылардан тұратын дисперсті жүйені полидисперсті деп атайды.

Мұнай эмульсиялары полидисперсті жүйеге жатады. Егерде дисперсті фазаның тамшылары микроскоп арқылы көрінбейтін болса, онда мұндай жүйені ультромикрогетерогенді деп, ал көрінетін болса- микрогетерогенді деп атайды.

Әрбір диспресті жүйенің меншікті беті- Sмен сол жүйенің жалпы бетін-S сол жүйенің жалпы көлеміне-V бөлгенге тең. Дисперсті фазадағы d – диаметрлі сфералы бөлшекті эмульсиялардың бетін мына формула бойынша анықтуға болады:

яғни, меншікті бет бөлшектер((размеріне) кері пропорционал.

Дисперсті фазаның бөлшектерінің өлшемі бойынша 3.1-суретінде көрсетілген келесі жүйелерді қарастырады.

 I-молекуларлы дисперсті

II-коллоидті

III-микрогетерогенді

IV- ірі дисперсті(мұнайлы)

4. Эмульсияның тығыздығы

           Эмульсияның тығыздығын сұйықтар үшін қабылданған әдістер арқылы мұнайдағы судың пайыздық құрамын ескере отырып, олардың белгілі тығыздықтары бойынша келесі формула арқылы аныктайды:

(3,3)

мұнда ρэ, ρм, ρс, эмульсияның, мүиайдың және судың сәйкесті тығыздықтары;

q — эмульсиядағы судың жэне еріген түздардың массалық үлесінің құрамы, мына формула бойынша анықталады:

(3,4)

мұнда q0 — эмульсиядағы таза судың кұрамы; х — судағы тұздардың пайыздық құрамы.

 

Эмульсиялардың электрлік қасиеті.

Мұнай мен су таза күйінде — электр тогын өткізбейді (диэлектрлі болады). Бірақта, судағы еріген түздардың немесе қышқылдардың елеусіз құрамының өзі, оның электрөткізгіштігін бірнеше есеге арттырады. Сондықтан мұнай эмульсиясының электрөткізгіштігі: су мөлшеріне, дисперстік дәрежесіне, қышқылдар мен түздардың мөлшеріне негізделеді. Күштік өріс бойында орналасқан мұнай эмульсиясындағы су тамшылары күш сызығының бойында орналасып, осының әсерінен электрөткізгіштіктің тез ұлғаюына әкелетіні эксперименталды дәлелденген. Эмульсияның осы қасиеті оны бұзу үшін электр өрісін қолдануға негізгі себеп болады.

Мұнай эмульсияларының коагуляциясы, қоалесценциясы жәнс инвсрсиясы.

Инверсия — бүл фазалардың, яғни эмульсиялардың бір түрден екінші түрге өтуі.

Коагуляция — дисперсті бөлшектерді молекулярлық күштер арқылы жабыстырып, біріктіріп үлкейту, ірілендіру.

Коалесценция — су немесе мұнай тамшыларының бір бүтін болып қосылуы, яғни бөлшектердің коагуляциясы ең терең түрде жүретін кезеңі, бүл кезде беттердің жанасуы толығымен жойылады.

5. Мұнай эмульсияларының берікгігі (тұрақтылығы) және олардың «ескіруі»

 Мұнай эмульсиясының ең маңызды көрсеткішінің бірі олардың беріктігі, яғни ұзақ уақытқа дейіи бүзылмай сақталу қабілетін (мұнайға және суға болінбеуін) айтады.

Мұнай эмульсиясының беріктігіне кслесі факторлар үлкен әсер етеді:

— жүйенің дисперстігі;

— адсорбциялы қорғау қабықшасында фазалардың белінген бетінде түзілген эмульгаторлардьщ физика-химиялық қасиеті;

— дисперсті фазалар тамшыларында қос электр зарядының болуы;

— эмульсияның температурасы;

— қабатсуының рН(сутегі иондарының концентрациялық көрсеткіші)

Жоғарыда айтып өткеніміздей эмульсия тамшыларының өлшемі (размері) 0,1-ден 100 мкм аралығына дейін өзгереді; оларды былай бөлуге болады:

• ұсақдисперсті — тамшы өлшемі 0,2-20 мкм дейін,

• ортадисперсті (20-дан 50 мкм дейін),

• ірідисперсті (50-ден 100 мкм дейін).

Мұнай эмульсиясы полидисперсті болып табылады, яғни құрамында тамшылардың барлық өлшемдері бар. Эмульсияның дисперстігі неғұрлым жоғары болса, яғни тамшылар кіші болса, соғұрлым эмульсия берік болады. Бірақта S бөлігінің беті үлғайған кезде, жүйе еркін беттік энергияның үлкен қорына ие болады, ол келесі формуламен анықталады:

Ғ= S , (3.5)

(мүнда  — бірлік беттегі еркін энергия), жүйе термодинамикалық түрғыдан берік болмайды және S — ауданыи азайту жолымен, немесе  — беттік керілісті азайту есебінен берік (тұрақты) күйге ауысуға үмтылады.

Осы соңғы фактор мұнай эмульсиясын бұзу кезінде кең қолданылады.

Жүйенің беріктігіне эмульгаторлар үлкен әсер етеді, олар   тамшы беттерінде адсорбциялық қорғаныс қабығын (бронын) түзе отырьш тамшылардың қосылуына кедергі келтіреді. Асфальтендер, нафтендер, шайырлар, парафиндер, металдар (ванадий, никель, мырыш, мыс, темір); сондай-ақ мұнай мен қабат суларында болатын жүқадисперсті саздар, қүмдар және басқа да тау жыныстары адсорбциялық қабаттың түзілуіне қатысады.

Тамшы бетінде қос электрлі қабат түзіледі, ол адсорбциялы қабықшаға ұқсас ұсақ тамшылардың қосылуынан сақтайды.

6. Мұнай эмульсиясының тамшылары

 Тамшы бетінде қос электрлі қабат түзіледі, ол адсорбциялы қабықшаға ұқсас ұсақ тамшылардың қосылуынан сақтайды.

1. Мұнай эмульсиясының тамшыларында (ғлобулында) корғаныс қабығыныц түзілу сүлбасы.

а — су тамшысының бетіндегі қорғаныс қабығы (яғни, броны): 1 — брон қалыңдығы; 2 және 3 — эмульгаторлар; 4 – су тамшылары; 5 — мұнай. б – су тамшыларының бетіндегі қос электрлі қабаттың сұлбасы: 1 — теріс заряд; 2 — оң заряд; 3 — мұнай; 4 — су тамшысы

 1.-суретінде қос электрлі қабаттың схемасы көрсетілген. Беттерінде бірдей зарядтары бар бөлшектер бір-бірін тебеді.

Температура эмульсияның беріктігіне келесі түрдегідей әсер етеді: температура көтерілген кезде эмульсияның беріктігі төмендейді, өйткені адсорбциялық қабықтың (әсіресе парафиндерден тұратын) механикалық беріктігі азаяды. Осының нәтижесінде тамшылар бірігіп, эмульсиялар бұзылады. Температура төмендеген кезде осындай эмульсиялардың адсорбциялық қабығының беріктігі артып және олар неғұрлым түрақты болады.

Сутегі факторыныц рН әсері беттік қабаттың серпімділік қасиетіне әсер етеді. Эмульсиядағы рН-тың үлғаюы, бұл сілтінің мұнай-су шекарасындағы беттік қабаттың реологиялық қасиетін төмендетіп, бронның механикалық беріктігінің азаюына әкеледі, осының әсерінен эмульсиялар бұзылады.

Су-мұнай бетінде эмульгаторлардың адсорбциялануы және бронның қалыңдауы уақыт өте жүреді, сондықтан мұнайдағы су (С/М) түріндегі эмульсия уақыт өте неғұрлым тұрақты болады, яғии опың «ескіруі» жүреді.

 

1.1 – кесте. Эмульсиялардың түзілуіне және тұрақтануына эмульгаторлар әсерінің сипаттамасы

 

Мұнай эмульсиясыңың ескіруі бастапқы кезеңде қарқынды жүреді, одан соң бұл үрдіс баяулайды және шамамен тәуліктен соң аяқталады. Жаңа эмульсиялар ескірген эмульсияларға қарағанда неғұрлым жеңіл бұзылады.

ІY. Жаңа материалдарды бекіту сұрақтары: 10мин.

Оқушыларға ауызша төмендегідей сұрақтар қойылады:

1.Мұнай құрамына қандай көмірсутектер кіреді ?

2.Мұнайгазы дегеніміз не ?

3.Мұнай құрамын қалай жіктейді ?

4.Мұнайдың тығыздығы мен тұтқырлығы неге байланысты ?

5.“Газ факторы” түсінігіне анықтама беріңіз ?

6.Табиғи газдың жоғарысығымдылық коэффициенті нені сипаттайды ? Оны қалай анықтайды ?

7.Қабат суларының минералдығы деп, нені айтады ?

8.рН шамасы бойынша қабат суларын қалай жіктейді ?

V. Сабақ бойынша қорытынды. 10мин

1. Мұнай эмульсияларының түзілуі

2. Мұнай эмульсиясының жіктелуі

3. Мұнай эмульсиясының физикалық- химиялық қасиеттері

4. Эмульсияның тығыздығы

5. Мұнай эмульсияларының берікгігі (тұрақтылығы) және олардың «ескіруі»

6. Мұнай эмульсиясының тамшылары

VI. Оқушылардың білімін бағалау,сабақты  қорытындылау; 5мин

 VII. Үй тапсырмасы. 3мин

1.  Жаңа тақырыпты қайталау.

2. Мұнай эмульсияларының түзілуі және мұнай эмульсиясының жіктелуі жөнінде

қосымша әдебиеттерден оқу.

Пайдаланылған әдебиеттер:

1) Жұмағұлов Т. «Мұнай өндірудің техникасы мен технологиясы»

2) Суербаев «Мұнай газ ісі негіздері

3) Нұрсұлтанов «Мұнай мен газды өндіріп, өңдеу технологиясы»

4) Инструкция по составлению проектно-сметной документации на строительство нефтяных и газовых скважин.

 [bws_related_posts]