Главнейшей характеристикой эмульсии является дисперсность — это степень

раздробленности дисперсной фазы в дисперсионной среде. От дисперсности зависят многие другие свойства эмульсий. Мерой дисперсности является удельная и межфазная поверхность. Промысловые эмульсии никогда не бывают монодисперсны. Они всегда полидисперсны, т.е. содержат капли дисперсной фазы разных диаметров.

Размер капель пропорционален количеству затраченной энергии: чем больше затрачено энергии, тем меньше диаметр капель и больше их суммарная поверхность.

По дисперсности нефтяные эмульсии подразделяются на: • Мелкодисперсные — k d изменяется от 0.2 до 20 мкм; • Среднедисперсные — k d изменяется от 20 до 50 мкм; • Грубодисперсные — k d изменяется от 50 до 300 мкм. Диапазон размера капель в нефтяных эмульсиях: 10-5 – 10-2см (0.1 – 100 мкм), т.е. нефтяные эмульсии содержат капли всех трех размеров, т.е. нефтяные эмульсии — полидисперсны.

Знание вязкости жидкости необходимо при проектировании промысловых трубопроводов, по которым нефть со скважин перекачивается на установку ее подготовки, а также при выборе отстойной аппаратуры и режима ее работы. Вязкость нефтяной эмульсии не является аддитивным свойством, т.е. не равна сумме вязкости нефти и воды. Вязкость сырой нефти (как неньютоновской жидкости) зависит от многих факторов: количества воды, содержащейся в нефти; температуры, при которой получена эмульсия; присутствия механических примесей (особенно сульфида железа FeS) и рН воды. Причем, дисперсность и содержание воды в эмульсии в процессе сбора продукции непрерывно изменяются. Парафинистые нефти, как и нефтяные эмульсии, являются неньютоновской жидкостью, поэтому их вязкость при движении по трубопроводам также будет зависеть от скорости.

Содержание воды как дисперсной фазы в водонефтяной эмульсии может колебаться от следов до 80 – 85 %. Увеличение содержания воды в нефтяной эмульсии до определенного предела увеличивает вязкость эмульсии, а, следовательно, и увеличивает энергетические затраты на перекачку такой эмульсии. Критическая концентрация воды кр W называется точкой инверсии. В точке инверсии происходит обращение фаз и дисперсная фаза (вода) становится дисперсионной средой, а дисперсионная среда (нефть) – дисперсной фазой, т.е. эмульсия меняет свой тип с В/Н на тип Н/В. Обращение фаз нефтяных эмульсий имеет исключительно большое практическое значение. Эмульсия типа Н/В транспортируется при меньших энергетических затратах, чем эмульсия типа В/Н. Поэтому при транспортировании эмульсии выгодно, чтобы внешней фазой была вода, при этом трубопроводы должны быть защищены от коррозии. Кроме того, этот прием используется в процессе подготовки нефти для лучшей очистки ее от воды. Такой диапазон значений кр W объясняется различием физико-химических свойств компонентов эмульсии и в первую очередь присутствием в этой эмульсии различных эмульгаторов – веществ, способствующих образованию эмульсии, стабилизирующих ее.

Электрические свойства эмульсий. Нефть и вода в чистом виде — диэлектрики. Однако даже при незначительном содержании в воде растворенных солей или кислот электропроводность ее увеличивается в десятки раз. Поэтому электропроводность нефтяной эмульсии обусловливается не только количеством содержащейся воды и степенью ее дисперсности, но и количеством растворенных в этой воде солей и кислот.

Экспериментально установлено, что в нефтяной эмульсии, помещенной в электрическое поле, диполи воды ориентируются вдоль его силовых линий. Это приводит к резкому увеличению электропроводности эмульсий. Свойство капель воды в эмульсиях располагаться вдоль силовых линий электрического поля послужило основой использования электрических полей для разрушения эмульсий типа В/Н в процессе подготовки нефти.

Важным показателем для нефтяных эмульсий является их устойчивость, т.е. способность в течение определенного времени не разделяться на нефть и воду. Проблема устойчивости — это проблема «жизни и смерти» дисперсной системы. Устойчивость дисперсной системы характеризуется неизменностью во времени ее основных параметров: дисперсности и равновесного распределения дисперсной фазы в среде. Диспергирование в системе нефть-вода совершается за счет внешней работы.

При рассмотрении устойчивости нефтяных эмульсий (как и устойчивости любых дисперсных систем) следует разграничивать два вида устойчивости: кинетическую (седиментационную) и агрегативную. Седиментационной называется устойчивость дисперсной фазы по отношению к силе тяжести, т.е. это способность системы противостоять оседанию или всплыванию частиц (глобул) дисперсной фазы под действием сил тяжести. Агрегативная устойчивость — это способность системы к сохранению дисперсности и индивидуальности частиц дисперсной фазы. Подчеркнем связь устойчивости с дисперсностью. Таким образом, высокодисперсные системы кинетически устойчивы (для них характерно установление равновесия), а грубодисперсные системы разрушаются (разделяются на нефть и воду) вследствие оседания (или всплытия) частиц дисперсной фазы. Если частицы дисперсной фазы (глобулы воды) при столкновении друг с другом или границей раздела фаз слипаются под действием сил молекулярного притяжения (т.е. ван-дер-ваальсовых сил), образуя, более крупные агрегаты, такой процесс называется коагуляцией. В таких агрегатах частицы еще сохраняются как таковые какое-то время, затем самопроизвольно сливаются с уменьшением поверхности раздела фаз. В процессе подготовки продукции нефтяных скважин к расслоению должна быть максимально снижена агрегативная и кинетическая устойчивость газоводонефтяных эмульсий. Некоторые нефтяные эмульсии обладают чрезвычайно высокой устойчивостью и могут существовать долго. Наблюдаемая долговечность таких систем свидетельствует о том, что наряду с ван-дер-ваальсовскими силами притяжения между частицами существуют и силы отталкивания или эффекты, препятствующие притяжению.

Физико-химические свойства природных эмульгаторов. Для образования эмульсий недостаточно только перемешивания двух несмешивающихся жидкостей. Действительно, при интенсивном встряхивании бензола или растительного масла с водой, эмульсия существует лишь во время встряхивания или в момент его окончания, после чего сразу же начинается коалесценция, быстро приводящая к разделению системы на два жидких слоя. Длительное существование эмульсий обеспечивается лишь в условиях стабилизации за счет образования адсорбционно-сольватного слоя на межфазной границе. Вещества, стабилизирующие эмульсии, называются эмульгаторами. Они содержатся в нефти, это: • Асфальтены; • Смолы; •Кристаллы парафина; • Нафтеновые кислоты; • Порфирины; • Твердые минеральные частицы: глина, сульфид железа. Эмульгаторы присутствуют и в пластовой воде: это растворенные соли. Все нефти образуют эмульсии, но способность их к эмульгированию далеко не одинакова, потому, что: