1. Sự hình thành nhũ.
Phần lớn dầu thô đợc khai thác dới dạng nhũ mà chủ yếu là nhũ nớc trong dầu (N/D). Loại nhũ này thờng rất bền và khó phá. Đa số các nhà nghiên cứu cho rằng trong điều kiện vỉa hầu nh không thể phân tán dầu khí nớc, chúng chỉ bắt đầu tạo thành trong quá trình chuyển động theo thân giếng lên bề mặt. ở độ sâu 2000 m và điều kiện áp suất 20 àPa thì một phần thể tích dầu mỏ có thể hoà tan tới 1000 phần thể tích khí. Khi lên đến bề mặt do giảm áp khí tách ra với năng lợng đủ lớn để phân tán các giọt nớc vỉa. Đó chính là nguyên nhân gây ra nhũ nớc. Trong hệ thống thu gom, do giảm áp liên tục và do bơm vận chuyển cũng làm tăng thêm độ phân tán các giọt nớc trong dầu mỏ nhũ nớc trong dầu còn đợc tạo thành do quá trình rửa dầu bằng nớc ngọt để tách muối Clorua bằng phơng pháp điện. Nhũ nớc trong dầu là một hệ phân tán của hai chất lỏng không tan hoặc ít tan vào nhau và là hệ thống ổn định về nhiệt động học, luôn có xu hớng tiến tới cân bằng với cực tiểu bề mặt phân tán các pha. Diện tích bề mặt phân cách nhỏ nhất khi xảy ra tách pha.
Trên thực tế nhũ W/O có độ bền cực lớn, đợc đặc trng bởi độ bền của nhũ dầu mỏ. Yếu tố cơ bản xác định độ bền của nhũ dầu mỏ là do sự có mặt của lớp Slovat hấp thụ trên bề mặt giọt nớc phân tán, lớp hấp phụ này có tính cơ cấu trúc xác định, cản trở sự kết hợp của các hạt nớc và tách nhũ. Theo viện sỹ P.A Rebindo, sự hình thành lớp hấp phụ là do có chất ổn định nhũ trong thành phần dầu nh sau:
- Chất có hoạt tính bề mặt (axit naptennic , axit béo, nhựa thấp) làm hệ phân tán mạnh và tạo lớp phân tử không cấu trúc trên bề mặt phân cách pha.
- Các chất có hoạt tính bề mặt không cao (Asphanten, axit và andehit asspantogennic, nhựa cao) tạo lớp cấu trúc ổn định nhũ cao.
- Các chất khoáng và hữu cơ rắn nhờ tính thấm ớt chọn lọc bám dính vào hạt nớc tạo lớp vỏ bọc “bền vững”.
Tính chất nớc vỉa, sự có mặt của các chất phân tán (tạp chất cơ học, tinh thể muối) và hoà tan (ion kim loại) trong nớc vỉa cũng hình thành lớp hấp phụ. Nh vậy độ bền nhũ phụ thuộc vào bản chất của dầu thô, nớc tạo nhũ và nhiều yếu tố khác.
Theo cách phân loại hệ phân tán dị thể, nhũ dầu mỏ đợc chia thành 3 loại chính:
* Nhóm 1: Nhũ nghịch: nớc trong dầu mỏ (W/O)
Đây là loại nhũ chính thờng gặp trong khai thác dầu mỏ. Hàm lợng pha phân tán (nớc) trong môi trờng phân tán (dầu mỏ) có thể thay đổi từ vết đế 90 ữ 95%. Tính chất loại nhũ này ảnh hởng lớn đến quá trình công nghệ khai thác, thu gom dầu đến việc lựa chọn công nghệ và kỹ thuật tách nhũ.
* Nhóm 2: Nhũ thuận dầu mỏ trong nớc (O/W)
Nhũ này tạo thành trong quá trình phá nhũ nghịch (quá trình phá nhũ dầu mỏ), trong quá trình tác động nhiệt hơi nớc lên vỉa và trong quá trình xử lý nớc thải. Nh dầu trong nớc thuộc loại nhũ loãng. Công nghệ phá nhũ thuận lợi đơn giản hơn so với phá nhũ nghịch.
* Nhóm 3: Nhũ hỗn hợp.
Nhũ này có thể là nhũ thuận hoặc nhũ nghịch, trong đó pha phân tán cũng là nhũ chứa các hạt nhỏ của môi trờng phân tán. Nhũ này có thể xuất hiện khi đồng thời có trong hệ hai chất tạo nhũ có tác động trái ngợc nhau. Nhũ này đặc trng bởi hàm lợng tạp chất cơ học cao và rất khó phá. Nhũ này tích tụ trên ranh giới phân pha trong các thiết bị xử lý dầu thô và nớc, và là nguyên nhân làm gián đoạn công nghệ. Trong thực tế ngời ta làm sạch định kỳ thiết bị, loại bỏ lớp nhũ này tích tụ vào các bể chứa hay bể dầu. Nhũ hỗn hợp đợc xử lý trong chế độ công nghệ khắt khe hoặc đem đốt. Hình 5 đến hình 8 là các ảnh chụp hiển vi những nhũ tơng dạng thông th- ờng và giải thích sự phân loại kích thớc của các giọt nớc mà ta gặp chúng một cách ngẫu nhiên.
3. Độ bền nhũ.
Đối với nhũ dầu mỏ, chỉ tiêu quan trọng nhất là độ bền - chính là khả năng trong một khoảng nhất định không bị phá vỡ, không bị tách thành hai pha, không trộn lẫn. Khi đánh giá độ bền nhũ ngời ta phân thành hai loại: Độ bền động học và độ bền tập hợp:
a. Độ bền động học (sa lắng): là khả năng của hệ thống chống lại sự sa lắng hay nổi lên của hạt pha phân tán dới tác dụng của trọng lực. Đối với hệ loãng, khi hay nổi lên của hạt pha phân tán dới tác dụng của trọng lực. Đối với hệ loãng, khi hàm lợng pha phân tán nhỏ hơn 3%. Độ bền động học của nhũ có thể xác định bằng công thức:
Ky = (18) Trong đó:
+ : tốc độ lắng hoặc nổi của hạt pha phân tán có bán kính r. + ρn - ρd: hiệu tỷ trọng pha phân tán và môi trờng phân tán. + γ: độ nhớt của môi trờng phân tán.
+ g: gia tốc trọng trờng.
Từ đó ta thấy rằng độ bền động học của nhũ dầu mỏ loãng tỷ lệ thuận với độ nhớt của dầu thô, tỷ lệ nghịch với hiệu tỷ trọng của dầu thô và nớc phân tán và tỷ lệ nghịch với bình phơng bán kính giọt nớc.
b. Độ bền tập hợp: Độ bền tập hợp là khả năng của hạt pha phân tán khi va chạm với các hạt khác hay với ranh giới phân chia pha vẫn giữ nguyên đợc kích thớc chạm với các hạt khác hay với ranh giới phân chia pha vẫn giữ nguyên đợc kích thớc ban đầu của mình. Độ bền tập hợp của nhũ đợc đo bằng thời gian tồn tại của chúng, đối với nhũ dầu mỏ có thể dao động từ vài giây đến nhiều năm:
T = (19)
Trong đó:
+ H: chiều cao cột nhũ (cm)
+ v: Tốc độ dài trung bình tự tách lớp của hệ (cm/s)
Do đa số nhũ dầu mỏ có độ bền tập hợp xác định rất cao nên ngời ta đánh giá đại lợng này theo công thức:
Ay = (20)
Trong đó:
+ W0: Hàm lợng chung của pha phân tán trong nhũ nghiên cứu. + W: Hàm lợng pha phân tán tách ra trong quá trình ly tâm.
Để so sánh độ bền tập hợp của hệ nhũ với độ nhớt của môi trờng, kích thớc hạt phân tán hay giá trị ∆P điều kiện ly tâm đợc điều chỉnh theo công thức Stock:
T = (21)
Trong đó:
+ T: Thời gian ly tâm của hệ với tốc độ góc đã cho (w, độ/s)
+ x1, x2: khoảng cách từ tâm quay đến mức trên và mức dới của hệ nhũ nghiên cứu trong ống ly tâm. Bản chất của quá trình xử lý sản phẩm khai thác là giảm tối đa độ bền tập hợp và động học của hệ nhũ dầu mỏ. Tồn tại một loạt các lý thuyết giải thích độ bền tập hợp của hệ nhũ, có thể chia ra thành: Thuyết nhiệt động học (năng lợng) và thuyết cao phân tử gắn liền với sự thành tạo rào cản cơ cấu trúc. Tuy nhiên các thuyết này đều thống nhất ở điểm: Để có đợc độ bền của hệ nhũ của hai chất lỏng sạch không trộn lẫn (sức căng ranh giới lớn hơn 0 rất nhiều) cần có các cấu tử ổn định thứ 3. Các chất ổn định nhũ, thành phần ổn định lớp nhũ dầu mỏ rất khác nhau. Ngoài các chất ổn định chính nhựa Asphanten - còn có muối của axit naptennic và kim loại nặng, vì tinh thể parafin, hạt rắn huyền phù khoáng sét với bề mặt bị biến tính bởi các cấu tử phân cực mạnh của dầu, Porfirin và oxit của nó chứa các kim loại nặng.
Chơng II
Tính chất nhũ dầu mỏ và các yếu tố ảnh hởng đến độ bền nhũ. ảnh hởng đến độ bền nhũ.