«Мұнай эмульсиясының пайда болуы, физико-химиялық қасиеті»

САБАҚТЫҢ БАРЫСЫ

1. Ұйымдастыру кезеңі (5 мин)

2. Өткен тақырыпты қайталау (25 мин)

3. Жаңа тақырыпты түсіндіру (30 мин)

4. Жаңа материалдарды бекіту (20 мин)

5. Бағалау (5 мин)

6. Үйге тапсырма беру (5 мин)

I. Ұйымдастыру кезеңі (Бұл кезеңде студенттермен сәлемдесу, сабаққа қатысты түгендеу және құрал-жабдықтары тексеріледі, 5-мин)

II. Өткен тақырыпты қайталау, 25-мин (Бұл кезеңде студенттердің назарын пәнге аудару бағытында сергіту сәті жүргізіледі, кеспе қағаздары арқылы студенттен жазбаша тапсырма сұралады, өтілген тақырып бойынша қайталау сұрақтары қойылады, сөзжұмбақ беріледі)

1) Сергіту сәті:

Өткен тақырып бойынша ребус шешу

2) «Ұяшықты таңда» ойыны

3) Өтілген тақырып бойынша қайталау сұрақтары қойылады:

1. Мұнайгазайырғыштары деген не және мiндетi?

2. Айырғыштардың жіктелуі?

3. Айырғыштардың конструкциясы мен жұмыс принципі?

4. УПС газайырғышының айырмашылығы?

5. Газайырғыштарының мұнай айырғыштарынан айырмашылығы?

4) Сөзжұмбақ орындау. (Құпия сөз яғни жаңа тақырыптың негізгі термині)

III. Жаңа тақырыпты түсіндіру, 30 мин (Жаңа тақырыпта түсіндіру барысында мультимедиялық экранды қолданып, презентацялық мәлімет беріледі, жабдықтардың құрылысы көрсетілген суреттері, үлестірмелі материалдар мен қосымша мәліметтер беріледі)

Жоспары:

1. Мұнай эмульсиясының түзілуі

2. Мұнай эмульсиясының жіктелуі

3. Мұнай эмульсиясының физикалық- химиялық қасиеттері

4. Мұнай эмульсияларының берікгігі (тұрақтылығы) және олардың “ескіруі”

1. 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 эмульсиялар 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.

Эмульсиялардың 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 эмульсиясы келесі түрде көрінетін энергиялар әсерінен пайда болады:

• механикалық энергия;

• газдың ұлғаю энергиясы;

• ауырлық күші әсерінен пайда болған энергия.

Мұнай эмульсиясындағы 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 арақатынасына 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 эмульсияны түзеді.

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

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

• 15-тен -20% дейін суы бар эмульсияның 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

• 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).

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.

Эмульсияның тұтқырлығын – мұнай мен судың жалпы тұтқырлығы ретінде қарастыруға болмайды, яғни ол мұнайдың тұтқырлығына, эмульсияның түзілу температурасына, дисперсті ортадағы дисперсті фазаның тамшылар диаметріне байланысты болады. Мұнай эмульсиясындағы су құрамының көбеюі, тұтқырлықтың бір түрден екінші түрге өтуіне әкеліп соғады.

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

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

q – эмульсиядағы судың және еріген түздардың массалық үлесінің құрамы.

Эмульсиялардың электрлік қасиеті.Мұнай мен су таза күйінде – электр тогын өткізбейді. Бірақта, судағы еріген түздардың немесе қышқылдардың елеусіз құрамының өзі, оның электрөткізгіштігін бірнеше есеге арттырады. Сондықтан мұнай эмульсиясының электрөткізгіштігі:

• су мөлшеріне,

• дисперстік дәрежесіне,

• қышқылдар мен тұздардың 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.

5. Мұнай эмульсияларының берікгігі (тұрақтылығы) және олардың “ескіруі”

Мұнай эмульсиясының ең маңызды көрсеткішінің бірі олардың беріктігі, яғни ұзақ уақытқа дейін бұзылмай сақталу қабілетін (мұнайға және суға бөлінбеуін) айтады.

Мұнай эмульсиясының беріктігіне келесі факторлар үлкен әсер етеді:

– жүйенің дисперстігі;

– адсорбциялы қорғау қабықшасында фазалардың белінген бетінде түзілген эмульгаторлардьң 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.

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 жұқадисперсті 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.

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 тұрақты болады.

Су-мұнай бетінде эмульгаторлардың адсорбциялануы және бронның қалыңдауы уақыт өте жүреді, сондықтан мұнайдағы су (М/С) түріндегі эмульсия уақыт өте неғұрлым тұрақты болады, яғни оның “ескіруі” жүреді. 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.

IV. Жаңа материалдарды бекіту, 20-мин:

Студенттерге төмендегідей сұрақтар қойылады:

1. Мұнай эмульсиясы дегеніміз не?

2. Мұнай эмульсиясының түзілуіне қандай факторлар әсер етеді?

3. Мұнай эмульсиясының түрлері қандай?

4. Мұнай эмульсиясының физикалық-химиялық қасиеттеріне нелер жатады?

5. Эмульсияның инверсия нүктесі деп нені айтамыз?

6. Мұнай эмульсиясының «ескіруі» дегеніміз не?

V. Оқушылардың білімін бағалау,сабақты қорытындылау, 3-мин

VI. Үй тапсырма беру, 5мин

1. Джиембаева Қ.І., Насибуллин Б.М. «Мұнай кен орындарында ұңғы өнімдерін жинау және дайындау» оқулығынан §3, 37- 46 беттегі жаңа тақырыпты қайталау;

2. Мұнай эмульсияларының түзілуі және мұнай эмульсиясының жіктелуі жөнінде

қосымша әдебиеттерден оқу.

3. Кестені толтыр:

Пайдаланылған әдебиеттер:

1) Джиембаева Қ. «Мұнай кен орындарында ұңғы өнімдерін жинау және дайындау»

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

3) Суербаев «Мұнай газ ісі негіздері»

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