Способ определения среднего размера частиц эмульсионной воды в нефти

Союз Советских Соцналнстнчесннх РеслублнкОП ИИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВ/О осударственный ноюите СССР по делаю изобретений и открытий) Заявител рде ТрудовоФизики А асногоорусско ени институт 4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО РАЗМЕРА ЧАСТИЦ МУЛЬСИОННОЙ ВОДЫ В НЕФТИ10 Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является способ определения среднего размера час тиц дисперсных систем, основанныйна измерении коэфФициента рассеяния 3. Способ заключается в графическом сопоставлении (путем экстраполирования) измеряемых значений коэффициен та рассеяния с вычисленными по Фор"мулам Ии.Недостатком указанного способаявляется его применимость лишь для сред с незначительным отклонением от 0 монодисперсности, т.е. полидисперсИзобретение относится к области оптики рассеивающих сред и может быть использовано для определения среднего размера частиц водонефтяных эмульсий.Сведения о среднем размере частиц водонефтяной эмульсии необходимы, например, для выбора оптимальных условий работы осушителей нефти, определения влагосодержания нефти и т.п.Известен способ контроля размеров частиц 1, получаемых в генераторе аэрозолей, по отношению потоков рассеянного в двух направлениях излучения, регистрируемого с помощью двух жестко установленных Фотоприемников. Способ заключается в графическом сопоставлении найденного нз эксперимента отнсюения потоков рассеянного системой монодисперсных частиц излучения с вычисленным по формулам Ми.Способ пригоден только для очень узкого интервала размеров частиц.В случае полидисперсных систем частиц этот способ неприменим.. Для анализа размеров частиц полидис персной среды существует способ 21, ;основанный на измерении отношения интенсивностей рассеянного назад света,. для компонент поляризованных перпендикулярно и парацлельно плоскости рас. сеяния. Учитывая, что степень деполяризации света зависит от размеров частиц и длины волны падающего на среду поляризованного излучения, меняя длину волны, по изменению степени поляризации определяют размеры частиц.Однако применение поляризационных методов в ИК-области спектра 1,85 мкмо й 2,1 мкм затруднено в связи с отсутствием в этой области высококачественных поляризаторов. Кроме того, авторами показано, что применительно к водонефтяной эмульсии поляризационные методы значительно меньше чувствительны, чем фотометрические.(5)Г-)ных сред с весьма узким распределением размеров частиц.В диапазоне реальных ширин функции распределения частиц водонефтяной эмульсии по размерам коэффициент рассеяния меняется в довольно широких пределах.5 Кроме того, для определения среднего размера частиц этим методом необходимо предварительно нахождение их весовой концентрации, которое 10 требует дополнительных затрат времени анализа и является в общем случае довольно трудоемким процессом.Целью изобретения является ускорение процесса гранулометрического анализа водонефтяных эмульсий и повышение его точности путем учета дисперсного состава водонефтяной эмульсии, а также обеспечение непрерывности контроля и возможностей его авто матизации.Поставленная цель достигается тем, что облучение проводят с одновременным измерением коэффициента ослабления К и интенсивности излучения 1, рассеянного исследуемой средой в на правлении 7-15 относительно подающего пучка, а используют величину среднего размера частиц определяют с помощью соотношения: 30Кгде 3 - аппаратурная постоянная;н - показатель преломления нефти," 35 О,Ь,с - числовые коэффициенты.Исследуемую среду облучают в интервале длин волн 1,85 мкм с. Ло 2,1 мкм,Сущность изобретения поясняется на конкретных примерах. 40Частицы эмульсионной воды в нефти имеют сферическую форму, а концентрация их в большинстве случае невысока, угловое распределение интенсивности излучения, рассеянного объемом среды, содержащей полидисперсные час тицы, распределение которых по размерам характеризуется функцией (э ),определяется соотношением (2) 1 - интенсивность падающего на среду нейоляризованного излучения с Лр, 60 К - расстояние от рассеивающего объема Ч до точки наблюдения, Сэ - объемная концентрация рассеивающих частиц, 1 и 1 - функции Ми, характеризующие зависимости ортогональных составляю щнх интенсивности рассеянного света, поляризованных перпендикулярно и параллельно плоскости рассеяния,от параметра дифракции частицы р=2 Йг/) о, относительных показателей преломления ио и поглощения Хо вещества частиц и угла рассеяния ф; И - показатель преломления среды.Показатель ослабления света слоем единичной толщины записывается в виде г1( (Г, ЛоИ,ф безразмерный коэффициент ослабления отдельной частицы.Из (2) и (3) видно, что влияние микроструктуры рассеивающей среды на величины 1(р) и К при заданных Пс, Мо и концентрации диспергированного вещества полностью определяется зависимостью соответствующих приведенНых величины 1.(р) и К от параметров функции распределения частиц по размерам.Имеющиеся в настоящее время сведения о диспеисном составе водонефтяных эмульсий позволяют аппроксимировать распределение капель воды по размерам с помощью гамма-распределения где) - наиболее вероятный или модальОный радиус частиц в системе,,ц - параметр, характеризующий полуширину функции распределения,А - нормировочный множитель.По результатам анализа микрофотографий образцов водонефтяяых эмульсий, проведенного в Укр ГИПРОНИИНефть, параметры распределения (4) изменяются в пределах 1 мкм 1"о 3 мкм 1р 10.Для практических целей целесообразно и в большинстве случае вполне достаточно характеризовать степень дисперсности среды каким-либо обобщенным параметром, Наиболее удобным в этом отношении является среднийобъемно-поверхностный радиус частиц в системе, определяемый как отношение третьего момента функции распределениячастиц по размерам к ее второму моменту Для гамма распределения(смфиг, 3 ующим обр чи словыми Переходя к щения 1 (1 эмпириче ск деления ср кривые 1-3) сазом подобранкоэффициентамиизмеряемой ве0) к К (см. 8),ое соотношениееднего размера соответстными намиа, Р,и Э,личине отнополучимдля опре- частиц лсЕйе п -т --- аппаРатуо ое 1 - интенсивностисследуемуюзованного изК - расстояния ообъема Чнаблюдения,пост ная о на ЮОляриь подающ среду не лучения, т рассеи среды до ющего очкиаэи 1 ОофЦк)к: В (10 оф) кс Рассмотрение зависимостей. характеристик рассеяния Г(3 ) и К (4 ) ) отпри заданных,а приводит к заключению, что интенсивность рассеянного водонефтяной эмульсией излучения и коэффициент ослабления в указанных выше интервалах го и,О в основном определяются значением среднего радиуса частиц. При этом отклонении величин 1 и К для крайних значений О при одинаковых " составляют не более 3.Для получения данных о размерах частиц змульсионной воды в нефти измерения целесообразно проводить в полосе прозрачности нефти 1,85 мкм 3.о б 2,1 мкм.15Наибольшая чувствительность к микроструктуре водонефтяной эмульсии обеспечивается при измерениях на длине волны Хо= 1,942 мкм, соответствующей максимуму полосы поглощения 20 воды.При этой длине волны и соответствующих ей относительных комплексных показателей преломления воды в нефти для трех наиболее типичных сортов неФтиуел = От 901- 1 0939 - От 93 0 ьОсташковичи)Э 1 = 0,907- 1 0,972 10 (нефть и й 3= 0,914- 1 1.012,10 (конде В-Бубны)на ЭВМ были рассчи е рассеяния (2 ) ц ( й размер частиц менялся 2 мкм к Р12 мкм, соотвыше- укаэанным интервала парамеров Го и,О.На Фиг. 1 представлено угловое распределение интенсивности света с )о = 1,942 мкм, рассеянного системами частиц воды в нефти с щ, = О0,901- 1 0,939; 10при фиксированных значениях Р = 2,4,б,12 мкм, соответствующих кривым 1,2,3,4.Как видно из графиков, максимальная чувствительность интенсивности 45 рассеянного излучения наблюдается для направлений рассеяния близких к10 о (7- 20). В этом интервале углов интенсивность рассеяния вбэрастает с уменьшением , связь между ними однозначна.Чтобы исключить из р ения неизвестную концентраципользуемся отношением толщина рассеивающего слоясредыи К - измеряемые в личины. При заданных условиях экспериментавеличина 1 Ъ) 1 К в ин тервале 7 )320 также имеет достаточно высокую чувствительность и однозначную связь с гПри определении микроструктуры водонефтяных эмульсий необходимо учитывать различие оптических свойств нефти из разных месторождении. В связи с этим необходимо выяснить условия, при которых влияние сорта нефти (конкретные значения Ио иХопри данной )о) на измеряемые характеристики рассеяния является минимальным,Для этого рассмотрим, насколько велики различия значений 1 ф)/К,обусловленные различием оптических постоянных анализируемых сортов нефти,На фиг, 2 представлены углов е зависимости отношениями,для двух наиболее сильно отличающихся из рассматриваемых нами сортов нефти, где кривые 1, 2,3,4,5 соответствуют 1,3,8,6,12 мкм. Из хода кривых фиг. 2 видно, что величина отношения д возрастает с увеличением среднего радиуса капель воды. С уменьшением угла рассеяния влияние сорта нефти на величину 1(ЦКстановится менее существенным и приуглах 0 Р 15 не превышает 20, а .для Р8 мкм меньше 10,Таким образом, интервал углов рассеяния 7 о 615 является 09 тимальным как с точки зрения чувствительности характеристики 1 ЩКк микро- структуре рассеивающей эмульсии, так и в смысле минимального влияния на нее сорта нефти.В качестве примера на Фиг. 3 точками показаны рассчитанные значения характеристики 1 ИОфЦКв зависимости от среднего радиуса частиц для исследованных сортов нефти (+ - сорт 1 ,-сорт 2,в со 3) и 3 о = 1,942 мкм. Полученные таким образом эмпирические зависимости отношения 1 ЮЯКот среднего размера частиц водонефтяной эмульсии удалось описать гиперболическими зависимостями678941 нефти И , для трех пичных сортов нефти таблице,наиболее типриведены в Сорт нефти .-о -99и/п НеФть Осташковичи1,465 1758,75 6,5 -2,5 1 ф 456 1625 1,449 225 6,25 20 0 100 2. Нефть Речица3. Конденсат В-Бубны Формула изобретения- а.фВи т Ви- С к где 5 - айпаратурная постоянная. Числовые коэффициенты О , Ъ и с , атакже значения показателя преломления Проведенный авторами анализ погреш ностей показал, что если отношение1(ЙФизмерено с ошибкой +5%, то суммарная погрешность определения среднегоразмера частиц, обусловленная ошибками измерений, а также аппроксимацией рассчитанных значений 1(Ю 4 Ккривыми не превышает +10, если 1" 8 мкми +15, если 3 мкм ( у8 мкм. Еслисорт исследуемой нефти неизвестен,то в соотношении (1) следует использовать числовые коэФФициенты О, Ь, Си И, соответствующие сорту 2 (см. таблицу). В этом случае вышеприведенныепогрешности возрастут приблизительнов полтора раза.При определении среднего размерачастиц эмульсионной воды в нефти покоэффициенту рассеяния, что соответствует предложенному способу, погрешность определения г эа счет влияния ширины распределения (параметр 0)не меньше 80,Способ позволяет обеспечить непрерывный экспрессный контроль среднегоразмера частиц змульсионной воды внефти как при ее транспортировке по 4 Отрубопроводу (на насосных станциях),так и в лабораторных условиях. Способхарактеризуется простотой, надежностью и обеспечивает возможность автоматизации гранулометрического контроя нефти и нефтепродуктов. Время опеделения среднего размера частицводы в нефти сокращается от нескольких десятков минут, необходимых дляпредварительного определения концент- орации водонефтяной эмульсии н сопоставления измеренных значений коэффициента рассеяния с рассчитанными довремени снятия показаний приборов,определяемого несколькими секундами,При том точность определения среднего размера частиц воды за счетучета дисперсного состава водонефтяной эмульсии возрастает в 5-6 раз,ГИспользование способа непрерывного контроля среднего размера частиц эмульсионной воды в нефти позволит обеспечить сдачу потребителям нефти с минимальным влагосодержанием в соответствии с существующими техническими требованияМи. 1, Способ определения среднего размера частиц эмульсионной воды в нефти, заключающийся в облучений исследуемой среды в инфракрасной области с последующей регистрацией рассеянного средой излучения, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью ускорения процесса анализа и повышения его точности, облучение проводят с одновременньь измерением коэффициента ослабления К и интенсивности излучения 1 , рассеянного исследуемой средой в направлении 7 -15 относительно падающего пучка,о оа искомую величину среднего размера частиц определяют с,помощью соотно- шения где 3 - аппаратурная постоянная, Ипоказатель преломления нефти; д,С, - числовые коэффициенты.2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что исследуемую средуоблучают в интервале длин волн1,85 мкм.о1 мкм.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. СоЬ. сойГ 1 с 3 пь 1 гцаепсь