ПОЛУЧЕНИЕ ИНВЕРТНЫХ ЭМУЛЬСИОННЫХ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ НА ОСНОВЕ НЕФТЯНОГО ШЛАМА

АННОТАЦИЯ

В данной статьe представлены результаты исследований по получению инвертных эмульсионных растворов  из отхода нефтепереработки — нефтяного шлама и эмульгатора — в виде поверхностно активного вещества. Изучен состав резервуарного  нефтяного шлама, образованного при хранении   бензина,  дизельного топлива, смазок, масел. Эмульгатор синтезирован на основе  дистиллированных жирных кислот софлорового масла и отработанного диметилэтаноламина. Подобраны оптимальные соотношения исходных компонентов эмульгатора амида дистилированных жирных кислот, изучена его поверхностная активность. Инвертный эмульсионный раствор рекомендован для бурения глубоких скважин на нефть, газ и твёрдые полезные ископаемые.

ABSTRACT

This article presents the results of research into the production of invert emulsion solutions from oil refining waste—oil sludge and an emulsifier—in the form of surface-active substances. The composition of an oil sludge reservoir formed during the storage of gasoline, diesel fuel, lubricants, and oils was studied. The emulsifier was synthesized using distilled fatty acids from safflower oil and waste dimethylethanolamine. Optimal ratios of the emulsifier's starting components (distilled fatty acid amide) were determined, and its surface activity was studied. The invert emulsion solution is recommended for deep-well drilling for oil, gas, and solid minerals.

Ключевые слова: инвертный эмульсионный буровой раствор, физико-химические свойства, нефтяной шлам, поверхностно активное вещество.

Keywords: invert emulsion drilling mud, physical and chemical properties, oil sludge, surface-active substances.

Введение. На нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) Узбекистана, ежегодно вырабатывается несколько тысяч тонн нефтяных отходов, которые накапливаются в специальных хранилищах — амбарах, что приводит к нарушению экологического состояния республики. В настоящее время существуют различные способы переработки нефтяного мусора.

Предлагаемая работа посвящена исследованию возможности использования углеводородной части нефтешлама для получения инвертных эмульсионных буровых растворов, а также изучению их свойств. Объектом исследования явился нефтешлам НПЗ Каганского района Узбекистана.

Материалы и методы исследования

По результатам наших исследований в нефтешламах резервуарного типа на нефтеперерабатывающем заводе (НПЗ) Каганского района соотношение нефтепродуктов, воды и механических примесей в виде песка, глины, ржавчины колеблется в очень широких пределах:

• углеводороды составляют 5–50 %;
• вода 1 — 52%;
• твердые примеси 0,8 — 5 %.

Плотность нефтешламов колеблется в преде­лах 810–1650 кг/м³, температура застывания от –5 до +75 °С. Температура вспышки лежит в диапазоне от 40 до 110 °С [1; 2; 5; 6; 9].

Резервуарные нефтешламы различной вязкости мы подвергали разделению на фракции: нефтепродукт, вода, твердые механические примеси.  В процессе разделения нефтешлама на отдельные фракции авторами статьи выявлено, что операции по переработке жидковязких нефтешламов с предварительным механическим разде­лением фаз целесообразны лишь при высоком содержании (выше 30 %) в шла­мах органики.

Разделение водно-масляных эмульсий механическим способом основано на технологи­ческих приемах искусственного изменения концентраций дис­персной фазы эмульсии с после­дующей коалесценцией мелких ка­пель этой фазы. Для осуществления операции межфазного разделения нефтешлама нами была использована технологическая установка, включающая центрифугу, гидроциклон и фильтр-аппарат. После отделения от жидкой фазы твердо­го остатка нефтешлама в нем оста­ется до 10 — 15 % органики, и полное обезвреживание его достигается лишь термической обработкой.

Результаты

В нашей работе использовались нефтешламы, обра­зованные в расходных резервуарах нефтепродуктов (бензин марки Аи-80, Аи-92, Аи-95, дизельное топливо, смазки, масла). Одним из возможных путей применения углеводородной фазы нефтешлама является ее использование в качестве основного компонента обращённых (инвертных) эмульсионных растворов.  Входящие в состав нефтешламов смолы, парафины, высокомолекулярные соединения обладают, как известно, поверхностно-активными свойствами. Именно эту особенность нефтешламов можно эффектно использовать при синтезе инвертных эмульсионных растворов. Для получения стабильной эмульсии требуется введение поверхностно активного вещества (ПАВ) — эмульгатора. Свободные жирные кислоты, которые находятся в составе ДЖК софлорового масла взаимодействуют с отработанным диметилэтаноламидом (ДМЭА) и образуют комплексную соль жирной кислоты в виде ПАВ амида дистилированной жирной кислоты (АДЖК):

R-CООH+(СН₃)₂NC₂H₄ОH → RCOO[НN(СH₃)₂C₂H₄OH]

Конечный продукт — амид дистилированной жирной кислоты (АДЖК) характеризуется гидрофобно-липофильным балансом (ГЛБ), хорошо растворяется в воде и рекомендуется для получения инвертных эмульсий.

Таблица 1.

Характеристики эмулгаторов инвертных эмульсий

Оптимальное соотношение исходных компонентов ПАВ для инвертной эмульсии подбирали по значениям поверхностной активности. Расчёты величины поверхностной активности показали при соотношении (масс, части) ДЖК софлора следующий результат: отработанный ДМЭА равный 10:1, поверхностная активность нового ПАВ возрастает более чем в 10 раз по сравнению с чистым техническим ДМЭА (табл. 2). Увеличение концентрации ДМЭА в синтезированных нами ПАВ снижает и поверхностную активность.

Таблица 2.

Изменение поверхностной активности ПАВ АДЖК в зависимости от их состава

Расчёты величины поверхностной активности показали, что при соотношении (масс, части) ДЖК софлора составляет: отход ДМЭА равный 10:1, поверхностная активность ПАВ (амид дистилированной жирной кислоты) возрастает более, чем в 10 раз по сравнению с чистым техническим ДМЭА). Увеличение концентрации ДМЭА в синтезированных нами ПАВ снижает и поверхностную активность Полученные экспериментальные результаты позволяют сделать вывод о том, что с увеличением количества ДМЭА в составе новых ПАВ работа адсорбции уменьшается и соответственно уменьшается их поверхностная активность [3; 4; 7–10].

Заключение

На основе нефтепродукта (дизельное топливо), полученного из нефтешлама и воды, была получена обращённая (инвертная) эмульсия, которая стабилизировалась введением эмульгатора, полученного из ДЖК софлорового масла и вторичного диметилэтаноламина (АДЖК)

Инвертная эмульсия рекомендуется для бурения глубоких скважин для добычи нефти, газа и твердых полезных ископаемых с целью предотвращения аварий в зонах осложнений, связанных с осыпями и обвалами стенок скважин.

Список литературы:

1. Магриб А.Б. Технология переработки нефтешламов с получением товарных продуктов // Мир нефтепродуктов. — 2003. — № 3. — С. 24–26.
2. Миннигалимов Р.З., Нафикова Р.А. Совершенствование технологии переработки нефтешламов // Нефтяное хозяйство. — 2008. — № 4. — С.54–67.
3. Пазилов М.М., Кадиров А.А. Мицеллярные растворы на основе предельных и непредельных жирных кислот хлопковых соапстоков // Науч.-практ. конф. ТНИИХТ. — 2021. — Ташкент. — С. 58–60.
4. Пазилов М.М., Омонова У.М., Кораев С.Э. Изучение адсорбции растворов ПАВ на основе амида госсиполовой смолы // «Mahalliy xomashyolar va ikkilamchi resurslar asosidagi innovatsion texnologiyalar» Respublika ilmiy-texnik anjumani. Materiallar tuplami 1-jild. 19-20 aprel, 2021-yil Urganch. — 238–239 betlar.
5. Серикбаева А.К., Боранбаева А.Н., Исследование амбарной нефти // Интернаука: электрон. журн. — 2021. — № 16 (192). — Ч. 1. — С. 90–92.
6. Серикбаева А.К., Иманбаев Е.И., Боранбаева А.Н. Исследование физико-химических составов нефтешлама // Каспий в XXI веке: региональные и глобальные проблемы, сотрудничество и безопасность: Междунар. науч.-практ. конф. 25 декабря, 2020. — С. 235.
7. Шералиева О.А., Артыкова Ж.К. Бинарные эмульсионно–полимерные системы для бурения скважин // XXIV Международная НПК «Инновация—2019». — С. 213.
8. Шералиева О.А., Эшмухамедов М.А. Синтез и исследование поверхностно-активных свойств эмульгатора на основе госсиполовой смолы // Тезисы докладов НПК молодых ученых ИХРВ АН РУз. — 2019. — С. 26.
9. Шералиева О.А., Эшмухамедов М.А. Эмульгатор для инвертных эмульсий на основе госсиполовой смолы // Тезисы докладов НПК молодых ученых ИХРВ АН РУз. — 2019. — С.127.
10. Kadirov А.А., Pazilov М.М., Kadirov N.А. Plant protection product based on local organic raw materials // International scientific-practical conference “Development issues of innovative economy in the agricultural sector”. — Weihenstephahan-Triesdorf university of Applied Sciences. — 2021. — Рр. 81–84.