2.1.1 Классификация и свойства эмульсий.

Эмульсии представляют собой термодинамические неустойчивые дисперсные системы, образованные двумя (или более) взаимно нерастворимыми или слаборастворимыми друг в друге жидкостями.

Рис.2.1. Схема размещения глобул в разбавленной (а), концентрированной (б), высоко концентрированной в) множественной (г) обратных эмульсиях:

1 - глобулы водной фазы; 2 - адсорбционно-сольватный слой ПАВ; 3 -углеводородная среда; 4 - глобулы углеводородной фазы; 5 - водная среда

или фаз в различных эмульсиях. Внешняя или дисперсионная фаза

содержит внутреннюю или дисперсную фазу. Если дисперсионная среда

в эмульсии представлена полярной жидкостью, то такую эмульсию

называют прямой или эмульсией первого рода - масло в воде (м/в). Если

же дисперсионная среда представлена неполярной или малополярной

жидкостью, то такую эмульсию называют обратной или эмульсией

второго рода - вода в масле (в/м).

Термины, относящихся к нефтяной промышленности: "инвертная",

"гидрофобная", "водонефтяная" эмульсии, инвертно-эмульсионный

буровой раствор (ИЭБР), высококонцентрированный инвертно-

34

эмульсионный раствор (ВИЭР), инвертно-эмульсионный раствор (ИЭР), гидрофобно-эмульсионный раствор (ГЭР) и другие являются синонимами обратной эмульсии [47]. Термины, в которые входит понятие раствор, по сути дела, неверны, поскольку каждый из них объединяет в одном понятии два: эмульсию и раствор, характеризующиеся принципиально различными коллоидно-химическими состояниями. Раствор является гомогенной (однородной) термодинамически стабильной жидкой системой с растворенными в ней одним или несколькими компонентами до молекулярных размеров. Эмульсии же - это гетерогенные (неоднородные) жидкие системы с четким разделением компонентов на две фазы - полярную, неполярную и обладающие значительной свободной энергией.

При дополнительном введении в эмульсию мелкодисперсных твердых наполнителей, полностью не растворяющихся ни в одной из фаз, но сохраняющих ее агрегативную стабильность, образуется эмульсионно-суспензионная система.

Отдельно следует рассматривать множественные эмульсии, представляющие собой эмульсию одного вида, в которой диспергирована эмульсия противоположного вида с сохранением ее свойств, т.е.

Размер глобул в эмульсиях, как правило, составляет 1 мкм и более, что придает им свойства, отличные от растворов и позволяет наблюдать их в оптический микроскоп [48].

Эмульсии являются неравновесными, т.е. термодинамически неустойчивыми системами. Процессы, происходящие в них самопроизвольно, направлены на сокращение поверхности раздела, т.е. на слияние диспергированных частиц между собой, что в конечном итоге может привести к полному расслоению системы на две фазы. Это существенно отличает их от равновесных коллоидных систем: мицеллярных растворов -(растворы коллоидных ПАВ), солюбилизированных систем (растворы коллоидных ПАВ + дисперсная фаза). Дисперсность этих систем находится в пределах 0,001 - 0,1 мкм.

Все эмульсии дополнительно подразделяют на три класса в зависимости от объемной доли дисперсной фазы Сд: - разбавленные при объемной доле Сд<0,1 % (рис. 3.1, а), концентрированные при Сд<74% (рис. 3.1, б) и высококонцентрированные или желатинированные при Сд>74% (рис. 3.1, в). Желатинированные эмульсии отличаются от концентрированных полным соприкосновением поверхности глобул, стабилизированных адсорбционно-сольватными слоями ПАВ, которые в данном случае приобретают полиэдрическую .(ячеистую) форму. Это придает им "твердообразное" состояние, текучесть их снижается, а прочность структуры существенно возрастает.

В дальнейшем мы будем рассматривать только концентрированные эмульсии, как представляющие наибольший практический интерес при их использовании в нефтяной промышленности.

Установление типа образовавшейся эмульсии - это отправная точка для дальнейших исследований.

К основным признакам стабильной обратной эмульсии относятся: неограниченная растворимость в углеводородах и нерастворимость в воде, способность смачивать гидрофобную поверхность (например, металлы на воздухе), повышение вязкости по мере дополнительного диспергирования в ней водной фазы. Эти свойства обратных эмульсий легко определяются в лабораторных и промысловых условиях без наличия специального оборудования.

К обратным эмульсиям предъявляется как ряд общих требований, характерных для любых химических реагентов, так и ряд специфических [49]:

? Высокая эффективность функционального действия при низких концентрациях эмульгатора, стабилизатора, структуро-образователя и других компонентов;

9 Высокая стабильность эмульсии;

9 Эксплуатационная надежность при изменяющихся

производственных условиях (рН среды, степень минерализации

водной фазы, температура в пласте и др.); 9 Технологичность приготовления и применения на промыслах; 9 Отсутствие опасности разрушения эмульсии при превышении

дозировки эмульгатора; 9 Экологическая безопасность при попадании в окружающую

природную среду; 9 Совместимость с используемыми химическими реагентами; 9 Низкая пожаро и взрывоопасностъ; 9 Отсутствие токсичности;

9 Отсутствие выраженного аллергического действия, резкого

раздражающего запаха; 9 Возможность утилизации отработанной эмульсии; 9 Низкая стоимость и обеспеченность сырьевой базой;

? Возможность организации производства эмульсии на месторождении.