стабильная водомасляная эмульсия

Формула изобретения

Водомасляная эмульсия на основе воды и масла, отличающаяся тем, что в качестве масла эмульсия содержит масляные остатки полностью отработанного смазочного масла при соотношении вода:масляные остатки, равном от 73,3:26,7 до 86,5:13,5 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к составам для получения высокообводненных и стабильных эмульсий. Водомасляные эмульсии широко используют в технологиях получения топлив, увеличения нефтеотдачи пластов, например при обработке высокообводненных коллекторов, нагнетательных и добывающих скважин (Матер. 2-й науч.-практ. конф. «Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа». Томск: Изд-во СО РАН, 2001), а также в процессах газодобычи и для временной изоляции проницаемости в призабойной зоне пластов (Пат. 1198536 ЕПВ).

В последние годы структурированные эмульсии используют в технологиях гидравлического разрыва малопроницаемых газо- и нефтенесущих пластов. Структурная и механическая устойчивость эмульсий обеспечивается (формируется) содержанием в их составе дорогостоящих поверхностно-активных веществ (ПАВ). Например, для получения эмульсий состава: 1-70% воды в 30-99% маслянистой жидкости (эфиры, ацетали, диалеилфенолы, углеводороды) используют сложные поверхностно-активные вещества формулы H[CH₂CH(R)A]_x N(R)[CH₂CH(R)A]_yH, где R - алифатическая углеводородная группа C _12-22; R'=Н или алкил C_1-3; А=NH или О; х+у=1-3 (Пат. 6218342 US, С09К 7/00).

Водосодержащие углеводородные топлива получают в присутствии 0.05-25% ионного или неионного эмульгатора с гидрофильно-липофильным балансом 1-40 (Пат. 6530964 US, С10L 1/32) или в присутствии эмульгатора на основе поликислотного полимера типа сополимеров олефинов С _4-30 с малеиновым ангидридом (Пат. 6419714 US, С10L 1/32).

В качестве эмульгаторов в получении эмульсионных топлив состава УВ: вода = (60:40)-(98:2) на основе тяжелого масла с вязкостью 100 сП используют низшие алкиламины в сочетании с оксидом этилена (Пат. 5993495 US, С10L 1/32), неорганические соединения, содержащие Na, Mg, Ca, Cl (Пат. 6296676 US, С10L 1/12), NaOH и CaCl ₂ (Патенты 6066186, 6030424 US, С10L 1/32).

Предложенные многофазовые эмульсии типа масло/вода/масло, которые кроме углеводородного сырья, воды и эмульгаторов дополнительно содержат дисперсные вещества, например углерод (Заявка 1111027 ЕПВ, С10L 1/32), органофильные глинистые минералы и кокс (Патенты 6150425, 6069178 US, A61К 9/113, В01F 3/00 соответственно).

Разработаны топливные эмульсии состава: 5-35% жидких углеводородов, 2.5-3.5% эмульгаторов, 1.5-2.5% эфиров сорбитола, 0.5-2.0% эфиров кислот и полиалкоксилов, включающие промоторы и катализаторы горения (Заявки 2784387, 2802941 FR, С10L 5/42, С10L 1/32), (Пат. РФ №2167920, С10L 1/32). Горючая эмульсия вода/углеводороды (керосин, бензин) с отношением вода/УВ=(5-35):(95-65) содержит 8-20% парафинов, а также растительные, животные или синтетические масла (Заявка 2842820 FR, С10L 1/32).

Для приготовления водомасляной эмульсии используют насыщенные и ненасыщенные жирные спирты и кислоты, насыщенные и ненасыщенные углеводороды (Заявка 19859054 DE, С02F 3/02).

Битумные эмульсии состоят из 50-99,5% битума и рапсового масла в качестве разжижающего компонента, а также добавок: адгезивов, эмульгаторов, сиккативов, эластомеров, смачивающих веществ (Пат. 407746 AT, С08L 95/00). Битумные эмульсии содержат отход процесса пиролиза углеводородного сырья - тяжелую пиролизную смолу плотностью 1060-1080 кг/м³ при следующих соотношениях компонентов, %: битум - 20-70; катионный или анионный эмульгатор - 0.1-5.0; кислота или щелочь - 0.5-3.0; тяжелая пиролизная смола - 0.4-8; вода - остальное (Пат. 2176652 RU, С08L 95/00).

Эмульсии, разработанные для глушения нефтяных скважин, состоят из компонентов, об.%: углеводородная жидкость, например газовый конденсат - 28-35; эмульгатор, например КССБ - 7-12; хлористый кальций - 18-24, кальцинированная сода - 1-3; карбамид - 0.5-1.5; мел - 1-3; вода - остальное (Пат. РФ №2168003, Е21В 43/12), или они содержат, мас.%: жидкий углеводород - 36-574, эмульгатор - 2-64, электролит, например хлориды щелочных или щелочноземельных металлов - 5-20; загуститель-стабилизатор, например полиакриламид или эфир целлюлозы - 0.2-1.0; вода - остальное (Пат. РФ №2196223, Е21В 43/22).

Концентрированные эмульсии при весовом соотношении нефтяное масло: вода = 20:80 получают в присутствии 3.0% ПАВ, 5.0% жидкого каучука или латекса сополимера диеновых и винильных мономеров с карбоксилсодержащими мономерами (Пат. РФ №2121495, С10М 173/00).

Анализ патентов показывает, что для получения эмульсий вода/углеводород используют (до 20%) дорогостоящие синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ) в качестве эмульгаторов, часто в сочетании с электролитами. Особая сложность возникает в приготовлении концентрированных (с содержанием воды более 60-70%) устойчивых и термостабильных эмульсий.

По технической сущности к предлагаемой водомасляной эмульсии наиболее близки эмульсии воды в нефтяном масле по патенту 2121495 RU.

Недостатком эмульсий воды в нефтяном масле является высокое содержание в них синтетических ПАВ, до 11.5 мас.%.

Задача изобретения заключалась в разработке концентрированных (до 86% воды) стабильных при хранении, деформациях и температуре до 90-100°С высоковязких эмульсий с применением использованных (отработанных) смазочных масел.

Технический результат достигается тем, что водомасляная эмульсия содержит полностью отработанное смазочное масло (масляные остатки) и воду в максимальном соотношении В/М=86,5/13,5. Полностью отработанное масло (масляные остатки) типа 5W40, 10W30, М8В, «Камаз», И-12 - И-40, «Rimula D» Shell без добавления специальных эмульгаторов и стабилизаторов смешивают с помощью электромеханического смесителя при 2000-2500 об/мин в течение 30-50 минут, получают эмульсии с максимальным содержанием воды 86.5%. Стабильность эмульсий характеризуют количественно методом динамической вискозиметрии при скоростях деформационного сдвига до 1312 с-1. Напряжение сдвига и вязкость эмульсий определяют с помощью прибора «Реотест-2». Результаты определения реологических характеристик полученных эмульсий приведены в таблице.

Как видно из примеров, с увеличением содержания воды в масляных остатках вязкость эмульсий стремительно возрастает, и они текут при высоких предельных сдвиговых деформациях, 300 Па. Вязкость эмульсий не изменяется при нагревании их до 60-70°С и снижается до 125-150 Па·с при 90-100°С нагревания высокообводненных, высоковязких водомасляных эмульсий В/М=80/20-86.5/13.5 (примеры 8-18). Эти результаты характеризуют высокую механическую и термическую стабильность полученных эмульсий.

Замена нефтяного масла и дорогостоящих синтетических ПАВ (эмульгаторов) масляными остатками придаст технологии получения водомасляных эмульсий значительную экономическую и экологическую эффективность.

Таблица
Вязкоупругие характеристики водомасляных эмульсий
№ примера	Содержание воды в эмульсии, мас.%	Содержание масляных остатков в эмульсии, мас.%	Динамическая вязкость эмульсии, Па·с	Сдвиговое напряжение деформации эмульсии, Па
1	62.3	37.7	53.6	240
2	73.3	26.7	107.0	250
3	77.0	23.0	116.2	280
4	78.0	22.0	160.9	300
5	78.5	21.5	223.5	300
6	78.7	21.3	268.2	300
7	78.8	21.2	268.2	300
8	80.0	20.0	429.1	300
9	81.0	19.0	464.9	300
10	82.0	18.0	536.4	300
11	82.5	17.5	590.0	300
12	82.6	17.4	500.6	300
13	82.7	17.3	500.6	300
14	82.8	17.2	386.1	280
15	82.9	17.1	312.1	300
16	83.0	17.0	393.4	300
17	85.5	14.5	349.0	300
18	86.5	13.5	375.5	300