Кинетические и термодинамические параметры взаимодействия водных растворов поверхностно-активных веществ с нефтяными пленками

L. P. Semikhina; S. V. Shtykov; E. A. Karelin; I. V. Kovaleva; E. V. Tarasova

doi:10.14529/chem190101

Authors

L. P. Semikhina Tyumen State University, Tyumen, Russian Federation
S. V. Shtykov Tyumen State University, Tyumen, Russian Federation
E. A. Karelin Tyumen State University, Tyumen, Russian Federation
I. V. Kovaleva Tyumen State University, Tyumen, Russian Federation
E. V. Tarasova South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation

DOI:

https://doi.org/10.14529/chem190101

Keywords:

effect, oil films, solutions, surfactants, viscosity, enthalpy, entropy

Abstract

Interaction of water solutions of surfactants with oil films has been studied to monitor the kinetics of their washing off a solid surface within the temperature range 25–75 °С. Correctness of detergent effect consideration for water solutions of surfactants in relation to oil films in the context of transport processes has been confirmed, and the analytical equation for the process kinetics has been specified. The correspondence of temperature dependence for the process parameters and oil viscosity has been demonstrated. Incorrectness of consideration of these two transport processes only on the basis of activation energy has been discovered; for the first time the calculation procedure of all their thermodynamic parameters has been developed. They are in good agreement with the experimental data obtained by radically different methods. It has been determined that the Gibbs potential of detergent effect for surfactant solutions in relation to oil films changes its sign at T = T*, where T* is the phase transition temperature in oil. Consequently, at T < T* the detergent effect is determined by the enthalpy (activation energy) of the process and by its entropy at T > T*.

A mechanism of the surfactant detergent effect has been suggested, based on the discovery that the detergent effect is maximal for surfactants with the hydrophilic-lipophilic balance value 10±2, which corresponds to the maximal surfactant solubilizing effect. It has been suggested that the activation energy of the detergent effect is determined by the potential barrier, which a straight surfactant micelle is to penetrate in order to infiltrate into the interphase layer on the oil film surface. Owing to destructurization of the interphase layer the probability of infiltration for other micelles increases. As a result a microindentation on the oil film surface is formed due to ability of straight micelles to solubilize oil, in time it increases in both depth and area, which ensures the oil film rupture.

Therefore, the transport process that determines the surfactant detergent effect is conditioned by the movement of straight micelles following the interphase oil-water layer displacement owing to appearance of microindentations in the film, caused by the solubilization of oil particles by the micelles.

Author Biographies

L. P. Semikhina, Tyumen State University, Tyumen, Russian Federation

доктор физико-математических наук, доцент, директор центра «БИО и ПАВ»

S. V. Shtykov, Tyumen State University, Tyumen, Russian Federation

лаборант-исследователь центра « БИО и ПАВ»

E. A. Karelin, Tyumen State University, Tyumen, Russian Federation

аспирант кафедры Механика многофазных систем, физико-технический институт

I. V. Kovaleva, Tyumen State University, Tyumen, Russian Federation

аспирант кафедры Механика многофазных систем, физико-технический институт

E. V. Tarasova, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation

студент

References

Стандарт СТ-07.1-00-00-02. Порядок проведения лабораторных и опытнопромысловых испытаний химических реагентов для применения в процессах добычи и подготовки нефти и газа. Утверждено распоряжением от 13.02.2013 г. № 53р ОАО АНК «Башнефть». – 83 c.

Разработка нефтяных месторождений с применением поверхностно активных веществ / Г.А. Бабалян, Б.И. Леви, А.Б. Тумасян, Э.М. Халимов. – М.: Недра, 1983. – 216 с.

Ревизский, Ю.В. Исследование и обоснование механизма нефтеотдачи пластов с применением физических методов / Ю.В. Ревизский, В.П. Дыбленко. – М.: Недра, 2002. – 317 с.

Семихина, Л.П. Исследование пригодности реагентов для химических методов заводнения по их способности отмывать пленки нефти / Л.П. Семихина, С.В. Штыков, Е.А. Карелин // Нефтегазовое дело. – 2015. – № 5. – С. 236–256. – http://ogbus.ru/issues/5_2015/ ogbus_5_2015_ p236-256_Semihina LP_ru.pdf/news/2015_5/ (дата обращения: 23.11.2017).

Влияние температуры на способность водных растворов реагентов отмывать нефть с поверхности твердого тела / Л.П. Семихина, С.В. Штыков, Е.А. Карелин, А.М. Пашнина // Вестник ТюмГУ. – 2015. – Т. 1, № 3. – С. 39–51.

Френкель, Я.И. Кинетическая теория жидкостей / Я.И. Френкель. – Л.: Наука, 1975. – 502 с.

Якимчук, О.Д. Исследование моющего действия композиций на основе алкилбензолсульфоната натрия: автореф. дис. … хим. наук / О.Д. Якимчук. – СПб.: Изд-во СПбГТИ, 2004. – 159 с.

Влияние температуры и напряжения сдвига на реологические свойства нефтяных дисперсных систем / Л.П. Семихина, А.М. Пашнина, И.В. Ковалева, Д.В. Семихин // Вестник ТюмГУ. Серия «Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика». – 2018. – Т. 4, № 3. – С. 36–52.

Кирсанов, Е.А. Неньютоновское поведение структурированных систем / Е.А. Кирсанов, В.Н. Матвеенко. – М.: ТЕХНОСФЕРА, 2016. – 384 с.

Malkin, A.Ya. Rheology: Concepts, Methods and Applications / Ya.A. Malkin. – Toronto: ChemTec, 2012. – P. 510.

Uriev, N.B. Technology of Dispersed Systems and Materials: Physicochemical Dynamics of Structure Formation and Rheology / N.B. Uriev. – Germany: Wiley-VCH, 2016. – P. 192. DOI: 10.1002/9783527806195

Рогачев, М.К. Реология нефти и нефтепродуктов: учебное пособие / М.К. Рогачев, Н.К. Кондрашева. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2000. – 89 с.

Задымова, Н.М. Тяжелая нефть как эмульсия: состав, структура, реологические свойства / Н.М. Задымова, З.Н. Скворцова, В.Ю. Траскин // Коллоидный журнал. – 2016. – Т. 78, № 6. – С. 675–687.

Евдокимов, И.Н. Особенности вязкого течения жидких углеводородных сред с повышенным содержанием смолисто-асфальтеновых веществ / И.Н. Евдокимов, Н.Ю. Елисеев // Хи-мия и технология топлив и масел. – 1999. – № 6. – С. 32–34.

Glasstone, S. The theory of rate process / S. Glasstone, K.J. Laidler, H. Eyring // New York and London. Princeton University. – 1941. – P. 584.

Кондрашева, Н.К. Исследование квазитермодинамических параметров активации вязкого течения многокомпонентных углеводородных систем / Н.К. Кондрашева, А.А. Бойцова // Успехи в химии и химической технологии. – 2017. – Т. 31, № 4. – С. 16–18.

Кондрашева, Н.К. Анализ и сравнение структурно-механических свойств и термодинамических характеристик активации вязкого течения нефтяных дисперсных систем различной природы / Н.К. Кондрашева, А.А. Бойцова // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института. – 2018. – № 44(70). – С. 128.

Кондрашева, Н.К. Сравнительная оценка структурно-механических свойств тяжелых нефтей Тимано-Печорской провинции / Н.К. Кондрашева, Ф.Д. Байталов, А.А. Бойцова // Записки Горного института. – 2017. – Т. 225. – С. 320–329.

Ганеева, Ю.М. Асфальтеновые наноагрегаты: структура, фазовые превращения, влияние на свойства нефтяных систем / Ю.М. Ганеева, Т.Н. Юсупова, Г.В. Романов // Успехи химии. – 2011. – Т. 80, № 10. – С. 1034–1050.

Ланге, К.Р. Поверхностно-активные вещества. Синтез, свойства, анализ и применение / К. Роберт Ланге; пер. с англ. Л.П. Зайченко. – СПб.: Изд-во «Профессия», 2005. – 240 с.