vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/achb.920RQCXUGvuzbiochemi-1242Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯBRIEF COMMUNICATIONИсследование плотности и устойчивости эмульсий нефтепродуктов в водеDensity and stability of oil-in-water emulsionshttps://orcid.org/0000-0002-6731-4253МатиенкоО. И.MatienkoO. I.

Ольга Ивановна Матиенко, к. х. н., старший преподаватель

664074; ул. Лермонтова, 83; Иркутск

Olga I. Matienko, Cand. Sci. (Chemical), Senior Lecturer

664074; 83, Lermontov St.; Irkutsk

olga_pomazkina@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3387-2089ФилатоваЕ. Г.FilatovaE. G.

Елена Геннадьевна Филатова, к.т.н., доцент, доцент кафедры

664074; ул. Лермонтова, 83; Иркутск

Elena G. Filatova, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Associate Professor of the Department

664074; 83, Lermontov St.; Irkutsk

efila@list.ruhttps://orcid.org/0009-0001-4404-5572ЧебунинВ. А.ChebuninV. A.

Вадим Андреевич Чебунин, лаборант

664074; ул. Лермонтова, 83; Иркутск

Vadim A. Chebunin, Laboratory Assistant

664074; 83, Lermontov St.; Irkutsk

wadim.tschebunin@yandex.ruИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation202407072024142285290Copyright © Матиенко О.И., Филатова Е.Г., Чебунин В.А., 20242024Матиенко О.И., Филатова Е.Г., Чебунин В.А.Matienko O.I., Filatova E.G., Chebunin V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/1242

   К факторам, определяющим устойчивость эмульсий нефтепродуктов в воде, относят физико-химические свойства нефти, а также состав эмульгированной воды.

   Целью настоящей работы являлось исследование влияния концентрации и температуры на плотность и устойчивость эмульсий нефтепродуктов в воде.

   Классические эмульсии нефти первого типа готовили на основе водного раствора CaCl2 и нефти Ярактинского месторождения. Соотношение углеводородной составляющей и водной фазы составило, % об.: 5:92, 10:87, 15:82, 20:77, 25:72, 30:67, 35:62 с добавлением эмульгатора. Исследование плотности эмульсий осуществляли пикнометрическим методом анализа с погрешностью измерений до ±0,01 кг/м3. В основе метода лежит точное определение массы исследуемого раствора и дистиллированной воды, занимающих в пикнометре известный объем (50 см3), и использование в работе высокоточных аналитических весов. Полученные уравнения регрессии позволяют рассчитывать значения плотности эмульсий нефтепродуктов в воде в изученном интервале температур (20–60 °С) и концентрации нефти (5–35 % об.). Выведенные эмпирические уравнения правомочно использовать на практике. Показано, что с увеличением концентрации нефти и температуры плотность эмульсий уменьшается. Стабилизирующую способность эмульсий нефтепродуктов в воде оценивали по коэффициенту светопропускания: оценка величины светопропускания служила критерием стабильности эмульсии в воде. Экспериментально подтверждено, что с увеличением температуры стабилизирующая способность эмульсий снижается. Результаты исследования могут быть полезны при изучении закономерностей, определяющих направление и глубину протекания химических превращений и стабилизации эмульсий нефтепродуктов в воде, а также в решении практических вопросов их разрушения.

   The stability of oil-in-water emulsions is determined by the physicochemical properties of oil, as well as the composition of emulsified water.

   The present work aims to study the effect of concentration and temperature on the density and stability of oil-in-water emulsions. Classical oil emulsions of the first type were prepared with aqueous CaCl2 solution and oil from the Yarakta field.

   The ratios of the hydrocarbon component to the aqueous phase were as follows, vol %: 5:92, 10:87, 15:82, 20:77, 25:72, 30:67, and 35:62 with the addition of emulsifier. The density of emulsions was studied using the pycnometer method, with a measurement error of up to ±0.01 kg/m3. The method consists in accurately determining the mass of the test solution and distilled water, which occupy a known volume (50 cm3) in the pycnometer, and using a high-precision analytical scale. The obtained regression equations provide a means to calculate the densities of oil-in-water emulsions within the studied temperature (20–60 °С) and oil concentration (5–35 vol %) ranges. The derived empirical equations can be used in practice. It is shown that with increasing oil concentration and temperature, the density of emulsions decreases. The stabilizing ability of oil-in-water emulsions was evaluated in terms of luminous transmittance: the luminous transmittance value served as a stability criterion of emulsions in water. It was experimentally confirmed that the stabilizing ability of emulsions decreases with increasing temperature. The obtained results can be used in the study of regularities defining the direction and extent of chemical transformations and stabilization of oil-in-water emulsions, as well as in the solution of practical issues related to their destruction.

эмульсии нефти в водеплотностьконцентрация нефтитемператураустойчивость эмульсийoil-in-water emulsionsdensityoil concentrationtemperatureemulsion stabilityReferencesZhang C., Wang Y., Yu Z., Xu Y., Guo Y., Liu R., et al. Enhancing the oxidation stability and bioaccessibility of algal oil emulsion by using tocopherol and chlorogenic acid // Food Bioscience. 2024. Vol. 61. P. 104495. DOI: 10.1016/j.fbio.2024.104495.Zhang C., Wang Y., Yu Z., Xu Y., Guo Y., Liu R., et al. Enhancing the oxidation stability and bioaccessibility of algal oil emulsion by using tocopherol and chlorogenic acid. Food Bioscience. 2024;61:104495. DOI: 10.1016/j.fbio.2024.104495.Jiang H., Liu X., Xu Y., Jia Y. Study on the effect and mechanism of temperature and shear on the stability of water-in-oil emulsion stabilized by asphaltenes // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2024. Vol. 697. P. 134470. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2024.134470.Jiang H., Liu X., Xu Y., Jia Y. Study on the effect and mechanism of temperature and shear on the stability of water-in-oil emulsion stabilized by asphaltenes. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2024;697:134470. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2024.134470.Tao Y., Cai J., Wang P., Chen J., Zhou L., Zhang W., et al. Application of rheology and interfacial rheology to investigate the emulsion stability of ultrasound-assisted cross-linked myofibrillar protein: effects of oil phase types // Food Hydrocolloids. 2024. Vol. 154. P. 110086. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2024.110086.Tao Y., Cai J., Wang P., Chen J., Zhou L., Zhang W., et al. Application of rheology and interfacial rheology to investigate the emulsion stability of ultrasound-assisted cross-linked myofibrillar protein: effects of oil phase types. Food Hydrocolloids. 2024;154:110086. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2024.110086.Ибрагимов Н.Г., Хафизов А.Р., Шайдаков В.В., Хайдаров Ф.Р., Емельянов А.В., Голубев М.В. [и др.]. Осложнения в нефтедобыче : монография. Уфа: Издательство научно-технической литературы «Монография», 2003. 302 с. EDN: TRKOEZ.Ibragimov N.G., Khafizov A.R., Shaidakov V.V., Khaidarov F.R., Emel’yanov A.V., Golubev M.V., et al. Complication in oil recovery. Ufa: Izdatel’stvo nauchno-tekhnicheskoi literatury ”Monografiya”; 2003, 302 p. (In Russian). EDN: TRKOEZ.Нурабаев Б.К. Физико-химические исследования реологических свойств эмульсий и дисперсионных сред в нефтях // Бурение и нефть. 2010. N 9. С. 20–22. EDN: MUXSTH.Nurabaev B. Physical and chemical studies of the rheological properties of emulsions and dispersion mediums in oils. Burenie i neft’. 2010;9:20-22. (In Russian). EDN: MUXSTH.Бешагина Е.В., Юдина Н.В., Прозорова И.В., Савиных Ю.В. Состав и свойства нефтяных осадков // Химия в интересах устойчивого развития. 2007. Т. 15. N 6. С. 653–658. EDN: JTLROP.Beshagina E.V., Yudina N.V., Prozorova I.V., Savinykh Yu.V. Composition and properties of oil deposits. Khimiya v interesakh ustoichivogo razvitiya. 2007;15(6):653-658. (In Russian). EDN: JTLROP.Задымова Н.М., Скворцова З.Н., Траскин В.Ю., Ямпольская Г.П., Миронова М.В., Френкин Э.И. [и др.]. Тяжелая нефть как эмульсия: состав, структура и реологические свойства // Коллоидный журнал. 2016. Т. 78. N 6. С. 675–687. DOI: 10.7868/S0023291216060227. EDN: WWCDSR.Zadymova N.M., Skvortsova Z.N., Traskin V.Y., Yampol’skaya G.P., Mironova M.V., Frenkin E.I., et al. Heavy oil as an emulsion: composition, structure, and rheological properties. Kolloidnyi zhurnal. 2016;78(6):675-687. (In Russian). DOI: 10.7868/S0023291216060227. EDN: WWCDSR.Покидько Б.В., Ботин Д.А., Плетнев М.Ю. Эмульсии Пикеринга и их применение при получении полимерных наноструктурированных материалов // Вестник МИТХТ. 2013. Т. 8. N 1. C. 3–14. EDN: PVSJVP.Pokidko B.V., Botin D.A., Pletnev M.Yu. Pickering emulsions and their use in production of polymer nanostructured materials. Vestnik MITHT. 2013;8(1):3-14. (In Russian). EDN: PVSJVP.Нуштаева А.В., Мельникова К.С., Просвирнина К.М. Применение золь-гель перехода в эмульсиях, стабилизированных твердыми частицами // Фундаментальные исследования. 2014. N 8. С. 55–58. EDN: SHRFQL.Nushtaeva A.V., Melnikova K.S., Prosvirnina K.M. Sol-gel transition in emulsions stabilized by solid particles. Fundamental research. 2014;8:55-58. (In Russian). EDN: SHRFQL.Королева М.Ю., Юртов Е.В. Наноэмульсии: свойства, методы получения и перспективные области применения // Успехи химии. 2012. Т. 81. N 1. С. 21–43. EDN: OOGGDB.Koroleva M.Y., Yurtov E.V. Nanoemulsions: the properties, methods of preparation and promising applications. Uspekhi khimii. 2012;81(1):21-43. (In Russian). EDN: OOGGDB.Доброскок И.В., Лапига Е.Я., Черек А.М. Анализ природных стабилизаторов неразрушенной части эмульсии // Нефтепромысловое дело. 1994. N 7. С. 17–18.Dobroskok I.V., Lapiga E.Ya., Cherek A.M. Native stabilizers of non-degraded part of emulsion. Oilfield Engineering. 1994;7:17-18. (In Russian).Kilpatrick P.K. Water-in-crude oil emulsion stabilization : review and unanswered questions // Energy Fuels. 2012. Vol. 26, no. 7. P. 4017–4026. DOI: 10.1021/ef3003262.Kilpatrick P.K. Water-in-crude oil emulsion stabilization : review and unanswered questions. Energy Fuels. 2012;26(7):4017-4026. DOI: 10.1021/ef3003262.Космачева Т.Ф., Губайдулин Ф.Р. Особенности механизма действия деэмульгаторов при разрушении эмульсий // Нефтяное хозяйство. 2005. N 12. С. 114–118. EDN: JXJVZR.Kosmacheva T.F., Gubaydulin F.R. Features of the demulsifier action mechanism during emulsion breaking. Neftyanoe khozyaistvo. 2005;12:114-118. (In Russian). EDN: JXJVZR.Da Silva M., Sad C.M.S., Corona R.R.B., Pereira L.B., Medeiros E.F., Filgueiras P.R., et al. Analysis of the influence of carbon dioxide and nitrogen gases on the stability of heavy oil-water emulsions // Fuel. 2024. Vol. 369. P. 131696. DOI: 10.1016/j.fuel.2024.131696.Da Silva M., Sad C.M.S., Corona R.R.B., Pereira L.B., Medeiros E.F., Filgueiras P.R., et al. Analysis of the influence of carbon dioxide and nitrogen gases on the stability of heavy oil-water emulsions. Fuel. 2024;369:131696. DOI: 10.1016/j.fuel.2024.131696.Небогина Н.А., Прозорова И.В., Юдина Н.В. Влияние степени обводненности нефти и минерализации водной фазы водонефтяных эмульсий на структуру природных нефтяных эмульгаторов // Нефтепереработка и нефтехимия. Научно-технические достижения и передовой опыт. 2016. N 12. С. 10–15. EDN: XDZTBN.Nebogina N.A., Prozorova I.V., Yudina N.V. Influence of water cut degree of oil and mineralization of an aqueous phase of water-oil emulsions on structure of natural oil emulsifiers. Neftepererabotka i neftekhimiya. Nauchno-tekhnicheskie dostizheniya i peredovoi opyt. 2016;12:10-15. (In Russian). EDN: XDZTBN.Герцен М.М., Дмитриева Е.Д. Способность гуминовых кислот торфов стабилизировать эмульсии нефти и нефтепродуктов // Вестник Тверского государственного университета. Серия: Химия. 2020. N 3. С. 103–111. DOI: 10.26456/vtchem2020.3.11. EDN: RKTNWU.Gertsen M.M., Dmitrieva E.D. Ability of humic acids of peats to stabilize oil and petroleum product emulsions. Vestnik Tverskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Khimiya. 2020;3:103-111. (In Russian). DOI: 10.26456/vtchem2020.3.11. EDN: RKTNWU.Grechishcheva N.Yu., Korolev A.M., Zavorotny V.L., Starodubtseva K.A., Ali M.S. Stabilization of oil-in-water emulsions with highly dispersed mineral particles: biodegradation and toxic effect on aquatic organisms // Chem-ChemTech. 2023. Vol. 66, no. 2. P. 23–35. DOI: 10.6060/ivkkt.20236602.6729. EDN: DFLBJA.Grechishcheva N.Yu., Korolev A.M., Zavorotny V.L., Starodubtseva K.A., Ali M.S. Stabilization of oil-in-water emulsions with highly dispersed mineral particles: biodegradation and toxic effect on aquatic organisms. ChemChemTech. 2023;66(2):23-35. DOI: 10.6060/ivkkt.20236602.6729. EDN: DFLBJA.Зейгман Ю.В., Беленкова Н.Г., Сергеев В.В. Экспериментальное исследование стабильности эмульсионных систем с содержанием наночастиц SiO<sub>2</sub> // Нанотехнологии в строительстве : научный интернет-журнал. 2017. Т. 9. N 5. С. 36–52. DOI: 10.15828/2075-8545-2017-9-5-36-52. EDN: ZMQNET.Zeigman Yu.V., Belenkova N.G., Sergeev V.V. Experimental research of stability of emulsion systems with SiO<sub>2</sub> nanoparticles. Nanotechnologies in Construction: A Scientific Internet-Journal. 2017;9(5):36-52. (In Russian). DOI: 10.15828/2075-8545-2017-9-5-36-52. EDN: ZMQNET.Дмитриева А.Ю., Мусабиров М.Х., Батурин Н.И. Разработка и исследование физико-химических свойств кислотно-углеводородных эмульсионных систем для комплексных ОПЗ карбонатных коллекторов // Экспозиция Нефть Газ. 2020. N 1. С. 50–55. DOI: 10.24411/2076-6785-2019-10067. EDN: KWXQFJDmitrieva A.Yu., Musabirov M.Kh., Baturin N.I. Development and study of the physicochemical properties of acidhydrocarbon emulsion systems for complex SCR carbonate reservoirs. Exposition Oil & Gas. 2020;1:50-55. (In Russian). DOI: 10.24411/2076-6785-2019-10067. EDN: KWXQFJ.Небогина Н.А., Литвинец И.В., Прозорова И.В. Влияние температуры формирования водонефтяных эмульсий на их структурно-реологические свойства // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. 2018. N 3. С. 67–78. DOI: 10.15593/2224-9400/2018.3.06. EDN: YARSYP.Nebogina N.A., Litvinets I.V., Prozorova I.V. Influence of formation conditions on structurally-mechanical properties of water-oil emulsions. PNRPU Bulletin. Chemical Technology and Biotechnology. 2018;3:67-78. (In Russian). DOI: 10.15593/2224-9400/2018.3.06. EDN: YARSYP.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.