超声波破乳技术在原油脱水处理中的应用.doc

毕业设计（论文）

题 目：超声波破乳技术在原油脱水解决中的应用
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摘 要
胜利采油厂已进入高含水开发期，三次采油技术逐渐被应用，采出液多为水包油乳状液或水包油与油包水交替出现的复杂乳状液，其界面膜强度高，乳状液非常稳定，采用常规和各种新的合成破乳剂均难以达成满意的破乳效果，加大了采出液解决的难度，困扰着油田生产。超声波可在一定限度上解决各种乳化原油的破乳问题。超声波作用于油水乳状液后，由于油、水的物性不同，对超声波的响应不同，出现油、水粒子各自集聚的现象，称之为位移聚集效应，此效应能促使乳状结构破坏，从而促进同种物质微粒凝聚，使得油、水分离加快。超声波破乳脱水技术具有能耗低和对原油无污染的特点，为解决特种乳化油（如稠油、助聚油）脱水提供了有效、经济的途径。

目　　录
摘要 …………………………………………………………………… i
目录 …………………………………………………………………… ii
第1章 前言………………………………………………………………… 1
第2章 坨六站原油脱水工艺现状………………………………………… 2
2.1概况……………………………………………………………………2
2.2油品性质 …………………………………………………………… 3
2.3粘温曲线 …………………………………………………………… 3
2.4原油脱水系统运营情况 …………………………………………… 3
2.5原油破乳剂现场应用效果评价………………………………………4
第3章 超声波破乳技术研究……………………………………………… 7
3.1超声波破乳机理和特性………………………………………………7
3.2影响超声波破乳效果的因素分析实验…………………………… 10
3.3综合分析…………………………………………………………… 18
第4章 超声波破乳技术实验…………………………………………… 19
4.1实验条件及方法…………………………………………………… 19
4.2实验情况…………………………………………………………… 20
4.3结果分析…………………………………………………………… 24
第5章 研究结论 ………………………………………………………… 26
致谢…………………………………………………………………………27

第1章 前言
在油田开发过程中，一次采油和二次采油采出的乳化原油多是油包水型，采用常规电化学联合破乳的方法就可以实现油水分离。目前，胜利采油厂已进入高含水开发期，三次采油技术逐渐被应用，采出液多为水包油乳状液或水包油与油包水交替出现的复杂乳状液，其界面膜强度高，乳状液非常稳定，采用常规和各种新的合成破乳剂均难以达成满意的破乳效果，加大了采出液解决的难度，困扰着油田生产。超声波可在一定限度上解决各种乳化原油的破乳问题。超声波作用于油水乳状液后，由于油、水的物性不同，对超声波的响应不同，出现油、水粒子各自集聚的现象，称之为位移聚集效应，此效应能促使乳状结构破坏，从而促进同种物质微粒凝聚，使得油、水分离加快。超声波破乳脱水技术具有能耗低和对原油无污染的特点，为解决特种乳化油（如稠油、助聚油）脱水提供了有效、经济的途径。

第2章 坨六站原油脱水工艺现状
2.1 概况
坨六站于1973年2月建成投产，涉及原油解决、原油稳定、污水解决3大部分，其中设计原油脱水能力135万吨/年，原油外输能力140万吨/年，采用热化学沉降脱水工艺，即：
3000m3
（2023m3）
净化油罐
井排来液
外输至配气站
气
油
5000m3
一次沉降罐
5000 m3
二次沉降罐
游离水脱除器
去污水解决站
原油提高泵
原油外输泵
稳定塔
水
换热器
图2-1 坨六站工艺流程图

目前坨六站进站液量22023m3/d，原油综合含水94%，日解决原油近2023t（涉及井下鲁胜原油），外输原油含水计划指标0.8%，目前实际含水0.6%。原油解决系统重要设备及设施见表2-1。
表2-1 原油解决系统重要设备及设施表
序号
设施名称
规格与型号
投产时间
数量
运营数量
1
一次沉降罐
5000m3
1981.5
2
2
2
二次沉降罐
5000m3
1999.12
1
1
3
净化油罐
3000m3
2023.10
1
1
4
2023m3
1989.3
1
1
5
游离水脱除器
Φ4×22.1
1995.8
3
2
6
二级分离器
Φ2.2×8.24
1983.5
1
1
7
加热炉
2023kw
2023.11
1

8
2200kw
2023.03
1

9
脱水泵
JS75-50
1994.5
2
1
10
输油泵
JS110-170
1993.8
3
1

2.2 油品性质
表2-2 原油物性全分析数据表
密度
kg/m3
粘度
mm2/s
含硫
%
含盐mg/L
凝点
℃
初馏点
℃
蜡
％
沥青
％
胶
％
残碳
%
原油
分类
0.941
790
1.1
59
24
105
9.0
4.12
29.5
4.3
含硫
中间基

2.3粘温曲线

图2-2 坨六站原油粘温曲线图
2.4原油脱水系统运营情况
2.4.1游离水脱除器
坨六站游离水脱除器于1995年投产，初期分离效果较好，出口油中含水<20%，水中含油<500mg/l。通过4年的运营，99年检修时，由于不锈钢波纹斜板支撑件的腐蚀，导致斜板在容器内杂乱堆积，致使油水分离效果变差，出口油中含水>60%，水中含油>1500mg/l。目前游离水脱除器仅作为气液分离使用，分离后的油水混合物进入一级沉降罐进行解决。
2.4.2原油沉降罐
坨六站现有原油沉降罐3座，其中5000m3一级沉降罐2座，均于1981年建成投产，单罐油水沉降时间4.4小时，沉降后油中含水<20%，水中含油<400mg/l；二级沉降罐为1座1999年建成投产的5000m3油罐，原油正常沉降时间24小时，沉降后油中含水<2%。
2.4.3原油加热炉
坨六站目前在用加热设备为两台YFCD型超导热管加热炉，功率分别为2200KW（2023年3月投运）、2023KW（2023年11月投运），因目前使用水煤浆锅炉换热，两台加热炉处在备用状态。其中冬季平均换热器进口温度55℃，换热器出口温度92℃；夏季：平均换热器进口温度59℃，换热器出口温度93℃。
2.4.4油罐底水排放情况
两座原油一级罐由手动放水管线（DN600）、压差放水管线（DN500）将污水排放至污水站；原油二级罐、净化油罐底水由污水提高泵根据罐底水高度开泵打至原油一级沉降罐。因鲁胜原油直接进入二级罐导致二级罐底水增长速度较快，二级罐的底水24小时连续打入一级罐中，好油罐底水天天8：00-9：00打底水，并保持0.8m以下。
2.5原油破乳剂现场应用效果评价
目前坨六站投加的脱水药剂为万达化工厂生产的WD-1型原油破乳剂，投加点为油井来液进油离水脱除器进口汇管，采用连续投加方式，投加量为8吨/月，投加浓度为133mg/l。
2.5.1原油破乳剂室内评价
表2-3 原油破乳剂室内沉降破乳实验
药剂名称
WD-1
油样含水（%）
60
温度（0C）
60
70
80
加药量（mg/l）
100
200
100
200
100
200
沉降
时间（min）
沉降出
水率
（%）
剩油含水（%）
沉降出
水率
（%）
剩油含水（%）
沉降出
水率
（%）
剩油含水（%）
沉降出
水率
（%）
剩油含水（%）
沉降出
水率
（%）
剩油含水（%）
沉降出
水率
（%）
剩油含水（%）
10
9.2
57.2
17.3
55.4
20.3
54.8
30.8
50.9
30.6
20.4
75.2
27.1
20
17.8
56.2
24.7
53.1
26.9
49.6
37.4
48.4
38.2
47.3
87.5
12.5
30
24.1
53.6
52.0
41.9
33.3
44.2
62.3
36.1
48.1
42.3
90.8
10.1
40
32.6
45.6
57.3
39.0
40.5
43.6
68.9
31.8
56.9
40.6
92.6
9.7
50
39.7
44.0
59.2
37.8
53.0
42.0
76.5
25.6
68.5
31.0
93.5
8.9
60
48.1
42.3
61.0
35.6
64.8
34.1
89.8
10.3
75.9
27.9
95.4
6.4

可以看出，WD-1型原油破乳剂低温适应性较差，且投加浓度在100mg/l时沉降破乳效果不好，仅为75%左右；在投加浓度200mg/l、温度700C时，沉降1小时后出水率可达成90%左右；在投加浓度200mg/l、温度800C时，沉降0.5小时后出水率可达成90%以上，并随着沉降时间的延长，出水率变化不大。
2.5.2原油破乳剂现场应用情况
记录2023年1月至2023年4月原油破乳剂投加情况及原油解决各环节含水变化情况。
表2-4 2023年1月-2023年4月原油破乳剂现场应用情况登记表
时间
破乳剂投加浓度
（mg/l）
一级罐含水
（%）
二级罐含水（%）
外输油含水（%）
备注
2023年1月
133
18
1.9
0.7
3日、22日含水超标，均为0.9%。
2023年2月
133
17.8
1.71
0.71

2023年3月
133
17.1
1.7
0.64

2023年4月
115
18
1.7
0.6

2023年5月
133
18.58
1.68
0.57
8日含水超标，为0.85%。
2023年6月
133
16.57
1.67
0.55

2023年7月
120
14.58
1.57
0.56

2023年8月
120
15.23
1.26
0.5

2023年9月
120
14.83
1.1
0.49

2023年10月
120
14.52
1.11
0.5

2023年11月
120
14
1.15
0.51

2023年12月
120
15.06
1.06
0.49

2023年1月
120
14.9
1.17
0.51

2023年2月
120
15
1.47
0.52

2023年3月
133
18.1
1.9
0.55
9日含水超标，为1.6%。
2023年4月
133
14.9
1.9
0.55

由上表看出，由于坨六站原油沉降时间较长，原油破乳剂投加后效果较为显著，基本上可以满足坨六站原油脱水需要。2023年至今外输原油含水基本稳定在0.6%以下，但出现不稳定情况，最高达成1.6%，重要是由于鲁胜原油进油含水偏高导致的。

第3章 超声波破乳技术研究
3.1 超声波破乳机理和特性
3.1.1超声波的性质及作用原理
超声波是声波频率超过人耳听觉极限、大于20kHZ的高频声波。由于频率高，人的耳朵听不见，因而被称为“超声波”。超声波属纵波，可在空气、固体和液体中传播，超声波波长短、频率高，遵循光的几何定律，具有“束射特性”、“能量吸附特性”和“能量传递特性”。

超声波在传递过程中，重要产生三个物理作用：
一方面是它的机械振动作用，超声波能迫使介质做剧烈的机械振动，并能产生强大的单向力作用，产生位移聚集效应。当超声波通过有悬浮“水粒子”、“油粒子”的原油介质时，导致悬浮“粒子”与原油介质一起振动。由于大小不同的“粒子”具有不同的相对振动速度，“粒子”将互相碰撞、粘合，使粒子的体积和重量均增大，最后沉降分离。
机械振动作用可使原油中的石蜡、胶质、沥青质等天然乳化剂分散均匀，增长其溶解度，减少油-水界面膜的机械强度，有助于水相沉降分离。
其二是它的空化作用，一定频率、足够强度的超声波通过液体时，当声波负压半周期的声压幅值超过液体内部静压强时，存在于液体中的微小气泡(空化核)就会迅速增大，在相继而来的声波正压相中气泡又绝热压缩而崩灭，在崩灭瞬间产生极短暂的强压力脉冲，气泡周边微小空间形成局部高温高压热点，连续数微秒之后，该热点随之冷却，冷却率达109k/s，并伴有强大的冲击波(对均相液体媒质)和时速达400km的射流(对非均相媒质)，“空化现象”使得介质可以产生多种的物理的、化学的、生物的效应。理论推导和可视化实验证明超声波破乳脱水的声强必须在空化阈以下。
第三是它的热作用，超声波穿过介质时，介质吸取一定量的声能，就会引起局部高温。热作用减少油-水界面膜强度和原油粘度，一方面，边界摩擦使油一水分界处温度升高，有助于界面膜的破裂。另一方面，原油吸取部分声能转化成的热能，可减少原油的粘度，有助于“粒子”的重力沉降分离。
因此，超声波原油破乳脱水重要是运用超声波的机械振动位移聚集效应和热作用。此外，超声波和化学破乳剂联合作用时，由于其扩散效应，还能提高破乳剂的作用效率。
3.1.2 “粒子”在超声波作用下“位移聚集效应”的可视化实验
3.1.2.1理论分析
设许多“水粒子”、“油粒子”以静止状态均匀分布在原油中，在混合物中加入一弱驻波场，则连续相速度可表达为：
“水粒子”：
“油粒子”：
运用数学方法分析“粒子”的运动，其平衡点是。
F是“粒子”在声辐射下所受的各力的和。
根据数学常微分方程理论容易证明，在F>0的情况下是“粒子”运动的稳定平衡点，在这种情况下，“粒子”将向波腹运动并在此聚集，从而使得“粒子”碰撞，凝聚成大“粒子”。相反，当F<0时，是稳定平衡点，在这种情况下，“粒子”将向波节运动并在此聚集、碰撞、凝聚。这种现象称为“位移聚集效应”。
3.1.2.2 实验设备和实验结果
实验设备涉及：
UG-Ⅶ型超声波发生器系统（具有频率自动跟踪和功率控制功能），电功率在0~1000W之间连续可调，频率在0~50kHz之间连续可调；
夹心式压电陶瓷换能器，惠普HP54601数字示波器，CS-3水听器，恒温水浴箱，CCD摄像机，CG100图像采集卡，计算机。
实验使用的粒子是固体粒子，它的比重比水轻，所用的液体是蒸馏水。可视化实验中使用了两种表面无静电的粒子，第一种粒子的密度是650kg/cm3，直径是3mm，第二种粒子的密度是990kg/cm3，直径是4mm。

一方面，把粒子均匀放置于静止的水面上，在加超声波以前粒子静止不动，当进行超声波作用时，粒子开始运动，当声强在空化阈以下时，粒子会最终聚集在波节。在上一节中把这种现象称为“位移聚集效应”。

相反，当超声波辐射的声强大于空化阈时，很容易观测到粒子的运动处在紊乱无序的状态，即使已经合并的粒子也会被“击碎”分散出去。此时认为超声波起混合作用。因此，超声波破乳作用的声强必须在空化阈以下。
运用两种直径不同的粒子进行实验均能观测到相同的现象。这一实验结果证明了上一节的理论分析，为实验研究打下了基础。
3.1.2.3结果分析
声学上所谓的“粒子”可以是微小油滴，也可以是微小水滴，其区别是粒子的性质不同。在超声波的作用下，性质相同的粒子总是在其平衡点相聚集，发生碰撞，合并成大的粒子，并在重力作用下分离。
但是，碰撞在有些条件下并不一定导致合并，粒子合并与粒子直径、运动速度、液体的密度、粘度以及粒子界面间的胶体力有关。在Re》1和小Weber数的条件下，运用流体运动的N-S方程分析，粒子碰撞的过程中，产生反弹所需的最小排斥压力为2γ/a，其中γ是表面张力，a是粒子直径。一般来说，象水化层这样引起的短程斥力可以表达为Aexp(-x/k)，其中x是两粒子界面间的距离，k是开始产生短程斥力的特性长度，A是溶质表面浓度的函数，它又依次依赖于粒子表面溶质的扩散、对流和吸附作用，即产生碰并的A必须小于2γ/a。
一般情况下，对于某一种油水乳状液，油滴或水滴的直径是固定的，若使水粒子碰并，只有通过改变表面张力来实现，超声波的“位移聚集效应”为粒子碰并提供了积聚的条件，超声波的热作用及化学添加剂用来改变表面张力。两者的结合才干达成更高的破乳效率。
3.2 影响超声波破乳效果的因素分析实验
3.2.1实验条件及方法
3.2.1.1实验条件
实验设备涉及：UG-Ⅶ型超声波发生器系统（具有频率自动跟踪和功率控制功能），电功率在0~1000W之间连续可调，频率在0~50kHz之间连续可调；夹心式压电陶瓷换能器，惠普HP54601数字示波器，CS-3水听器，蒸馏含水分析仪、电动搅拌器等。
因温度是影响粘度的重要参数，运用恒温水浴箱可保证实验在相同温度下进行，同时，恒温水浴箱中的水又是超声波的传递介质。恒温水浴箱反射面离换能器发射面的距离可调整，以保证形成驻波场。实验油样都是由采油厂提供的，实验前先搅拌均匀，均分在盛油容器中．为消除容器对实验结果的影响，实验采用声阻抗值与水相近的特制塑料容器。

3.2.1.2实验方法
第一将原油乳化液进行均匀、充足地搅拌。由于乳化液的稳定限度不同，对某些稳定的乳化液存放于罐里不做任何解决，也许需要几周乃至几个月的时间油水才干分层，而对于不稳定的乳化液也许在几分钟内就会分离成比较清净的油相和水相。为保证实验样品的同一性，必须进行充足搅拌。
第二将搅拌后的原油乳化液均分在盛油容器中，每次解决原油乳化液体积约为200～250mL，为消除容器对实验结果的影响，实验采用声抗值与水相近的特制塑料容器。
第三将分盛好的样品依次进行超声解决后放入恒温水浴箱中沉降2～5h不等。
第四对沉降后的样品采用蒸馏法含水分析仪进行含水分析。
第五将分析后的结果与初含水及不经超声解决直接沉降放入恒温水浴箱沉降的含水结果进行对比，得出结论。
3.2.2 实验结果及分析
3.2.2.1声强
超声强度决定水“粒子”凝聚速度。声强增强。水“粒子”位移振幅加大，碰撞粘合的机率增大，从而提高水“粒子”凝聚速度。声强与振幅关系表达式如下：
I=2π2ρсƒ2V×10-7
式中：I-声强（W/㎝2）; ρ-水密度（g/㎝3）;
с-声速（㎝/s）; ƒ-频率（Hz）; Vm-振幅（㎝）。
本次实验的频率为20kHz，脉冲宽度为11.2ms，间歇比为3；辐照时间为10min。随着声强的变化，原油脱水率的变化示意图如下：

可以看出，随着声强的增强，原油脱水率也随之变化。声强小于0.35W／cm2时，水“粒子”的位移振幅较小，起不到破乳作用．声强0.35-0.65W／cm2时，原油脱水率随着声强的增强而增长．声强为0.65W／cm2时脱水率最高，脱水率达成89％，声强0.35W／cm2时为水“粒子”凝聚的临阈值，当声强大于临阈值而增长到0.65W／cm2时，脱水率随声强的增强而提高。由于超声波破乳脱水声强必须在空化阈值以下，当声强值大于0.65W／cm2时，也许使原油产生空化作用，声强越强，搅拌越快，凝聚后的水“粒子”被重新分散，产生新的乳化，并且随着声强的进一步增强，这种乳化的趋势增大，使得原油破乳脱水率减少．实验表白破乳脱水声强应为0．35-0.65W／cm2，最佳声强为0．65W／cm2。
3.2.2.2频率
超声波在液体媒质中传播，其强度将随传播距离的增长而逐渐减小，减小的快慢限度由传声媒质的超声衰减系数α来表征：
I=Iqe-2αX
α=
式中，Iq-声源辐射的声波强度；
I-超声波传播到距超声源X时的声波强度； X-传播距离； ρ-原油密度； c-声速； η-原油切变粘滞系数； ηb-原油容变粘滞系数； k-热传导系数； Cv-原油定压比热； Cp-原油定容比热； ƒ-超声波频率。
对于一定温度的原油，超声波的衰减与频率的平方成正比，超声波的频率越低，衰减越慢，破乳声场越均匀，这不仅有助于原油破乳，并且，在相同声强条件下相对低的频率可增大超声波破乳的有效辐照距离。对于声场中某点在相同声强条件下减少频率，可提高水“粒子”位移振幅，有助于水“粒子”凝聚。上述分析表白：超声波原油破乳脱水应使用低频超声场，而Kotyusov从理论上导出声波的频率对水“粒子”凝聚有影响，并导出水“粒子”在超声波作用下产生凝聚的最佳频率约在21—25kHz以内。综合超声波的衰减与产生水“粒子”最佳凝聚频率这两方面因素，超声波破乳脱水频率可以略低于21kHz，以获得最佳脱水效果。
频率为20kHz和25kHz的对比实验表白在同等声强和波形条件下，频率为20kHz时原油脱水率为94％，而频率为25kHz时原油脱水率为89％．因此，使用20kHz的低频超声进行破乳脱水是较为抱负的。
相同条件下，频率为20kHz和25kHz的脱水率对比示意图如下：

3.2.2.3间歇比、脉冲宽度
在脉冲超声波作用于原油时，不同的间歇比和脉冲宽度对原油的破乳脱水率也有一定的影响。

间歇比为6-8时原油的脱水率较高，并且，间歇比为8时脱水率最高，达成54.3％。

在频率20kHz，占空比1:1，声强0.65W／cm2超声辐照作用下，原油脱水率随超声脉冲宽度变化呈现峰值。脉宽从5ms增长到9.7ms，脱水率从44.6％上升到52.8％．当脉宽继续增长到12.5ms时，脱水率却没有继续上升，而是下降到37．6％。脉宽9.7ms时原油脱水率达成最高值52.8％．脉宽从5ms增长到9.7ms时脱水率也逐步提高，并达成最大值．间歇比和脉冲宽度对原油的破乳脱水率具有一定的影响，影响的因素尚有待进一步研究。
3.2.2.4超声辐照时间
在超声辐照作用下，小的水“粒子”互相碰撞、粘合变成相对大的水“粒子”，相对大的水“粒子”又开始新的碰撞、粘合，直到水“粒子”的直径足够大以至其不随超声振动为止，这需要一个时间过程。
随着超声波辐照时间的延长，原油脱水率逐步提高，并趋于饱和。辐照时间延长到5min，脱水率达成59.5％，脱水速度快。辐照时间大于5min，脱水率提高的幅度减小。从脱水速度和脱水率来考虑，辐照时间5-10min较为合理。
一般情况下，延长辐照时间，超声波的热能作用加强。原油超声波破乳存在最佳的解决时间，解决时间过长，脱水效果反而变差。这是由于乳化与破乳事实上是一个动态平衡过程，选择合适的解决时间可以破乳，但是假如解决时间过长，又有也许将分离出来的油水两相乳化，从而导致形成更加稳定的乳化液。
3.2.2.5温度
原油粘度与温度之间呈反比关系。当温度升高时，原油粘度减少，并且变化幅度很大。温度升高后，粒子在乳状液中的运动阻力减小。同时，聚集水珠沉降时所受的阻力减小，沉降速度加快。不同温度，自然沉降与超声波解决后的脱水数据对比表白，超声波解决后，原油的脱水率明显提高，且实验温度越高，脱水率差值越大。

3.2.2.6沉降时间
沉降时间越长，越有助于大水滴的沉降分离，分离效果越好。但随着沉降时间的进一步延长，脱水率增长的幅度变小，这说明当大水滴沉降下来后，小水滴沉降速度慢，加上结构力的存在，分离变得困难。

3.2.2.7化学破乳剂
原油采出液具有较高的矿化度和较多的表面活性物质,这使得乳化液的结构难以破坏。一般情况下，对于某一种油水乳状液，油“粒子”或水“粒子”的直径是固定的，若使“粒子”聚集，只有通过改变表面张力来实现，超声波的“位移聚集效应”为粒子碰并提供了积聚的条件，超声波的热作用及化学添加剂用来改变表面张力。两者的结合才干达成更高的破乳效率。
实验采用的原油温度为60℃，超声波频率为20KHz，沉降分离时间为3h，超声波与化学破乳剂联合作用破乳的脱水效果较单纯使用超声波破乳的脱水效果好。加入化学破乳剂后,再运用超声波解决,乳化原油的含水率明显下降,并且按一定规律变化。超声波与化学破乳剂联合作用破乳的最优声强与单纯运用超声波破乳的最优声强基本一致,说明化学破乳剂的加入使得超声作用时粒子碰撞合并的概率加大,这与理论分析相吻合。
不同的破乳剂与超声波联合作用产生的破乳效果也许不同样,需要针对具体情况做进一步的研究。
比较示意图如下：

3.3 综合分析
通过上述实验分析可知：
一是影响原油脱水率的重要因素：超声波作用声强、超声波作用辐照时间、超声波作用频率、原油温度、特定原油相相应的化学破乳剂。
二是影响原油脱水率的次要因素：超声波脉冲宽度、超声波脉间歇时间、作用后的沉降时间。
三是影响原油脱水率的因素尚有压强、油品性质等，但这些因素的影响都是间接的。压强的增长使超声空化阈值增大；油品性质影响超声波在油中的衰减，从而影响使用频率的选择。对于不同的实验系统，由于破乳条件等诸多因素的影响，声强、辐照时间等参数将发生变化，但实验研究的方法和影响原油破乳脱水率的主、次要因素估计与本实验结果是一致的。

第4章 超声波破乳技术实验
4.1实验条件及方法
模拟坨六站工艺流程和生产参数进行室内实验，为了防止换能器因长时间工作导致的热不稳定性对破乳产生不利影响，专门加工了水冷式换能器，工作频率为(20±2)kHz，它可以在模拟现场条件下长时间稳定工作，保证实验按设计程序顺利进行。

沉降罐有两个，一个是超声作用后的沉降罐，另一个是自然沉降罐，起对比作用。在沉降罐的不同高度上设立了多个取样口，分析不同高度的含水率。
因在分离器来油中已经加入了相应的化学破乳剂，取到不含化学破乳剂且含水率较低的样品很困难，本次实验专门针对具有化学破乳剂的情况下，对比施加超声波作用的破乳脱水效果，更符合目前现实情况。
通过阀门控制乳化原油在解决罐内的停留时间；解决后的原油进入沉降罐沉降脱水2-3h，然后用蒸馏法进行含水率测试分析。
实验用的乳化原油取自坨六站的两个不同地点，具有不同的特性：1#样品：含水率18%，温度56℃； 2#样品：含水率2%，温度59℃，含鲁胜稠油；取样点的示意图如下：
图4-1 坨六站原油取样点示意图
4.2 实验情况
4.2.1 1#样品
频率20kHZ,辐照时间10min,沉降时间3h。随声强变化，脱水率示意图。

频率20kHZ,辐照时间15min,沉降时间3h。随声强变化，脱水率示意图。

频率20kHZ，声强0.5W/㎝2，辐照时间10min，沉降时间3h。超声波作用与自然沉降不同高度含水率示意图。

频率20kHZ，声强0.65W/㎝2，辐照时间10min，沉降时间3h。超声波作用与自然沉降不同高度含水率示意图。

4.2.2 2#样品
频率20kHZ,辐照时间10min,沉降时间3h。随声强变化，脱水率示意图。

频率20kHZ,辐照时间15min,沉降时间3h。随声强变化，脱水率示意图。

频率20kHZ，声强0.5W/㎝2，辐照时间10min，沉降时间3h。超声波作用与自然沉降不同高度含水率示意图。

频率20kHZ，声强0.65W/㎝2，辐照时间10min，沉降时间3h。超声波作用与自然沉降不同高度含水率示意图。

4.3 结果分析
1#样品：含水率18%，温度56℃。该样品油品质较好，超声作用的最佳参数：频率20kHZ，声强0.5W/㎝2，辐照时间10min。经超声波解决后，含水率1.5%。
2#样品：含水率2%，温度59℃，含鲁胜稠油。该样品因具有稠油，油品质较差，自然沉降效果不好，施加超声作用后含水率可达成0.6%。超声作用的最佳参数：频率20kHZ，声强0.65W/㎝2，辐照时间15min。

适合坨六联合站超声波破乳的工艺流程和运营参数示意图

图4-2 坨六站原油超声破乳剂工艺流程及运营参数点示意图

第5章 研究结论
5.1 本研究综合分析坨六站原油脱水解决工艺运营状态，化学药剂破乳效果，拟定适合坨六站超声波破乳的工艺流程。
5.2 初步掌握超声波破乳机理和特性，对可控制的参数如声强、频率、辐照时间、及温度等重要因素进行了研究，通过理论分析和室内实验证明了超声波破乳脱水的可行性，为此后现场实验提供可靠的理论支持和室内研究数据。
5.3 不同的油样性质不同，应用超声波破乳脱水所需的参数也不同，如不同的破乳剂与超声波联合作用产生的破乳效果也许不同样,需要针对具体情况做进一步的研究。
5.4 超声波破乳脱水受多种因素的制约，特别是现场情况与室内差异较大，下一步针对油性复杂，如含聚油、稠油解决进行现场实验。

致 谢
本文是在李玉星老师的悉心指导下完毕的。承蒙李玉星老师的亲切关怀和精心指导，虽然有繁忙的工作，但仍抽出时间给予我学术上的指导和帮助，特别是给我提供了良好的学习环境，使我从中获益不浅。老师对学生认真负责的态度、严谨的科学研究方法、敏锐的学术洞察力、勤勉的工作作风以及敢于创新、敢于开拓的精神是我永远学习的楷模。在此，谨向李玉星老师致以深深的敬意和由衷的感谢。
还要感谢我的家人，他们在生活上给予我很大的支柱和鼓励，是他们给予我努力学习的信心和力量。
最后，感谢所有关心我、支持我和帮助过我的同学、朋友、老师和亲人。在这里，我仅用一句话来表白我无法言语的心情：感谢你们！