超声波破乳技术在原油脱水处理中的应用.doc
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1、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学习中心: 年级专业: 学生姓名: 学 号: 指导教师: 职 称: 导师单位: 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
2、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 22.1概况22.2油品性质 32.3粘温曲线 32.4原油脱水系统运营情况 32.5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 73.1超声波破乳机理和特性73.2影响超声波破乳效果的因素分析实验 103.3综合分析 18第4章 超声波破乳技术实验 194.1实验条件及方法 194.2实验情况 204.3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
3、,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
4、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
5、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5000m31981.5222二次沉降罐5000m31999.12113净化油罐3000m32023.101142023m31989.3115游离水脱除器422.11995.8326二级分离器2.28.241983.5117加热炉2023kw2023.11182200kw2023.0319脱水泵JS75-501994.52110输油泵JS110-1701993.8312.2 油品性质表2-2 原油物性全分析数据表密度kg
6、/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0.9417901.159241059.04.1229.54.3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
7、/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F0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-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01000W之间连续可调,频率在050kHz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,CC
8、D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
9、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Re1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2/a,其中是表面张力,a是粒子直径。一般
10、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2/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-型超声波发生器系统(具有频率自动
11、跟踪和功率控制功能),电功率在01000W之间连续可调,频率在050kHz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
12、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200250mL,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25h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
13、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=222V10-7式中:I-声强(W/2);-水密度(g/3);-声速(/s); -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0.35Wcm2时,水“粒子”的位移振幅较小,起不到破乳作用声强0.35-0.65Wcm2时,原油脱水率随着声强的增强而增长声强为0.65Wcm2时脱水率最高,脱水率达成89,
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