不同類型電場(chǎng)下原油乳化液脫水特性研究.pdf

1、原油脫水是原油生產(chǎn)加工過程中不容忽視的重要環(huán)節(jié)。隨著油田進(jìn)入高含水期開采階段，各油田普遍應(yīng)用三次采油技術(shù)。這使原油導(dǎo)電性增強(qiáng)、粘度加大，脫水過程中出現(xiàn)電流大、電場(chǎng)不穩(wěn)定等現(xiàn)象，增加了脫水難度。因此，開展原油電脫水機(jī)理及關(guān)鍵技術(shù)的研究已刻不容緩。另外，隨著陸上原油儲(chǔ)量的不斷減少，海上石油開采投入逐漸加大，由于受海上環(huán)境條件限制，海洋石油開采平臺(tái)需具有緊湊性、高效性和安全性。為了降低石油開采成本、提高海上石油開采效率，高效、安全的電脫水技術(shù)

2、已成為海上石油開采過程中急需解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。鑒于以上陸上及海洋石油開采處理過程中的問題，本文從提高現(xiàn)有原油電脫水效率、降低電脫水容器體積的角度出發(fā)，開展了不同類型電場(chǎng)下原油乳化液脫水特性的研究。
　　為了研究電場(chǎng)下水滴的動(dòng)力學(xué)特性，本文運(yùn)用Comsol Multiphysics軟件，采用電場(chǎng)與流場(chǎng)相耦合的方法，通過建立工頻交流電場(chǎng)下平板電極中水滴動(dòng)力學(xué)特性仿真模型，對(duì)水滴的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行模擬，分析影響水滴形變、破裂及聚結(jié)的主要

3、因素。仿真結(jié)果表明：水滴在電場(chǎng)力和周圍流體的共同作用下發(fā)生沿電場(chǎng)方向的形變；水滴表面電荷密度和電場(chǎng)力分布都是從左右兩側(cè)向上下兩端逐漸增大，在上下兩端點(diǎn)處達(dá)到最大；水滴形變、破裂及聚結(jié)受到電場(chǎng)強(qiáng)度、油相粘度、界面張力和水滴粒徑的影響，電場(chǎng)強(qiáng)度越高、油相粘度越小、界面張力越低、水滴粒徑越大，水滴形變量越大、聚結(jié)速度越快，但電場(chǎng)強(qiáng)度過高會(huì)使水滴發(fā)生破裂；在這些影響因素中，電場(chǎng)強(qiáng)度和水滴粒徑對(duì)水滴形變量和聚結(jié)速度的影響效果最大，油相粘度還影響水

4、滴變形形狀和位移，而界面張力則影響水滴破裂形態(tài)。
　　為了研究不同類型電場(chǎng)下乳化液的脫水效果，本文設(shè)計(jì)搭建了電脫水實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，開展了交流、直流、交直流疊加和高頻脈沖電場(chǎng)作用下的乳化液脫水實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：交流電場(chǎng)適宜處理含水率較高的乳化液，能保證脫水電場(chǎng)穩(wěn)定，提高脫水速度；直流電場(chǎng)適宜處理含水率較低的乳化液，可以對(duì)乳化液進(jìn)行深度脫水；采用交直流疊加電場(chǎng)脫水時(shí)，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)交直流比例，充分發(fā)揮交流電場(chǎng)和直流電場(chǎng)脫水的優(yōu)勢(shì)；高頻脈沖電

5、場(chǎng)脫水中存在最佳脫水電場(chǎng)強(qiáng)度、頻率和占空比，選擇適宜的脫水電參數(shù)可以有效提高脫水效率。通過微觀觀測(cè)到的水滴聚結(jié)特性可以較好地解釋上述不同類型電場(chǎng)下的電脫水實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
　　結(jié)合脫水實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論分析可以得到：在脫水過程中，隨著外施電場(chǎng)強(qiáng)度的增加，脫水率在一定程度上呈上升趨勢(shì)，當(dāng)外施電場(chǎng)強(qiáng)度超過水滴破裂電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，脫水率有所下降；在高頻脈沖電場(chǎng)下，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度一定時(shí)，水滴振動(dòng)幅度隨頻率變化而變化；當(dāng)外施電壓頻率接近或等于水滴固有振動(dòng)頻率

6、時(shí)，水滴振幅最大；占空比影響水滴的成鏈情況，當(dāng)乳化液含水率較高時(shí)，采用較低的占空比可以防止水滴成鏈所導(dǎo)致的電場(chǎng)倒塌，當(dāng)乳化液含水率較低時(shí)，可以通過提高占空比來提高乳化液的最終脫水率。
　　通過所建立的水滴極化及力學(xué)模型和水滴振動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型可以得到水滴形變量與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系以及水滴振動(dòng)幅度與外施電壓頻率的關(guān)系，通過所建立的水滴恢復(fù)時(shí)間數(shù)學(xué)模型，可以得到水鏈消散所需的最短時(shí)間，并以此確定了最佳脫水電場(chǎng)強(qiáng)度、頻率和占空比的選擇方法。通過