油田沉降罐中间层复杂乳状液微波破乳_离心分离

第 卷第 期 年 月 过 程 工 程 学 报 五 油田沉降罐中间层复杂乳状液微波破乳一离心分离 范永平 , 王化军 , 张 强 北京科技大学土木与环境 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院 , 北京 摘 要 对长庆油田沉降罐的乳化层复杂乳状液进行了微波破乳一离心分离实验研究 详细考察了微波辐射强度 、 辐 射时间 、 温升速率 、 离心时间 、 离心转速等对脱水效果的影响 , 得出了最佳条件 微波辐射强度 , 微波辐射时 间 , 温升速率 ℃ , 离心时间 , 离心转速 在优化条件下 , 含水 的乳状液经微波辐 射一离心分离后得到的离心油样含水率为 通过对 电位的检测 , 探讨了微波破乳的机理 , 认为微波辐射减 小了油水界面的 电位 , 失去 电位作用的水珠容易碰撞聚并 , 导致油水分离 关键词 乳状液 微波破乳 离心分离 中图分类号 文献标识码 文章编号 一 一 一 前 言 随着油田开采的深入 , 原油中含水量越来越大 , 且 原油 自地下采出后 , 很大比例是以乳状液形式存在的 这是由于原油中的沥青 、 胶质 、 石蜡等是天然的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面活 性剂 , 有很强的乳化作用川 另外 , 为了提高原油的采 出率 , 在开采中又人为地加入了一些乳化剂 , 使后续的 油水分离越来越难 在破乳剂作用下 , 原油在沉降罐内 分为 层 , 上层为达到外输 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的油 , 下层为可以外输 的水 , 中间为含水量 左右的复杂乳状液 随着时间 的延长 , 这部分乳状液在罐内沉积得越来越多 , 达到一 定高度后 , 形成阻滞层 , 影响罐体内油水分离的正常运 行 目前国内油田通常采用的方法是定期将这部分乳 状液用泵抽出 , 送入干化池或随意抛掉 , 这样既浪费了 大量的原油 , 又造成严重的环境污染 因此 , 研究解 决该部分乳状液的破乳意义重大 在原油开采中普遍采用破乳剂的化学破乳脱水方 法和利用电场的电破乳脱水方法 国内很多研究单位对 沉降罐中间层复杂乳状液进行过研究 , 提出的技术路线 主要以化学破乳为主 , 但迄今为止仍未有经济有效的方 法 , 因此 , 开发一种新型的经济 、 高效 、 清洁的破乳技 术处理这部分乳化油具有非常重要的意义 微波作为一 种清洁 、 高效的能源 , 近几十年来越来越受到重视 微 波对物质的内加热特性 , 以及能产生高频变化的电磁 场 , 使其在破 乳方面显 示 出独特 的优势 和 尸首先提 出了微波辐射破乳的概念 等 于 年在美国堪萨斯州 进行了微波辐射破 乳的现场实验 , 取得了令人满意的结果 后来 , 等 报道了对 和 模型油乳状液的微波破乳 , 在适当的条件下脱水率达 以上 刘惠玲 进行了微 波破乳脱水和重力沉降 、 化学脱水 、 加热脱水方法的对 比 , 结果表明 , 微波脱水速度快 、 效果好 但以上实验 结果都是基于模拟乳化液 , 且仅考虑了单纯使用微波处 理试样 , 未对处理条件作进一步的探讨 本工作针对油田沉降罐中间层复杂乳状液的油水 分离进行研究 , 提出了微波辐射一离心分离的新技术 , 以提高原油的回收率 , 减少环境污染 实 验 实验设备 实验设备为中国顺德格兰仕电器厂生产的 一 型微波炉 、 北京医用离心机厂生产的 一 医用离心 机和 一 电泳仪 油中含水率分析方法采用石油产品 水测定法 汀 一 实验方法 试样取 自长庆油田采油三厂沉降罐乳化层 , 现场乳 状液出口温度 ℃左右 , 水的质量含量为 左右 由 于试样在实验室放置时间较长 , 其中部分水游离析出 , 致使水含量有所降低 , 经实验室实测 , 在温度为 ℃ 时 , 试样中水的质量分数为 将试样在室温下放 入微波炉 , 经微波破乳后试样经离心机分离 , 取上层离 心油相分析水含量 用 一 电泳仪测量水浴加热和微 波辐射两种情况下乳状液 电位的变化 结果与讨论 微波辐射破乳与常规加热破乳效果对比 用水浴直接将 ℃ 室温 乳状液加热到 ℃ , 然 后在离心转速 、 离心时间 的条件下对 收稿 日期 刁 一 , 修回 日朋 一 一 作者简介 范永平 一 , 男 , 内蒙古包头市人 , 博士研究生 , 矿物加工 上程专业 , 几 一引 。一 , 一 , 一 , 卿 ￡ 第 期 范永平等 油田沉降罐中间层复杂乳状液微波破乳一离心分离 乳状液进行离心分离 所得结果与经微波破乳一离心分 离后的破乳效果进行比较 , 结果见表 由表可见 , 乳 状液经微波辐射后 , 离心油相含水率显著降低 , 说明微 波辐射是一种有效的破乳方法 表 水浴加热破乳与微波辐射破乳的对比 弓 一 乃 离心分离脱水与自然沉降脱水效果对比 在微波辐射强度 , 辐射时间 的条件下 , 将乳状液加热到 ℃后静置 , 所得结果与经微波 破乳一离心分离后的脱水效果相比 , 结果见表 由表可 看出 , 虽然经微波辐射后的乳状液有了较好的油 、 水 、 渣三相分离的条件 , 但 自然沉降 乳状液仍未分层 , 所 以离心分离是乳状液经微波辐射破乳后脱水过程中 必不可少的环节 产率增加 , 离心油相含水率下降 在实验条件下 , 保持微波辐射强度不变 , 辐 射时间由 而 变化到 的过程中 , 离心油相的 含水率保持下降趋势 , 且都能降到 以 卜 由于离心 油相的含水率在微波辐射 以后变平稳 , 所以将最 佳微波辐射时间定为 当辐射时间达到 以 上时 , 即温度达到“ ℃以上时 , 经辐射后的油冒烟 这 是由于微波加热的不均匀造成局部乳状液的温度过高 , 引起部分短链烃汽化 , 这说明强化微波加热的均匀性以 及加热后对乳状液温度的控制也是非常重要的 随着微 波辐射时间的延长 , 乳状液的温度增加 , 此 , 微波辐 射时间对离心油相含水率的影响也可 以用乳状液的温 度对离心油相含水率影响来表征 乳状液温度对离心油 相含水率的影响见图 由图可见 , 离心油相含水率随 温度升高的变化规律与随微波辐射时间延长的变化规 律相同 离心油相含水率在乳状液温度达到 ℃以后 变平稳 , 故选择 ℃为最佳破乳温度 ︵岁︶。。二一一。﹄。口二祠一﹄祠幸卜州 表 自然沉降脱水与离心分离脱水效果对比 微波辐射时间对乳状液破乳的影响 固定微波辐射强度为 德 , 油水分离时离心转速 , 离心时间 辐射时间对乳状液破乳的 影响见图 由图可知 , 在微波辐射强度一定的情况下 , 离心油相含水率在微波辐射时间 之前显著下降 这是因为随微波辐射时间的延长 , 乳状液分子热运动加 剧 , 界面膜破坏引起破乳 , 破乳效果显著 , 离心油相的 一一 一一 ·· 图 乳状液温度对离心油相含水率的影响 一一 泣一一 微波辐射强度对乳状液破乳的影响 固定微波辐射时间为 , 改变微波辐射强度 , 离心转速 , 离心时间 , 考察不同微波 辐射强度对破乳效果的影响 , 实验结果见图 由图可 见 , 随着微波辐射强度的增加 , 离心油相的含水率逐渐 降低 , 产率增加 这是因为辐射强度越大 , 相同的时间 内温度越高 , 乳状液分子的热运动越剧烈 , 破乳效果越 好 当辐射强度达到 后 , 离心油相含水率趋于稳 定 因此 , 选择微波辐射强度为 较佳 温升速率对乳状液破乳的影响 乳状液经不同微波辐射强度 、 不同时间加热到 ℃ , 以 离心 考察辐射时间与辐射强 度对乳状液破乳效果的影响 , 结果见表 ︵岁︶一一一 住 ︵岁︶。二刀皿巴。口二州三﹄钊口琴乞钊倒 图 微波辐射时间对乳状液破乳的影响 过 程 工 程 学 报 第 卷 一 石一 由图可知 , 随着温升速率的增大 , 离心油相含水率的总 变化趋势是先降后升 这是因为升温速率过低 , 乳液的 粘度减小缓慢 , 试样对微波的耗散程度低 , 油水分离效 果不理想 升温速度过高 , 体系内的热运动加剧 , 反而 破坏了分散相的聚集和凝并 , 影响破乳效果 离心转速对乳状液脱水的影响 固定辐射强度为 、 辐射时间为 、 离心 时间 , 考察不同离心转速对乳状液脱水效果的影 响 , 实验结果见图 由图可知 , 在离心转速较低时 , 其变化对离心油相含水率的影响不明显 当离心转速增 大到 后 , 含水率开始急剧减小 但离心转速 继续增大 , 离心油相的含水率趋于稳定 这是因为离心 转速较低时 , 微波破乳后的小水滴受到的离心力较小 , 其相互聚并的速度较慢 , 只有当离心转速足够大时 , 产 生的离心力才足以迅速使小水滴相互聚并 所以确定离 心转速为 随着离心转速的增大 , 离心油相 产率总变化趋势是增大的 ︵岁︶一二爪口︵罗︶贯且勺月巴口‘一﹄男渗卜州忍 、、一 一 图 微波辐射强度对乳状液破乳的影响 裹 徽波辐射强度与辐射时间对破乳效果的相互影响 几 一 犯 勺戈怡少 乃 , 夕 夕 名 石 闷 刀 夕 陌 一 , 入。 卜 艺 卫应一勺,‘ 由表 可见 , 虽然加热后乳状液的温度都是 ℃ , 但离心后所呈现的现象 、 离心油相的产率及含水率都不 同 , 这说明微波辐射强度 、 辐射时间 、 辐射后乳状液的 温度三者是相互关联的 由此可以提出 “ 温升速率 ” 这 一定义 , 即微波破乳的影响条件取决于乳状液的升温速 率 尹 了 户 巨二二 二生二二兰二生口, ︵岁︶。口二一一侧巴。石一﹄口利琴艺州山, 七二 △ △ 其中 , △ 为在微波辐射过程中乳状液升高的温度 ℃ , △, 为微波辐射的时间 , 为乳状液的升温速率 ℃ 温升速率对离心油相含水率及产率的影响见图 图 离心转速对乳状液脱水的影响 匕 一一山一一一一 一一一山一 , 图 升温速率对乳状液破乳的影响 离心时间对乳状液脱水的影响 固定辐射强度为 、 辐射时间为 、 离心 转速为 , 考察不同离心时间对乳状液脱水的 影响 , 实验结果见图 由图可以看出 , 在离心时间逐 渐增大的过程中 , 离心油相的产率略有提高 离心油相 含水率随离心时间的延长呈下降趋势 , 在 一 之间 曲线斜率较大 当离心时间大于 后 , 离心油相含 水率的变化进入平台期 离心分离的过程中 , 水滴与油 滴所受离心力不同 , 水滴相对油滴向外运动 , 到达离心 桶壁后沿器壁下落 水滴外移的过程需要一定时间才能 完成 , 故离心开始时含水率随离心时间变化较大 , 当外 移过程基本完成后 , 离心油相含水率的变化趋缓 通过 实验确定最佳离心时间为 离心转速与离心时间对乳状液脱水的相互影响 固定微波辐射强度为 、 辐射时间为 , 乳 ︵岁︶一补二 ‘︺︶七一伪口 八‘ ︵罗︶。上一万七三巴乙倒三﹄男琴节州月 第 期 范永平等 油田沉降罐中间层复杂乳状液微波破乳一离心分离 ︵岁︶工。一二 一怂弓乙八乙 一 一 一一 一匕一︸月飞飞 ︵岁︶的二扫巴石一﹄倒幸卜妇男 图 离心时间对乳状液脱水的影响 状液经微波辐射后在几组不同的离心转速 、 离心时间组 合的条件下离心 考察离心转速和离心时间的相互作用 对乳状液脱水效果的影响 , 实验结果见图 由图 可见 , 在离心转速相同的条件下 , 离心油 相的含水率随着离心时间的增加而降低 但在离心转速 为 的条件下 , 离心油相含水率普遍较高 当 离心时间相同 , 离心转速超过 后 , 离心油相 含水率相差不大 由图 可以发现 , 在相同的时间内 , 随着离心转速的增加 , 油产率总体是上升的 , 但变化不 明显 由此可以说明 , 离心转速对乳状液脱水效果的影 响更显著 , 要想达到较好的分离效果 , 必需有足够大的 离心力 ,‘ 一一匀勺八乙︵岁︶。二— 一 一 一 丰 一 一尸一 一 ︵岁︶的二二。。倒上倒层﹄倒幸卜钊口倒 图 不同离心转速下离心时间对离心油相含水率和产率的影响 微波破乳的机理分析 研究微波辐射乳状液的非热效应不仅有利于弄清 微波辐射破乳的原因及其对油水界面膜的作用方式 , 为 研究开发微波破乳器提供依据 , 而且还可根据其作用机 理对微波辐射破乳条件进行优化和调整 , 以达到更好的 破乳效果 本节通过测量乳状液的 电位 , 对微波辐 射的非热效应进行研究 , 从而说明微波辐射破乳的原因 在实验确定的最佳微波辐射条件下 , 将室温乳状液 加热到不同温度测定其 电位 , 所得结果与用水浴锅 将室温乳状液加热到相同温度测定的 电位对比 , 结 果见表 结果表明 , 微波辐射后比水浴加热后试样的 电位有明显的降低 , 而 电位随温度的变化无 规则 这进一步证明了微波辐射存在非 表 微波加热和水浴加热 电位对比 此 乡 热效应 , 除了使试样升温外 , 还有电中和作用 与常规 加热破乳结果对比 , 乳状液在微波辐射条件下破乳效果 更好 , 破乳时间可缩短到几分之 一到几十分之一 微波 辐射形成的高频变化的电磁场能使沥青质和胶质从界 面上脱吸附 , 破坏油水界面的 电位 , 失去空间位阻 和 电位作用的水珠容易碰撞聚并 , 导致油水分离 同时 , 由于水的介电常数和损耗角大 , 水分子吸收微波 的能力比油分子强 , 内相水滴吸收更多的能量而膨胀 , 界面膜受内压变薄 , 机械强度变低而容易破裂 除此之 外 , 微波形成的磁场还能使非极性的油分子磁化 , 形成 与油分子轴线呈一定角度的涡旋电场 , 该电场能减弱分 子间的引力 , 降低油的粘度 , 从而增大油水的密度差 , 使乳状液更易破乳脱水 另一方面 , 按照力平衡原理 和 定律 , 水珠经过油相 的沉降速度 和 油珠经过水相 阴 的上 升速度 可 分别表示为 俩一 ,和 俩一 , 门 叭 , 式中 , 八 , , 和巩 , 仇 分别为水和油的密度及粘度 , 为液珠 直径 在微波辐射下 , 极性的水分子和带电液珠将随电 过 程 工 程 学 报 第 卷 场的变化迅速转动或产生电荷位移 , 扰乱了液一液界面 电荷的有序排列 , 从而导致双电层结构的破坏 , 电 位减小 同时 , 极性分子的偶极驰豫 , 产生类似 “ 内摩 擦 ” 的效应 , 使体系内部瞬间被加热 , 温度迅速升高 与 传统的 “ 由表及里 ” 的电炉或水浴加热有本质的不同 , 致使巩 或 , 显著降低 , 或 大大增加 , 液珠动能 加大 通过液珠间的凝聚 , 实现油和水的迅速分层【‘ 化的电磁场减小油水界面的 电位 , 失去空间位阻和 电位作用的水珠容易碰撞聚并 , 导致油水分离 结 论 对长庆油田沉降罐中间层复杂乳状液采用微波破 孚卜离心分离的方法破乳 , 实验研究得到如下结论 微波辐射是一种有效的破乳方法 , 破乳效果与 微波辐射强度 、 辐射时间 、 乳状液的温度有关 , 升温速 率是决定破乳效果的关键因素 考察微波辐射强度与辐射时间对破乳效果的相 互影响 , 最佳升温速率为 ℃ 在此条件下 , 含水 率 的乳状液经微波辐射一离心脱水后 , 离心油相 的含水率降为 离心转速与离心时间对脱水效果的相互影响表 明 , 离心转速对脱水效果的影响更显著 微波辐射破乳的机理为微波辐射形成的高频变 参考文献 〔 杨小莉 , 徐婉珍 有关原油乳状液稳定性的研究 油田化学 , , 一 赵作滋 原油脱水系统溢流沉降罐内中间乳化层的形成与分离处 理 」油田化学 , , 一 一 一 聂麦茜 石油中间乳化油破乳研究 , 西安建筑科技大学学报 , , 一 【 」 」 , 一 一 台 」 , 习 一 【 , , 如 , , 一 【 , 【 , , 一 文惠玲 微波脱水技术 油田地面工程 , , 一 【 , , , 【」 , , 一 【 洪品杰 微波用于破乳的研究 化学研究 一 与应用 , , 一 一 一 , 认叭 一 , 活 印 舒 , , 月 · 一 , , , 氏 , , ℃ , , , 一 , , , , ’