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        酸化原油調(diào)頻調(diào)壓脫水實(shí)驗(yàn)研究

        2017-12-02 07:59:02吳威牟楠張緒強(qiáng)范琳波中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司天津300452
        化工管理 2017年33期
        關(guān)鍵詞:油樣調(diào)頻酸化

        吳威 牟楠 張緒強(qiáng) 范琳波(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司,天津300452)

        酸化原油調(diào)頻調(diào)壓脫水實(shí)驗(yàn)研究

        吳威 牟楠 張緒強(qiáng) 范琳波(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司,天津300452)

        針對(duì)SZ36-1的D28井采出酸化油的特性,本文專門研制了一套矩形波交流調(diào)頻調(diào)壓脫水電源。利用這套電源進(jìn)行酸化原油靜態(tài)脫水試驗(yàn),評(píng)價(jià)調(diào)頻調(diào)壓電脫設(shè)備在不同脫水溫度、電壓、頻率、脈寬比、停留時(shí)間下的脫水效果。優(yōu)選出酸化原油電脫設(shè)備最經(jīng)濟(jì)的脫水參數(shù)。要求脫水分離后的酸化原油指標(biāo):油中含水≤5%,水中含油≤1000ppm。

        酸化原油;矩形波交流調(diào)頻調(diào)壓電源;脫水;最佳脫水參數(shù)

        1 試驗(yàn)設(shè)備組成:

        矩形波交流調(diào)頻調(diào)壓脫水電源控制柜、寬頻帶變壓器、石油密閉脫水儀、高剪切乳化機(jī)。指標(biāo)如下:

        ⑴、矩形波交流調(diào)頻調(diào)壓脫水電源包括電源控制柜和寬頻帶變壓器兩部分。該矩形波交流原油脫水電源具有輸出電壓、頻率、脈寬連續(xù)可調(diào)的功能,可保證酸化原油脫水在最佳電脫參數(shù)下進(jìn)行脫水。與常規(guī)脫水設(shè)備相比,矩形波交流調(diào)頻調(diào)壓脫水電源不僅脫水質(zhì)量好、而且脫水速度快,節(jié)能效果明顯,其基本參數(shù):

        ①、供電電源電壓:電壓AC220V±10%,頻率50Hz±5%;

        ②、寬頻帶變壓器工作頻率:400-5000Hz;

        ③、脫水電源輸出脈寬比:10%-85%連續(xù)可調(diào);

        ④、調(diào)頻調(diào)壓電壓波形:矩形波;

        ⑤、脫水電源額定輸出功率:800W。

        ⑵、寬頻帶變壓器:變壓器的輸入端電壓是為10-60V的矩形波交流,頻率范圍:400-5000Hz,高壓輸出在1000-6000V連續(xù)可調(diào)。

        ⑶、石油密閉脫水儀:實(shí)驗(yàn)時(shí),將酸化油樣品脫水釜體內(nèi),可在超過100℃的高溫高壓下實(shí)現(xiàn)脫水。實(shí)驗(yàn)前設(shè)置好溫度,自動(dòng)加熱,達(dá)到溫度后就會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到保溫狀態(tài)。脫水過程中原始油樣始終處于密閉狀態(tài),不暴露在空氣中。因此油品的輕組分不會(huì)散失到空氣中,不會(huì)產(chǎn)生污染。釜體額定容量為1500毫升。

        ⑷、原油高剪切乳化機(jī):由高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子與精密的定子工作腔配合,轉(zhuǎn)子以0rpm~10000rpm的高速,產(chǎn)生強(qiáng)勁的液力剪切、離心擠壓、高速切割及碰撞,使油樣充分分散、乳化、均質(zhì)、混合。

        2 實(shí)驗(yàn)原理

        原油乳化液是由原油與地層水在乳化劑的作用下形成的一種穩(wěn)定的乳化液。含有多種礦物質(zhì)的地層水部分具有一定的導(dǎo)電性,而原油部分是絕緣的。電脫水是在電脫水設(shè)備中設(shè)置脫水電極,在電極上施加高電壓,形成一定強(qiáng)度的電場,原油乳化液置于電場中。在高壓電場的作用下,原油中的小水珠發(fā)生極化,這種極化是連續(xù)的,呈現(xiàn)鏈鎖反應(yīng),這樣就使相鄰的水珠發(fā)生吸引而聚集成較大的水滴。如圖1所示,水滴形成后在重力的作用下水滴會(huì)下降至底部而原油上浮,這樣就達(dá)到了脫水的目的。因此,電脫水過程可概括為三個(gè)步驟:水滴極化→水滴聚結(jié)→水滴分離。

        圖1、 原油電脫水過程示意圖

        當(dāng)兩個(gè)相鄰水珠的粒徑大小相等時(shí),凝結(jié)力F的數(shù)值可用公式近似地表示為:

        式中ε—原油的介電常數(shù);E—外加電場強(qiáng)度;γ—表示水珠的半;S—表示兩水珠的中心距。

        水珠在電場凝聚力F的作用下發(fā)生偶極聚結(jié)形成大水珠,然后在密度差作用下發(fā)生沉降分離,沉降速度滿足斯托克斯公式,此外原油乳化液在電極板間還會(huì)發(fā)生振蕩聚結(jié)。

        3 試驗(yàn)條件

        本試驗(yàn)要求在不同含水率、溫度、占空比、頻率、電壓(場強(qiáng))、停留時(shí)間等條件下對(duì)酸化原油進(jìn)行正交靜態(tài)分離試驗(yàn),試驗(yàn)參數(shù)如下:

        ①、用酸化返排液(含水率10%、20%、30%、40%),評(píng)價(jià)不同試驗(yàn)溫度(45℃、60℃、70℃、75℃、80℃、90℃)溫度對(duì)油水分離的影響。

        ②、用酸化返排液(含水率10%、20%、30%、40%),評(píng)價(jià)不同脈寬比(70%-85%)對(duì)油水分離的影響。

        ③、用酸化返排液(含水率10%、20%、30%、40%),評(píng)價(jià)不同頻率(400Hz-5000Hz)對(duì)油水分離的影響。

        ④、用酸化返排液(含水率10%、20%、30%、40%),評(píng)價(jià)不同電壓(場強(qiáng))(2800~6400V)對(duì)油水分離的影響。

        圖2、 油樣含水率30%時(shí)不同停留時(shí)間溫度對(duì)脫水效果的影響

        ⑤、用酸化返排液(含水率10%、20%、30%、40%),評(píng)價(jià)不同停留時(shí)間(30分鐘、40分鐘、50分鐘、60分鐘)對(duì)油水分離的影響。

        4 部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

        ⑴、溫度影響:根據(jù)溫度對(duì)原油粘度影響的一般規(guī)律可知,一般情況下,原油粘度隨著溫度的升高而降低,流動(dòng)性則隨著粘度的降低而提高。以下實(shí)驗(yàn)分別在溫度為45℃~90℃下進(jìn)行。(見圖2)

        表1、 脫水參數(shù)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

        實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析:

        油樣含水率30%,油樣體積為1100ml,脈寬80%,脫水頻率為3.75KHz,脫水電壓4300V。改變脫水時(shí)間、改變脫水溫度為45℃、60℃~90℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,脫水后原油中殘余含水率隨脫水時(shí)間的延長而降低;隨著脫水溫度的增加油樣中的殘余含水率在降低。脫水效果受脫水溫度參數(shù)影響比較大,尤其是在80℃及以上,脫水40分鐘后,油樣中殘余含水率就小于5.00%。

        (2)脫水電壓(場強(qiáng))影響:

        在油樣含水率為10%~40%、停留時(shí)間30~70min及脫水溫度70℃條件下,篩選電壓2200V~6400V、頻率3.75KHz、脈寬比80%下,研究電脫效果的影響因素,找出最佳脫水電壓(場強(qiáng))。(見圖3)

        表2、 脫水參數(shù)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

        實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析:

        原始油樣含水率30%,油樣體積1100ml,脫水頻率3.7KHz。實(shí)驗(yàn)在脫水溫度70oC、脫水時(shí)間30min~70min、脈寬80%條件下進(jìn)行,只改變電場強(qiáng)度的情況下測試電脫后的油樣含水率,從圖中可以看出,隨著場強(qiáng)的增加,含水率急劇下降。脫水電流隨脫水電壓的增大而增大,脫水后原油中殘余含水率隨脫水時(shí)間的延長而降低。脫水時(shí)間在50分鐘及以上,脫水電壓在3100V~6400V,脫水后原油的殘余含水都小于5.00%,滿足實(shí)驗(yàn)指標(biāo)要求。其中2800V的脫水電壓的油樣脫水時(shí)間在30~70分鐘,脫水后油樣中的殘余含水率都高于5.00%,說明脫水電壓不能過低。

        圖3、 油樣含水率30%時(shí)不同停留時(shí)間下場強(qiáng)對(duì)脫水效果的影響

        ⑶、工作頻率的影響

        通過調(diào)整脫水電源的輸出頻率,不僅可以改變?cè)偷恼駝?dòng)聚結(jié)效率,同時(shí)還會(huì)影響原油的有效脫水時(shí)間。結(jié)合上面的實(shí)驗(yàn)篩選結(jié)果,本次實(shí)驗(yàn)在脫水溫度70℃、脫水時(shí)間30~60min、脈寬80%、脫水電壓(場強(qiáng))4300V(623v/cm)條件下進(jìn)行,油樣含水率10%~40%,改變脫水頻率實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:

        表3、 脫水參數(shù)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

        圖4、 油樣含水率20%時(shí)不同停留時(shí)間頻率對(duì)脫水效果的影響

        實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析:油樣含水率20%,油樣體積為1100ml,脫水溫度70℃,脈寬比80%,脫水電壓4300V。變化脫水頻率:3.20KHz~4.90KHz。脫水電流隨脫水頻率的增大而減小。脫水后原油中殘余含水率隨脫水時(shí)間的延長而降低。分析該組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),脫水時(shí)間在50分鐘及以上,脫水后原油的殘余含水都小于5.00%,滿足實(shí)驗(yàn)指標(biāo)要求。該組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的最佳頻率為3.75KHz。最佳頻率隨油樣含水率的增加而減小。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)論

        利用矩形波交流調(diào)頻調(diào)壓脫水設(shè)備對(duì)SZ36-1 D28井采出的酸化原油進(jìn)行電脫水的一系列實(shí)驗(yàn),都是按照國標(biāo)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的,實(shí)驗(yàn)過程有足夠的理論依據(jù),經(jīng)過系列實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論:

        ⑴、來自于SZ36-1D28井采出的酸化返排液,屬于酸化油,含水率大于30%,電脫出來水的PH值介于1到2之間,同時(shí)含有較多的膠質(zhì)和雜質(zhì)。利用矩形波交流脫水電源進(jìn)行電脫水效果良好。矩形波電場由零開始瞬間躍變到極大值,使水珠中的正、負(fù)離子得到最大限度的加速,對(duì)乳化膜形成最為強(qiáng)烈的沖擊;破乳能力強(qiáng),能解決這種酸化油的電脫水問題。

        ⑵、該酸化油受溫度影響較大,對(duì)溫度敏感,隨著溫度的升高處理效率會(huì)逐步上升。

        ⑶、對(duì)電脫參數(shù),隨著通電時(shí)間的增加、脫水溫度的上升,脫水率會(huì)逐漸上升。

        ⑷、利用本實(shí)驗(yàn)室研制的矩形波交流調(diào)頻調(diào)壓電脫水設(shè)備完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)該酸化油的快速脫水處理,可以使原油含水率達(dá)到5.0%以下。

        ⑸、經(jīng)過系列實(shí)驗(yàn)得出:在以下電脫參數(shù)下進(jìn)行連續(xù)脫水效果相對(duì)較佳:脫水電壓(場強(qiáng))為4300V(623v/cm)、頻率為3.75kHz、脈寬為80%、溫度為80℃、脫水時(shí)間為40分鐘。

        [1]劉月,趙德智,戴詠川.大榭老化原油脫水工藝實(shí)驗(yàn)研究.應(yīng)用化工,2015(07).

        [2]馬躍,黃曉東,唐曉旭,王忠樹,王彥青渤海油田油井酸化返排液對(duì)原油脫水的影響油氣田地面工程,2015.11

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