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老化油高频高压脉冲交流电场破乳的机理与设备研究

李玮健  
【摘要】:老化油破乳处理是各油田普遍面临的难题,目前主要采用增加沉降时间、提高操作温度、增大破乳剂用量等成本能耗均较高的处理方式。但对于空间和承重有限的海上平台而言,采取电场破乳方法理应更为合适,但常规工频/高压交流电场对含水率较高、乳化严重的老化油无能为力,将老化油简单回掺至在役常规电脱水(盐)器容易出现“垮电场”现象。基于高频/高压脉冲交流电场的紧凑高效管式电场破乳技术成为海上平台处理老化油的可行选择之一,期望将破乳处理后的老化油回掺至正常原油处理流程。基于以上考虑,论文从微观和宏观两个层面开展老化油乳化液电场破乳机理和设备的相关研究,并通过静态和动态两种方式开展相关性能测试。微观层面上,论文首先采用“高速摄像机+偏光显微镜”的显微观测手段,对高频/高压电场作用下单液滴、双液滴和液滴群的变形、聚结和破碎行为进行实验研究,以揭示“电分散”现象和最优电场参数的存在。结果表明,场强对单液滴变形和双液滴聚结都有较大影响,但场强过大会导致单液滴破碎、双液滴接触后弹开;频率对单液滴的变形程度几乎没有影响,但对分散相水颗粒的静电聚结有促进作用,频率过高则会抑制聚结长大。然后,采用流花11-1油田老化油进行了基于Anton Paar电流变仪的电流变特性实验和“电场破乳+离心脱水”的静态电场破乳特性测试实验。结果表明,存在破乳效果最好的电场参数,即电场强度为1 k V/cm、频率为2 k Hz、电压波形为矩形交流方波,且不同含水率老化油乳化液的最优电场参数基本一致。紧凑型多流道管式静电聚结器是实施W/O型乳化液高效快捷破乳的关键设备,论文重点对其进行结构设计研究和性能测试评价实验研究。鉴于高压绝缘电极的特性直接影响管式静电聚结器的性能,经过对各类绝缘材料和加工方式进行调研,并对不同厚度绝缘层电极进行击穿测试,最终确定电极加工方案为金属裸电极外喷涂0.6 mm厚的FEP绝缘层。基于改进后的动态电场破乳实验装置,对多流道管式静电聚结器小型样机进行电场破乳特性测试,并对圆管状、六边形两种流道静电聚结器的破乳效果进行对比。实验结果表明,对于含水率30%的W/O型模拟乳化液而言,最优场强为1.44 k V/cm,最优频率为1.2 k Hz,脉宽比增加和流量降低有助于水颗粒静电聚结。此外还发现,圆管状多流道静电聚结器的破乳性能优于六边形多流道静电聚结器。上述研究工作从不同尺度揭示了老化油电场破乳的机理和特性,证实了高频/高压脉冲交流电场的优越性和新型管式静电聚结器的有效性,为流花11-1油田老化油处理提供了数据支持和技术参考。


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