脉冲电场作用下界面张力对乳化油液滴变形振动的影响

乳化油中液滴在高压脉冲电场作用下发生变形振动,油-水界面张力为液滴振动提供了回复力,对液滴振动产生重要影响。通过建立液滴振动动力学模型,解得液滴振动振幅一次近似解,以分析界面张力对液滴变形振动的影响。由仿真计算结果发现,乳化油中液滴振动振幅峰值随油-水界面张力的减小而增大,在小界面张力区域内,液滴发生不稳定振动,但可通过增大电场频率来改善;液滴共振频率随着界面张力的增大而增大,因此较大界面张力的乳化油在高频电场中破乳效果较好。实验结果对高效破乳的脉冲电场选择具有指导意义。     

混沌频率电场激励乳化油液滴动力学仿真与响应

运用混沌脉冲调制方法构建混沌频率脉冲电场,建立乳化油液滴在混沌频率电场中的振动动力学仿真模型,通过数值计算,得到油中液滴在混沌频率脉冲电场作用下的振动动力学响应,并对响应输出进行了相轨图分析和最大Lyapunov指数计算。结果发现,混沌频率脉冲电场存在最佳脉宽,激励液滴剧烈振动;液滴在高频段获得较大拉伸变形量,在低频段则拉伸变形量相对较小,且波动稳定;可定性和定量地识别液滴振动响应的混沌特征。     

双场耦合破乳脱水装置中乳化油液滴聚结与破碎的数值分析

针对依靠单一的破乳方法或手段,难以对乳化油进行有效地脱水净化处理的问题,运用一种集成电场破乳和旋流离心脱水于一体的双场耦合破乳脱水装置,使油中液滴在电场中聚结增大,在旋流离心场的作用下快速实现油-水分离。由于乳化油中液滴在双场耦合装置中的动态聚结和破碎,对装置的油-水分离性能影响较大,且过程复杂,通过电聚结核函数和破碎核函数,建立群体平衡模型,模拟了双场耦合脱水装置中乳化液滴的聚结和破碎。计算结果表明：外加电压对液滴聚结产生重要影响,随着电压升高,液滴平均粒径和分离效率先增大,随后保持稳定;当U=11 kV时,相对于无电场条件,液滴平均粒径增大了60%,分离效率提高了27.5%;较低的入口流速虽对液滴聚结有利,但降低了油-水在装置中的分离效果,因此存在最佳入口流速。计算结果对装置参数设计与选择具有较好的指导意义。     

基于EHD理论的油包水液滴在脉冲电场作用下的振动变形研究

油包水液滴在高压脉冲电场作用下发生振动伸缩变形,对乳化油液的聚结破乳具有良好地促进作用。运用电流体动力学(EHD)理论,建立液滴在脉冲电场中的电介质物理学模型,得到液滴内外极化电场分布和极化电场力,完成了液滴内外速度场与流动应力分析。通过脉冲电场谐波分量作用下液滴伸缩变形稳态分量和振动分量的计算,得到了液滴载电场中振动伸缩变形表达式。结果表明,理论计算得到的液滴振动伸缩变形量与实验结果相近,证实了运用EHD理论预测脉冲电场作用下油中液滴的振动变形是合理可靠的,对丰富和完善电场破乳动力学机理研究具有一定意义。     

高频脉冲电场作用下液滴行为特性研究

电化学破乳是一项重要的原油脱水技术。目前对高频脉冲电场作用下分散相液滴行为的了解十分有限。结合数字图像处理技术,通过试验研究高频脉冲电破乳机理。结果表明:在高频脉冲电场作用下,分散相液滴存在变形、破裂、碰撞、聚合、分离等行为,其表观特征与高压直流电场作用下液滴行为相似;电源脉冲频率及电场强度对液滴行为有着显著的影响;相对于高压直流电场,高频脉冲电场破乳技术具有显著优势。     

乳化油液水击谐波破乳技术的机理研究

对水击谐波破乳的机理进行了分析,在此基础上建立了分散相液滴的力学平衡方程,并进行了水击谐波破乳实验。分析和讨论了在水击谐波场中分散相液滴由于受到水击谐波强迫振动力而相互聚集的原因和特点,从分散相液滴的聚集、变形、碰撞和聚结等几个阶段探讨了水击谐波破乳的机理,得到分散相液滴在水击谐波场作用下的运动规律。实验结果表明,在水击谐波场中分散相液滴在一定波长范围相互聚集,水击谐波的频率对分散相液滴聚集有一定的影响;随分散相液滴粒径和密度的增大,分散相液滴聚集能力增强,有利于破乳。     

油液黏度对脉冲电场最佳破乳频率的影响

通过建立油中乳胶粒子在脉冲电场作用下的非线性振动动力学模型,研究了粒子非线性参激共振及其条件,得出脉冲电场最佳破乳频率关系式。结果表明,油中乳胶粒子最佳破乳频率及其共振振幅随油液黏度的增大而减小。利用模型得出的乳胶粒子振动幅频特性关系在理论上解释了油液黏度对最佳破乳频率产生的影响,以及最佳破乳频率偏离粒子振动固有频率的成因。     

电破乳微观机理及其影响因素分析进展

鉴于电破乳法在油田生产中广阔的应用前景,为完善电破乳微观液滴聚结机理,从分散相液滴变形、靠近、破裂与聚结等动力学过程着手,系统梳理了国内外有关聚结机理的研究进展。从乳状液含水率、黏度、导电性、液滴表面张力四个方面详细叙述了物理因素对液滴聚结的影响,针对电场参数对聚结速度的影响,着重综述了电场形式、电场强度、频率等对液滴聚结速度的影响。     

高压脉冲直流电场影响原油乳状液破乳的机理

在高压交流、直流电场中，当原油水量超过30％，乳状液中的液滴由于极化作用形成液滴链，液滴在电场中成链长度与存留时间较长，加剧电能漏池，在两电极间有很大的导通电流，无法建立稳定的破乳电场。这样，传统的电破乳方法很难满足生产的需要。伴随环保要求越来越高，这就需要不断开发新的低毒、低污染的化学破乳剂乃至新的原油破乳脱水方法。     

基于聚焦光束反射测量技术监测稠油乳状液破乳过程

为获得乳状液液滴大小与分布对稠油乳状液表观黏度和稳定性的影响规律,利用聚焦光束反射测量仪(FBRM)考察了温度和剪切速率对辽河油田欢喜岭稠油乳状液液滴平均粒径(简称粒径)大小的影响,动态监测了油包水(W/O)乳状液在加入碱性降黏剂后的破乳行为。结果表明,聚焦光束反射测量技术可以对W/O型乳状液的破乳行为进行良好的动态监测,并可实现对碱性降黏剂最佳使用量的评估。随着温度的升高,油水乳状液液滴粒径增大,乳状液黏度减小;温度低于55℃时,随着剪切速率的增加,乳状液液滴粒径减小,乳状液黏度逐渐变小;当温度高于55℃时,剪切速率对乳状液液滴粒径和黏度的影响较小。在W/O型乳状液中加入Na_2CO_3溶液后,乳状液发生破乳反相,体系黏度降低,小尺寸O/W型乳状液液滴数量增多,粒径减小,液滴分布更加均匀;Na_2CO_3质量分数为0.2%时,乳状液黏度降到最低,乳状液液滴粒径和油水界面张力最小。     

电场作用下W/O乳化液中水颗粒的形变模拟研究与动力学分析

采用COMSOL Multipysics^TM软件,对W/O乳化液中分散相水颗粒在电场作用下的变形特性进行数值模拟,并结合已开展的室内实验,讨论电场强度(E)、电压波形、电场频率(f)、水颗粒半径(r)和连续相黏度(μ_c)对单个水颗粒变形的影响。结果表明:增加电场强度、增大水颗粒半径、降低连续相黏度会加剧水颗粒变形,电场强度存在上临界值;当电场频率较低时其值变化对水颗粒变形影响不明显,频率较高时则影响显著,但总体来看存在一个最优电场频率(2000 Hz);交流矩形波对水颗粒变形的影响强于交流锯齿波、直流脉冲波、交流三角波、交流正弦波等波形。当E为3~4 kV/cm、r为0.25~0.5 mm、使用交流矩形波时,水颗粒的拉伸发生增速变形,从而缩短水滴间的碰撞时间和W/O乳化液的电场破乳时间。     

An investigation into the deformation, movement and coalescence characteristics of water-in-oil droplets in an AC electric field

Drop-drop coalescence is important in electric dehydrators used for oil-water separation in the oil industry.The deformation degree,angle between the electric field and the center line of two drops,effects of intensities and frequencies of the electric field have been studied by analyzing droplet images.However,seldom have people investigated the movement and the relative velocity in the process of dropdrop coalescence.In this paper forces acting on a single droplet and horizontal water droplets in an AC electric field were analyzed,and experiments were carried out to investigate the deformation,movement and coalescence characteristics of droplets with white oil and water.With a micro high-speed camera system and image processing technology,the droplet images were collected and analyzed.The results indicate that the deformation is mainly affected by the electric field intensity,frequency,droplet diameter and the oil viscosity.High field strength and large diameter facilitate deformation of drops in the electric field.The effect of frequency and oil viscosity is not obvious.Higher frequency and higher oil viscosity will lead to smaller oscillation amplitude.The effect of electric field intensity and droplet diameter on oscillation amplitude is not obvious.When the center-to-center distance between droplets is large,the forces acting on droplets in the horizontal direction are mainly dipole-dipole attraction and drag forces.There is also the film-thinning force when droplets get closer.The forces are simplified and derived.Based on force analysis and Newton’s second law,the relative movement is analyzed in different parts,and the relationship of center-to-center distance and time is in accordance with an explinear function at different stages.According to experimental data,the movement of 145 μm double droplets before coalescence can be fitted well with an explinear function at two stages.In addition,the whole movement process is investigated and can be estimated with a fourth order polynomial curve,from which the relative velocity of droplet movement can also be obtained.With an increases in electric field intensity and droplet diameter and a decrease in oil viscosity,the relative velocity increases.Only when the oil-water interfacial tension is obviously high,can it influence the relative movement significantly.The coalescence is mainly dipole coalescence and chain coalescence under influence of the AC electric field.     

高频/高压脉冲交流电场破乳技术及其原油电脱盐应用研究

劣质原油的电脱盐预处理是当前炼油企业普遍面临的一个技术难题。通过系统介绍世界范围内原油乳化液电场破乳技术的发展历程,指出高频/高压脉冲交流电场应该引起国内业界的关注。实验室内可行性实验和工业侧线试验结果均表明,高频/高压脉冲方波交流电场的破乳效果优于常规工频/高压交流电场,获得最佳破乳效果的电场频率应该依据原油乳化液的具体理化特性(如水含量、乳化程度、破乳温度等)筛选确定,且一般在1 500 Hz以上。BIPTHFAC-Ⅲ型高频/高压脉冲方波交流电源的现场测试结果表明,在最佳电场频率区间内的电脱盐率均高于同期参照对象的平均电脱盐率,同时还能缩短水力停留时间以及节省加热成本。高频/高压脉冲交流电场破乳技术为炼油企业应对复杂劣质原油的脱盐难题提供了一条切实可行的解决方案,值得进一步开展工业应用研究。     

影响塔河油田酸化油破乳的因素分析

酸化油破乳一直是困扰油田的技术难题,采用光散射法及静电场法研究了塔河油田的2种酸化油破乳情况,然后从残余药剂、固体颗粒、胶质与沥青质3方面分析了影响酸化油破乳的主要原因。结果表明：压裂液中的瓜胶及酸化液中的盐酸不利于破乳;固体颗粒主要为亲油型硫铁类化合物,促进W/O采出液的稳定;酸化油中沥青质聚集体的溶解性更差,易于形成稳定的沥青质膜。上述3种因素的协同作用导致酸化油破乳难度加大。     

脉冲电场下W/O乳状液中水滴聚并行为的可视化研究

采用显微实验方法,全面考察高频高压脉冲电场下W/O乳状液中水滴的聚并行为。结果表明,实验范围内,随着脉冲电场强度、占空比和频率的增加,W/O乳状液中的水滴相互靠近的速率相应增大;当聚并时刻比超过0.8,水滴的靠近速率迅速增加。在脉冲电场中,W/O乳状液中的水滴融合时间与电场参数间并无直接关系,而与油-水界面张力紧密相关;油-水界面张力越大,水滴融合速率越快。静电脱水过程中,施加于W/O乳状液的电场强度应小于过度极化临界电场强度,否则将显著降低乳状液破乳脱水效果。上述研究成果为高压高频脉冲静电破乳机理的深入探讨奠定了基础。     

高强电场中液滴静电运动特性

针对油田生产中含表面活性剂原油电脱水极为困难,缺乏理论指导的现状,采用动态微观实验的方法,研究含表面活性剂的油水系统中液滴在电场力作用下聚并排液的情况,计算液滴的聚结时间,并观测液滴发生形变直至破裂时各个阶段的现象。结果表明,表面活性剂可引起液滴界面排斥力上升,聚并过程中液面出现形变,降低液滴聚结速度。此外,液滴表面所吸附的表面活性剂分子会加剧液滴形变率,降低液滴破裂所需临界场强,并改变液滴破裂机制,增加了次级微小液滴的产生。须严格控制电场强度,以避免液滴变形破裂,提高聚结效率,确保电脱水的效果。