紧凑型静电聚结器聚结构件结构优化

采用两种不同结构的聚结构件进行室内实验,通过变化构件尺寸考察电场强度、电场作用时间对脱水效果的影响。电场中液滴的变形率与电场强度、表面张力、液滴尺寸以及连续相的介电常数有关。增大电场强度可显著提高静电聚结器的聚结效果,但由于电分散现象会对聚结产生一定的限制作用,因此,静电聚结器存在一个最优电场强度范围,超过此范围聚结效果下降。在一定范围内,延长电场作用时间可提高聚结器的聚结效果,但是达到一定限度后,电场作用时间的变化对聚结效果影响不大。电场强度对聚结效果的影响高于电场作用时间。静电聚结器的聚结构件结构影响乳状液的流场分布,这对聚结效果有显著影响。     

新型静电聚结器中水滴粒径的分布特性

传统电脱水器采用裸电极,乳化液含水率较高时高强电场作用下容易发生击穿现象,设计了包覆绝缘层的高压电极并加工了新型静电聚结器,采用水/原油乳状液为实验介质,并利用显微高速摄像系统结合图像处理技术,考察了电场强度,乳化液流量、含水率对液滴滴粒径分布特性的影响。结果表明,现场与室内实验的液滴粒径分布与Rosin-Rammler分布均吻合较好;包覆绝缘层的高压电极可有效防止电击穿现象的发生;增加电场强度有助于油、水分离,但高于临界电场强度后,容易导致液滴破碎,并且含水率越高,最优电场强度越低;随着乳化液流量的增加,电场作用降低,但高强电场在高流量下依然使液滴粒径明显增大。     

新型静电聚结分离器油-水分离特性

将同轴圆柱绝缘电极和传统重力式分离器整合,设计出了新型静电聚结分离器。基于Maxwell-Wagner模型,从电介质极化的角度分析了同轴圆柱绝缘电极的电场-频率分布特性;采用水-原油乳状液作为实验介质,利用显微高速摄像系统考察了电场强度、频率、乳状液含水率对新型静电聚结分离器聚结和分离效率的影响。结果表明,新型静电聚结分离器能够有效避免乳状液的二次乳化,并对不同流量、含水率的乳状液具有良好的适应性。交流电场作用下,绝缘电极在低频和高频时具有不同的电场分布特性,可以通过计算绝缘电极的极化弛豫时间获得高效聚结频率。乳状液含水率越高,最优电场强度和拐点频率越小,极板电压和频率是决定静电聚结分离器能耗的关键因素。     

三相分离器内置静电聚结原油脱水技术研究

为了满足高含水油田、边际油田、深水油田及绿色油田开发对高效紧凑原油脱水装置的需求,提出了三相分离器内置静电聚结原油脱水技术。分析了三相分离器内置安装静电聚结模块后的总体结构布局、工作原理以及VIEC静电聚结模块的制造工艺。采用自主研制的三相分离器内置静电聚结分离中试装置在冀东油田高尚堡联合站进行了现场试验。试验结果表明:在静电聚结模块的作用下,原油经中试装置最短停留时间11.8 min,即可使出口含水体积分数降至0.03%左右,与联合站三相分离器需停留时间1 h以上才能使出口含水体积分数降至1.00%左右的结果相比,油水分离效果显著,并确定了较优的电场频率范围为600~1 000 Hz和1 900~2 500 Hz,较优的设定电压范围为250~300 V。研究成果对该技术今后的工业化进程有重要的参考价值。     

聚结器内置整流构件分离性能研究

目前,我国石油开采的主要方式逐渐从直接开采过渡到注水开采,各种药剂的使用增加了原油脱水的难度,仅靠重力脱水已经无法满足生产要求。电场作用能有效促进液滴聚并,因此,静电聚结脱水研究具有非常重要的意义。介绍了静电聚结器入口整流构件的设计、内置整流构件静电聚结器的现场实验工艺流程和实验内容,并对实验结果进行了分析。得出结论:内置整流构件可以减小介质对电极与电缆连接组件的冲击;用静电聚结器处理油水乳状液时,存在最佳电场强度;在有效电场作用下,聚结器分离效率随着电场作用时间的延长而增大。     

新型静电聚结脱水技术在分离器中的应用

针对海上某油田井液含水高、乳化严重、性质复杂,常规油水分离器分离效果下降,导致分离设备尺寸增大和数量增多,造成平台或处理系统的造价和运行能耗大等问题,采用新型静电聚结脱水技术,将其与常规分离技术相结合,在保留常规分离器功能的基础上,增加静电聚结相关设施,提高分离器分离效率。该技术在实际应用中表明,增加静电聚结设施后,处理含水质量分数30%～40%的原油,分离器出口原油含水质量分数约1%,排水含油质量浓度下降至100 mg/L。     

混沌脉冲组电场作用下油中液滴的聚结特性

混沌脉冲组(CPG)电场可用于乳化液破乳,但是乳化液滴在油中的聚结特性尚不清楚。通过数值方法研究了油中液滴在混沌脉冲组电场中的聚结特性以及电场参数对液滴聚结过程的影响。结果表明：CPG电场作用下液滴聚结过程可分为6个阶段,各阶段的呈现与电场作用时间和电场休止时间相关,其中第Ⅲ阶段的持续时间对聚结时间影响较大;占空比影响液滴聚结过程的状态以及聚结时间;电场强度的增加对液滴聚结状态无显著影响,但明显缩短聚结时间,当电场强度从500 kV/m增加到700 kV/m,液滴聚结时间从0.400 s减小到0.152 s。研究液滴在CPG电场中的聚结特性能够为CPG电场在工业中的应用提供理论依据。     

含聚合物油水乳状液的聚结特性

利用单滴法，通过测定含聚合物的Ｏ／Ｗ型油滴的生存时间，研究了含聚合物油水乳状液聚结的动力学特性。探讨了温废、聚合物浓度及水解度对液膜的排液时间，半生命期及破裂速度常数的影响。并对聚合物影响乳状液聚结的微观机理进行了探讨。     

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。     

电场和剪切场耦合作用下双液滴聚结数值模拟

静电聚结设备中的液滴行为属于电流体动力学研究的重要内容,采用相场(phase-field)法,将电场与剪切场进行双向耦合,建立电场和剪切场协同作用下双液滴运动、聚结数值模型,采用微观实验对数值模型的准确性进行验证,研究双液滴的运动、聚结规律及毛细数、电毛细数、剪切强度和液滴粒径等因素对双液滴聚结速率的影响。研究结果表明,电场和剪切场协同作用下双液滴的动态行为分为不聚结、聚结和聚结后破裂3种类型;电场和剪切场协同作用比单一场作用下的聚结效率提高63% ~94% ;毛细数、电毛细数及雷诺数对双液滴聚结时间的影响规律较好地符合Holliday函数,一定范围内三者的增大均能明显提高双液滴聚结效率。本研究为复杂湍流场中液滴的电聚结和新型静电聚结设备的优化提供了理论基础。     

立式静电聚结器在油田联合站的试验应用

近年来,三次采油和酸化压裂等增油措施导致某油田FY联合站进站原油乳化严重,造成传统的重力沉降分离工艺脱水困难,外输原油含水经常超过0.5%的指标要求,严重影响了油田生产。因此,开展了新型静电聚结器室内试验及现场试验,探讨新型静电聚结器现场工业应用的可行性。介绍了试验流程、试验过程及试验结果,现场试验结果表明:立式静电聚结器最优电场强度为386.3k V/m,且当入口含水率低于30%、温度为60℃、沉降时间为2h时,装置油出口含水率≤0.5%,满足外输要求。     

PERFORMAX聚结板油水分离性能数值模拟

采用计算流体动力学方法,考虑液滴碰撞时的聚结与破碎过程,对PERFORMAX聚结板进行了数值模拟,研究PERFORMAX聚结板的分离特性,得到了聚结板数量、流速、粒径对聚结板分离效率的影响规律。研究结果表明,增加聚结板数量有利于提高分离效率;当流体处于层流状态时,以重力分离为主,PERFORMAX聚结板分离效率随粒径增加而急剧增加,当粒径大于50μm后,分离效率接近100%;而流体处于湍流状态时,惯性分离占据主导地位,PERFORMAX聚结板分离效率随粒径变化幅值很小;当粒径较小时,湍流分离效率高于层流;当粒径较大时,层流分离效率高于湍流;聚结板分离效率随速度的变化出现两个峰值,第一个峰值的主导作用力为重力,第二个峰值为惯性力;因此,粒径较小时适合采用惯性分离,粒径较大时适合采用重力分离;惯性分离涉及到碰撞,而碰撞过程易产生破碎,导致分离效率下降,当流速进一步增加时,由于液滴破碎,分离效率略有下降,但流速应控制在不使液滴产生破碎的范围内;PERFORMAX聚结板用于污水除油时的分离效率高于油中除水,但油密度对污水除油分离效率的影响并不显著。     

波纹板聚结油水分离技术研究进展

综述了波纹板聚结油水分离技术的分离原理、发展过程和研究现状，对研究过程中存在的难题进行了讨论，并提出了波纹板聚结油水分离技术的研究发展方向。     

含聚结填料分离器的分离特性试验研究

利用重力式分离模拟试验装置,对添加聚结填料前、后分离器的分离特性进行了对比研究。结果表明,该聚结填料对小液滴具有较好的聚结、合并作用,能显著提高油水分离效果,缩短停留时间;添加聚结填料前,前上、前中和前下取样口样品的含水量或含油量变化不大;添加填料后,后上、后中和后下取样口样品的含水量或含油量明显变小。     

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。     

波纹板聚结法油水分离技术

首先介绍了板式聚结法原油脱水和污水除油等油水分离过程的发展概况，指出板式聚结器具有效率高，设备简单的特点，特别是波纹板填料聚结器中波纹板提供了流体在上面来回流动的曲折通道，这些曲折通道使分散液滴产生最大程度的聚结，使波纹板聚结法成为近几年国内外研究和应用的一项新型油水分离技术。通过对聚结原理的分析，指出平行板分离器是各种聚结器分离的基础，并由此导出波纹板聚结器油滴脱除率。最后，还介绍了各种聚结器的结构，指出波纹板聚结器实际上是在卧式游离水脱除器的前面放置聚结填料，填料长度从0．6096m到2．7432m不等，这取决于要求油水分离的程度。填料材料采用70％～85％的聚丙烯与15％～30％的人造纤维混合体，可保证长久的吸油功能。     

电极结构及绝缘层对静电聚结器的影响

对原油进行电脱水处理是油田生产中极为重要的一个环节,然而现有电脱水设备已无法满足实际需要。本文对电场力作用下油水静电聚结分离进行系统深入地研究,详细分析了电极结构以及绝缘层对聚结效率的影响。并以此为基础,开发了紧凑型静电聚结器的室内试验系统和现场应用型静电聚结器。试验证明,其脱水效果和能耗都优于传统电脱水器,且运行稳定,具有较好的应用前景。研究成果对完善静电聚结机理及实际应用具有十分重要的意义。     

高含水乳状液静电聚结脱水研究

随着原油重质化、劣质化、高含水时期的到来,原油静电聚结脱水出现了电弧及短路现象,造成静电聚结脱水电流增大,甚至造成变压器跳闸、烧损,致使常规电脱水器的稳定运行出现问题。为了解决这些问题,采用改性Teflon绝缘材料,通过热缩工艺制备复合电极。使用制备的复合电极进行了高含水乳状液静电聚结脱水研究,首先制备不同乳化状态乳状液并考察其脱水效果,然后采用不同含水量乳状液考察了静电聚结温度、停留时间、电压等因素对脱水效果的影响。结果表明,该复合电极对高含水乳状液静电聚结脱水不会产生电弧、短路等问题,并且有很好的脱水效果.对于40%含水量乳状液,当电压为1800 V,温度为80℃,停留时间10 min时,脱水效率可达85.8%。     

原油脱水用紧凑型静电预聚结技术(三)

原油乳化液在非均匀电场作用下的介电泳聚结迄今未能引起国内业界人士的足够重视,因此重点对其机理和实施方式进行了介绍。LOWACC是Aibel公司自VIEC之后重点研发的一项基于介电泳聚结机理的在线紧凑型静电聚结技术,可在VIEC先期聚结脱水的基础上进一步降低水力停留时间,减少或消除使用化学破乳剂,改善脱出水水质。通过将VIEC和LOWACC串联组合,仅采用一级三相重力分离器即可使出油口的含水质量分数下降至5%。该技术不仅能使产出液的传统分离处理工艺流程发生变革,而且在稠油开采等场合具有巨大的推广应用潜力。     

聚结分离器气液分离性能的实验研究

为了研究气相流速和初始雾滴浓度对气液聚结分离器分离效果的影响规律,采用超声波雾化器来造雾,产生极微小的液滴,并通过重量法和湿法等动取样方法对气液聚结分离器含液率进行测量。实验结果表明,随着气流速率的增加,分离效率先显著增大,再保持较高水平。气液聚结分离器的压降也随气流速率增大逐渐增大,相关性接近正相关。初始雾滴浓度并非在所有的气流速率下,会对气液分离效率产生明显的影响。