第九章原油脱水与输送.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九章 原油脱水与输送技术,（8学时）,第三节,原油破乳剂及其评价方法,第二节 原油乳状液与原油脱水方法,第一节,乳状液的基本知识,第四节,原油的化学降凝与减阻输送,哪些地方需要使用化学剂？,第九章 原油脱水与输送技术,第九章 原油脱水与输送技术,第一节 乳状液的基本知识,乳状液,乳状液是一种非均质多相体系，其中至少有一种液体以液珠的形式均匀地分散于另一种与它不相混溶的液体之中。是热力学不稳定体系，液珠的直径一般大于10,-7,m。,分散相,分散介质,把乳状液中以液珠形式存在的那一相称为分散相（内相或不连续相），另一种以连续状态存在的称为分散介质（外相或连续相）。,乳化剂,在两相不混溶的液体体系中加入表面活性剂或某些固体粉末，可使体系具有一定的稳定性。把这种,能使不相溶的两相液体发生乳化，而形成稳定乳状液的物质称为乳化剂。,第九章 原油脱水与输送技术,乳状液的组成,是由,分散相、分散介质和乳化剂,所组成。,乳状液,生成条件,（1）存在着互不相溶的两相，通常为水相和油相。,（2）存在有一种乳化剂(通常是一类表面活性剂)，其作用是降低体系的界面张力，在其微珠的表面上形成薄膜或双电层以阻止微液珠的相互聚结，增加乳状液的稳定性。,（3）具备强烈的搅拌条件，增加体系的能量。,乳状液类型,水包油型(O/W)；油包水(W/O)型；多重乳状液。,第九章 原油脱水与输送技术,乳状液类型的鉴别方法,稀释法,染色法,电导法,莹光法,滤纸润湿法,粘度法,折射率法,影响乳状液类型的因素,影响其类型的因素很多，早期的理论有：,“相体积”理论,聚结速率理论,“定向锲”理论,Bancroft规则,第九章 原油脱水与输送技术,“相体积”理论,分散相液滴是均匀的球形：在最密集堆积时，,液滴的最大体积只能占总体积的74.02%，其余25.98%为分散介质；,分散相体积大于74.02%，乳状液就发生破坏或变型；,水相体积占总体积的26%74%时，两种乳状液均可形成；,水相体积26%，则只形成W/O型；,水相体积74%，则只能形成O/W型。,1910年，Ostwald提出“相体积”理论:,第九章 原油脱水与输送技术,Cs,+,、Na,+,、K,+,等一价金属离子的脂肪酸盐作为乳化剂时，容易形成O/W型乳状液，见下图,Ca,2+,、Mg,2+,、Al,3+,、Zn,2+,等高价金属皂则易生成W/O型乳状液，见下图,第九章 原油脱水与输送技术,乳化剂的亲水性,Bancroft提出乳化剂溶解度的经验规则，Bancroft规则。,1、亲水性强的乳化剂，其HLB值在818之间，易形成O/W型乳状液；,2、亲油性强的乳化剂，HLB值在36之间，易形成W/O型乳状液；,3、膜-油膜-水时得到O/W型乳状液；,4、膜-油膜-水时得到W/O型乳状液。,当90,o,时，固体粉末大部分被油润湿，则形成W/O型乳状液；,当=90,o,时，形成不稳定的乳状液。,对于固体粉末作为乳化剂稳定乳状液时,第九章 原油脱水与输送技术,乳状液的性质,一般乳状液的分散相直径范围0.110m,。很少小于0.25m。它大部分属于粗分散体系，一部分属于胶体，是热力学不稳定的体系。,外观大小与质点,第九章 原油脱水与输送技术,电性质,乳状液有一定的,导电能力,，其大小主要取决于乳状液连续相的性质。,实验发现通过,O/W乳状液的电流约为1013mA,，而通过,W/O型乳状液的电流仅0.1mA或更少,，这种性质常被用于辨别乳状液的类型。,当乳状液的珠滴带有电荷时，在电场中会发生定向运动，即,电泳,。研究表明，在电场中带电油滴和水相中的反离子层向相反的电极方向运动而发生电泳现象。,第九章 原油脱水与输送技术,流变性,a.粘度,多数乳状液属非牛顿流体，其粘度是剪切速率的函数。,影响乳状液粘度的五个因素为：外相的粘度；内相的粘度；内相的体积分数；乳化剂及其在界面沉淀的膜的性质；颗粒大小分布。,外相粘度,0,是决定乳状液最终粘度的最重要参数，乳状液粘度一般与外相的粘度成正比。,=,0,(X),b.触变性,C.粘弹性,第九章 原油脱水与输送技术,乳状液的稳定性,所谓稳定，是指所配制的乳状液在一定条件下，不破坏、不改变类型。根据乳化剂的作用，乳状液的形成、稳定原因可归纳为以下几个方面：,界面张力的降低；,界面膜的形成；,扩散双电层的建立；,固体的润湿吸附作用等。,降低界面张力，可使乳状液稳定。例：煤油与水的界面张力一般为49mN/m，加入适当的乳化剂(如聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚类表面活性剂)后界面张力可降至1mN/m以下，可形成稳定的乳状液。,低界面张力,第九章 原油脱水与输送技术,界面膜性质,在油水体系中加入表面活性剂后，在降低界面张力的同时，根据Gibbs吸附定律，表面活性剂必然在界面发生吸附，形成界面膜，,膜的强度和紧密程度是乳状液稳定的决定因素。,扩散双电层,双电层作用起稳定乳状液作用。OW型乳状液中的油珠多半是带负电的，而 WO型轧状液中的水珠则是带正电的。滚珠的双电层有排斥作用，故可防止乳状液由于液珠相互碰撞聚结而遭破坏。,第九章 原油脱水与输送技术,固体的稳定作用,润湿固体,微粒的作用起,稳定和加固界面膜,的作用。固体粉末只有存在于油水界面上时才能起到乳化剂的作用。这与水和油对固体粉末能否润湿有关。只有当它既能被水也能被油润湿时才能停留在油-水界面上，润湿的理论规律可以用Young方程来表达。,第九章 原油脱水与输送技术,第二节 原油乳状液与原油脱水方法,1、原油乳状液的生成及危害,含水原油在开采和集输过程中具备乳状液生成的三个条件：,a.不混溶原油与水的接触。,b.存在搅拌条件（如天然气的逸出、原油流经地层的多孔介质、管线、泵、阀门等）。,c.存在乳化剂（天然的或人造的）。,在天然乳化剂中，胶质和沥青质不仅含量多，而且它所稳定的乳化液特别顽固，不易破坏。尤其是在有固体颗粒的存在下，如粘土、硫化铁、淤泥、钻井液、石蜡等，使乳状液更加稳定。,1）搅拌程度对乳状液的影响,（1）自喷井油嘴前后乳化程度的变化,第九章 原油脱水与输送技术,（2）集输过程中乳化程度的变化影响,第九章 原油脱水与输送技术,2）原油乳化剂,第九章 原油脱水与输送技术,原油中的天然乳化剂大致有四种类型物质：,（1）分散在油相中的固体，如高熔点微晶蜡、含钙质粘土、炭粉等，其颗粒很细，直径2m。,（2）溶解于原油中的环烷酸、脂肪酸的皂类具有强烈的表面活性和较强的亲水性。,（3）分散在原油中的胶质、沥青质。表面活性较低，亲油性较强。,（4）溶解在水中的盐类。水中含有K,+,、Na,+,等离子，容易形成水包油型乳状液；若是Ca,2+,、Mg,2+,、Fe,3+,等多价金属离子，则容易形成油包水型乳状液。,第九章 原油脱水与输送技术,3）原油乳状液的危害,（1）增大了液流的体积，降低了设备和管道的有效利用率,（2）增加了输送过程中的动力消耗,（3）增加了升温过程的燃料消耗,（4）引起金属管道、设备的结垢和腐蚀,（5）对炼油厂加工过程的影响,我国规定,商品原油的含水率小于0.5以下，含盐量小于50mg/L。,美国外输原油允许含水率小于0.25，含盐量平均小于170mg/L。,2、乳化原油的类型,第九章 原油脱水与输送技术,主要有两种,油包水型和水包油型。,另外，显微镜下乳化原油中还有一定的多重乳化油，这也是乳化原油破乳困难的一个原因。,油包水型乳化原油主要来源于一次、二次采油,，而,水包油型乳化原油主要来源于三次采油,，尤其是碱驱、表面活性剂驱、稠油乳化开采等。,3、原油乳状液的性质,1）原油乳状液的物理性质,（1）,原油乳状液的颜色,纯净的原油因其组成不同有黄、红、绿、棕红、咖啡色等不同颜色之分，但对一般重质油而言，,大多数外观呈黑色,。,（2）,密度,乳状液水的体积分数为，原油和盐水的密度分别为,O,和,W,。,=,O,(1-)+,W,（3）粘度,（4）原油乳状液的凝固点,凝固点也随含水率的上升而有所提高。,（5）原油乳状液的“老化”,乳状液的稳定性随着存放时间的延长而增加的现象称为乳状液的“老化”。,第九章 原油脱水与输送技术,2）原油乳状液的电学性质,（1）原油乳状液的电导及导电性,（2）原油乳状液的介电常数。,（3）原油乳状液的电泳。,第九章 原油脱水与输送技术,4、原油脱水原理和方法,目前，我国大部分油田已经进入高含水期，油井采出液也由原来的以(W/O)型乳状液为主变为以水包油(O/W)型乳状液为主。,脱水方法的研究，也从针对W/O型乳状液的破乳问题逐渐过渡到O/W型乳状液破乳问题的研究。,破乳过程通常分为三步：,凝聚、聚结和沉降。,聚结是脱水过程的关键，聚结和沉降分离构成了原油的脱水过程。,沉降,聚结,凝聚,第九章 原油脱水与输送技术,1）重力沉降脱水（沉降分离）,多年来，国内外已研究了多种原油脱水技术，满足各种原油不同含水程度的脱水要求。主要有：,原理,原油与水不互溶，密度有差异,，且有时是,不稳定的乳状液,，甚至是经过电法和化学方法处理过的。,含水原油经破乳后，需把原油同游离水、杂质等分开。在沉降罐中主要依靠油水密度差产生的下部水层的水洗作用和上部原油中水滴的,沉降作用使油水分离,，此过程在油田常被称作,一段脱水,。,第九章 原油脱水与输送技术,Stocks定律深刻地描述了沉降分离的基本规律，该定律的数学表达式为：,式中：,V水珠沉降速度，cm/s；,r,水珠半径，cm；,1,水的密度，kg/L；,2,油的密度，kg/L；,g重力加速度，980cm/s,2,；,原油的粘度，100mPas。,第九章 原油脱水与输送技术,提高油水分离速度的方法和措施,（1）,增大水珠粒径,的方法,添加化学破乳剂，降低乳状液的稳定性，以进一步实现破乳；,采用高压电场处理W/O型乳状液；利用电磁场对乳状液进行交变振荡破乳,利用亲水憎油固体材料使乳状液的水珠在其表面润湿聚结。,（2）,增大水、油密度差,的方法,向原油乳状液中掺入轻质油，降低原油的密度；,选择合适温度，使油水密度向着有利于增大密度差的方向变化；,在油气分离过程中降低压力，使原油中少量的气泡膨胀，密度降低；向水中添加无毒无害物质，加大水相密度。,（3）,降低原油粘度,的方法,掺入低粘轻质油稀释原油；,加热以降低原油乳状液的粘度。,（4）,提高油水分离速度,的方法,采用离心机进行离心分离。,第九章 原油脱水与输送技术,2）热化学脱水,原理,加入化学破乳剂，改变界面性质，促使相分离。,将原油加热至一定温度，乳化原油不稳定性增强，聚结分离,3）电脱水法,原理,利用,水是导体，油是绝缘体的特性,，将,W/O型原油乳状液,置于电场中，乳状液中的水滴在电场作用下发生变形、聚结而形成大水滴从油中分离出来。,在油田，电脱水常作为原油脱水工艺的最后环节,。在,高强度电场,作用下，水包油型乳状液通过强电场时易发生电击穿现象，使脱水器不能正常工作，所以电脱水器只处理低含水的油包水型乳状液。,是对低含水原油彻底脱水的最好方法。,第九章 原油脱水与输送技术,电脱水方法具体有,偶极聚结 振荡聚结 电泳聚结,4）油田常用脱水方法工艺,在油田，通常是在加热的基础上使用电法和化学法，称为热电化学法。,一般分两步进行,，先进行,热化学沉降脱水,，,再进行,电脱水,。,用化学法处理容易脱水的原油乳状液，用电场处理不很稳定的乳状液，用电化学法处理顽固的乳状液。,第九章 原油脱水与输送技术,原油脱水的工艺流程图,热化学脱水工艺流程,l油井；2计量站；3油气分离器；4加热器；,5水封界面调节器；6沉降罐；7净化油缓冲罐；8输油泵,化学破乳剂；油气水混合物；天然气；净化原油；,脱出水；热煤,第九章 原油脱水与输送技术,电化学脱水工艺流程,l油气分离器；2含水原油缓冲罐；3脱水泵；4加热炉；,5电脱水器；,油气水混合物；化学破乳剂；天然气；含水原油；净化原油；脱出水,第九章 原油脱水与输送技术,5、影响原油破乳脱水的因素,影响破乳脱水的因素还有以下几个方面：,1）原油的性质、破乳剂性质及电场条件。,2）水的PH值。,天然乳化剂的各组分生成膜的能力，在同一条件下，其,乳化液的稳定性与水的 PH值有关。,pH值能改变油水界面张力。,3）盐的含量与种类。,当水相中含盐时，水相pH在69时乳液稳定性最小。如果水相中含大量二价金属离子，若pH8，则会有氢氧化物固体颗粒沉出，它是一个新的乳化稳定剂。同一种盐浓度越高，使乳状液稳定性降低的程度越大。同价次的金属离子半径越大，对原油乳状液稳定性影响越小。,盐含量直接影响水的比重，加速水粒沉降速度,。,第九章 原油脱水与输送技术,4）温度,温度升高会溶解石蜡，降低保护膜的强度。温度升高会使原油粘度降低，对水珠的聚结和油水的重力沉降分离有利。,5）水量,某种乳化液，有一个合适的乳化水的最大含量，在这个条件下乳液最稳定。曾有人调节原油中的水量实现了破乳。,6）搅拌,搅拌过快，小水滴分散会进入油相，由于分散过细，会形成稳定的乳化液。如果搅拌过慢，破乳剂得不到充分分散，便不能与乳滴充分的接触，破乳效果不好。,适当的搅拌就是要根据油的性质和现场条件，选择,合理的加药点和泵送速度,。一般说来，雷诺数以3500为好。,第九章 原油脱水与输送技术,第三节 原油破乳剂及其评价方法,1、原油破乳剂发展简况,第九章 原油脱水与输送技术,2、原油破乳剂的分类,按相对分子质量大小分类：,1）,低分子破乳剂,：相对分子质量,3000的情况按紊流考虑,。,总摩擦应力粘性摩擦应力湍流应力,第九章 原油脱水与输送技术,2）原油减阻剂,定义：,指在紊流状态下，能有效降低原油管输阻力的化学剂。,化学减阻,指在原油中加入化学剂（原油减阻剂）以使原油在管输过程中的湍流摩擦阻力降低的方法。,减阻剂特点,一般是相对分子质量,不小于10,6,的油溶性聚合物,。,要求具有优良的溶解性、抗剪切性、抗氧化性。,减阻机理,减阻剂加入到油流中，依靠本身特有的,粘弹性,，大分子链顺流动方向自然拉伸取向，改变流体质点的作用方向和大小，使一部分做无用功的径向力转化为顺流向的轴向力，从而减少了无用功的消耗，宏观上表现出减少了流体的摩阻损失，即起到减阻作用。,第九章 原油脱水与输送技术,（1）常用减阻剂,聚异丁烯,聚甲基丙烯酸酯,聚苯乙烯,聚环戊烯,聚烯,乙烯-丙烯共聚物,第九章 原油脱水与输送技术,（2）减阻剂减阻效率的影响因素,减阻剂减阻性能受流体,流速,影响，在流体未达到湍流时，没有明显的减阻作用，随着流体速度的增加达到湍流状态，减阻作用才开始显示，流速达到一定值时，减阻效果最佳。减阻剂分子量越大，支链越少，可溶性越好，其减阻效率也越高。此外，减阻率还和分子量分布、大分子在溶剂中的构象、链的结构、强度等一系列因素有关。,原油的性质,原油粘度和密度越低，紊流条件越易达到，越有利于发挥原油减阻剂的作用。原油含水率高，影响减阻剂的溶解，从而影响其减阻效率。,第九章 原油脱水与输送技术,管输条件,管输温度越高，油的粘度越低，越有利于减阻剂起作用。,管输的流速越快，管径越小，雷诺数越大，紊流程度越高，减阻剂作用发挥越好但当流速过快，引起减阻剂降解时，减阻剂的减阻效率就降低。,管输流速对减阻剂减阻率的影响,第九章 原油脱水与输送技术,聚合物减阻剂分子量和分子量分布,聚合物相对分子质量必须超过一定的相对分子质量（称为起始相对分子质量）以后才有减阻作用。,聚合物的主链结构,迄今发现的有效高分子减阻剂多是线形或螺旋状结构的柔性高分子。在其他条件相同的情况下，分子链柔性较好的高分子减阻性能高。,聚合物的侧链结构,一般来说，高分子主链上带有少量长而较大的侧基会增加其减阻性能。,第九章 原油脱水与输送技术,减阻剂浓度。,减阻剂的质量浓度越高，可使减阻效率增加，但超过一定数值后，减阻效率提高幅度减小。存在最佳使用浓度。,（3）减阻剂的效果评价,国内外采用的都是同一方法环道测试法，即测定添加减阻剂后，流体在管道中流动的减阻率来定量评价减阻剂的好坏。当然，对减阻剂的整体评价还不仅限于此，还应包括减阻剂的溶剂特性、对环境敏感性、耐剪切性等方面，但主要以特定条件下的减阻率为评价标准。,第九章 原油脱水与输送技术,作业,1、什么是乳状液？其形成的必要条件有哪些？常见的原油乳状液类型？,2、原油中的天然乳化剂有哪些？其主要作用是什么？,3、根据stocks公式，提高油水分离速度的措施有哪些？,4、油田现场常用的原油脱水方法是什么?破乳剂的加药点在哪些地方？对破乳剂有什么要求？,5、原油脱水最常用的破乳剂是什么？化学破乳剂有哪几种作用机理？说明各种机理针对的破乳剂类型？,6、原油按凝固点分为哪几类？原油凝固点与原油含蜡有何关系？含蜡原油的粘温曲线有哪两个特征点？,7、流动改进剂的概念？影响原油降凝剂效果的因素有哪些？,8、什么是化学降凝和化学减阻？常用哪些类型的药剂及相应的作用机理？,