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1、1第四章原油脱水及污水处理油气田地面工程概论2原油脱水原油和水在油藏内运动时,常携带并溶解大量盐类,如氯化物、硫酸盐、碳酸盐等。z在油田开采初期,原油中含水很少或基本不含水,这些盐类主要以固体结晶形态悬浮于原油中。z进入中、高含水开采期则主要溶解于水中。对原油进行脱水、脱盐、脱除泥砂等固体机械杂质,使之成为合格商品原油的工艺过程称原油处理,国内常称原油脱水。3原油中的含水给生产带来的主要问题原油中含水、含盐、含泥沙等杂质会给原油集输和炼制带来很多麻烦:z 增大了液体量,降低了设备和管路的有效利用率;z 增加了集输过程中的动力和热力消耗;z 引起金属管路和设备的结垢与腐蚀,使其寿命降低;z 破坏
2、炼制工作的正常进行;z原油含水使原油密度增大,降低了原油的售价。4原油脱水由于原油中所含的盐类和机械杂质大多数溶解或悬浮于水中,原油脱水过程实际上也是降低原油含盐量和机械杂质的过程。5合格原油的含水标准“油田油气集输设计规范”规定:z出矿合格原油的质量含水量不大于1%;z优质原油含水量不大于0.5%。较先进的炼厂进装置的原油要求:z含水不大于0.1%;z含盐量不大于35毫克/升。6盐含量不达标时的处理方法:向原油中掺入2%5%的淡水,对原油进行洗涤,使以固体结晶形态存在的盐类溶解于水中,然后再脱水,使原油含盐量降低至允许的范围内。7第四章原油脱水及污水处理第一节原油中水的存在方式第二节原油乳状
3、液第三节原油脱水的基本方法第四节含油污水处理8第一节原油中水的存在方式游离水z在常温下用简单的沉降法短时间内就能从油中分离出来z 大部分游离水在油气水分离时被脱出。乳化水z 很难用沉降法从油中分离出来z它与原油的混合物称为油水乳状液。9原油脱水和原油乳化液有密切的关系,因为在含水原油中乳状液的性质直接影响着原油脱水的难易。10第二节原油乳状液一、乳状液及其类型二、原油乳状液的生成机理三、原油乳状液的性质11一、乳状液及其类型乳状液是一种或几种液体以液珠形式分散在另一不相混溶的液体之中构成的分散体系。乳状液中被分散的一相称作分散相或内相,另一相被称作分散介质或外相。显然,内相是不连续相,外相是连
4、续相。12一、乳状液及其类型根据内相与外相的性质,乳状液主要有两种类型:z一类是油分散在水(水是外相,油是内相中,如牛奶,简称水包油型乳状液,用O/W 表示;z另一类是水分散在油(水是内相,油是外相中,简称油包水型乳状液,用W/O 表示。13鉴别乳状液类型的方法染料法选择一种只溶于油相而不溶于水相的染料,取少量加入乳状液中摇荡之。z 若整个乳状液均被染色,则油相是外相;z若只是液珠呈染料之色,油便是内相。鉴别常为黑色的原油有一定的困难。14鉴别乳状液类型的方法稀释法(冲淡法取一水滴或油滴与乳状液相接触,易于和乳状液掺和者既是外相。电导法多数油相都是不良导体,而水相是良导体,故测定乳状液的电导可
5、以判断何者是连续相。15鉴别乳状液类型的方法显微观察法由于原油和水的透光性不同,可用显微镜判断乳状液的类型,在显微镜下,水是透明的,油是黑色的。z 若液珠不透明,则为O/W 型乳状液;z若液珠透明,则为W/O 型乳状液。16乳状液显微照片O/W 型W/O 型17形成乳状液的必要条件形成的乳化液的两种液体不能混溶;必须有足够的搅拌使一种液体以液滴的形式分散到另一种液体之中;必须有乳化剂的存在。两个不相混溶的纯液体(例如油和水不能形成乳状液,必须要有乳化剂起着稳定作用。18乳化剂的作用使乳状液稳定的物质称为乳化剂,乳化剂分散于油水界面上形成界面膜,起到两个方面的作用:z降低油水界面张力,使乳状液得
6、到一定程度的稳定;z界面膜具有较强的机械强度,阻止了在布朗热运动下,水珠在碰撞时的合并,使之形成稳定的乳状液。19二、原油乳状液生成机理1. 形成原油乳状液的主要因素:z 原油中含水,且油、水两相互不相溶;z原油中含有某些天然乳化剂。如沥青质、胶质、粘土、砂粒等,多数具有亲油憎水性质,因而一般生成稳定的W/O 型乳状液。此外,油田生产中使用的各种化学剂都有乳化剂的作用。z在开采和集输过程中有强烈的搅拌作用。20二、原油乳状液生成机理2. 原油乳状液的类型:除油田开采的高含水期外,世界上各油田所遇到的油水乳状液绝大多数属于W/O 型乳状液(因为如沥青质、胶质、粘土、砂粒等多数具有亲油憎水性质,因
7、而一般生成稳定的W/O 型乳状液,其内相水滴的直径一般在0.1微米以上,在普通显微镜下可观察到内相液滴的存在。21二、原油乳状液生成机理3.原油乳状液的生成z开采过程中:当油、水混合物沿油管从井底向上流动时,在井底的不同深处,压力从下到上逐渐降低,溶解在原油里的伴生气不断逸出,而且体积不断膨胀,油、水搅拌越来越激烈,当油、水混合物通过油嘴的时候,压力突降,流速剧增,原油碎散,大大增加了原油乳化程度。22二、原油乳状液生成机理3.原油乳状液的生成z在地面集输过程中:从井口到计量站,从计量站到转油站,油、水、气多呈气液两相混合状态输送,在集输管线和设备里,油、水的激烈搅动也会促使乳化。23二、原油
8、乳状液生成机理4.防止乳状液生成的措施:z采取措施使油井少出水,多出油(如合理注水、封堵水层等措施z尽量减少搅拌条件(如减少不必要的弯头、闸门,尽量简化流程,减少泵剪次数;z尽量减少油、水相混的时间。24三、原油乳状液的性质分散度粘度密度电学性质稳定性和老化25三、原油乳状液的基本性质1.分散度z分散相在连续相中的分散程度,常用内相颗粒平均直径的倒数表示或比表面积(颗粒总表面积和总体积的比值表示。z乳状液内相颗粒直径越小,分散度越高,乳状液越稳定。z乳状液通过强烈的搅拌后,分散度增大。26三、原油乳状液的基本性质2.粘度影响乳状液粘度的因素:z 外相粘度z 内相体积浓度z 温度z 乳状液的分散
9、度(分散相粒径z 乳化剂及界面膜的性质z内相颗粒表面带电强度z内相粘度27影响乳状液粘度的因素外相粘度原油粘度越大,生成W/O 型乳状液的粘度越大。k o e=乳状液粘度原油粘度待定常数内相体积浓度28影响乳状液粘度的因素内相体积浓度含水率较低时,粘度随含水率的增加而缓慢上升;含水率较高时,粘度迅速上升;当含水率超过某一数值时,粘度又迅速下降,并发生转相(W/O 型乳状液变为O/W 型或W/O/W 型乳状液。29原油乳状液粘度与含水率的关系30影响乳状液粘度的因素温度温度升高乳状液粘度减小。乳状液的分散度内相粒径越小、分散度越高,粘度越大溶剂化薄膜的总体积增加内相颗粒表面带电引起的电滞效应的电
10、位高31原油乳状液的粘度特性是典型的非牛顿流体具有剪切稀释效应即剪切率增大,表观粘度减小表观粘度下降的幅度与乳状液含水率有关含水率越大,下降幅度越大32三、原油乳状液的基本性质3.密度原油含水、含盐后,其密度显著增大。w o wo ww o o V V V V +=+=1(乳状液体积含水率33三、原油乳状液的基本性质4.电学性质z原油乳状液的电导率除取决于含水率和水颗粒的分散度、在很大程度上还决定于水中的含盐、含酸、含碱量。z乳状液的电导率随温度增高而增大。34三、原油乳状液的基本性质5.稳定性和老化乳状液的稳定性:乳状液不被破坏,抗油水分层的能力。从热力学观点看,原油乳状液属不稳定体系。水滴
11、仍有合并、减小油水界面,使系统界面能降至最低的趋势,只是由于天然乳化剂构成的界面膜有较高的机械强度阻止了水滴的合并沉降。35乳状液不稳定的表现沉降z指由于油相和水相的密度不同,在重力作用下将上浮或下沉;z沉降的结果是乳状液分成了上下两层浓度不等的乳状液;z使乳状液的均匀性遭到破坏,但乳状液并未真正破坏。36乳状液不稳定的表现絮凝(也称聚集z 指乳状液的液珠聚集成团;z 在形成的絮团中,原来的液珠仍然存在;z 絮凝是可逆的,搅动可使絮团重新分散;z 絮凝是由液珠间的范德华引力造成的;z液珠带电后产生的双电层斥力对聚集起阻碍作用。因此,加入电解质可以改变乳状液的聚集速度。37乳状液不稳定的表现凝并
12、(也称聚结z 指聚集的絮团变成一个大液珠;z 凝并是不可逆的;z凝并导致液珠数目的减少和乳状液的完全破坏即油水分离。絮凝是凝并的前奏,凝并是乳状液破坏的直接原因38乳状液不稳定的表现反相(也称变型z 指乳状液从O/W 型变成W/O 型,或者相反;z反相过程是乳状液中液滴的聚集和连续相分散的过程,原来的连续相变成了分散相,而分散相则变成了连续相。z引起反相的原因:乳化剂类型的变更、相体积的改变、温度、增大剪切39三、原油乳状液的基本性质5.稳定性和老化影响原油乳状液稳定性的因素z 分散度和粘度z 乳化剂的类型和保护膜的性质z 内相颗粒表面颗粒带电z 油水密度差z 温度z 水的pH值z时间40影响
13、原油乳状液稳定性的因素分散度和粘度z分散度越高,水滴越小,布朗运动越强烈,越能克服重力影响不下沉,原油乳状液越稳定。z原油粘度越大,水滴越不易下沉,原油乳状液越稳定。41影响原油稳定性的因素乳化剂的类型和保护膜的性质:z乳化剂是低分子有机物,如脂肪酸、环烷酸和某些低分子胶质,形成的界面膜强度不高,乳状液的稳定性不高;z乳化剂是高分子有机物,如沥青质等,形成的界面膜有较高的强度,使乳状液有较高的稳定性;z固体乳化剂,如粘土、砂砾、石蜡等,形成的界面膜强度很高,乳状液的稳定性也很高。界面膜的机械强度高,乳状液的稳定性高。42影响原油稳定性的因素内相颗粒表面颗粒带电内相颗粒界面上带有极性相同的电荷是
14、乳状液稳定的重要原因。油水密度差乳化水滴在原油内的沉降速度正比于油水密度差,密度差越大,油水容易分离,乳状液的稳定性较差。43影响原油稳定性的因素温度:温度升高,稳定性下降。主要原因:z主要乳化剂(沥青质、胶质、石蜡等在原油中的溶解度增加,减弱了内相颗粒界面膜的机械强度;z内相颗粒体积膨胀,使界面膜变薄,机械强度减弱;44影响原油稳定性的因素温度:温度升高,稳定性下降。主要原因:z加剧了内相颗粒的布朗运动,增加了互相碰撞、合并成大颗粒的机率;z 水和油的密度差增大,水滴易于在油相中下沉;z降低了原油的粘度,水滴易于下沉。45影响原油稳定性的因素水的pH值:pH值增加,内相颗粒界面膜的弹性和机械强度降低,乳状液的稳定性变差。时间:随着时间的延长稳定性增强。46三、原油乳状液的基本性质5.稳定性和老化原油乳状液的老化原油乳状液随时间的推移变得逐渐稳定,乳状液的这种性质称为乳状液的老化。在形成乳状液的初始阶段,乳状液的老化十分显著,随后减弱,常常在一昼夜后乳状液的稳定性较很少再增加
