原油电脱水处理技术.ppt
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1、高效油气水处理技术,原油电脱水处理技术,原油电脱水处理技术,1、电脱水工艺2、电脱水器的结构及原理3、原油电脱水成套设备4、原油电脱水成套设备操作使用,原油电脱水处理工艺,是将经过热化学沉降脱水后的低含水原油或经过三相分离器分离后的低含水原油进行深度脱水的处理工艺,具有脱水速度快、净化油含水低的优点,脱水成本低,能节省破乳剂、耗电量又低,在各油田被广泛采用。,1、电脱水工艺,胜利油田原油脱水工艺是以电化学两段脱水,污水回掺工艺为基本模式建立起来的。该脱水工艺适应了油田中、低含水期原油脱水的需要,对于降低外销原油的含水量,保证油田生产的正常运行起了极为重要的作用。胜利油田开发进入特高含水期后,原
2、油的综合含水大多在90%左右,再加上采用新的钻采工艺,使原油的物化性质发生了很大变化,原有的脱水工艺已难以适应要求。主要表现为能耗大、运行成本高、破乳难、脱水器电场不稳定(甚至倒电场)、脱水效果差等问题。针对所存在的问题,对一些联合站工艺流程进行密闭改造,在脱水效果、降低能耗等方面,取得了较好的效果。还有一些联合站采用的是开式工艺流程,污油回掺使原油重复乳化和老化严重,脱水效果较差。,1.1目前的脱水工艺流程:,1、电脱水工艺,密闭脱水工艺流程 采用密闭工艺流程联合站,原油密度小、粘度低。密闭流程能避免原油中的轻质组分的挥发,使其尽可能多的溶解于原油中,从而减小了原油密度,而且降低了原油粘度,
3、这些因素都有利于原油在脱水器内沉降分离;密闭流程的另外一个特点是处理设备体积小、原油停留时间短、乳化程度轻且污油回掺量小,基本上杜绝了污油回掺,减少了原油重复乳化和老化现象,这样就基本上保证了进电脱水器的原油都是新鲜原油,因此降低了乳化液破乳难度,有利于电脱水。采用密闭流程的电脱水器内,油水界面清晰,脱水效果也很好。采用密闭脱水工艺流程的脱水器进口原料油含水一般在20%左右,脱水器出口净化油含水一般在0.10.3%之间。如辛一站、广利站、王家岗等联合站。,1、电脱水工艺,1、电脱水工艺,密闭二段脱水工艺流程,含油污水处理站,开式脱水工艺 采用开式流程的脱水站,污油回掺量大,原油乳化严重、导电性
4、强,只有进脱水器的原料油含水较低的情况下,才能保证电脱水器正常送电,脱水指标基本合格。由于原油的导电性太强,给脱水器送电造成很大困难。为了建立稳定的电场,进脱水器的原料油含水必须很低,原料油含水通常在5%以下。但是,正常情况下,原油电脱水又不希望原料油含水太低,因为原料油含水太低,会使得油中的乳化液颗粒小、分布均匀,这不利于破乳和水滴的聚结,脱出水含油量也较高。,1、电脱水工艺,一、电脱水工艺,油气分离器,一次罐 二次罐,脱水加热炉,脱水器,好油罐,外输泵,去污水罐,计量分离器,井口,开式脱水工艺流程,原油电脱水:乳化原油在电脱水器内,在电场力作用下经过破乳、聚结、沉降使原油与水分离的过程。轻
5、质原油:在20时,密度小于或等于0.8650g/cm3的原油。中质原油:在20时,密度为0.86510.9160g/cm3的原油。重质原油:在20时,密度为0.91610.9960 g/cm3的原油。交流电场:在电脱水器内,电极之间及电极与壳体间所形成的,强度和方向随电源频率周期变化的电场。直流电场:在电脱水器内,电极间及电极与壳体间所形成的,强度和方向不随电源频率周期变化的电场。交直流双重电场:在电脱水器内,同时存在直流和交流两种电场。恒流源:能自动跟踪负载的工况变化,抑制过电流,保持电流稳定的供电电源装置。,1.2电脱水方面常用的技术术语,1、电脱水工艺,进入电脱水器的原油水含量:一般30
6、%;对于乳化严重导电性强的原油水 含量 10%(质量分数)。脱水原油的含水指标:按轻质原油、中质原油、重质原油分等级如下:轻质原油 0.5%;中质原油 1%;重质原油 2.0%;从电脱水器脱出的污水含油 0.5%,输往污水处理站的污水含油 1000mg/L。,1.3电脱水技术指标,1、电脱水工艺,2、电脱水装置的结构及原理,原油电脱水装置的组成:电脱水器、电脱水供电装置、油水界面控制系统、安全保护系统。电脱水器:内部电极组、进油管组、出油管组、冲砂装置。电脱水供电装置:脱水控制柜、防爆脱水变压整流器、高压防爆接口装置。油水界面控制系统:油水界面检测一次表、调节仪、调节阀。安全保护系统:防爆液位
7、控制器、安全门防爆开关、安全阀。,(1)立式电脱水器(2)卧式电脱水器(3)直流脱水(4)交流脱水(5)交-直流双电场脱水(6)高频脉冲脱水(7)恒流源供电(8)可控硅自动调压供电(9)电容调压供电(10)磁饱和供电(11)全阻抗变压器供电(12)立挂电极(13)平挂电极(14)绝缘电极,电脱水器的类型包括:,电脱水器的分类主要从电脱水器的结构、电脱水器的供电方式、电极的型式和悬挂方式、供电设备的防爆形式等方面进行分类。,2、电脱水器的结构及原理,2、电脱水器的结构及原理,2.1 原油乳状液,乳化液是一种非均相液体体系,它由两种不互溶的液体组成,而且其中一种液体以液滴形式直接分散在第二种液体中
8、。乳化液与一种液体在另一种液体中的简单分散体不同,乳化液中存在着一种能抑制聚结现象的乳化剂,因此液滴相互接触时发生聚结的概率大为减小。乳化液中以小液滴形态存在的那一部分则称作内相、分散相或非连续相。,乳化液的定义,在原油和水组成的大部分乳化液中,水是细分散在油中的。水滴的球形是界面张力作用的结果。界面张力作用于水滴,使水滴与油接触的面积尽可能小。这就是油包水型乳化液,被称为“正常”乳化液。油也可以分散在水中,形成水包油乳化液,后者被称为“反向”乳化液。,2.1 原油乳状液,乳化液的类型,原油中所含的水分,有的在常温下用简单的沉降法短时间内就能从油中分离出来,这类水称为游离水;有的则很难用沉降法
9、从油中分离出来,这类水称乳化水,它与原油的混合物称油水乳状液,或原油乳状液。乳化水需采取专门的措施才能脱除。,一种是水以极微小的颗粒分散于原油中,称为:“油包水”型乳状液,用符号wo表示,此时水是内相或称分散相,油是外相或称分散介质,因外相液体是相互连接的,故又称连续相;,另一种是油以极微小颗粒分散于水中,称为:“水包油”型乳状液,用符号ow表示,此时油是内相,水是外相。,2、电脱水器的结构及原理,2.1 原油乳状液,乳化液的定义,油包水乳状液,2、电脱水器的结构及原理,2.1 原油乳状液,乳化液的定义,油相多重乳化,2、电脱水器的结构及原理,2.1 原油乳状液,乳化液的定义,2、电脱水器的结
10、构及原理,2.1 原油乳状液,乳化液形成的三个必要条件是:(1)油田采出物有原油和水,二者不互溶。(2)原油中有足够的胶质、沥青质、环烷酸、地层岩屑、泥砂等,它们都是天然的、高性能的乳化剂。(3)在油田开发和油气集输过程中,油、水、乳化剂三者共聚一体,在油井井筒、油嘴、管道、阀件、机泵中充分接触混合。特别是在油田伴生气的参予下,其搅拌更为激烈。,原油乳化液的形成,2、电脱水器的结构及原理,2.1 原油乳状液,乳化的防止,集油过程原油中水珠粒径变化情况,泵进口水珠粒径变化情况,2、电脱水器的结构及原理,2.1 原油乳状液,采油时能使油完全与水隔绝和(或)防止油井产出流体受到各种形式的搅拌,就不会
11、生成乳化液。在一些油井中,要把水完全隔绝是困难的或者是不可能的,同时,防止搅拌几乎也是不可能的。所以,许多油井必然会产生乳化液。然而,在一些场合下,乳化作用是由于操作方法不当而加重的。,杆式泵抽油井抽油速度过大,柱塞和凡尔维护不良;利用重力流动输送的地方用泵输送流体,都会造起不必要的扰动。如果条件许可,在油一水分离之前要尽量减少因流经离心泵,油嘴和控制阀而引起的压力降。,乳化的防止,2、电脱水器的结构及原理,2.1 原油乳状液,加入化学破乳剂,正确选用增压泵,乳化的防止,正确设计和建设管道,正确布置脱水设备的位置,2、电脱水器的结构及原理,2.1 原油乳状液,粘度,原油状液的性质,原油乳状液是
12、一种多相体系,不遵循牛顿内摩擦定律,属于非牛顿液体,这时的粘度应称为表观粘度。含水率较低时,乳状液的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(图中约为6575)时,粘度又迅速下降,此时wo型乳状液相为ow型或w ow型乳状液。此后,随含水率的进一步增加,油水混合物的粘度变化不大。,2、电脱水器的结构及原理,2.1 原油乳状液,原油状液的性质,电性质,原油乳状液的电导率除取决于其含水率和水颗粒的分散度外,在很大程度上决定于水中的含盐、含酸、含碱量。乳状液的电导率还随温度的增高而增大。介电系数是乳状液另一项重要的电性质。原油的介电系数为2,水的介电系数约为油的
13、40倍,即80。由于原油和水介电系数的悬殊差别,当把乳状液置于电场内时,乳状液的内相水滴将沿电力线排列,并使乳状液的电导率激烈增加。电场内,乳状液内相水滴沿电力线排列的这种性质,常被用来破坏原油乳状液,脱除原油中所含的水。,2、电脱水器的结构及原理,2.1 原油乳状液,原油状液的性质,电性质,几种原油电导,粘度与温度的关系图,2、电脱水器的结构及原理,2.1 原油乳状液,原油状液的性质,稳定性和老化,影响乳状液稳定性的主要因素有:乳状液的分散度和原油粘度、乳化剂的类型和保护膜的性质、内相颗粒表面带电、乳状液温度和水的pH值等。,1.分散度和原油粘度,若油水混合物内有足够的乳化剂,并受到充分搅拌
14、,则形成内相颗粒小、分散度高的原油乳状液。水滴愈小,布朗运动愈强烈,就能克服重力影响不下沉,而保持稳定。此外,原油粘度愈大,水滴愈不易下沉原油乳状液也就愈稳定。,2、电脱水器的结构及原理,2.1 原油乳状液,原油状液的性质,稳定性和老化,2.乳化剂的类型和保护膜的性质,原油中存在的天然乳化剂大体上可分为三类,它们对乳状液的稳定性有很大的影响。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。这类物质有较强的表面活性,易在内相颗粒界面形成界面膜。但由于分子量低,界面保护膜强度不高,故乳状液的稳定性较低。第二类是高分子有机物,如沥青、沥青质等。它们在内相颗粒界面形成较厚的、粘性和弹性较高的凝
15、胶状界面膜,机械强度很高,使乳状液有较高的稳定性。第三类是粘土、砂粒和高熔点石蜡等固体乳化剂。由这类乳化剂构成的界面膜的机械强度很高,因而乳状液的稳定性也很高。由蜡晶粒作为固体乳化剂构成的乳化液,会因温度增高时蜡品粒的溶解而使乳状液稳定性下降。,2、电脱水器的结构及原理,原油乳状液,原油状液的性质,稳定性和老化,3.内相颗粒表面带电,2、电脱水器的结构及原理,原油乳状液,原油状液的性质,稳定性和老化,4.温度,乳状液温度对其稳定性有很大影响,随温度的增高,乳状液稳定性下降。这是因为:(1)乳状液的主要乳化剂沥青质、胶质、石蜡等在原油中的溶解度增加,减弱了由这些乳化剂构成的内相颗粒界面膜的机械强
16、度,使水滴易于在互相碰撞时合并下沉;(2)内相颗粒体积膨胀,使界面膜变薄,机械强度减弱;(3)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;(4)油水体积膨胀系数不同,原油体积膨胀系数较大,使水和油的密度差增大,水滴易于在油相中下沉;(5)降低了原油的粘度,水滴易于沉降。,2、电脱水器的结构及原理,2.2 原油电脱水的基本方法与原理,化学破乳:该方法是向含水原油中添加化学破乳剂,经揽拌混台使其到达原油乳化液的油一水界面上,降低界面张力,破坏乳化状态破乳后的水珠相互聚结并沉降分离;电破乳:包括交流电、直流电、交一直流电、高频脉冲供电等,用电场力破坏原油乳化液,使水珠相互聚结,自原
17、油中分离出来;一般原油电脱水是电-化学联合脱水,加入合适的破乳剂降低油水界面膜的表面张力,在电场力的作用下破乳、聚结、沉降、分离。,2、电脱水器的结构及原理,2.2 原油电脱水的基本方法与原理,电脱水,电脱水原理,振荡聚结,偶极聚结,电泳聚结,2、电脱水器的结构及原理,2.2 原油电脱水的基本方法与原理,2、电脱水器的结构及原理,交流脱水,2.2 原油电脱水的基本方法与原理,2、电脱水器的结构及原理,在脱水器电极间加上高压交流电压,在交流电场中,原油乳状液中的水滴受电场的极化和静电感应,使水滴两端带上不同极性的电荷,形成诱导偶极。水滴在电场中拉长变形,并使界面膜机械强度削弱,电的吸引力使水滴相
18、互碰撞,合并成大水滴,从原油中沉降分离出来。,2.2 原油电脱水的基本方法与原理,直流脱水,2、电脱水器的结构及原理,在脱水器电极间加上高压直流电压,在直流电场中,原油乳状液中的水滴将向自身所带电荷电性相反的电极运动,带正电的水滴向负电极运动,带负电的水滴向正电极运动。由原油乳状液的性质可知,原油中各种粒径水滴的界面上都带有同性电荷,故在直流电场中乳状液中的水滴将向相同的方向运动,在运动过程中,水滴受原油的阻力产生拉长变形,并使界面膜机械强度削弱。同时,因水滴大小不等、所带电荷不同、运动时所受阻力各异,各水滴在电场中运动速度不同,水滴发生碰撞,使削弱的界面膜破裂,水滴合并、增大,从原油中沉降分
19、出。,2.2 原油电脱水的基本方法与原理,高频脉冲电脱水,2、电脱水器的结构及原理,高频脉冲电脱水是近年来针对复合驱采出液脱水时,电脱水器送电困难,脱水效果差等问题新研究的脱水方法。八十年代初,关于脉冲电场对“油包水”W/O型原油乳状液的破乳问题,及直流脉冲电场中乳状液的破乳问题,有关专家明确提出了液珠对外电场的响应是受电介质的松弛(或弛豫)过程控制的。在电场作用下,聚结前,液珠首先排列成链,为此,破乳器中必须有大量的链生成,以进行聚结。这些链不能太长,否则链产生传导电流,以致形成短路导致能量的漏泄;同时,形成的链也不能过短。其长短恰好能使链中的粒子在所加的电场力下发生聚结。W/O型乳状液体系
20、可看作是复合电介质,界面松弛时间决定乳状液和绝缘电极的极化、松弛特性,它是两者介电松弛时间的平均效应。在电场中液珠需要10-11秒的时间去极化,在外加电场的作用下,液珠被极化,液珠与液珠间产生吸引力或排斥力,这加剧了液珠之间的运动,导致随机碰撞而聚结。,2.2 原油电脱水的基本方法与原理,高频脉冲电脱水,2、电脱水器的结构及原理,低频时,既使脉冲作用时间较长,有足够的时间去极化,但是电场自身变化不够快,液珠的极化率也是比较缓慢的,液珠较之最佳频率时极化电荷不完全,因而液珠碰撞次数少而慢,液珠聚结差,破乳效果不好;频率太高时,电场变化太快,电介质没有足够长的时间极化,液珠不能达到完全极化状态,相
21、应地液珠碰撞次数少、慢,液珠聚结差,破乳效果也不好。最佳频率时,液珠在电场峰值被完全极化,液珠间的力最大,有最大数量的碰撞,聚结显著。由于原油含水量影响分散相中液珠的大小与数量,这势必影响一定频率电场中液珠的极化电荷量,影响液珠的碰撞率和聚结率。低含水率虽然有高的电场强度,但液珠少而且小,影响碰撞,聚结不佳,高含水率,随着施加电压的增加,聚结效率趋于稳定,平均电流与峰值电场强度之比几乎是常数,这必将存在电场强度、液珠大小、数量、最大聚结率、最小电能消耗的平衡点。,2.2 原油电脱水的基本方法与原理,2、电脱水器的结构及原理,2.2 原油电脱水的基本方法与原理,电脱水,交直流双电场脱水,直流和双
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