油气集输 4-1

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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,*,第四章 原油脱水,4-1,油水混合物性质,4-2,常用原油脱水方法,4-3,常用原油脱水设备,4-4,常用原油脱水流程,4-5,原油脱水操作,1,4-1,油水混合物的性质,一、原油中为什么会含水?,在油层中,注入水和边界水不断地向井底方向推进,当其伸入油井井域时,油井开始见水,此后,油井开采出的原油含水量急剧上升,中含水:综合含水,20,60%,高含水:综合含水,60,85%,水的存在形式:游离水和乳化水,2,二、原油含水、盐、泥沙的危害:,影响原油的质量,降低管道设备的利用率;,增加了后续处理工艺和输送过程中的动、热力消耗;,引起金属管路和设备的腐蚀;,水中携带泥砂、碳酸盐等,还会对输送管道和设备造成磨损,形成结垢等;,影响炼制加工过程的正常进行。,原油净化中的,三脱,是:,脱水,脱盐,脱砂,3,三、原油脱水的标准,西德和法国:出矿原油:含水,0.05%,,含盐,20mg/L,美国和加拿大:出矿原油:含水,0.5%,,含盐,50mg/L,中国;出矿原油:含水,0.5%,,含盐,50mg/L,4,四、油水乳状液的定义、分类 及鉴别方法,1,、定义:,乳状液:,两种或两种以上不互溶或微量互溶的液体,其中一种以极小的液滴分散于另一种液体中,这种分散物系称为,乳状液,。,以极小的液滴存在的一相称为,分散相或内相,;另一相称为,连续相或外相,。,乳状液都有一定稳定性。,5,2,、,乳状液的分类,:,W/O,油包水型,O/W,水包油型,W/O/W,水包油包水,O/W/O,油包水包油,除油田开采的高含水外,大部分油田所遇到的油水乳状液多数属于,油包水型乳状,液,其内相水滴的直径一般大于,0.1,,在普通显微镜下可观察到内相液滴的存在。,多重乳状液,6,3,、乳状液的鉴别方法,染色法,:,向乳状液中加入少量只溶于油,不溶于水的染料,轻轻摇动,根据乳状液颜色的变化判别其类别。,冲淡法,:,根据乳状液易为连续相液体所冲淡的特点来确定乳状液的类别。,电导法,:,电导法是利用油和水的电导不同来判别乳状液类型。,显微镜观察法,:,原油和水透光性的差别,在显微镜下也容易确定乳状液内相介质的类型。,7,五、油水乳状液的形成条件,实验(,1,),油,+,水,+,玻璃棒,生成乳状液不稳定,因为:,液体在表面张力的作用下,总是趋于将自己的界面缩小到最小。液体分散成许多小液滴后,物系内两种液体的界面面积增大,界面能增高,两相系不稳定;,当小液滴碰撞到一起时发生聚结,形成较大液滴,界面能降低,两相系趋于稳定。,这是一自发的过程,符合任何自由能都趋于最小这一普遍规律。,实验(,2,),油,+,水,+,碳棒,生成乳状液稳定,形成稳定乳状液的条件是:,多相系统中必须存在两种以上互不相溶或微量相溶的液体;,系统中要有乳化剂存在,降低表面张力,使一种液体的微小液滴能稳定地存在于另一种液体中;,要有剧烈的搅动,使一种液体破碎成微小的液滴分散于另一种液体中。,8,实验证明:,碳末(乳化剂)起到关键的作用。作用机理分析:,在该力作用下,表层分子有流入液体内层的趋势。即在不平衡力场下液体表面有自动缩小的趋势。,欲使液体内层分子移到表面上来,扩大液体的表面,必须对系统作功,以克服分子收受的指向液体内部的拉力。,9,表面现象的三个基本定义,:,(,1,)表面能,欲使液体内层分子移到表面上来,扩大液体的表面,就必须对系统做功,以克服分子所受的指向液体内部的拉力。这种功储存于表层,成为表层分子的位能,故,液体表层分子比内部分子多储存一部分能量,,,这种能量称表面自由能,简称表面能,。,(,2,)比表面能,液体表面积每增大一个单位所增加的表面能称为比表面能,,以,表示,,,其单位是,J/m,2,或,N/m,。,(,3,)表面张力,在数值上,比表面能,等于在液体表面上垂直作用于单位长度线段上的表面紧缩力,即,表面张力。,10,表面能与表面张力的区别,从物理意义上讲,:表面能是整个表面上所有分子所具有的自由能之和;而表面张力只是单位表面上所具有的表面能,从量纲上分析,:表面能是一个容量性质的变量,与表面积成正比;而表面张力是一个强度性质的变量,与表面大小无关,11,(,4,)表面活性剂,对煤油与水这两种互不相溶的液体构成的两相系进行剧烈搅拌时,外力所做功的一部分转变为该物系的界面能,使接触界面积增大,一种液体以极小的颗粒分散于另一种液体中,形成乳状液。,但由于物系有自动向自由能减小的方向进行的趋势,煤油与水形成的乳状液的界面能较大,在没有乳化剂存在的情况下,乳状液是不稳定的。,12,当液体水溶液溶有其它溶质后,溶质种类和它在水溶液中的浓度对水溶液表面张力将产生影响,影响可分为三种类型:,几乎不变,13,凡是能使溶液表面张力升高的物质,称为,表面惰性物质,1,。,凡是能使溶液表面张力降低的物质,从广义来讲,皆可称之为表面活性物质,2,3,但习惯上,只把那些溶入少量就能显著降低溶液表面张力的物质称为,表面活性物质,或表面活性剂,3,。,表面活性剂降低表面张力的能力称,表面活性,或表面活度。,14,说明:,大量实验证明,加入的溶质并不均匀地分布于溶剂内。,力求最大限度地降低表面张力,以符合表面能最低的要求。因此,当溶质使表面张力升高时,它在表层中的浓度比在内部的浓度低。,表层浓度大于溶液内浓度的吸附叫,正吸附;,表层浓度小于溶液内部浓度的吸附称,负吸附。,15,从分子结构的观点来看,表面活性剂的分子都同时含有亲水的极性基团和憎水的非极性基团。,其极性部分被极性很强的水分子吸引,有竭力钻入水内的趋势,而非极性部分被非极性分子所吸引,有力求进入油内的趋势。,16,表面活性剂吸附在油水界面上形成吸附层,使界面张力下降,乳状液的稳定性增加。,若表面活性剂吸附层具有凝胶状结构,有较高的机械强度,在分散相液滴周围形成坚固的薄膜,阻止内相液滴在碰撞中聚结沉降,使乳状液变得更为稳定,,因此我们把这种表面活性剂称为,乳化剂,。,17,表面活性剂还影响乳状液的类型。,一般认为亲水性强的表面活性剂倾向于结合更多的水分子,形成,O/W,型乳状液;憎水性强的表面活性剂倾向于结合更多的油分子,形成,W/O,型乳状液。,有些既能润湿油又能润湿水的固体粉末,如油水混合物中所携带的粘土、石膏、氧化铁、石英砂等,也可作为乳化剂,使混合液乳化,并使乳状液稳定。,18,生成乳状液的原因:,(1),内因:,原油中含水,并含有沥青质、胶质、环烷酸、脂肪酸、氮和硫的有机物、石蜡、粘土、砂粒等若干天然乳化剂是生成油水乳状液的内因;,(2),外因:,油水混合物在从井底向地面、从井口向计量站、集中处理站的流动过程中,以及在油气分离等前期处理进程中的不断降压、搅动等作用是形成乳状液的外因。,19,乳化剂的分类,乳化剂,离子乳化剂,表面活性剂,固 体 粉 末,非离子型表面活性剂,离子型表面活性剂,阴离子型表面活性剂,阳离子型表面活性剂,两性表面活 性剂,20,五、油水乳状液的性质,(,1,)分散度,分散相在连续相中的分散程度称为分散度。分散度通常用内相颗粒平均直径的倒数表示,有时也用内相颗粒总表面积与总体积的比值表示。,分散度的大小,,指大块物质被粉碎为小块物质的程度,影响混合液的类别及性质。,当物质的分散度很大时,表面现象不容忽视。,21,(,2,)粘度,影响乳状液粘度的因素主要有,外相粘度、内相粘度、原油含水率、温度、分散度、乳化剂性质、内相颗粒表面带电强弱,等。,原油的粘度越大,生成的,w/O,型乳状液粘度也越大。乳状液粘度与温度的关系同原油类似,随温度的升高而降低。,22,乳状液的分散度越高,其粘度就越大。,原因:,内相颗粒表面有一定厚度的乳化剂薄膜,该薄膜可看作内相颗粒体积的一部分,分散度越高,内相颗粒越小,总体积就越大,乳状液粘度就越大。,23,原油含水率对乳状液粘度的影响的一般规律:,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,粘度随含水率的增加迅速上升;当含水率超过某一数值时,粘度又随含水率的增而加迅速下降。此时,w/O,型乳状液变为,O/W,型或,w/O/w,型乳状液。此后,随含水率的进一步增加,乳状液的粘度变化不大。,24,乳状液内相颗粒表面带电引起的粘度增加称,电滞效应,,其大小和电位、颗粒直径等有关。,直径越小,电位越高,电滞效应就越明显。一般情况下,分散度高的乳状液具有较大的粘度。,25,(,3,)密度,乳状液的密度,与其含水、含盐的多少有关。若已知乳状液体积含水率为,、原油和含盐水的密度分别为,0,和,w,,则乳状液的密度为:,26,(,4,)电学性质,介电常数,介电常数乳状液的重要性质,其影响因素较多,应用中,可通过实测确定,也可根据不同的情况,选用不同的计算公式计算确定。,在有一定浓度的电解质水溶液分散于原油中时,乳状液的介电常数为:,宏观介电常数平均值,0,原有的介电常数,,0,=2,乳状液的含水率,27,电导率,电导率表示了乳状液的导电性能。乳状液的导电率与其类型有关,如,w/o,则是电的不良导体。,电泳,把乳状液放在电场中,带电的分散液滴将在电场作用下运动,带正电荷的液滴向负极运动,带负电荷的液滴向正极运动,这种现象叫做电泳。,绝缘强度,绝缘强度是指单位厚度的乳状液抗电场击穿的能力。如大庆油原油在含水,30%,以下时构成的乳状液的击穿电场强度是,2022kV/cm,。,绝缘强度随乳状液含水率的增高而降低。,28,(,5,)稳定性,影响乳状液稳定性的因素主要有,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。,分散度越高,分散相液滴越小,布朗运动越强烈,乳状渡越稳定;,原油粘度越大,水滴越不易下沉,乳状液也就越稳定。,29,油水混合物中的天然乳化剂类型主要有低分子有机物、高分子有机物和固体乳化剂,等。,其中,低分子有机物如脂肪酸、环烷酸和某些低分子胶质等,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,,形成的乳状液稳定性较差,;,高分子有机物,如沥青、沥青质等,能在内相颗粒界面形成较厚的、粘性和弹性较高的凝胶状界面膜,机械强度很高,,乳状液的稳定性较高,;,固体乳化剂,如粘土、砂粒和高熔点石蜡等,可形成机械强度很高的界面膜,,乳状液的稳定性很高,。,30,由于乳状液的内相颗粒界面上带有同种电荷,产生静电斥力,内相颗粒难于产生碰撞,或碰撞后又迅即分开,小颗粒难于合并成大颗粒,乳状液趋于稳定。相比之下,,内相颗粒界面带电对含水率低的乳状液稳定性的影响更明显,。,随着温度的增高,沥青质、胶质、石蜡等乳化剂的溶解度增加;乳状液的内相颗粒体积膨胀,界面膜变薄,机械强度减弱;内相颗粒的布朗运动加剧,分子互相碰撞机会增多;油水的密度差增大,原油粘度减小,水滴易于沉降,乳状液的稳定性降低。,31,乳状液的,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。,另处,乳状液还有随时间的推移逐渐趋于稳定的特性。,这种性质称为乳状液的老化。,其规律是,,在乳状液形成的初始阶段,老化现象比较显著,随后逐渐减弱,通常在一昼夜后趋于稳定。,32,时间对乳状液的影响(原油的老化),在油水刚混合形成乳状液时,天然乳化剂均匀分散在整个原油中,乳状液不稳定,但随着时间的延长,油中的乳化剂向油水界面上移动,渐渐地在内相颗粒上形成了一层较为坚固的界面膜,使乳状液的稳定性大为增加,这种现象称为“,原油的老化,”,33,
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