油田蘊藏有豐富的超稠油資源,然而由于超稠油自身物性差、粘度高、凝固點低、膠質瀝青質含量高,脫水非常困難,為實際生產、處理和運輸造成了較大的難度。遼河油田超稠油處理站日處理原油采出液10000m3左右,綜合含水60%-70%,原油脫水溫度為85℃,處理工藝為一段加藥熱化學沉降連續脫水,即原油采出液進入聯合站,倒入動態罐,分離出部分明水后,加入400mg/L破乳劑,泵送至沉降罐,沉降脫水70-80h,原油含水降至5%以下,動態罐倒出污水含油高達7000mg/L左右。
常規工藝解決了超稠油脫水的問題,但脫水周期長、脫出污水含油、雜質含量高。
為加快超稠油脫水速度,改善污水水質,針對超稠油的特性,本論文著重研究了超稠油的物性、脫水機理及影響因素,為遼河油田超稠油脫水提供技術支持。
1、溫度對超稠油密度的影響
溫度1000℃以上密度的測定時,測試系統的壓力通過外加氮氣維持,壓力的大小以同溫度下水的飽和蒸氣壓為準。其中,純水的密度和飽和蒸氣壓查表確定。
每個樣品平行三次測量。
分別在溫度點:70℃、75℃、80℃、85℃、87℃、90℃、93℃、95℃、100℃、110℃、120℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃下測定外界溫度對油樣密度的影響。
結果表明超稠油無水油樣密度隨溫度的升高而降低。
2、溫度對超稠油粘度的影響
粘度測試儀器:Brookfield Co. DV-Ⅲultra programmable rheometer測試數據自動記錄后保存在EXCEL文件中。
分別在溫度點:70℃、75℃、80℃、85℃、87℃、90℃、93℃、95℃、100℃、110℃、120℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃下測定外界溫度對油樣粘度的影響。 具體變化走勢如圖1所示:
結果顯示超稠油原油油樣粘度在不同剪切速率下隨溫度的升高而降低,表現為牛頓流體,其主要原因是:當無水油樣或含水較少時,由于液滴數較少,粒子間的摩擦碰撞機會少,相互作用小,而以流體內摩擦作用為主。
3、現場31%含水混合原油脫水水滴沉降速度隨溫度變化
破壞油包水乳狀液需要一定的條件,促使水滴碰撞,使分散在原油中的小水滴結合成較大的水滴,從原油中分離出來。
無論是水滴受上述影響相互靠近,還是水滴從乳狀液中分離出來,都和它們在具有一定粘度的原油介質中的遷移和阻礙這種遷移的因素有關。在一定力的作用下,當作用力超過靜摩擦力時,水滴開始加速運動。隨著運動速度增加,靜摩擦力急速增加,達到一定速度時兩力平衡,水滴處于等速運動狀態。根據斯托克斯定律:粒子(小水滴)在介質(原油)中沉降時受到的摩擦阻力可以表示為:式中:f 為粒子在沉降中受到的摩擦阻力;η為介質的粘度;r和υ分別為粒子的半徑和沉降速度。
則在粘性介質(原油)中,分散相粒子(小水滴)的沉降速度可表示為:式中: 4/3πr3 是單個分散相粒子(水滴)體積;ρ1和ρ2分別為水和油密度;g重力加速度;其它簡析影響超稠油的化學和物理性質的要素符號同式(1)。
可見增大油水密度差和減小分散介質的粘度均有利于水滴沉降,而沉降速度又與水滴半徑平方成正比,所以在原油脫水過程要力圖控制各因素,創造條件使微小的水滴聚結變大,加速水滴沉降的油水分離過程,例如:增大水滴尺寸和油水密度差、減小原油粘度等。相關數據統計結果顯示:
(1)直徑以100μm的水滴在介質(原油)中沉降速度隨溫度的升高而增加,在(70-95℃)和(125-140℃)區間出現兩個拐點,前者是由于密度差增加的緣故,后者是由于粘度快速下降的緣故。
(2)增大油水密度差和減小分散介質的粘度均有利于水滴沉降,而沉降速度又與水滴半徑平方成正比,所以在原油脫水過程要力圖控制各因素,創造條件使微小的水滴聚結變大,加速水滴沉降的油水分離過程,例如:增大水滴尺寸和油水密度差、減小原油粘度等。
4、結論
(1)原油與脫出水的密度和粘度隨溫度的升高而降低;(2)原油密度與脫出水的密度差隨溫度的升高略有增加;(3)原油密度與脫出水的密度差隨溫度的升高(70-95℃)略有增加;當溫度大于95℃后,密度差隨溫度的升高快速下降;在(170-180℃)密度差接近于零;(4)直徑以100μm的水滴在介質(原油)中沉降速度隨溫度的升高而增加,在(70-95℃)和(125-140℃)區間出現兩個拐點,前者是由于密度差增加的緣故,后者是由于粘度快速下降的緣故。
【參考文獻】
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