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影响超稠油的化学和物理性质的要素

时间:2014-04-15 来源:未知 作者:学术堂 本文字数:1826字
论文摘要

  油田蕴藏有丰富的超稠油资源,然而由于超稠油自身物性差、粘度高、凝固点低、胶质沥青质含量高,脱水非常困难,为实际生产、处理和运输造成了较大的难度。辽河油田超稠油处理站日处理原油采出液10000m³左右,综合含水60%-70%,原油脱水温度为85℃,处理工艺为一段加药热化学沉降连续脱水,即原油采出液进入联合站,倒入动态罐,分离出部分明水后,加入400mg/L破乳剂,泵送至沉降罐,沉降脱水70-80h,原油含水降至5%以下,动态罐倒出污水含油高达7000mg/L左右。
  常规工艺解决了超稠油脱水的问题,但脱水周期长、脱出污水含油、杂质含量高。
  为加快超稠油脱水速度,改善污水水质,针对超稠油的特性,本论文着重研究了超稠油的物性、脱水机理及影响因素,为辽河油田超稠油脱水提供技术支持。

  1、温度对超稠油密度的影响

  温度1000℃以上密度的测定时,测试系统的压力通过外加氮气维持,压力的大小以同温度下水的饱和蒸气压为准。其中,纯水的密度和饱和蒸气压查表确定。
  每个样品平行三次测量。
  分别在温度点:70℃、75℃、80℃、85℃、87℃、90℃、93℃、95℃、100℃、110℃、120℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃下测定外界温度对油样密度的影响。
  结果表明超稠油无水油样密度随温度的升高而降低。

  2、温度对超稠油粘度的影响

  粘度测试仪器:Brookfield Co. DV-Ⅲultra programmable rheometer测试数据自动记录后保存在EXCEL文件中。
  分别在温度点:70℃、75℃、80℃、85℃、87℃、90℃、93℃、95℃、100℃、110℃、120℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃下测定外界温度对油样粘度的影响。 具体变化走势如图1所示:
  结果显示超稠油原油油样粘度在不同剪切速率下随温度的升高而降低,表现为牛顿流体,其主要原因是:当无水油样或含水较少时,由于液滴数较少,粒子间的摩擦碰撞机会少,相互作用小,而以流体内摩擦作用为主。
图1 无水原油粘度随温度的变化(70- 180℃)

  3、现场31%含水混合原油脱水水滴沉降速度随温度变化

  破坏油包水乳状液需要一定的条件,促使水滴碰撞,使分散在原油中的小水滴结合成较大的水滴,从原油中分离出来。
  无论是水滴受上述影响相互靠近,还是水滴从乳状液中分离出来,都和它们在具有一定粘度的原油介质中的迁移和阻碍这种迁移的因素有关。在一定力的作用下,当作用力超过静摩擦力时,水滴开始加速运动。随着运动速度增加,静摩擦力急速增加,达到一定速度时两力平衡,水滴处于等速运动状态。根据斯托克斯定律:粒子(小水滴)在介质(原油)中沉降时受到的摩擦阻力可以表示为:
式1
  式中:f 为粒子在沉降中受到的摩擦阻力;η为介质的粘度;r和υ分别为粒子的半径和沉降速度。
  则在粘性介质(原油)中,分散相粒子(小水滴)的沉降速度可表示为:
式3
  式中: 4/3πr³ 是单个分散相粒子(水滴)体积;ρ1和ρ2分别为水和油密度;g重力加速度;其它简析影响超稠油的化学和物理性质的要素符号同式(1)。
  可见增大油水密度差和减小分散介质的粘度均有利于水滴沉降,而沉降速度又与水滴半径平方成正比,所以在原油脱水过程要力图控制各因素,创造条件使微小的水滴聚结变大,加速水滴沉降的油水分离过程,例如:增大水滴尺寸和油水密度差、减小原油粘度等。相关数据统计结果显示:
  (1)直径以100μm的水滴在介质(原油)中沉降速度随温度的升高而增加,在(70-95℃)和(125-140℃)区间出现两个拐点,前者是由于密度差增加的缘故,后者是由于粘度快速下降的缘故。
  (2)增大油水密度差和减小分散介质的粘度均有利于水滴沉降,而沉降速度又与水滴半径平方成正比,所以在原油脱水过程要力图控制各因素,创造条件使微小的水滴聚结变大,加速水滴沉降的油水分离过程,例如:增大水滴尺寸和油水密度差、减小原油粘度等。

  4、结论

  (1)原油与脱出水的密度和粘度随温度的升高而降低;(2)原油密度与脱出水的密度差随温度的升高略有增加;(3)原油密度与脱出水的密度差随温度的升高(70-95℃)略有增加;当温度大于95℃后,密度差随温度的升高快速下降;在(170-180℃)密度差接近于零;(4)直径以100μm的水滴在介质(原油)中沉降速度随温度的升高而增加,在(70-95℃)和(125-140℃)区间出现两个拐点,前者是由于密度差增加的缘故,后者是由于粘度快速下降的缘故。

  【参考文献】
  [1] 杨小莉,陆婉珍 . 有关原油乳状液稳定性的研究 [J]. 油田化学,1998,15(1):87-96
    [2] 王为民,李恩田,申龙涉,等 . 辽河油田含水超稠油流变特性研究 [J ] . 石油化工高等学校学报,2003,16(2):69 -71
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