1、本科毕业论文（20 届）原油电脱水方法与机理的研究所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 哈尔滨理工大学学士学位论文- I -原油电脱水方法与机理的研究摘 要随着我国的石油工业日趋成熟，油田的开采进入中后期，原油采出液的含水量以及乳化程度都很高。这使得原油的脱水处理环节越发的困难。单纯的靠沉降和化学破乳脱水已经很难达到标准，在解决这一难题的过程中，运用电场进行原油脱水的方法脱颖而出，并且日趋成熟，效果也非常显著，本文主要研究原油电脱水的方法以及其基本原理。首先对原油的脱水目的及意义进行了阐述。在原油的脱水原理的介绍中对原油的脱水环节进行了较详细
2、地介绍，首先是经过机械脱水，并把原油中的一些杂质去除，进而进行化学破乳，最后进行电脱水。进而介绍了电脱水的原理，并通过乳化水粒极化带电量的计算以及乳化水粒的电场力学分析对电脱水的原理进行了说明。最后对电脱水中原油的性质对电脱水效果的影响进行了介绍。其次详细介绍了电脱水的方法，电脱水的方法有很多种，电脱水的电场主要有交流电场，直流电场，交/直流双电场，脉冲电场。并对静电预聚结技术进行了介绍，其中包括介电泳聚结的机理和介电泳聚结的实施方式。并介绍了 KCH 型磁化器、DRY-500 碟片式离心机和水力旋流器辅助电脱水的方法。进而总结了国内的大庆油田，埕北油田，姬塬油田，蓬莱 19-3 油田这四大油
3、田和国外油田对于不同条件下的原油采取的不同的应对措施，以及分别存在的一些问题。最后对原油脱水的未来发展方向进行了展望，对现今正处于研发阶段的新型脱水技术进行了简单介绍。包括高频脉冲电脱水法，微波脱水法，超声波脱水法，生物脱水法和磁处理法等。关键词:原油；电脱水；破乳剂；哈尔滨理工大学学士学位论文- II -The research of the electric dehydration methods and mechanism of crude oilAbstractAlong with Chinas oil industry matures, the exploitation of oil
4、 fields come into the mid-late period, the liquid water content and emulsification degree of crude oil recovery are very high. This makes the dehydration processing link of crude oil more difficult. Simply by settlement and demulsifier for dehydration has been difficult to reach the standard, and du
5、ring solving the problem of the process, using the method of crude oil dehydration field become fore and mature, the effect also very significant, The mainly studies of this paper is the method of crude oil electric dehydration and its basic principle: First, the crude oil dehydration purpose and it
6、s important meaning is discussed in this paper. In the introduction of crude oil dehydration principle there is a detail introduction for the crude oil dehydration link , first is through mechanical dehydration, some of the crude oil to remove impurities, and then, join some demulsifier, finally ele
7、ctric dehydration. Then we introduced the principle of the electric dehydration. The principle of electric dehydration is explained by the calculation of the emulsify water grain with power and the analysis of the electric field mechanics of emulsify water grain, and then introduced the influence fr
8、om the electric dehydration nature of the crude oil to the effect of the electric dehydration. Second introduces the methods of electric dehydration detailedly, There are many kinds of electric dehydration methods, The main electric dehydration electric field with exchange electric field, dc field,
9、ac/dc double electric field, 哈尔滨理工大学学士学位论文- III -pulse electric field. And the electrostatic pre coalescence technology are introduced, including the dielectrophoresis coalescence mechanism and dielectrophoresis coalescence of implementation mode. And introduced the KCH magnetized device, DRY type-5
10、00 disc type centrifuge and hydrocyclone auxiliary electric dehydration methods. And then summarizes the use of different measures for different conditions of crude oil in the domestic field: daqing oil field, Chengbei oil field, Jiyuan oil field, Penglai 19-3 oil field and foreign oil field, as wel
11、l as some existing problems of respectively. Finally prospects the future of oil dehydration development.Introducedthe current research and development of new type is in the stage of dehydration technology briefly. Including high-frequency pulse electric dehydration technology, microwave dehydration
12、 technology, ultrasonic dehydration technology, biological dehydration technology and magnetic treatment method, etc.Keywords: Crude oil; Electric dehydration; demulsifier;哈尔滨理工大学学士学位论文- IV -目 录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 课题的研究背景 .11.2 原油脱水的基本原理 .21.3 电脱水的方法 .21.4 国内外研究现状及发展趋势以及存在的问题 .21.5 未来发展方向
13、 .3第 2 章 原油脱水的基本原理 .42.1 机械方法脱水 .42.2 化学破乳脱水 .42.3 电破乳脱水 .72.3.1 电破乳原理 .72.3.2 乳化水粒极化带电量的计算 .72.3.3 乳化水粒的电场力学分析 .92.3.4 电场的乳化作用与反作用 .92.4 原油性质对电脱水的影响 .122.5 含水原油的加热 .132.6 回掺水的含油量 .14第 3 章 电脱水的方法 .153.1 交流电场 .153.2 直流电场 .173.3 交流/直流双电场 .173.4 脉冲电场 .193.4.1 脉冲幅度 .193.4.2 脉冲宽度 .193.4.3 脉冲频率 .203.5 静电预
14、聚结技术 .203.5.1 介电泳聚结的机理 .203.5.2 介电泳聚结的实施方式 .213.6 KCH 型磁化器辅助电脱水 .223.7 DRY-500 碟片式离心机参与脱水 .223.7.1 DRY-500 碟片式离心机的结构 .23哈尔滨理工大学学士学位论文- V -3.7.2 DRY-500 碟片式离心机的工作原理 .233.8 水力旋流器 .243.8.1 结构 .243.8.2 工作原理 .253.9 电脱水供电电源 .25第 4 章 国内外研究现状以及存在的问题 .284.1 国内现状以及存在的问题 .284.1.1 大庆油田现状 .284.1.2 埕北油田现状 .324.1.
15、3 姬塬油田现状 .344.1.4 蓬莱 19-3 油田现状 .364.2 国外现状以及存在的问题 .394.2.1 油、水物性及乳状液的形成 .394.2.2 原油脱水工艺技术 .39第 5 章 未来发展方向 .425.1 高频脉冲电脱水法 .425.2 微波脱水法 .425.3 超声波脱水法 .435.4 生物脱水法 .455.5 磁处理法 .46结论 .47致谢 .48参考 文献 .49附录 .52哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 课题的研究背景所有的油田都是需要经历含水开发期的，尤其是采油速度大的和采取注水强化开发的油田，中国东部的大多数油田都基本上处于开发的
16、中后期, 开采原油的综合含水率已经超过 80%，原油的相对密度一般为 0.850.97,含有一定量的胶质和沥青质 1。原油和水在油层内运动时，常常携带、溶解大量的盐类，如氯化物（氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化钙） 、硫酸盐、碳酸盐等。当油田开发初期，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式悬浮于原油中。中、高含水开采期时，盐类则主要是溶解于水中。随着注水采油的大规模应用, 油井产出的油气的混合物中含有大量采出水。原油含水危害极大, 不仅增加了储存、输送和炼制过程中设备的负荷, 而且升温时的燃料消耗也增加了, 甚至因为水中含有盐类而引起设备和管道的结垢或腐蚀 2。原油中含水、盐、泥沙
17、等杂质会给原油的集输和炼制带来很多的危害，主要有以下几点：1增加了液流的体积流量，降低了设备和管道的有效利用率，在高含水的情况下显得尤为突出。2增加了输送过程中动力的消耗。由于输液量的增加，油水混合物密度变大，而且水还常以微粒水珠的形式存在于原油中，形成粘度较纯的乳状液，使输油离心泵工作性能变坏，泵效降低，动力消耗急剧增大。3增加了升温过程中燃料的消耗。原油收集和运输的过程中，为了满足工艺要求，常对原油进行加热升温。由于原油含水后输液量也随之增加，且水的比热约为原油的2倍，故在含水原油升温的过程中燃料消耗也将随原油含水量的增加而急剧增大，其中大部分热能白白消耗在水的加热升温上，造成燃料的浪费。
18、4导致金属管路和设备的结垢、腐蚀。当含水原油中碳酸盐含量较高时，会在管路、设备和加热炉的内壁上形成盐垢，减小管路流道面积，降低加热炉的热效率。结垢严重后甚至能堵塞加热炉的流道，造成加热炉爆炸。当地层水中含有氯化镁、氯化钙、氯化铝、氯化钡等盐类时，水解放出氯化氢，氯化氢对金属腐蚀性很强。原油中所含的硫化物受热分解，会产生硫化氢，遇到水时硫化氢与铁反应生成硫化亚铁。当有氯化氢存在时，硫化亚铁还会与氯化氢反应，这样交替反应会使设备和管路受到强烈腐蚀。另外，原油中所含的泥沙等固体杂质会使泵、管路和其他设备产生激烈的机械磨损。哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -由于上述原因，必须在油田上及时地对含水、含
19、盐、含机械杂质的原油进行净化处理，使之成为合格的商品原油。由此可见，原油进行脱水净化是十分必要的，对原油的提炼与生产都具有重要意义 3。因而原油外输前必须进行原油脱水、除砂以及原油稳定。原油脱水伴始终伴随着原油开采，是很重要的过程。1.2 原油脱水的基本原理在原油的生产过程中, 一般分为三级脱水，第一级是机械方法脱水，第二级是化学方法脱水，第二级脱水完成后, 原油含水率一般在 30%以下，油和水呈现乳化状, 这时需要第三级脱水：电脱水。电脱水的方法是在含水原油流向的横截面上, 施加一个高压电场, 用电离的方法使含水原油破乳, 油和水根据自身的比而分层,从而达到脱水的目的。在电脱水处理后, 原油
20、含水率都在 5%以内，达到商品油的要求。1.3 电脱水的方法油包水(W/O)型乳化液的脱水方法最好是静电聚结脱水,通过电场作用，将连续相( 原油 ) 中的分散相(小水颗粒) 聚结成较大粒径的水颗粒, 从而便于静置沉降甚至离心分离等后续过程的实施。美国 F G Cottrell 博士于1909 年申请了第 1 个静电聚结原油脱水技术的专利, 并成立了 Petreco 公司( Petroleum Rectifying Company)。这家公司在 1911 年安装了第 1 台电脱水器处理 13API 的原油, 1935 年安装了第 1 台电脱盐器。虽然在其后的发展过程中经历了一系列曲折, 但集静电
21、聚结、静置沉降分离于一体的卧式电脱水器在 1961 年以后基本得以定型。一般来说, 原油在电脱水的同时也能达到脱盐的效果, 但当仅使用电脱水器难以满足对原油中盐类的质量浓度要求时, 还必须进行电脱盐。电脱盐通过淡化水与原油的混合均化而携带盐类, 然后又通过脱水达到将盐类从原油中去除的目的。既适用于一般的重质原油,更适用于高电阻率的石蜡基轻质原油。无论采用何种形式, 电场设计是电脱水( 脱盐) 过程的基础问题。电脱水的电源要求工作稳定、脱水效果好,并且使电脱水全套设备工作安全有保障。1.4 国内外研究现状及发展趋势以及存在的问题在这一章里将重点介绍国内、国外油田的脱水现状，其中国内的几大代表性的
22、油田有大庆油田，埕北油田，姬塬油田和蓬莱19-3号油田，这几大油田的脱水方式各自有着较明显的差异，很具有代表性，分别代表了一种特殊的脱水情况。在本章中对这几个油田进行了较详细的说明。对于国外油田则例举了Suplacu de Barcau和Videle-Balaria 油田的一些情况，供与哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -国内油田进行比较。1.5 未来发展方向未来的发展方向侧重于多元化的发展路线，不仅仅只是局限于电脱水，在其他物理，化学，甚至生物领域中对原油脱水的研究也火热进行中。其中小有成就的有微波脱水法，超声波脱水法和生物脱水法。而在电脱水领域里的未来发展方向趋向于高频脉冲电脱水法。本章对
23、这几种原油脱水的新趋势进行简单的介绍。哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -第 2 章 原油脱水的基本原理在原油生产中, 一般分为三级脱水，第一级为机械方法脱水，第二级为化学方法脱水，第二级脱水完成后, 原油含水率一般在 30%以内，油和水呈乳化状, 这时需要第三级脱水，即电脱水。其方法是在含水原油流向的横截面上, 施加高压电场, 用电离的方法使含水原油破乳, 油和水根据自身的比而分层,从而达到脱水的目的。在电脱水处理后, 原油含水率在 5%以下, 达到商品油的要求。2.1 机械方法脱水所谓机械方法脱水是沉降分离脱水，即利用水重油轻的原理，在原油通过一个特定的装置时，使水下沉，油、水分开。这是所
24、有原油脱水的基本过程。2.2 化学破乳脱水化学破乳脱水是利用化学药剂，使乳化状态的油水实行分离。化学破乳是原油脱水中最为普遍的一种破乳手段。原油中的水主要有3种存在形式：悬浮水、乳化水、溶解水。而沉降的方法很难将乳化水从原油中被分离出来，乳化水与原油组成的混合物被称为油水乳状液。原油和水构成的乳状液主要有两种类型，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(W/O型)，此时水是内相，油是外相， W/O乳状液是最常见的原油乳状液; 另一种是油以极微小的颗粒分散于水中, 称为水包油型乳状液(O/W 型) ，此时油是内相，水是外相，在原油处理中O/W 型乳状液很少见。此外还有复合型乳状液,即油包水包油型乳状液(O/W/O) 和水包油包水型乳状液(W/ O/W)。图2-1 乳状液的类型由物理化学知识可知，形成乳状液必须具备以下条件：系统中必须存在两种以上互不相溶的液体，有强烈的搅拌作用，有乳化剂的存在。原油
