【《基于静压强法对油水界面层位置的理论计算过程案例分析》1800字】

基于静压强法对油水界面层位置的理论计算过程案例分析当流体处于绝对静止或相对静止的状态时，其不同高度位置所对应的压力强度，即是流体的静压强的准确定义。当流体完全静止，质点就没有了相对移位,黏性的影响也就不被显现出来。切应力不仅仅存在于一种静止的流体中,压强就是唯一具有的表面应力，其作为标量，大小和作用方向无关。当罐内混合液处于平衡状态时，液体只受到法向应力而没有切向应力，油水混合液的静压强即为混合液作用面上的负应力[46,47]。由压强定义公式P=F/S计算罐内混合液产生的静压强P：P=F/S=ρπR2hg/πR2=ρhg=γh（2-3）上列公式中：P：罐内液体所处高度的压强（Pa）；ρ：罐内液体的密度（kg/m³）；g：重力加速度（定值常数取9.81）（N/kg）；H：液位高度（m）；γ1：原油比重（N/m³）；γ2：水比重，（N/m³）；P0：大气压力（Pa）；R：圆筒半径（m）。在该公式中的液体为牛顿流体，其固有性质——密度，仅与压力及温度相关。在超高超压条件时，压力对流体的密度影响较大；而温度也会因为物体的热胀冷缩性质而对密度产生一定的影响，考虑到本实验的工况为常温常压且无变化，且流体均为牛顿不可压缩流体，认定本实验的流体密度是定值常数，则γ为也为定值常数。随着罐内排水流程的进行油水界面层逐渐下降，油水界面层分别处于3种位置：①高位法兰以上、②两法兰之间、③低位法兰以下。（1）如图2-2所示，当油水界面层处于高位法兰以上时。忽略温度因素带来的影响，不考虑迁移量且法兰的安装位置确定：图2-2油水界面层处于高位法兰以上由图可计算得出，压差器所受的正压P+：P+=压差器所受的正压P−P−=压差器显示的压差值：（2-6）由式（2-6）可得，当油水界面层高度始终大于H₂+H₃时，即油水界面层处于高位法兰以上，则压差∆P始终为定值常数γ2（2）如图2-3所示，当油水界面层处于高低位法兰之间时。忽略温度因素带来的影响，不考虑迁移量且法兰的安装位置确定：图2-3油水界面层处于两法兰之间由图可计算得出，压差器所受的正压P+：P+压差器显示的负压P（2-8）压差器所受压的差值：∆P=（2-9）油水界面层距离罐底的高度H：（2-10）由式（2-10）得，当油水界面层处于两法兰之间，即油水界面层高度处于H₃和H₂+H₃中间时，压差∆P与H成线性关系。而H2、H3、γ1、γ2为定值常数，确定油水界面层高度H只与其对应位置的压差有关。（3）如图2-4所示，当油水界面层处于低位法兰以下时。忽略温度因素带来的影响，不考虑迁移量且法兰的安装位置确定：图2-4油水界面层处于低位法兰以下由图可计算得出，压差器所受的正压P+：P+压差器所受的负压P−（2-12）差压器显示压差值：∆P=∆P=γ1H2（2-13）由式（2-13）可知，当对应的油水界面层高度始终小于H3时，即油水界面层处于低位法兰以下。压差ΔP始终为定值γ1H2。由以上诸式进行理论计算：式（2-6）－式（2-9）得：∆1=（γ2-γ1）（H2+H3-H）式（2-9）－（2-13）得：∆2=（γ2-γ1）（H-H3）当油水界面层处于高位法兰以上，以及油水界面层处于低位法兰以下时，理论压差值∆P为定值。因此着重研究图2-3的实验情况，当油水界面层位于两法兰之间，即油水界面层高度处于H₃和H₂+H₃之间时。可知式（2-14）：（γ2-γ1）（H2+H3-H）的值恒大于0，即∆1恒大于0；式（2-15）（γ2-γ1）（H-H3）中恒大于0，即∆由以上诸式，以压差∆P为纵轴，以油水界面层高度为横轴制图。为便于理解和制图，本文规定分离罐内低于低位法兰的区域为I区域；分离罐内高低法兰之间的区域为II区域；分离罐内高于高位法兰处的区域为III区域。当油水界面层在Ⅰ、Ⅲ区对应的压差理论值为恒定值，无法测量出油水界面层的具体高度，静压强只能在Ⅱ区域测得油水界面层高度的具体值，压差∆P与油水界面层高度H的理论预测曲线如图2-5：图2-5压差△P与油水界面层高度H的理论预测曲线测量实验室内油罐的高位法兰的中心点距离罐底的垂直高度为0.6m，即H₂+H₃=0.6（m）；低位法兰中心点距离罐底垂直高度为0.3m，即H₃=0.3m；本文使用的实验用油为低稠轻质油，利用实验室的电子秤和烧杯计算得出大气压，20℃环境下该油密度为851.6Kg/m³，水的密度为998.