原油处理概述本章主要讲述了原油处理的目的油气分离方式

1、第五章原油处理概述本章主要介绍原油处理的目的、油气分离方式和操作条件选择、油气两相分离器、油气三相分离器和特殊用途分离器等。通过本章的学习，学生可以了解分离方式选择对油田生产的影响，掌握分离器的结构、原理和设计方法，还可以大致了解特殊应用的分离器。本章的重点是多级分离和一级分离的比较、两相分离器的工艺计算、油气三相分离器液相停留时间的确定以及界面控制方法等方面的知识。课程内容求学的时候主要内容重点难点第一节原油乳状液总共3小时1.原油乳状液的类型、生成机理、物性、原油脱水的基本方法2、化学乳化脱水、重力沉降脱水和电脱水等；3、交流、直流电场脱水效果比较及双电场脱水机的电场布置4.重力沉降脱水的

2、原理和沉淀池的油水界面控制方法。1、原油乳状液的形成机理及特性2、重力沉降脱水电脱水机的工作原理第二节原油处理的基本方法第三节原油处理设计第一节原油乳状液本节主要介绍原油乳液类型、乳液生成机、乳液的性质、石油生产中原油乳液的生成和预防。通过本节的学习，我们要掌握原油乳液的类型和生成机制，石油生产中原油乳液的预防措施。另外，还要了解乳液的性质，乳液发生的原因。原油中的一些水分在常温下可以用静止沉积法在短时间内从油中分离出来，这种水称为有理数。有时很难用沉淀法从油中分离，这种水称为乳化物，与原油的混合物称为油水乳液或原油乳液。(阿尔伯特爱因斯坦，Northern Exposure(美国电视剧)，去

3、除玻璃水后，油水的原油内含量大体上与原油密度成正比，密度越高，油水的含量就越高。本节知识点：本节主要介绍原油乳液类型、乳液生成机制、乳液的性质、石油生产中原油乳液的生成和预防。其中乳液类型、乳液的性质以及石油生产中原油乳液的预防措施是本节的重点。乳液生成机制是本节的难点。1.乳液类型两种或多种徐璐不溶的液体(或微量互溶)中的一种，用很小的水滴分散在另一种液体中，这种分散物系称为乳液。原油和水组成的乳液主要有两种类型。一种是水以极小的颗粒分布在原油中，称为油水型乳液，此时水是内伤或分散相，油是外伤或连续相，W/O乳液是原油处理中最常见的原油乳液。另一种是油是很小的颗粒，分散在水中，称为水哺乳型乳

4、液，此时油是内伤，水用外伤的符号表示。水乳型乳液也称为反相乳液。乳液生成机制从物理化学中可以看出，乳液的形成必须具备以下条件。1系统必须至少有两种徐璐不溶解的液体(或微量商业化)。有强烈的弯曲，使一种液体碎成小水滴，分散在另一种液体中。要有乳化剂，分散的小水滴才能稳定地存在于其他液体中。油田的水开采时，油水密切接触，从地下流向地面，然后沿着油管网流向原油处理站。流动过程中，随着压力的降低，溶解器析出，流动搅拌，剪切等将一个液体变成水滴，分散在另一个相上，形成乳液。乳液形成的一系列过程发生在油水界面上，必须从溶液的表面物理现象开始，研究形成稳定乳液的机理。乳液的性质1、乳状液的稳定性原油乳状液的

5、稳定性是指乳液抵抗油水分层的能力。影响原油乳状液稳定性的因素包括：(1)分散相粒度分散相粒度越小，乳液越稳定。(2)在创伤原油的粘度相同的剪切条件下，创伤原油的粘度越高，分散上的平均粒度越大，乳液的稳定性就越差。另一方面，原油粘度越大，乳化液滴的运动、收敛、合并、沉淀越困难，乳液的稳定性越高。(3)油水密度下降，乳化液滴沉入原油内的速度越低，油水密度越低，油水越容易分离，油水稳定性越差。(4)界面膜和界面张力分散在乳液中的水滴经常在不断运动的情况下徐璐碰撞。如果没有乳化剂构成的界面膜，水滴在碰撞时容易合并成大水滴，从原油中沉淀，分离油水。(5)老化时间对乳液的稳定性有一定影响。乳液形成时间越长

6、，乳液越稳定，这种性质称为老化。(6)内相粒子表面有电的内相粒子界面有极性相同的电荷是乳液稳定的重要原因。(7)温度对乳液的稳定性有重要影响，提高温度可以降低乳液的稳定性。(8)原油类型原油类型决定原油中天然乳化剂的数量和类型。(9)增加上菲比分散相体积，增加分散水滴数、粒度、界面面积、界面能量，减少水滴间距，从而降低乳液稳定性。(10)水相盐含量水相中含有盐浓度，对乳液稳定也有重要影响。淡水和盐含量低的采出水容易形成稳定乳液。(11) pH值一般增加pH值，内相颗粒界面膜弹性和机械强度降低，乳液稳定性差。在乳化液中引入强碱，提高水的pH值，可以促进乳液乳化2，密度原油含有水，含盐后密度显着提

7、高。如果已知乳液的体积含量、原油、盐水的密度分别为和，则原油乳液的密度可以确定为：形式中：分别是油和水的体积。乳液体积含水量。3、乳液粘度影响乳液粘度的因素很多。主要包括：创伤粘度；内相体积浓度；温度弥散相粒度；乳化剂和界面膜特性；内相粒子表面充电强度等原油乳状液的粘度随着含水量的变化，显示出比较复杂的关系。如下图所示，水含量低时，乳液粘度随着水含量的增加而慢慢上升。含水量高时，黏度会迅速上升。如果超过特定数字(图中约65%到75%)，粘度会快速下降，W/O型乳液将成为O/W型或W/O/W型乳液。此值称为逆向点。之后随着含水量的进一步提高，油水混合物的粘度变化不大，处于较低的水平。4.石油生产

8、中乳状液的生成与防治原则上，可以采取以下措施阻止稳定乳液的生成。最小化油水混合物的剪切和搅拌。尽快脱水。各种油井生产乳液的原因和预防措施可以归结为：1.自喷井油水混合物沿油管从井底流向地面时，压力降低，溶于油的同伴不断析出，气体体积不断膨胀，在油、水中起着粉碎和搅动的作用。石油、天然气、水混合物通过自喷油井喷嘴，流速猛增，压力急剧下降，温度降低，形成油水充分破碎、比较稳定的乳液。David，Northern Exposure(美国电视剧)，油)如果可能的话，使用大喷嘴，增加油田地面收集和运输系统以及油气分离器压力，减少喷嘴前后的压力降，有助于减少乳状液的生成。把润滑器放在井底也可以减少原油乳状

9、液的形成。深井泵采油用深井泵采油时，要防止油泵固定阀、游泳阀、柱塞的泄漏。因为油水混合物液体柱压力下流出的地方有很高的流速，会产生激烈的搅拌和乳液。原油中析出的同伴化在通过阀门等节流部件时会激烈地搅动。因此，选择大的固定阀和游泳阀，使用气体锚(将气体放入油环的装置)防止气体进入泵筒，可以减少乳液的生成。任何提高深井泵容积效率的措施都可以减少乳液的生成。在油井油环中注入破乳剂，不仅可以有效地防止油井中原油的破乳，还可以经常增产油井。稠油井可改为油斗环共生酸，流道面积大，油流通畅，能有效防止原油乳化。3.气举井气举井和气举气进入油管的地方是气举井生产乳液的主要场所。间歇性气举时，在油井和地面管网内

10、很容易生成乳液。连续气体升降机在气体注入点容易产生乳状液。4.地面集管网油、气、水在地面集水过程中，多相混合管、离心泵、弯头、t、阀等搅拌混合物，产生乳液。因此，在地面集水系统的规划、设计和日常运营管理中，应尽量避免混合物的剧烈扰动。管道直径太小，渡边杏。最小化弯头、t形三通、阀等本地阻力。不要在可以利用地形运输的地方使用泵。在工序中避免流体的反复减压和增压。尽快从混合物中分离同伴。注意各种阀门，特别是油气分离器排水阀的严密性等。在石油和天然气生产中，应把防止稳定原油乳状液形成放在显眼的位置。否则，用于原油处理的成本将大幅上升，影响石油和天然气生产的经济利益。原则上，可以采取以下措施阻止稳定乳

11、液的生成。(1)控制油井出水。例如采取分层开采、水层封锁、合理注水等措施，减少油井出水(2)控制油类搅拌，包括提高油田地面收集和运输系统和分离器的压力，减少喷嘴前后压力降。最大限度地简化油气收集和运输流程。减少部分阻力(例如弯头、t形三通、阀等)和泵的数量(3)在油井环状空间注入乳化剂，不仅能有效防止原油在井内乳化，还能经常增产油井相关知识：接口能量和接口张力表面能量上图显示纯液体与饱和自身蒸汽的空气接触，接触表面为MN。如图所示，表层分子有流入液体内层的趋势，即不平衡力场下的液体表面自动收缩的趋势。要通过将液体内部分子移动到表面上来扩大液体的表面，必须在系统中工作，以克服分子所接收液体内部的

12、张力。所做的工作存储在表面上，成为表面分子的位能。因此，液体表面分子比称为表面自由能或表面能量的内部分子存储部分能量更多。在恒温、恒压条件下，液体表面积每增加一个单位，增加的表面就可以称为非表面能量，以J/m2或N/m为单位表示。与数值中的表面相比，在液体表面垂直作用于单位长度分段的表面收缩力，即表面张力。两种液体接触时的表面能和表面张力称为界面能和界面张力。液体分子间距比气体分子间距小得多，因此两种液体分界面的界面张力总是小于两种液体分别与空气接触时表面张力的最大值。根据热力学第二定律，在恒温，恒压下，物界都倾向于减少到自由能的方向。油水形成乳液时，其接触界面和界面都可能很大。从热力学角度来

13、看，乳液是一种不稳定的水系统，分散相滴必然自发合并，减少界面面积，使界面最低。因此，要生成稳定的乳液，必须有第三种物质。也就是说，必须有乳化剂。相关知识：乳化剂图片表面张力与溶液浓度的关系当其他物质溶于水时，溶质种类和水溶液中浓度对水溶液表面张力的影响可以分为三种类型，如上图所示。曲线1表明，在水中逐步添加溶质时，溶液的表面张力随着溶液浓度的增加而略有提高。曲线2表明，溶液表面张力随溶液浓度的增加而减少。曲线3表示，如果在水中加入一些溶质，溶液表面张力会急剧下降，达到一定浓度后，溶液表面张力几乎不会随着溶液浓度的增加而变化。能提高溶液表面张力的物质称为表面惰性物质。降低溶液表面张力的物质称为表

14、面活性物质或表面活性剂。表面活性剂降低表面张力的能力称为表面活性或表面活性度。大量实验证明，添加的溶质在溶剂中分布不均匀。当溶质能降低溶液表面张力时，溶质积聚在表层，尽量减少表面张力，以满足物界吉布斯自由能的最低要求。相反，如果溶质增加表面张力，则表面的浓度低于内部浓度。这种表面和溶液中浓度不同的现象称为吸附。表面浓度大于溶液中浓度的吸附称为正吸附。相反，称为负吸附。显然，表面活性剂产生正吸附，表面惰性物质产生负吸附。从分子结构的角度来看，表面活性剂的分子中同时含有亲水极性和疏水非极性基团。活化剂分子吸附在油水界面上，取代现有液体分子，根据极性相似规则，极性部分被极性强的水分子吸引，倾向于深入

15、水中，而不是极性部分。极性部分被非极性分子吸引，努力进入类比。表面活性剂浓度不大，活化剂分子未充满油水界面时，活性剂浓度增加，表面活性剂分子数量增加，油水界面张力成比例减少。活性物质浓度达到饱和吸附值，即所有油水界面被活化剂分子占用时，油水界面张力不再随活化剂浓度的增加而减少(见上图的曲线3)。活化剂分子的极性部分与水分子的极性相似，但与水分子的吸引力小于与水分子的吸引力，因此水对界面分子的吸引力减弱。活性剂的非极性部分主要取决于油相分子的吸引力和分散力，其大小与分子量成正比。活化剂的分子量一般很大，因而增强了相对界面分子的吸引力。这将减少界面分子的合力，减少界面张力。表面活性剂吸附在油水界面

16、上形成吸附层，减少油水界面的界面张力，减少剪切水变成小水滴所需的能量，减少水滴聚在一起合并的表面能量，提高乳液的稳定性。表面活性剂降低表面张力的效果显着。如果在哺乳乳液中添加不到1%的活化剂，油滴的界面张力会从35mN/m降低到0.35mn/m。如果表面活性剂吸附层具有明胶弹性结构，则在分散相液滴周围形成坚固、有韧性的薄膜，可以有效地防止液滴在碰撞中聚集、合并、沉淀，从而稳定乳液。如果表面活性剂是极性分子，则排列在水滴的界面上，形成电荷，水滴徐璐挤出，阻止水滴合并沉淀，稳定乳液。油水混合物中所载的粘土、氧化铁、沙粒等可全部浸泡油和水的固体粉末也是乳液的重要乳化剂。作为乳化剂，这种固体粉末的粒度

17、要比分散相粒子大小小得多，应以nm测量。这些固体粉末聚集在油水界面上，形成坚固稳定的薄膜，阻碍分散相粒子碰撞时的合并，是乳液稳定的另一种机制。沥青，蜡晶也是一种油性固体乳化剂。相关知识粒子大小的大小也表示乳液搅动的程度，通过泵、阀和其他节流搅动时，乳液扩散相粒子大小减小。原油内的天然乳化剂可分为三大类。脂肪酸、环烷酸和一些低分子口香糖等低分子有机物具有较强的表面活性，容易在内相粒子界面形成界面膜。但是由于分子量小，界面膜强度不高，形成的乳液稳定性低。沥青及高熔点石蜡等高分子有机物在内相颗粒界面形成厚、粘性高、弹性高的凝胶界面膜，机械强度高，乳液稳定性高。粘土、沙粒、固体乳化剂构成界面膜的机械强度高，因此乳液的稳定性也高。相关知识：老化的原因乳