第四章-原油脱水及污水处理.学习资料
原油脱水
2、加热对重力沉降的影响
提高油水混合物的温度，有利于减弱油水界 面膜的强度，增大油水密度差，提高破乳和沉 降效果。 通常在80～160℃
二、化学破乳脱水
• 化学破乳脱水：就是在乳化液中加入少量的表面活性物质， 破坏乳状液的稳定性，使乳化水从乳状液中分离出来， 变为游离水，再通过重力沉降将其脱除。
• 1、化学破乳的机理:顶替说;反相说;分散说;中和说 化学破乳是原油乳状液脱水中普遍采用的一 种破乳手段。它是向原油乳状液中添加化学助剂， 破坏其乳化状态，使油、水分离成层。这类化学 助剂称为破乳剂，一般是表面活性剂或含有两亲 结构的超高分子表面活性剂。
用量少
不产生沉淀
脱出水中含油少
脱水成本低
实验发现通过O/W乳状液的电流约为10~13mA，而通过 W/O型乳状液的电流仅0.1mA或更少，这种性质常被用于 辨别乳状液的类型。
分散相颗粒
外相原油粘度
油水密度差
老化
界面膜和界面张力
内相颗粒表面带电
温度
相体积比
原油类型
水相盐含量 pH值
• 作业：
• １、画一类型的油气分离器的结构，由哪些部分组成，各组成 的作用是什么？ • ２、原油含水对生产有何影响？ • 下次课： • 如果原油含水，对炼油生产有何影响？为什么？
4、化学破乳剂的选用
• （1）按HLB选用 • 取表面活性剂亲水基的亲水性和憎水基的憎水性之
比来表示表面活性剂的亲水性强弱。
• 石蜡： HLB= 0 ；聚乙二醇： HLB= 20
• （2）实验法选用
三、电场力脱水
• 1、电场力脱水的机理 • 电场力脱水是指将原油乳状液置于高压电场中，在电力场的作用下， 削弱水滴界面膜的强度，促进水滴之间的碰撞，使其聚结沉降，从 原油中分离出来的脱水方法。
4第四章原油蒸馏
第二节 原油蒸馏工艺
第四章
原 油 蒸 馏
第二节 原油蒸馏工艺
一、原油蒸馏的原理
（2）循环回流：塔顶循环回流、中段循环回流
将从塔内抽出的液相冷却到某个温度后再送回塔中，物流在整个循环过程中 不发生相态变化，只在塔内、外循环流动，借助于换热器取走回流热。
缺点：A.降低了塔板的分离能力，在保证分馏精确度的情况下，需要在出入
（2）循环回流：
②中段循环回流：循环回流如果设在精馏塔的中部，称为中段循环回流。
主要作用：A.均匀塔内气、液两相负荷，缩小塔径；B.回收高温位热量。 常压精馏塔的中段循环回流取热量一般占全塔回流热的40％～60％。中段循 环回流进出口温差国外常采用60～80℃。对于有3～4个侧线的精馏塔，设两个中 段循环回流比较适宜；对只有1～2个侧线的精馏塔设一个中段循环回流为宜。中 段循环回流在两个侧线之间，进塔口一般在抽出口的上部，换热塔板一般采用2～
第四章 原 油 蒸 馏
第一节 原油预处理
二、原油脱盐、脱水的原理 2、化学脱水：
在原油乳状液中，加入少量的化学破乳剂，改变水滴表面保
护膜的稳定性，使微小的水滴聚集成较大的水滴，从而提高水
滴的沉降速度，加速分离。
第四章 原 油 蒸 馏
第一节 原油预处理
二、原油脱盐、脱水的原理
3、电-化学脱水：
电-化学脱水法的原理是借助于破乳剂和高压电场（电压一 般为15～35 千伏）的共同作用进行破乳化，高压电场使油中细
第四章
原 油 蒸 馏
第二节 原油蒸馏工艺
二、原油蒸馏装置的工艺流程
原油常减压工艺流程
常压塔底吹入过热水蒸气，以吹出重油中的轻组分，汽提后的常压重油自塔底抽 出送到减压加热炉。常压塔底温度一般控制在350～360 ℃。 减压炉部分： 常压重油经减压加热炉加热至400℃左右进入减压塔。 减压塔部分： 减压塔塔顶不出产品，设抽真空装置。塔顶出的不凝气和水蒸气（干式减压蒸馏
原油脱盐脱水及装置腐蚀PPT文档40页
乳状液的双电层结构理论
含水原油在运输过程中，由于油水之间存在碰撞、剪切以及 水中一些杂质吸附在油水界面上，使油包水型(W /O )乳状液 中的水滴一般带正电(称为电位离子)。在静电引力作用下， 水滴带电后会吸附周围与其电荷相反的离子(称为反离子)。 反离子一方面受电位离子的静电吸引存在靠近水滴的趋势， 另一方面由于本身的热运动存在离开水滴扩散出去的趋势。 在这两种相互作用的影响下，反离子就分为两部分: (1)反离 子受电位离子的吸引而被束缚在水滴周围，与电位离子一起 构成吸附层；(2)反离子在吸附层之外扩散分布，构成扩散层。 吸附层和扩散层共同构成了乳状液的双电层结构。这种结构 对保持乳状液的稳定性起着重要的作用。当两个液滴互相靠 近时，由于双电层之间同种电荷相斥的作用，阻止了液滴之 间的聚结，使乳状液保持相对稳定的状态。
沥青质含量、胶质与沥青质的比例、老化时间及分散状态、 溶剂等对乳状液稳定性具有重要影响。
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（2）表面活性物质 原油乳状液中的表面活性物质对原油乳状液的性质具有重要
影响。 这些表面活性物质可能是天然存在于原油中的（如固体颗粒、
石油酸及其盐等），也可能是在原油开采或集输过程中人为 添加的。 固体颗粒在界面通常形成刚性结构，对乳状液液滴的聚并起 空间阻碍作用。 石油酸及其盐具有表面活性，易吸附在油水界面膜上，使原 油乳状液稳定性增加。通常石油酸盐的表面活性远远高于石 油酸。在无其它表面活性剂的情况下，石油酸或石油酸盐即 可稳定乳状液。
方法分离除去。
（2）溶解水：水以分子状态存在于烃类化合物分子之间，
成均相状态。
（3）乳化水：在原油开采、加工、精制过程中， 由于剧
烈搅动以及原油本身就有乳化剂的存在， 形成油包水型(W/ O) 的乳状液， 它比较稳定，必须用特殊的脱水方法才能除 去，也有极个别的原油是形成水包油型( O/W) 的乳状液，如 出产于委内瑞拉的奥里乳化原油便是一种w ( 水) 在30% 左 右的水包油型的乳化油。
原油预处理和原油蒸馏—原油脱盐脱水机理
影响产品质量
催化剂中毒
分子筛催化剂的 永久性失活
原油脱盐脱水机理
原油中脱水脱盐机理 水
油水乳状液
水 油
油
油包水(W/O)
水包油(O/W)
脱水困难原因
分散相（水）粒径过小，导致其沉降速度太慢，油水不易分层； 天然乳化物质和物体颗粒吸附在油水界面膜上，增加了膜的强度，
阻止了水滴间的聚并； 重质油，油水密度差小；
原油脱盐脱水机理
脱盐脱水方法
热沉降
U gd 2 (1 2 ) 18
斯托克斯(stokes)定律
温度 ，粘度 ，油水密度差，从而提高了沉降速度； 温度过高，会造成轻组分和水的汽化，对水滴的沉降造成扰动。 一般加热温度为100℃左右。
原油脱盐脱水机理
化学脱水法 加入破乳剂，破坏油水界面膜 ➢对油水界面有强烈的趋向性，和天然乳化剂竞争界面位置。 ➢ 吸引其他水滴，使水滴絮凝，即许多小水滴汇聚在一起，“鱼卵” 。 ➢ 破坏乳化膜，使水滴结合，迅速增大。 ➢ 润湿固体，使之分散，被水湿润，随水一道脱除。
原油脱盐脱水机理
电脱盐法 偶极聚结原理
－
+
－
+
－
+++ + -- -大-水滴++ -++- --
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－
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－
+
课程：石油炼制的运行与操控
知识点：原油脱盐脱水机理
原油脱盐脱水机理
预处理
原油
蒸馏ห้องสมุดไป่ตู้
二次加工、 三次加工
原油脱盐脱水机理
原油中水和盐的来源
水：地下水、注水开采、注水洗盐; 盐：地下水中的溶解盐，Ca2+, Mg2+, Na+
原油脱水及污水处理
若液珠透明,则为W/O型乳状液。
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乳状液显微照片
O/W型
W/O型
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形成乳状液的必要条件
①形成的乳化液的两种液体不能混溶;②必须有足够的搅拌使一种液体以液滴的形式分散到另一种液体之中;
③必须有乳化剂的存在。两个不相混溶的纯液体(例如油和水不能形成乳状液,必须要有乳化剂起着稳定作用。
18
乳化剂的作用
由于原油中所含的盐类和机械杂质大多数溶解或悬浮于水中,原油脱水过程实际上也是降低原油含盐量和机械杂质的过程。
5
合格原油的含水标准
¾
“油田油气集输设计规范”规定:
z
出矿合格原油的质量含水量不大于1%;z
优质原油含水量不大于0.5%。
¾
较先进的炼厂进装置的原油要求:
z
含水不大于0.1%;z
含盐量不大于3~5毫克/升。
3.原油乳状液的生成
z
在地面集输过程中:
从井口到计量站,从计量站到转油站,油、
水、气多呈气液两相混合状态输送,在集输管线和设备里,油、水的激烈搅动也会促使乳化。
23
二、原油乳状液生成机理
4.防止乳状液生成的措施:
z
采取措施使油井少出水,多出油(如合理注水、封堵水层等措施
z
尽量减少搅拌条件(如减少不必要的弯头、闸门,尽量简化流程,减少泵剪次数;
¾
稀释法(冲淡法
取一水滴或油滴与乳状液相接触,易于和乳状液掺和者既是外相。
¾
电导法
多数油相都是不良导体,而水相是良导体,故测定乳状液的电导可以判断何者是连续相。
15
鉴别乳状液类型的方法
¾
显微观察法
由于原油和水的透光性不同,可用显微镜判断乳状液的类型,在显微镜下,水是透明的,油是黑色的。
原油净化化学破乳剂脱水法
原油净化化学破乳剂脱水法
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原油净化化学破乳剂脱水法
第4页
4
O/W型乳状液
分散相
联络相
原油净化化学破乳剂脱水法
保护膜
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5
W/O型乳状液
连续相
保护膜
分散相
原油净化化学破乳剂脱水法
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6
原油脱水方法原理、适用条件和优缺点
原油净化化学破乳剂脱水法
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7
二、化学破乳剂破乳机理
油、水分离基本原理：破坏乳化液油水界面膜稳 定性，使其破裂，促进水颗粒碰撞凝聚成大水滴， 使水从原油中沉降下来。
原油净化化学破乳剂脱水法
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30
评价破乳剂性能指标
（1）脱水率 在一定静置沉降时间内原油中脱出水量 与原有含水量之比。 （2）出水速度 在单位静置沉降时间内脱水率大小。依 据化学破乳剂品种不一样，出水速度可能 有先快后慢、先慢后快等速度出水况。
原油净化化学破乳剂脱水法
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评价破乳剂性能指标
原油净化化学破乳剂脱水法
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12
三、化学破乳剂分类
国内外生产化学破乳剂已达1000各种。化 学破乳剂能够按分子结构、分子量大小、镶 嵌方式、聚合段数、起始剂含有活泼氢官能 团数量、溶解性能等进行分类。
原油净化化学破乳剂脱水法
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二、化学破乳剂分类
原油脱水
剂的引发下，在有催化剂存在时按照一定的程序聚合而成。
非离子型化学破乳剂的优点：
1、用量少。2、不产生沉淀。
3、脱出的水中含油少。4、脱水成本低。
5、原油脱水对化学破乳剂的要求
高效破乳剂必须具备以下几个特点：
（1）较强的表面活性；
（2）良好的润湿性能；
（3）很高的絮凝能力；
（4）破乳温度低，破乳效果好；
沉降罐底部的水层内，由于水的表面张力较大，使原油中的游离水、粒经 较大的水滴、盐类和亲水固体杂质等并入水层，这一过程称为水洗，进入 上部油层时原油中的小粒经水滴靠重力沉降下来，原油由中心集油槽和原 油排出管流出沉降罐，原油中排出的污水由排出管流出。
原油脱水（化学脱水）
（四）
3、沉降罐工作效率的衡量标准及其影响因素。 A、沉降时间；B、操作温度； C、原油中剩余含水率；D、脱出水中含油率设备的效能 我国对卧式脱水设备规定的沉降时间为15—30分钟。 4、溶解气对油水分离的影响： 原油中溶解气的析出和膨胀有利于从原油中分出水滴。 热力原理 1、油水界面膜强度削弱；温度上升，原油中的沥青、 胶质、石蜡等乳化剂的溶解度增加，降低界面膜强度， 同时，水滴体积膨胀，胀力的作用使界面膜强度下降， 有利于水滴的合并。 2、油水密度差增大；水滴的沉降速度与水滴直径的平 方和油水密度差及重力加速度成正比，与粘度成反比， 加热增加了油水比重差，加快了水滴沉降速度。
净化油罐，污水进污水站。 高含水原油脱水工艺流程
高含水原油的脱水分为两段，第一段采用热-化学脱水，含水原油 进入沉降罐，第二段采用电化学脱水。
加入一定的原油破乳剂，由原油脱水泵将原油打入加热炉，加温 后进入电脱水器进行电脱水，净化油进净化油罐，污水进污水站。
（四）
常用原油脱水方法
3．化学破乳剂的分类
• 化学破乳剂的种类很多，通常按分子结构、 溶解性能、分子量大小、镶嵌方式、聚合为离子型和 非离子型两类。 • 离子型破乳剂，是指在水溶液中能电离生成 离子的一类破乳剂。 • 按生成离子的电性，离子型破乳剂又可分为 阴离子型、阳离子型和两性离子型三种。 • 如常用的烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠等就是 破乳效果较好的阴离子型破乳剂。
9
• 按非离子型破乳剂的溶解性能，可分为水溶性、 油溶性和部分水溶性三类。
• 水溶性破乳剂可根据需要配置成任意浓度的水溶 液，一次破乳后剩余的破乳剂仍留在脱出的水中， 这部分水或者注入原油乳状液内，使剩余的破乳 剂得到充分的利用；或者经净化处理后注入油层， 剩余的化学破乳剂可在注水驱油中继续发挥作用， 提高油田采收率。
成本低，对人体无毒、无害，不易燃、易爆， 通用性强。
• （5）对金属管路和设备腐蚀性弱，结垢差
• 破乳剂的协同效应或复配效应。
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5.破乳剂的作用
• ①对油水界面的强烈吸附 • 破乳剂具有较强的表面活性，
表面活性越强，吸附越强烈，到达 油水界面的速度越快，破乳越快， 效果越好，效率越高。
• 一般化学破乳剂的表面活性应比原 油中天然乳化剂的活性大得多，一 般要大100～1000倍。
带正电荷的水滴将向负电极运动，带负电 荷的水滴将向正电极运动，这种现象称为 电泳。 • 由于水滴向极性相反的电极区运动，在该 电极区附近密集，使水滴在电极附近碰撞 聚结的机会增加。这种在电泳过程中发生 水滴的碰撞、合并，称为电泳聚结。
21
• 2）偶极聚结
• 在高压电场中，原油乳状液 中的水滴受电场的极化和静 电感应作用，使水滴两端带 上不同极性的电荷。这时， 水滴两端同时受正负电极的 吸引，产生拉长变形，削弱 了界面膜的机械强度；特别 是在水滴两端，界面膜的强 度最弱。原油乳状液中许多 两端带电的水滴，在电场中 顺电力线的方向排列成“水 链”，如图3－5所示。相邻 水滴的正负偶极相互吸引， 使水滴相互碰撞，合并。这 种聚结方式称为偶极聚结。
油气集输 4-1
3、乳状液的鉴别方法
• ⑴染色法：向乳状液中加入少量只溶于油，不溶 染色法：向乳状液中加入少量只溶于油，
于水的染料，轻轻摇动， 于水的染料，轻轻摇动，根据乳状液颜色的变化判 别其类别。 别其类别。
• ⑵ 冲淡法：根据乳状液易为连续相液体所冲淡的 冲淡法：
特点来确定乳状液的类别。 特点来确定乳状液的类别。
5
• • • • • •
2、乳状液的分类 乳状液的分类： 乳状液的分类 W/O——油包水型 O/W——水包油型 W/O/W——水包油包水 多重乳状液 O/W/O——油包水包油 除油田开采的高含水外， 除油田开采的高含水外，大部分油田所遇 到的油水乳状液多数属于油包水型乳状液， 到的油水乳状液多数属于油包水型乳状液 油包水型乳状 µm 其内相水滴的直径一般大于0.1 ，在普通 其内相水滴的直径一般大于 显微镜下可观察到内相液滴的存在。 显微镜下可观察到内相液滴的存在。
第四章 原油脱水
4-1 油水混合物性质 4-2常用原油脱水方法 常用原油脱水方法 4-3常用原油脱水设备 常用原油脱水设备 4-4常用原油脱水流程 常用原油脱水流程 4-5原油脱水操作 原油脱水操作
1
4-1油水混合物的性质
• 一、原油中为什么会含水？ 原油中为什么会含水？ • 在油层中，注入水和边界水不断地向井 在油层中， 底方向推进，当其伸入油井井域时， 底方向推进，当其伸入油井井域时，油 井开始见水，此后， 井开始见水，此后，油井开采出的原油 含水量急剧上升 • 中含水：综合含水 ～60% 中含水：综合含水20～ • 高含水：综合含水 ～85% 高含水：综合含水60～ • 水的存在形式：游离水和乳化水 水的存在形式：
• 表面现象的三个基本定义：
• （1）表面能——欲使液体内层分子移到表面上来，扩大 欲使液体内层分子移到表面上来， 表面能 欲使液体内层分子移到表面上来 液体的表面，就必须对系统做功， 液体的表面，就必须对系统做功，以克服分子所受的指向 液体内部的拉力。这种功储存于表层， 液体内部的拉力。这种功储存于表层，成为表层分子的位 液体表层分子比内部分子多储存一部分能量， 能，故液体表层分子比内部分子多储存一部分能量，这种 能量称表面自由能，简称表面能。 能量称表面自由能，简称表面能。 • （2）比表面能 ）比表面能——液体表面积每增大一个单位所增加的 液体表面积每增大一个单位所增加的 表面能称为比表面能， 表示， 表面能称为比表面能，以σ表示，其单位是 表示 其单位是J/m2或N/m。 。 • （3）表面张力 在数值上， ）表面张力——在数值上，比表面能 等于在液体表 在数值上 比表面能σ等于在液体表 面上垂直作用于单位长度线段上的表面紧缩力，即表面张 面上垂直作用于单位长度线段上的表面紧缩力， 力。
第四章原油处理
原油破乳剂(rǔjì)发展简况
20世纪70至90年代，以烷基聚氧乙烯酯、环状对烷基酚醛树脂等 于为主， 特点是：相对(xiāngduì)分子质量高，破乳效果好，用量低 所需浓度：10～30ppm
精品资料
原油破乳剂(rǔjì)发展简况
20世纪70至90年代，以烷基聚氧乙烯酯、环状对烷基酚醛树 脂等于为主， 特点(tèdiǎn)是：相对分子质量高，破乳效果好，用量低 所需浓度：10～30ppm
2）无机盐对原油乳状液稳定性的影响 同一种盐浓度越(dù yuè)高，使乳状液稳定性降低的程度度
越(dù yuè)大； 同价次的金属离子半径越大，对原油乳状液稳定性影响越小。
精品资料
影响原油(yuányóu)乳状液稳定 性的因素
2）无机盐对原油乳状液稳定性的影响 同样条件下：正离子使乳状液稳定性降低程度(chéngdù)
4）引起金属管道、设备的结垢和腐蚀 5）对炼油厂加工过程的影响。
精品资料
原油(yuányóu)乳状液的生成及 危害
我国目前规定商品原油的含水率在0.5%以下， 含盐量为50mg/L；
美国外输原油允许含水小于0.25%，含盐量平均 小于170mg/L；
俄罗斯商品油含水要求(yāoqiú)在0.05%～2.0%
油和盐水的密度分别为po和pw，则原油乳状液 的密度p= po（1- φ）+ pw· φ
精品资料
原油(yuányóu)乳状液的性质
3）原油乳状液的粘度 随着含水量的上升，原油乳状液的粘度大幅度增加。原油 乳状液属非牛顿流体，具有剪切稀释(xīshì)性。粘度下降的 幅度与乳状液中水的体积分数φ有关， φ越大，下降幅度越 大。某些原油乳状液还具有触变性和粘弹性。
原油电脱盐电脱水技术课件
通过实验和模拟研究，不断优化工艺参数和操作 条件，以提高处理效果和降低能耗。
3
工艺改进
针对现有工艺的不足和问题，进行改进和革新， 以提高整体工艺的技术水平和竞争力。
04 原油电脱盐电脱水技术设 备与材料
主要设备介绍
静电脱盐器
用于原油中水滴的脱除，通过高压电场的作用， 使水滴凝聚并从原油中分离出来。
发展阶段
随着科技的不断进步，20世纪中叶开 始，人们逐渐研发出更加先进的电脱 盐电脱水技术和设备，并逐步推广应 用。
技术的重要性及应用领域
重要性
原油电脱盐电脱水技术对于提高原油 品质、保护设备和管道、减少环境污 染等方面具有重要意义。
应用领域
该技术广泛应用于石油工业中的原油 开采、运输、加工等环节，是保障石 油工业稳定、高效运行的关键技术之 一。 Nhomakorabea概述
某炼油厂的电脱盐工艺存在一些问题， 需要进行优化以提高处理效果和降低能
耗。
实施效果
经过优化后，电脱盐工艺的能耗降低 20%，处理效果明显提高，原油含水
量和盐分含量均得到有效控制。
技术方案
采用新型的电脱盐设备和工艺流程， 调整操作参数，加强设备维护和管理。
结论
电脱盐工艺优化在该炼油厂取得了成 功，为类似炼油厂的电脱盐工艺改进 提供了有益的参考。
智能化自动化
未来电脱盐技术将更加注重智能化和 自动化，提高生产效率。
多功能集成化
未来电脱盐技术将实现多种功能的集 成，满足更广泛的应用需求。
06 原油电脱盐电脱水技术案 例分析
案例一：某油田的电脱盐脱水项目
概述
技术方案
某油田的电脱盐脱水项目是为了满足原油 处理要求，提高原油品质和脱水效果而进 行的。
联合站原油集输污水处理工艺讲课ppt课件
进站计量流程
PG PI 101 101
TG 101
三队总线 250-CR-0101-2.5A1-HI
250-CR-0111-2.5A1-HI
250-CR-0112-2.5A1-HI 250-CR-0113-2.5A1-HI
250-CR-0102-2.5A1-HI 四队7 #转油站
150-CR-0103-2.5A1-HI
TIC
M 65-PG-0106-1.6A1
FA06
污水至污水处理场
80-PG-0105-1.6A1
102
102 105
M
105
100-SOW-0101-1.6A1-HI
100-CD-0104-1.6A1-HI
200-CR-0129-2.5A1-HI 100-PG-0104-1.6A1
250-CR-0120-2.5A1-HI 50-RV-0102-1.6A1
2. 冬季井口回压高、造成产液 量下降。
3. 集输半径小。
1. 温降小，集输半径大。
1.掺水系统投资高，运行费用高。
2. 冬季井口回压低、产液量变
化不大。
1.适用于高粘度井、边远井的 1.管线投资高、运行成本高。 输送。
2.操作简单。
1.适用于高粘度井、边远井的 输送。
1.定期加破乳剂、增加了现场工 作量。
提纲:
一、地面集输系统 二、原油处理系统 三、污水处理 四、消防系统
一、地面集输系统
1.1常温集输工艺简介 油气集输典型流程 根据加热保温方式的不同，油田油气收集的基本流
程宜采用以下五种典型流程： (1)井口不加热单管流程 (2)井口加热单管流程 (3)井口掺液输送双管流程 (4)单管环状掺水流程 (5)伴热输送三管流程
石油基础知识--原油净化
石油基础知识－－原油净化世界上大部分油田是利用注水驱动方式开采的，因而从油井生产出来的油气混合物中常含有大量的水和泥沙等机械杂质，特别是油田的后期生产中，油井出水量可达其产液量的90％以上，泥沙等机械杂质亦多达1％～1.5％。
据统计，世界各油田所产原油的70～80％需进行脱水。
一、原油净化的必要性原油和水在油层内运动时，常携带并溶解大量的盐类，如氯化物（氯化钾、氯化钠、氯化镁、氯化钙）、硫酸盐、碳酸盐等。
在油田开发初期，原油中含水很少或基本上不含水，这些盐类主要以固体结晶形式悬浮于原油中。
进入中、高含水开采期时，则主要溶解于水中。
原油中含水、含盐、含泥沙等杂质会给原油的集输和炼制带来很多麻烦和危害，主要是：1、增大了液流的体积流量，降低了设备和管路的有效利用率，特别是在高含水的情况下更显得突出。
2、增加了输送过程中的动力消耗。
由于输液量增加，油水混合物密度增大，而且水还常以微粒水珠存在于原油中，形成粘度较纯原油显著增大的乳状液，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、增加了升温过程中的燃料消耗。
原油集输过程中，为满足工艺要求，常对原油加热升温。
由于原油含水后输液量增加，而且水的比热约为原油的2倍，故在含水原油升温过程中燃料的消耗也将随原油含水量的增加而急剧增大，其中相当一部分热能白白消耗在水的加热升温上，造成燃料的极大浪费。
4、引起金属管路和设备的结垢与腐蚀。
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。
结垢严重时甚至能堵塞加热炉受热管的流道，造成加热炉爆炸。
当地层水中含有氯化镁、氯化钙、氯化铝、氯化钡时，会因水解放出对金属腐蚀性很强的氯化氢。
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，硫化亚铁会再与氯化氢反应，这样交替反应的结果，就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。
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1第四章原油脱水及污水处理油气田地面工程概论2原油脱水¾原油和水在油藏内运动时,常携带并溶解大量盐类,如氯化物、硫酸盐、碳酸盐等。
z在油田开采初期,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态悬浮于原油中。
z进入中、高含水开采期则主要溶解于水中。
¾对原油进行脱水、脱盐、脱除泥砂等固体机械杂质,使之成为合格商品原油的工艺过程称原油处理,国内常称原油脱水。
3原油中的含水给生产带来的主要问题原油中含水、含盐、含泥沙等杂质会给原油集输和炼制带来很多麻烦:z 增大了液体量,降低了设备和管路的有效利用率;z 增加了集输过程中的动力和热力消耗;z 引起金属管路和设备的结垢与腐蚀,使其寿命降低;z 破坏炼制工作的正常进行;z原油含水使原油密度增大,降低了原油的售价。
4原油脱水由于原油中所含的盐类和机械杂质大多数溶解或悬浮于水中,原油脱水过程实际上也是降低原油含盐量和机械杂质的过程。
5合格原油的含水标准¾“油田油气集输设计规范”规定:z出矿合格原油的质量含水量不大于1%;z优质原油含水量不大于0.5%。
¾较先进的炼厂进装置的原油要求:z含水不大于0.1%;z含盐量不大于3~5毫克/升。
6¾盐含量不达标时的处理方法:向原油中掺入2%~5%的淡水,对原油进行洗涤,使以固体结晶形态存在的盐类溶解于水中,然后再脱水,使原油含盐量降低至允许的范围内。
7第四章原油脱水及污水处理第一节原油中水的存在方式第二节原油乳状液第三节原油脱水的基本方法第四节含油污水处理8第一节原油中水的存在方式¾游离水z在常温下用简单的沉降法短时间内就能从油中分离出来z 大部分游离水在油气水分离时被脱出。
¾乳化水z 很难用沉降法从油中分离出来z它与原油的混合物称为油水乳状液。
9原油脱水和原油乳化液有密切的关系,因为在含水原油中乳状液的性质直接影响着原油脱水的难易。
10第二节原油乳状液一、乳状液及其类型二、原油乳状液的生成机理三、原油乳状液的性质11一、乳状液及其类型乳状液是一种或几种液体以液珠形式分散在另一不相混溶的液体之中构成的分散体系。
乳状液中被分散的一相称作分散相或内相,另一相被称作分散介质或外相。
显然,内相是不连续相,外相是连续相。
12一、乳状液及其类型根据内相与外相的性质,乳状液主要有两种类型:z一类是油分散在水(水是外相,油是内相中,如牛奶,简称水包油型乳状液,用O/W 表示;z另一类是水分散在油(水是内相,油是外相中,简称油包水型乳状液,用W/O 表示。
13鉴别乳状液类型的方法¾染料法选择一种只溶于油相而不溶于水相的染料,取少量加入乳状液中摇荡之。
z 若整个乳状液均被染色,则油相是外相;z若只是液珠呈染料之色,油便是内相。
鉴别常为黑色的原油有一定的困难。
14鉴别乳状液类型的方法¾稀释法(冲淡法取一水滴或油滴与乳状液相接触,易于和乳状液掺和者既是外相。
¾电导法多数油相都是不良导体,而水相是良导体,故测定乳状液的电导可以判断何者是连续相。
15鉴别乳状液类型的方法¾显微观察法由于原油和水的透光性不同,可用显微镜判断乳状液的类型,在显微镜下,水是透明的,油是黑色的。
z 若液珠不透明,则为O/W 型乳状液;z若液珠透明,则为W/O 型乳状液。
16乳状液显微照片O/W 型W/O 型17形成乳状液的必要条件①形成的乳化液的两种液体不能混溶;②必须有足够的搅拌使一种液体以液滴的形式分散到另一种液体之中;③必须有乳化剂的存在。
两个不相混溶的纯液体(例如油和水不能形成乳状液,必须要有乳化剂起着稳定作用。
18乳化剂的作用¾使乳状液稳定的物质称为乳化剂,乳化剂分散于油水界面上形成界面膜,起到两个方面的作用:z降低油水界面张力,使乳状液得到一定程度的稳定;z界面膜具有较强的机械强度,阻止了在布朗热运动下,水珠在碰撞时的合并,使之形成稳定的乳状液。
19二、原油乳状液生成机理1. 形成原油乳状液的主要因素:z 原油中含水,且油、水两相互不相溶;z原油中含有某些天然乳化剂。
如沥青质、胶质、粘土、砂粒等,多数具有亲油憎水性质,因而一般生成稳定的W/O 型乳状液。
此外,油田生产中使用的各种化学剂都有乳化剂的作用。
z在开采和集输过程中有强烈的搅拌作用。
20二、原油乳状液生成机理2. 原油乳状液的类型:除油田开采的高含水期外,世界上各油田所遇到的油水乳状液绝大多数属于W/O 型乳状液(因为如沥青质、胶质、粘土、砂粒等多数具有亲油憎水性质,因而一般生成稳定的W/O 型乳状液,其内相水滴的直径一般在0.1微米以上,在普通显微镜下可观察到内相液滴的存在。
21二、原油乳状液生成机理3.原油乳状液的生成z开采过程中:当油、水混合物沿油管从井底向上流动时,在井底的不同深处,压力从下到上逐渐降低,溶解在原油里的伴生气不断逸出,而且体积不断膨胀,油、水搅拌越来越激烈,当油、水混合物通过油嘴的时候,压力突降,流速剧增,原油碎散,大大增加了原油乳化程度。
22二、原油乳状液生成机理3.原油乳状液的生成z在地面集输过程中:从井口到计量站,从计量站到转油站,油、水、气多呈气液两相混合状态输送,在集输管线和设备里,油、水的激烈搅动也会促使乳化。
23二、原油乳状液生成机理4.防止乳状液生成的措施:z采取措施使油井少出水,多出油(如合理注水、封堵水层等措施z尽量减少搅拌条件(如减少不必要的弯头、闸门,尽量简化流程,减少泵剪次数;z尽量减少油、水相混的时间。
24三、原油乳状液的性质¾分散度¾粘度¾密度¾电学性质¾稳定性和老化25三、原油乳状液的基本性质1.分散度z分散相在连续相中的分散程度,常用内相颗粒平均直径的倒数表示或比表面积(颗粒总表面积和总体积的比值表示。
z乳状液内相颗粒直径越小,分散度越高,乳状液越稳定。
z乳状液通过强烈的搅拌后,分散度增大。
26三、原油乳状液的基本性质2.粘度影响乳状液粘度的因素:z 外相粘度z 内相体积浓度z 温度z 乳状液的分散度(分散相粒径z 乳化剂及界面膜的性质z 内相颗粒表面带电强度z内相粘度27影响乳状液粘度的因素¾外相粘度原油粘度越大,生成W/O 型乳状液的粘度越大。
k o eϕμμ=乳状液粘度原油粘度待定常数内相体积浓度28影响乳状液粘度的因素¾内相体积浓度含水率较低时,粘度随含水率的增加而缓慢上升;含水率较高时,粘度迅速上升;当含水率超过某一数值时,粘度又迅速下降,并发生转相(W/O 型乳状液变为O/W 型或W/O/W 型乳状液。
29原油乳状液粘度与含水率的关系30影响乳状液粘度的因素¾温度温度升高乳状液粘度减小。
¾乳状液的分散度内相粒径越小、分散度越高,粘度越大溶剂化薄膜的总体积增加内相颗粒表面带电引起的电滞效应的电位高31原油乳状液的粘度特性¾是典型的非牛顿流体¾具有剪切稀释效应即剪切率增大,表观粘度减小¾表观粘度下降的幅度与乳状液含水率有关含水率越大,下降幅度越大32三、原油乳状液的基本性质3.密度原油含水、含盐后,其密度显著增大。
φρφρρρρw o wo ww o o V V V V +−=++=1(乳状液体积含水率33三、原油乳状液的基本性质4.电学性质z原油乳状液的电导率除取决于含水率和水颗粒的分散度、在很大程度上还决定于水中的含盐、含酸、含碱量。
z乳状液的电导率随温度增高而增大。
34三、原油乳状液的基本性质5.稳定性和老化¾乳状液的稳定性:乳状液不被破坏,抗油水分层的能力。
从热力学观点看,原油乳状液属不稳定体系。
水滴仍有合并、减小油水界面,使系统界面能降至最低的趋势,只是由于天然乳化剂构成的界面膜有较高的机械强度阻止了水滴的合并沉降。
35乳状液不稳定的表现¾沉降z指由于油相和水相的密度不同,在重力作用下将上浮或下沉;z沉降的结果是乳状液分成了上下两层浓度不等的乳状液;z使乳状液的均匀性遭到破坏,但乳状液并未真正破坏。
36乳状液不稳定的表现¾絮凝(也称聚集z 指乳状液的液珠聚集成团;z 在形成的絮团中,原来的液珠仍然存在;z 絮凝是可逆的,搅动可使絮团重新分散;z 絮凝是由液珠间的范德华引力造成的;z液珠带电后产生的双电层斥力对聚集起阻碍作用。
因此,加入电解质可以改变乳状液的聚集速度。
37乳状液不稳定的表现¾凝并(也称聚结z 指聚集的絮团变成一个大液珠;z 凝并是不可逆的;z凝并导致液珠数目的减少和乳状液的完全破坏即油水分离。
絮凝是凝并的前奏,凝并是乳状液破坏的直接原因38乳状液不稳定的表现¾反相(也称变型z 指乳状液从O/W 型变成W/O 型,或者相反;z反相过程是乳状液中液滴的聚集和连续相分散的过程,原来的连续相变成了分散相,而分散相则变成了连续相。
z引起反相的原因:乳化剂类型的变更、相体积的改变、温度、增大剪切39三、原油乳状液的基本性质5.稳定性和老化¾影响原油乳状液稳定性的因素z 分散度和粘度z 乳化剂的类型和保护膜的性质z 内相颗粒表面颗粒带电z 油水密度差z 温度z 水的pH值z时间40影响原油乳状液稳定性的因素¾分散度和粘度z分散度越高,水滴越小,布朗运动越强烈,越能克服重力影响不下沉,原油乳状液越稳定。
z原油粘度越大,水滴越不易下沉,原油乳状液越稳定。
41影响原油稳定性的因素¾乳化剂的类型和保护膜的性质:z乳化剂是低分子有机物,如脂肪酸、环烷酸和某些低分子胶质,形成的界面膜强度不高,乳状液的稳定性不高;z乳化剂是高分子有机物,如沥青质等,形成的界面膜有较高的强度,使乳状液有较高的稳定性;z固体乳化剂,如粘土、砂砾、石蜡等,形成的界面膜强度很高,乳状液的稳定性也很高。
界面膜的机械强度高,乳状液的稳定性高。
42影响原油稳定性的因素¾内相颗粒表面颗粒带电内相颗粒界面上带有极性相同的电荷是乳状液稳定的重要原因。
¾油水密度差乳化水滴在原油内的沉降速度正比于油水密度差,密度差越大,油水容易分离,乳状液的稳定性较差。
43影响原油稳定性的因素¾温度:温度升高,稳定性下降。
主要原因:z主要乳化剂(沥青质、胶质、石蜡等在原油中的溶解度增加,减弱了内相颗粒界面膜的机械强度;z内相颗粒体积膨胀,使界面膜变薄,机械强度减弱;44影响原油稳定性的因素¾温度:温度升高,稳定性下降。
主要原因:z加剧了内相颗粒的布朗运动,增加了互相碰撞、合并成大颗粒的机率;z 水和油的密度差增大,水滴易于在油相中下沉;z降低了原油的粘度,水滴易于下沉。
45影响原油稳定性的因素¾水的pH值:pH值增加,内相颗粒界面膜的弹性和机械强度降低,乳状液的稳定性变差。