超声波辐照下W/O乳状液中水滴的聚并特性

超声波辐照使W/O乳状液中水滴产生位移效应,水滴向波腹或波节运动、聚集,并发生碰撞及聚并。采用显微高速摄像系统结合图像处理技术对水滴的聚并行为进行了拍摄和分析。结果表明,超声波的机械振动削减W/O乳状液的油-水界面膜强度,促进水滴聚并。水滴在聚并前作类正弦振荡运动,在超声波声强4.89W/cm2、频率20kHz、油-水界面张力13.62mN/m的实验条件下,W/O乳状液中粒径200~400μm的水滴振荡剧烈,聚并效果最好。超声波声强、频率,W/O乳状液的水滴粒径、油相黏度、油-水界面张力显著影响W/O乳状液中水滴的振荡频率和聚并时间。随着超声波声强的增大,水滴聚并时间减小;随着超声波频率的增大,水滴聚并时间增大;随着水滴粒径、油相黏度的减小,水滴振荡频率增大,聚并时间减小;随着油-水界面张力的减小,水滴振荡频率先增大后减小,聚并时间先减小后增大。     

高压交流电场中单液滴振荡特性实验

 以白油和水为实验介质,利用显微高速摄像系统结合图像处理技术对高压交流电场(AC)作用下水滴在油中的振荡特性进行了研究,考察了电场强度、频率、油品黏度、介电常数、油-水界面张力以及液滴直径对液滴伸缩变形幅度的影响。结果表明,交流电场作用下液滴变形度呈周期性变化,且变形度变化频率是电场变化频率的2倍;液滴变形度主要受电场强度、液滴直径、油-水界面张力等因素的影响,而液滴伸缩变形幅度受电场频率、油品黏度和油-水界面张力的影响明显;在50~300 Hz的交流电场中,电场频率越大、油品黏度越高、油-水界面张力越低,液滴的伸缩变形幅度越小;电场强度和直径对液滴伸缩变形幅度的影响不明显。     

脉冲电场下液滴极化变形的数值模拟

为深入探究脉冲电场下的电脱水机制,基于COMSOL技术,采用电场和流场耦合的相场方法,建立了在脉冲电场下油包水乳状液液滴极化变形的二维模型,研究了液滴极化变形的影响规律。研究结果表明:随着电场强度的增加,液滴振荡变形的幅值增大,液滴变形度曲线上升沿的过冲现象逐渐减弱,下降沿的过冲现象逐渐增强;随着液滴界面张力的减小,液滴抵抗电场极化变形的能力大幅降低,其极化变形程度以及随脉冲电场的振荡幅度显著增大;随着电场频率增加,乳状液容性负载变化,液滴受到的偶极聚结力小幅增大,极化变形程度提高,液滴变形周期缩短;随着液滴粒径的增大,施加于液滴两端的电场力增大,液滴内外压差减小,液滴的变形度及振荡幅度增大。研究结果可为脉冲电场静电破乳机理的深入研究提供理论依据。     

降压脱气对溶CO2原油乳液中水滴稳定性的影响

通过对CO₂在油/水/乳液中的溶解度、溶CO₂原油的流动性、溶CO₂后油-水间的界面特性、溶CO₂原油乳液的稳定性、油-水界面压力变化的测试与计算,分析溶CO₂原油乳液在降压脱气过程中水滴稳定性的变化规律。结果表明：溶CO2原油乳液中,沥青质等界面活性物质能够迅速地迁移并吸附于油-水界面,并微弱提高油相对CO₂的溶解能力,并使得油-水界面张力快速降低,界面弹性模量增大,降低界面扩张损耗角;溶入CO₂能够降低油相黏度,提高水滴沉降速率,使得原油乳液的分油率增大;降压脱气时,水相中CO₂气泡的析出、长大,迫使水滴膨胀,降低界面上活性物质的浓度,减小了油-水界面压力,使得水滴的聚结稳定性变差,增大了原油乳液的分水率。     

郑王稠油四组分组成和油-水界面膜黏弹性的关系

采用化学分离和元素分析方法分析了郑王稠油的饱和分、芳香分、胶质、沥青质（SARS）的组成,测定了含有分离的四组分的油 水体系的界面扩张黏弹性,考察了振荡频率及组分浓度对油 水体系界面扩张黏弹性的影响。结果表明,含郑王稠油四组分的油 水体系的界面扩张模量均随振荡频率增大而增大,随组分质量分数的增大先增加后减小。含胶质、沥青质组分的油 水体系所形成的界面膜以弹性膜为主,抵抗形变能力更强;油 水体系中饱和分浓度增大,主要体现在其体相浓度增加,弹性模量变化不大,而黏性模量逐渐增大。含郑王稠油四组分的油 水体系的扩张相角均随振荡频率的增加逐渐减小,扩张相角由小到大的油 水体系为含沥青质的、含芳香分的、含胶质的、含饱和分的油 水体系。沥青质是四组分中对油 水体系界面膜黏弹性影响最大的组分。       

脉冲电场作用下界面张力对乳化油液滴变形振动的影响

乳化油中液滴在高压脉冲电场作用下发生变形振动,油-水界面张力为液滴振动提供了回复力,对液滴振动产生重要影响。通过建立液滴振动动力学模型,解得液滴振动振幅一次近似解,以分析界面张力对液滴变形振动的影响。由仿真计算结果发现,乳化油中液滴振动振幅峰值随油-水界面张力的减小而增大,在小界面张力区域内,液滴发生不稳定振动,但可通过增大电场频率来改善;液滴共振频率随着界面张力的增大而增大,因此较大界面张力的乳化油在高频电场中破乳效果较好。实验结果对高效破乳的脉冲电场选择具有指导意义。     

滨海环境颗粒物对分散溢油表面性质的影响

用室内实验模拟海洋环境的方法,研究了在不同颗粒物浓度和粒径、海水盐度以及pH值条件下,加入不同种类的颗粒物对胜利原油表面性质的影响;同时制备石油 悬浮颗粒物凝聚体(OSAs),并测定凝聚体中油滴平均粒径的大小。结果表明:随着悬浮颗粒物浓度的增加和颗粒物粒径的减小,油 水界面张力和Zeta电位逐渐减小;在加入不同颗粒物条件下油 水界面张力、Zeta电位和油滴粒径均随着海水盐度的增加而减小,加入高岭土时达到最小,分别为02 mN/m、-347 mV和86 μm;油 水界面张力随pH值的增加先减小后增大,Zeta电位随pH值的增加先增大后减小,油 水界面张力最低值和Zeta电位最高值均在pH值为7~8时达到;消油剂和颗粒物共同作用条件下,油 水界面张力、Zeta电位和油滴粒径可分别降低至01 mN/m、-191 mV和19 μm。     

疏水缔合聚合物和膨润土颗粒对SZ36-1油田油水界面性质的影响

在30℃下实验研究了疏水缔合聚合物AP-P4和膨润土对模拟SZ36-1原油界面性质的影响.实验油相为10%或1%原油与煤油的混合物即模拟油,10%模拟油用于测定动态界面张力和界面剪切黏度,1%模拟油用于测定油滴表面zeta电位,实验水相为矿化度9313mg/L的模拟水,结果如下.随水中膨润土浓度增加(0～200mg/L),界面张力升高,界面剪切黏度下降,zeta电位(空白值为-47.1mV)绝对值减小;当聚合物浓度固定时(200mg/L),随黏土浓度增加(0～200mg/L),界面张力显著降低,界面剪切黏度升高,zeta电位绝对值增大后略有减小:当黏土浓度固定时(50mg/L),随聚合物浓度增大(0～400mg/L),界面张力显著上升,界面剪切黏度增大,zeta电位绝对值增大.     

原油减压渣油馏分的油-水界面性质Ⅳ.大庆减压渣油馏分的油-水界面粘度

采用剪切界面粘度仪考察了大庆减压渣油超临界馏分(简称大庆减渣馏分)的油-水界面粘度。研究结果表明，大庆减渣馏分油-水界面粘度随馏分的增重、油相中值分质量分数的增加以及水相中盐含量的增加而增大，随剪切速率的增大而降低。大庆减渣馏分中蜡含量多。对馏分的油-水界面粘度的影响大，油-水界面粘度受馏分中界面活性物质(胶质、沥青质)和蜡的共同影响。轻馏分油-水界面粘度随油相中芳烃含量的增加而增大。当油相煤油与苯体积比为1：1时，重馏分油-水界面粘度最大。碱性条件下，馏分油-水界面粘度最低。酸性条件对轻、重馏分的油-水界面粘度的影响不同，随着酸度的升高，轻馏分的油-水界面粘度下降，重馏分的油-水界面粘度上升。     

原油减压渣油馏分的油-水界面性质Ⅲ.伊朗轻质减渣馏分油-水界面粘度

采用剪切界面粘度仪考察了伊朗轻质减压渣油超临界分离馏分的油-水界面粘度。结果表明，随着馏分的增重，油-水界面粘度增大。随着剪切速率的增大，界面膜结构被破坏，油-水界面粘度减小。油相中馏分质量分数以及水相中盐的增加，使得馏分的油-水界面吸附量增大，油-水界面粘度增大；油相中芳烃含量以及水相pH值的增大，改变了馏分在油-水界面的吸附状态，油水界面粘度减小。     

An investigation into the deformation, movement and coalescence characteristics of water-in-oil droplets in an AC electric field

Drop-drop coalescence is important in electric dehydrators used for oil-water separation in the oil industry.The deformation degree,angle between the electric field and the center line of two drops,effects of intensities and frequencies of the electric field have been studied by analyzing droplet images.However,seldom have people investigated the movement and the relative velocity in the process of dropdrop coalescence.In this paper forces acting on a single droplet and horizontal water droplets in an AC electric field were analyzed,and experiments were carried out to investigate the deformation,movement and coalescence characteristics of droplets with white oil and water.With a micro high-speed camera system and image processing technology,the droplet images were collected and analyzed.The results indicate that the deformation is mainly affected by the electric field intensity,frequency,droplet diameter and the oil viscosity.High field strength and large diameter facilitate deformation of drops in the electric field.The effect of frequency and oil viscosity is not obvious.Higher frequency and higher oil viscosity will lead to smaller oscillation amplitude.The effect of electric field intensity and droplet diameter on oscillation amplitude is not obvious.When the center-to-center distance between droplets is large,the forces acting on droplets in the horizontal direction are mainly dipole-dipole attraction and drag forces.There is also the film-thinning force when droplets get closer.The forces are simplified and derived.Based on force analysis and Newton’s second law,the relative movement is analyzed in different parts,and the relationship of center-to-center distance and time is in accordance with an explinear function at different stages.According to experimental data,the movement of 145 μm double droplets before coalescence can be fitted well with an explinear function at two stages.In addition,the whole movement process is investigated and can be estimated with a fourth order polynomial curve,from which the relative velocity of droplet movement can also be obtained.With an increases in electric field intensity and droplet diameter and a decrease in oil viscosity,the relative velocity increases.Only when the oil-water interfacial tension is obviously high,can it influence the relative movement significantly.The coalescence is mainly dipole coalescence and chain coalescence under influence of the AC electric field.     

新型静电聚结器中水滴粒径的分布特性

传统电脱水器采用裸电极,乳化液含水率较高时高强电场作用下容易发生击穿现象,设计了包覆绝缘层的高压电极并加工了新型静电聚结器,采用水/原油乳状液为实验介质,并利用显微高速摄像系统结合图像处理技术,考察了电场强度,乳化液流量、含水率对液滴滴粒径分布特性的影响。结果表明,现场与室内实验的液滴粒径分布与Rosin-Rammler分布均吻合较好;包覆绝缘层的高压电极可有效防止电击穿现象的发生;增加电场强度有助于油、水分离,但高于临界电场强度后,容易导致液滴破碎,并且含水率越高,最优电场强度越低;随着乳化液流量的增加,电场作用降低,但高强电场在高流量下依然使液滴粒径明显增大。     

电场作用下W/O乳化液中水颗粒的形变模拟研究与动力学分析

采用COMSOL Multipysics^TM软件,对W/O乳化液中分散相水颗粒在电场作用下的变形特性进行数值模拟,并结合已开展的室内实验,讨论电场强度(E)、电压波形、电场频率(f)、水颗粒半径(r)和连续相黏度(μ_c)对单个水颗粒变形的影响。结果表明:增加电场强度、增大水颗粒半径、降低连续相黏度会加剧水颗粒变形,电场强度存在上临界值;当电场频率较低时其值变化对水颗粒变形影响不明显,频率较高时则影响显著,但总体来看存在一个最优电场频率(2000 Hz);交流矩形波对水颗粒变形的影响强于交流锯齿波、直流脉冲波、交流三角波、交流正弦波等波形。当E为3~4 kV/cm、r为0.25~0.5 mm、使用交流矩形波时,水颗粒的拉伸发生增速变形,从而缩短水滴间的碰撞时间和W/O乳化液的电场破乳时间。     

微观液滴分布对含蜡原油乳状液流变性的影响

通过显微镜观察并拍摄原油乳状液的微观结构图像,研究了乳状液体系分散相液滴大小及分布规律,以及微观液滴分布对乳状液体系流变性的影响机理。W/O型原油乳状液中含水率增加,引起内相液滴个数增多,小液滴所占的比例减小,相对大的液滴所占的比例增大;搅拌转速的增大,使体系内相液滴个数增多,平均液滴直径减小。通过测试在固定搅拌条件下制备的不同含水率的3种含蜡原油乳状液在原油凝点附近温度屈服特性和触变性等流变特性,可以发现随含水率的增大,乳状液体系屈服应力增大、触变性增强,且含水率越高,变化的趋势越明显。通过测试不同搅拌转速下制备的含水率为30% 的原油乳状液在原油凝点附近温度的触变性,可以看出随搅拌转速的增大,体系经受同等剪切速率剪切时对应的剪切应力增大、触变性增强。进一步建立了屈服应力与测试温度、含水率之间的关系式,其平均相对误差为9.83%。     

考虑液滴形状影响的气井临界携液流速计算模型

为了判断气井是否积液同时优化气井配产,基于气流中液滴总表面自由能与气相总湍流动能相等的关系,建立了考虑液滴直径、液滴变形及变形对液滴表面自由能影响的气井临界携液流速计算模型(以下简称新模型):基于椭球体假设,通过分析液滴变形对液滴表面积及表面自由能的影响,建立起液滴最大迎风面直径的计算公式;考虑液滴变形对液滴所受曳力的影响,提出针对椭球形液滴的临界携液流速表达式;考虑液滴变形和液滴内部流动的影响,将Brauer模型基于圆球体的曳力系数计算值增大20%作为变形椭球体的曳力系数;基于能量守恒原理提出液滴变形参数与临界韦伯数函数关系式,并将计算结果下调10%;采用考虑气井压力和温度影响的表面张力计算公式。将新模型与Turner模型、李闽模型、王毅忠模型、王志彬模型和熊钰模型进行对比,并在44口气井开展了现场验证。结果表明,新模型的预测结果与气井的实际状况吻合最好。结论认为,新模型可用于对气井积液的判断。     

气流中液化天然气液滴破碎数值模拟研究

基于流体体积法和k-ε湍流模型对液化天然气单液滴在气流中的变形破碎情况进行模拟研究。研究不同We对液滴形态和破碎模式的影响,分析液滴形态变化过程中速度、加速度和阻力系数随时间的变化趋势,并研究不同流场下液滴变形破碎情况。结果表明,不同的We下,液滴呈现出不同的破碎模式,液滴发生剪切破碎的临界We为80左右,同一We下不同直径的液滴临界破碎时间有所不同;随着气液相对速度的We的增大,液滴的无量纲变形时间先递减后趋向于平缓;液滴变形破碎过程中,速度随着时间的延长而增加,加速度和阻力系数随着时间的延长先增后减;与普通流场相比,带挡板的流场中液滴变形破碎时间明显缩短。     

MgO对碱性气保护药芯焊丝熔滴过渡行为的影响

为了改善碱性气保护药芯焊丝的焊接工艺性能,采用了高速摄影、水中收集熔滴、焊接飞溅测试等试验方法,研究了渣系组分中MgO对药芯焊丝熔滴过渡行为以及焊接飞溅大小的影响规律。结果表明,随着MgO含量的增加,药芯焊丝的熔滴质量比减小,熔滴过渡由细颗粒过渡逐渐变为大颗粒排斥过渡。当w(MgO)＜25%时,熔滴颗粒相对细小,过渡平稳,焊接飞溅较小;当w(MgO)＞25%时,随其含量进一步增加,熔滴颗粒变得粗大,熔滴呈现非轴向排斥过渡,且焊接飞溅较大。     

油滴在界面张力下的渗流——添加表面活性剂蒸汽吞吐微观渗流机理

蒸汽吞吐开采稠油或超稠油经常添加水溶性表面活性剂。由于表面活性剂的影响,使得连续相的液体在毛细管中的渗透变成了油滴和水滴在多孔介质中的渗流,同时,由于渗流影响,表面活性剂在气泡或液滴上的分布是不均匀的,在气泡或液滴表面存在张力梯度。研究了油滴在毛细管中的渗流特征以及界面张力的变化对油滴渗流的影响,结果表明,原油的分散程度越好,油滴的尺寸越小,油滴的渗流速度将越快。在添加表面活性剂进行蒸汽吞吐开采时,油滴的渗流速度将提高,对提高采油速率十分有利。辽河油田杜80块兴隆台14口井、杜84块绕阳河东43口井、曙175块77口井试验表明:在1年的试验期内,3个区块累计增产油4.353×104t,油汽比分别提高0.336、0.403、0.001,增产效果明显。图4参10     

高强电场中液滴静电运动特性

针对油田生产中含表面活性剂原油电脱水极为困难,缺乏理论指导的现状,采用动态微观实验的方法,研究含表面活性剂的油水系统中液滴在电场力作用下聚并排液的情况,计算液滴的聚结时间,并观测液滴发生形变直至破裂时各个阶段的现象。结果表明,表面活性剂可引起液滴界面排斥力上升,聚并过程中液面出现形变,降低液滴聚结速度。此外,液滴表面所吸附的表面活性剂分子会加剧液滴形变率,降低液滴破裂所需临界场强,并改变液滴破裂机制,增加了次级微小液滴的产生。须严格控制电场强度,以避免液滴变形破裂,提高聚结效率,确保电脱水的效果。