电场作用下乳状液油水相间动力学特征

随着大庆油田的不断开采和三次采油的技术不断发展,目前油井采出液逐渐呈现为高含水率、导电性强、高乳化度和高黏度的特点。而且在水包油（O/W）乳状液体系中,静电分离的研究比较少。为了实现高含油浓度水包油（O/W）型乳状液的电场破乳分水,对电絮凝技术的工作原理进行借鉴,进行静态电场破乳预分水实验。在油包水的乳状液中,油相和水相的电导率差异很大。在外加电场后,首先通过静电场可以使水滴发生极化,极化后的水滴在电场和相互吸引力的共同作用下发生碰撞聚结。这个过程包括运移聚结和偶极子聚结。在对乳状液理化特性进行量化表征以确保其稳定性的基础上,以预分水率为主要评价指标,对3∶7和2∶3两种体积比例的水包油（O/W）型乳状液静态破乳与分水特性的影响因素进行了研究。     

极板结构及布置方式对动态脉冲电脱水的影响

基于动态脉冲电脱水实验及数值模拟手段,全面考察了极板结构及布置方式对动态脉冲电脱水性能的影响。结果表明,在停留时间一定的前提下增加极板长度,可提高脱水器内乳状液的湍流程度,增加水滴的静电聚结几率,提高乳状液的破乳分离效果,而脱水能耗小幅增加。极板倾斜放置时,电场梯度的存在改善了分散相水滴的受力状况,促进了水滴的聚并沉降,并在一定程度上降低了大水滴的过度极化和电分散趋势,动态电脱水器的性能得到提升。实验条件下,电场方向与水滴沉降方向正交时,水滴的静电聚结几率较大,脱水效果较佳。     

不同含水率下电场参数对动态脉冲电脱水的影响

为全面考察不同含水率下各电场参数对动态脉冲电脱水性能的影响规律,进行了动态高压高频脉冲电脱水室内实验研究。结果表明:乳状液含水率较高时,分散相水滴粒径较大、间距较低,所需静电极化作用力大大降低,低电压下也能保证较高的水处理效率。电场频率为4 kHz时,动态电脱水器的性能较优,动态电脱水过程中的剪切弥散效应,增加了水滴间的碰撞聚结,高频条件下高含水率的乳状液破乳所需电场能减小,脱水功率降低。脉宽比为0.5时,动态电脱水器的脱水性能最优,而当含水率较高、脉宽比较大时,脱水电流过大导致垮电场,严重影响脱水器的安全稳定运行。上述成果为高效紧凑静电脱水设备的研究开发奠定了实验基础。     

高压高频动态脉冲电场参数对水滴聚并速率的影响

在室内动态实验研究基础上,全面考察高压高频脉冲电场的场强、频率、占空比对静电聚结器出口水滴粒度分布、中位粒径以及静电聚结器平均功率的影响规律,归纳了水滴聚并速率模型。研究结果表明,在乳状液初始分布一定的情况下,一定范围内增大电场强度、电场频率和脉宽比,有助于提升水滴的静电聚并速率。电场强度超过1.87k V?cm-1后发生电分散,聚并速率降低。连续相的黏度越小,水滴在迁移聚并过程中的阻力越小,聚并速率越大。脱水电流随各电场参数的增加而增大,电流过大时,部分电场能经水链发生泄漏,水滴聚并速率有所降低。所得到的水滴聚并速率表达式反映了高压高频脉冲电场参数对水滴聚并规律的影响,为脉冲静电聚结破乳机理的深入研究奠定基础。     

无机盐浓度和种类对静电破乳的影响

为探究静电聚结破乳机理,采用显微实验研究的方法,深入考察不同无机盐浓度和种类条件下W/O乳状液分散相液滴在脉冲电场作用下的破乳聚并行为。实验发现,一定范围内,随溶于分散相无机盐浓度的增加,液滴电导率增大,极化作用力增强,迁移聚并速率加快,沉降分离效果提升。无机盐浓度过高时,极化作用力、离子冲击力激增,出现过度极化现象。电导率、界面张力、pH值和介电常数差别不大的条件下,液滴的极化效果主要取决于离子极化效应,高价盐的静电聚结速率显著增大。油水界面张力低、离子价位高的条件下,极易形成数量较多、长度极长的液链,降低了液滴的迁移聚并速率。上述研究成果为高效紧凑的静电聚结设备的开发提供了依据。     

高频脉冲电场参数对水滴极化变形的影响

在理论分析基础上进行显微实验,得到了高压高频脉冲电场参数对水滴极化变形的影响规律。结果表明,随电场强度的增加,水滴的变形度近似呈抛物线形增大,水滴的极化弛豫时间降低,极化电荷的迁移速度增加,水滴最大变形度所对应的电场频率增大。电场频率过低时,油水乳状液的电容较大,极化电压过小,极化程度较低;电场频率偏离水滴固有频率越多,水滴的振荡幅度及共振效应越差,水滴的变形受到抑制。随占空比的增加,作用于水滴的电场能随之增加,水滴变形度增加;占空比过大,部分电场能经油相发生泄漏,水滴变形度小幅降低。研究发现,高压高频脉冲电场作用下,各电场参数间的交互作用对水滴极化变形的影响不可忽略。上述研究成果为高压高频脉冲静电破乳机理的深入探讨奠定了基础。     

电脱盐条件下水滴聚并过程影响因素初探

在对国内外相关文献调研的基础上,对电脱盐条件下水滴聚并过程的影响因素进行了初步探讨.水滴在电场中的聚结方式主要有偶极聚结、振荡聚结、电泳,介电泳等;水链的形成在一定程度上有利于水滴的碰撞与聚并,而电分散则对电聚结起到了负面效果,应予以避免:高频电场和脉冲电场的聚结效果好于交流电场和直流电场,减小极板间距可以提高聚结效果,减少极板的边缘效应;乳状液中水相体积分数、界面膜、油相体积分数等均会对聚结速率产生显著影响.     

水滴间距对高压高频脉冲静电聚结特性的影响

为了深入探究W/O乳状液静电聚结过程中水滴间距对静电聚结特性的影响,本文在高压高频脉冲电场条件下,通过实验研究了水滴间距对水滴平均变形度及相互靠近速率的影响。结果表明:随着电场施加时间增加,水滴相互靠近,水滴的平均变形度随聚并时刻比的增大而增大;不同粒度条件下,随着水滴中心距比的增大,水滴的平均变形度呈现下降的趋势,水滴的相互靠近速率随之减小;在相同中心距比下,水滴相互靠近的速率随着聚并时刻比的增加而升高;随着水滴中心距比的增大,水滴聚并所需时间越长;随水滴间距的增大,不同粒径水滴所需聚并时间的差值有所增大,水滴靠近速率的差值有所降低。本研究为高效紧凑的脉冲电聚结设备研发及静电破乳机理研究提供理论基础。     

脉冲电场作用下液滴数值模拟研究

根据高频脉冲电场中乳状液破乳的相关研究,拟通过对液滴在脉冲电场中变形、破裂以及聚并研究,设计水滴静电聚结实验样槽,并运用comsol软件进行脉冲电场数值模拟,建立液滴在脉冲电场作用下的理论模型。通过模拟结果发现,电场的临界电场强度在350～500 k V/m之间时,液滴的拉伸接近纺锤形且达到拉伸极限,同时对电场中变形因素进行分析,形象的描述了液滴在电场中的变形,为电场破乳提供研究基础。     

流花油田老化油高频/高压脉冲交流电场破乳脱水研究

在测定老化油乳化液粘度-温度曲线、含水率反相点曲线的基础上,采用静态静电聚结破乳实验装置研究了油水反相特性对电场破乳脱水效果的影响,使用自主搭建的动态破乳脱水特性快速评价装置研究了高频/高压脉冲交流电场下电场强度和频率对老化油乳化液破乳脱水效果的影响. 结果表明,流花油田老化油反相点含水率约为40%,油水反相过程中乳化液粘度增加,电场破乳脱水难度增大;老化油乳化液含水率为30%时,最优电场强度1.25 kV/cm、电场频率2.5 kHz下破乳后的离心脱水率为97.8%,远高于工频电场下的离心脱水率(4.2%),高频/高压电场破乳比工频/高压电场破乳优势明显.     

电场作用下双液滴聚合特性

乳状液破乳分离是目前高含水期油田开采过程中难以解决的技术问题,电场破乳方法具有高效清洁等优点,是解决该问题的有效手段。采用数值模拟与试验验证相结合的方法研究电脱水过程中阶跃、斜坡电场诱导下双液滴的聚合与分离特性。结果表明,在斜坡电场作用下,界面张力引起的泵吸作用大于电场力引起的颈缩作用,有利于液滴聚并,且液滴发生二次乳化现象的概率降低。而施加阶跃电场时,一定范围内能够达到液滴破乳的目的,但液滴在聚并过程中易发生二次乳化现象。从电场对连续相影响的角度分析发现,阶跃电场不仅对液滴具有驱动作用,对连续相的影响也较为明显,阶跃电场会增大连续相内湍流作用,不利于电脱水过程。因此,采用斜坡信号诱导液滴聚合能够降低二次乳化现象发生的概率。     

高压脉冲电场破乳的影响因素探讨

在高压脉冲电场中,W/O乳状液的分散相液滴产生聚结和沉降,可与连续相分离开来。采用以新型电极作为内电极的同心圆柱状破乳装置对模拟W/O乳状液进行破乳,对其影响因素电极、试验电压、破乳时间、温度等进行试验研究。试验结果表明：采用3#电极时破乳率最高;随着试验电压的提高,时间增长,温度升高,其破乳率都能提高。对各影响因素的影响机理进行了分析,同时指出了试验的不足之处。     

稠油脱水的优化方法

使用一种按照严格方法处理过的稠油在实验室中进行实验,从而对电聚结油水分离法进行优化。实验结果表明电聚结破乳法能在短时间内导致一些水滴聚结,但是却无法完全分离出水相,必须在破乳后结合重力分离才能达到最好的效果。加入不同的破乳剂,会对实验结果造成不同的影响。     

炼厂污油静电聚结脱水研究

针对目前炼油厂污油乳化严重、高含水、高含盐、性质复杂难处理的特点,在现有的静电聚结理论研究基础之上,采用绝缘复合电极装置,开展静电聚结污油脱水研究。通过静电聚结脱水试验考察了绝缘电极杆长度、电压、停留时间、温度、注水量等因素对污油脱水效率的影响。试验结果表明,对某炼厂含水率为15.36%的污油,进行一级电脱分离,即可满足污油脱后含水率小于0.5%的回炼指标,脱水效率可达97%以上。     

新型静电聚结器中水滴聚结特性研究

传统电脱水器采用裸电极,含水率较高时在高强电场作用下容易发生击穿现象,今设计了包覆绝缘层的高压电极并加工了新型静电聚结器,可有效避免击穿现象的发生。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对水滴的聚结规律进行了观察和分析,探索了电场强度、流量、含水率等因素对水滴聚结特性的影响。结果表明: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,但高于临界场强后容易导致液滴破碎;含水率为10%、20%、30%时,最优电场强度不同,分别是372、320和204 kV m 1;含水率10%和30%乳化物液滴粒径增大倍数明显大于含水率20%的工况;电场作用时间影响液滴聚结效果,高强电场在低流量下具有很显著的作用;随着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。     

W/O型油水乳化液物理破乳技术及装置研究进展

综述了石油原油或废油中W/O型油水乳化液物理破乳技术及装置的研究现状及发展趋势,分别从施加外力破乳和施加场能破乳两个方面介绍了W/O型油水乳化液的物理破乳技术及装置各自的优缺点。施加外力破乳技术及装置方面,重点介绍了施加离心力破乳的旋流破乳装置、施加聚结力破乳的聚结板式破乳装置和施加压力破乳的膜破乳装置;施加场能破乳技术和装置方面,重点介绍了施加微波场的微波破乳装置、施加超声场的超声波破乳装置以及施加电场的电破乳装置;并着重阐述水击谐波破乳技术及装置的工作机理、结构及工作流程。最后指出破乳技术及装置研究方向为装置的新型化、节能环保化、智能化以及轻量化。     

Effectiveness and limitations of two drop studies to explain emulsion dehydration under modulated electric fields

Electrocoalescence has long been known for the separation of a water-in-oil emulsion. An associated challenge with electrocoalescers is the undesired noncoalescence and consequently chain formation of aqueous phase droplets. This leads to low separation efficiency and damage of electrical equipment. Recently Hasib et al. proposed an electric field modulated scheme that showed significant improvement in dehydration of water-in-oil emulsions. They investigated the range of modulation parameters when the scheme is most effective. The fundamental process in electrostatic dehydration of an emulsion is the interaction between a pair of water droplets. In the present study, two suspended aqueous drops in insulated oil experiments are compared for their behavior under unmodulated and modulated electric fields. Further, a model is developed and the experimental behavior under unmodulated and modulated electric fields is compared with numerical solutions. The model predicts the experimental observations accurately by balancing electrostatic, electrophoresis, dipolar, and resisting viscous drag forces, ignoring the end (bridge) effect during the contact. The study shows that the increase in the rate of dehydration of a water-in-oil emulsion under modulated electric fields with an increase in duty ratio and its near independence on the modulation time period can be explained by the two-drop studies. However, several other processes such as multidrop interactions as well as scavenging of fine droplets by charged droplets created as intermediates in the interaction of two droplets cannot be explained by the two-drop studies.     

Enhanced Coalescence of Emulsion in an Electric Field

Abstract

The action of an electric field on an emulsion produced effects like drop disintegration and promoted coalescence. High and low field intensities modify droplet displacements due to electrostatic forces. In this investigation a water-in-oil type of emulsion was prepared using distilled water and soap as the surfactant. After mixing, these emulsions were separated under an applied direct current high voltage electric field at a fixed 2.09 kV applied output voltage across the system. The time of coalescence, upper plate position, mixing time, and dispersion/coalesced phase volume interface are the parameters considered to influence the coalescence parameter and dispersion band hold-up. The results show that the prepared emulsion can be separated back into its bulk phases by using electric fields. The degree of separation depends on the applied voltage.     

微波破乳器的实验研究

对自制的800 W隧道式箱型微波破乳器进行了微波破乳实验研究. 详细考察了影响微波破乳器破乳效果的工艺参数,得出了最佳条件：流量70 L/h,温升速率16℃/min. 最佳实验条件下,含水50.0%的乳状液经微波破乳-离心分离后得到的离心油样含水率为2.2%. 循环连续破乳实验表明,含水率随有效停留时间的延长逐渐趋于稳定,采用多级串联的方法可以提高处理量,且可达到较好的破乳效果. 通过对微波破乳器的场强分布数值模拟,对比了有物料和无物料两种情况下微波破乳器的场强分布差异,为微波破乳器的进一步放大提供了依据.