原油乳化液动态破乳脱水特性评价装置及评价方法

摘要

本发明公开了一种原油乳化液动态破乳脱水特性评价装置及评价方法，包括乳化液供料罐、电加热设备、高速剪切分散机、乳化液计量泵、温度计、破乳盒、乳化液回收罐、破乳剂供料罐、加药泵、高压电源、示波器；乳化液供料罐和乳化液回收罐通过三通阀与乳化液计量泵的入口相连接，乳化液计量泵的出口连接破乳盒入口，破乳盒出口通过三通阀与乳化液供料罐和乳化液回收罐相连接；破乳盒的入口管路和出口管路上分别设有前取样口和后取样口，高压电源、示波器依次相连，为破乳盒施加高压电场，破乳盒在前取样口之前的入口管路上设有破乳剂供料罐和加药泵。结构紧凑、原油乳化液用量少且连续流动、破乳盒壳体材质透明便于观察，可以在实验室内或工程现场对原油乳化液的动态破乳脱水特性做出快速评价。

说明书

技术领域

本发明涉及一种原油乳化液动态破乳脱水特性测试技术，尤其涉及一种原油乳化液 动态破乳脱水特性评价装置及评价方法。

背景技术

水在原油开采的过程中几乎是“如影随形”，随着世界范围内各油田逐步进入开采 中后期以及强化采油(EOR)技术的广泛使用，油井采出液中的含水率逐年上升，乳化程度 日趋严重，不仅经常出现含水率高于15％的原油乳化液进入电脱水器的情况，而且电脱 水器中乳化层的厚度增大、乳化液稳定性增强等因素均使得原有的电脱水器难以应对， 频繁出现“垮电场”甚至“爬电”现象，很难将电脱水器出油口原油的含水率控制在 0.5％以下，为此各油田均在积极寻找应对的方法。与此同时，国内外科研工作者针对 W/O型乳化液的破乳脱水特性进行了大量应用基础研究，其中针对不同电场设计技术的 研究主要致力于探讨不同电场形式(匀强电场、非匀强电场、DC脉冲电场、AC脉冲电 场、AC/DC双电场等)、不同电场参数(电场波形、电场强度、电场频率、电场占空比等) 对电场破乳脱水性能、功率消耗的影响，其中对不同电场参数的研究发现：电场波形对 原油静电聚结效果有很大的影响；电场强度存在上临界值、下临界值，当电场强度位于 该区间内时具有较好的静电聚结破乳脱水效果；电场频率存在最优值，当电场频率位于 最优频率附近时原油乳化液体系的稳定性最差，原油破乳脱水效率最高；占空比不仅影 响破乳脱水效果，还对功率消耗有很大的影响。当然，针对不同化学破乳剂的研究则主 要致力于探讨破乳剂种类、浓度对破乳剂脱水性能、脱水水质的影响。

为获取不同原油乳化液破乳脱水所对应的最优电场参数或破乳剂种类及其添加剂 量，需要有针对性地进行大量实验研究，但国内外各油田现场实际生产系统的工艺参数 调节变化范围有限，很难对最优参数做出完整评价，实验室内因各方面条件的限制，工 况条件与现场实际又有很大不同，因此所得结论往往同实际情况相差甚远。

辽河石油勘探局李佳旭等人在专利CN200964398Y中提到一种原油脱水动态模拟装 置，该装置提出了“动态”这一概念，并能够针对外输原油药剂添加量、工作温度、脱 水时间三个参数进行评价实验，但该装置仅能够提供220V恒压电源，并没有涉及不同电 场参数对破乳脱水性能的评定。

陕西高新能源发展有限公司张淑芬在专利CN103555360A中提到一种电脱水实验系 统，该系统包括高频脉冲电源、乳化槽、微距镜头，介观级别的乳化槽中设有铜片电 极，该装置仅能在静态条件下通过使用显微镜对电场作用下的原油乳化液进行观测，功 能十分有限。

哈尔滨理工大学陈国庆等人在专利CN103059909A中提出了一种原油脱水动态可视 化模拟装置，以及利用该装置制备原油脱水的方法，该装置由高压电源、模温机、乳化 剪切调配罐、原油计量泵、高压电脱水器、废液罐、循环泵等组成，可以完成原油在不 同温度、流量、电场处理时间、电极板间距、电场参数条件下的动态脱水特性评价实 验，同时破乳盒上开有可视窗口，可以实时监测油水界面层变化情况。但装置仍存在很 多不足之处：①装置体积大、高压电脱水器结构复杂，不仅运行过程中需要消耗大量的 原油乳化液，而且实验结束后设备的及时清洗问题也难以有效解决；②该装置电极板为 裸露金属材料，含水率过高时会出现“垮电场”现象，很难对不同电场参数在高含水率 下的破乳脱水特性做出有效评价；③在对破乳脱水效果评价方式上，该装置仅通过使用 含水率在线监测仪对上层原油、下层污水进行监测，当原油层含水率<0.5％、水层含水率 >99.5％时分别进行排油、排水，同时通过可视窗口对油层进行观测，仅能从宏观角度对 电脱水性能进行评价，无法精确取样表征电场对乳化液理化特性的影响。综上所述很难 将该设备用于非厂矿企业下属实验室内的应用基础研究。

中石化炼化工程股份有限公司曹振兴等人在CN203768310U中提出了一种可视动态 电脱水模拟装置，该转置由原油加热罐、注水罐、混合搅拌加热罐、高压电源、柱塞计 量泵和回收罐组成，其电脱水罐主体部分由玻璃制成，能够实现对罐内原油乳化液的实 时观察，但存在以下问题：①裸露金属电极无法对高含水率原油乳化液实施电场破乳； ②除了对罐内原油乳化液电场破乳脱水情况进行观察外没有其余评价手段，所得结论缺 乏理论依据；③装置体积过大，运行过程中势必会消耗较多的原油乳化液，很难在非厂 矿企业下属实验室内得以应用。

泰州姜堰市分析仪器厂目前向各油田、炼油厂所销售的JDYZ-1型动态电脱盐试验装 置，包括油水混合装置、电脱水器、氮气补压系统、油水界面自动控制系统、超温超压 报警系统等，该装置特征在于配备有计算机控制系统，能够通过计算机对实验过程中的 各项参数进行实时监测及控制，自动化程度较高。但该实验装置存也在诸多不足之处： ①电脱水器使用不锈钢材质，运行过程中无法对其中乳化液的流动状态进行实时观测； ②电极板采用裸露金属材料，当原油乳化液含水率过高时会发生“垮电场”现象，无法 探究不同电场参数在高含水率下的脱水特性；③运行过程中消耗大量原油乳化液，在实 验室原油样品有限的情况下很难进行系统深入的实验研究；④该装置设计复杂，原油乳 化液粘度过高时管路极易堵塞，实验结束后设备的清洗问题也难以解决。

综上所述，现有技术中的原油乳化液静态破乳脱水实验结果与工程现场相差较大； 现有商品化动态(电场)破乳脱水评价实验装置尺寸较大，原油乳化液消耗多，且设备清洗 维护费时费力；而且现有商品化动态(电场)破乳脱水评价实验装置的极板为裸露金属，无 法适应高含水乳化液。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够对不同原油乳化液在不同电场参数/破乳剂种类/破乳剂 剂量下的动态破乳脱水特性做出快速而有效的评定的原油乳化液动态破乳脱水特性评价 装置及评价方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的原油乳化液动态破乳脱水特性快速评价装置，包括乳化液供料罐、电加热 设备、高速剪切分散机、乳化液计量泵、温度计、破乳盒、乳化液回收罐、破乳剂供料 罐、加药泵、高压电源、示波器；

所述乳化液供料罐和乳化液回收罐通过三通阀与所述乳化液计量泵的入口相连接， 所述乳化液计量泵的出口连接破乳盒入口，破乳盒出口通过三通阀与所述乳化液供料罐 和乳化液回收罐相连接；

所述破乳盒的入口管路和出口管路上分别设有前取样口和后取样口，所述破乳剂供 料罐与所述加药泵的入口相连，所述加药泵的出口通过闸阀与所述破乳盒在所述前取样 口之前的入口管路连接。

本发明的应用上述的原油乳化液动态破乳脱水特性评价装置实现原油乳化液动态破 乳脱水特性的评价方法，包括步骤：

A、按照比例将原油、水、乳化剂放入乳化液供料罐中，通过电加热设备使混合液维 持在设定温度后，使用高速剪切分散机对混合液进行剪切搅拌，以配制出不同稳定程度 的原油乳化液；

B、原油乳化液配制完成后，打开乳化液计量泵以设定的流速将原油乳化液泵入破乳 盒，待原油乳化液在快速评价装置内稳定流动后，通过调节三通阀，将经过电场作用的 原油乳化液打入乳化液回收罐中，随后依次打开高压电源、示波器，为破乳盒施加高压 电场，以便对其中的流动原油乳化液进行电场破乳脱水；

C、在前取样口取少量原油乳化液样品后，根据不同流速所对应的水力停留时间，在 一定时间间隔后于后取样口处取少量破乳后的原油乳化液样品；

D、结合前取样口、后取样口所取样品，借助测量仪器对原油乳化液中分散相水颗粒 粒径、乳化液稳定性等进行分析表征，从定量的角度评价原油乳化液电场破乳脱水的效 果；也可以借助离心分离机对原油乳化液样品进行离心处理，通过对比离心分离后的脱 水量来评价破乳脱水效果；

E、实验结束后，首先将装置内的原油乳化液排空，在乳化液供料罐中倒入适量清洗 剂，打开乳化液计量泵，通过调节破乳盒前后三通阀，使其在乳化液供料罐、破乳盒、 乳化液回收罐内循环往复流动，快速完成装置的清洗工作。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的原油乳化液动态破乳 脱水特性评价装置及评价方法，用于针对相同或不同原油乳化液在相同或不同电场参数/ 破乳剂种类/破乳剂浓度下的动态破乳脱水特性做出快速评价，该评价装置具有结构紧 凑、原油乳化液用量少且连续流动、破乳盒壳体材质透明便于观察等优点，不仅可以在 实验室内对原油乳化液的动态破乳脱水特性做出快速评价，同时也可以做成便携式设 备，为工程现场提供有效的测试服务。

附图说明

图1为本发明实施例提供的原油乳化液动态破乳脱水特性快速评价装置的流程示意 图；

图2为本发明实施例中破乳盒(8)的主剖视结构示意图；

图3为图2的A-A线的剖视图。

图中各标记如下：

1-乳化液供料管、2-电加热设备、3-高速剪切分散机、4-三通阀、5-乳化液计量泵、 6-温度计、7-前取样口、8-破乳盒、9-破乳盒低压端、10-后取样口、11-三通阀、12-乳化 液回收罐、13-高压电源、14-破乳盒高压端、15-电压测试信号、16-电流测试信号、17- 示波器、18-破乳剂供料罐、19-加药泵、20-闸阀、21-左侧端盖、22-低压极板绝缘材 料、23-低压电极板、24-破乳盒入口、25-破乳盒壳体、26-密封垫圈、27-高压电极板、 28-高压极板绝缘材料、29-右侧端盖、30-破乳盒出口、31-矩形曲折流道。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的原油乳化液动态破乳脱水特性快速评价装置，其较佳的具体实施方式是：

包括乳化液供料罐1、电加热设备2、高速剪切分散机3、乳化液计量泵5、温度计6、 破乳盒8、乳化液回收罐12、破乳剂供料罐18、加药泵19、高压电源(13)、示波器(17)；

所述乳化液供料罐1和乳化液回收罐12通过三通阀4与所述乳化液计量泵5的入口相连 接，所述乳化液计量泵5的出口连接破乳盒入口24，破乳盒出口30通过三通阀11与所述乳 化液供料罐1和乳化液回收罐12相连接；

所述破乳盒8的入口管路和出口管路上分别设有前取样口7和后取样口10，所述破乳 剂供料罐18与所述加药泵19的入口相连，所述加药泵19的出口通过闸阀20与所述破乳盒 8在所述前取样口7之前的入口管路连接。

所述高压电源(13)与示波器(17)相互连接，所述高压电源13与所述破乳盒高压端14相 连。

所述乳化液供料罐1中安装有所述电加热设备2，所述乳化液供料罐1的出口管路上 设有所述温度计6，所述乳化液供料罐1的出口管路上安装有伴热设备。

所述破乳盒8包括破乳盒壳体25、左侧端盖21和右侧端盖29，所述左侧端盖21、右 侧端盖29与破乳盒壳体25之间通过螺栓连接，并设有密封垫圈26，所述左侧端盖21和右 侧端盖29上分别固定有低压电极板23和高压电极板27，所述破乳盒壳体25的下部和上部 分别设有破乳盒入口21和破乳盒出口30。

所述高压电极板27和低压电极板23的表面分别覆盖有绝缘层28、22，并使用绝缘材 料分别将所述高压电极板27和低压电极板23与所述右侧端盖29、左侧端盖21浇铸成一个 整体，所述高压电极板27、低压电极板23分别通过破乳盒高压端14、破乳盒低压端9与外 界相连，且，所述高压电极板27、低压电极板23与破乳盒壳体25共同围成矩形曲折流道 31。

所述乳化液供料罐1、乳化液回收罐12和破乳盒壳体25均为透明材质。

整个评价装置为放置在箱式壳体内的便携式撬装结构，并设有显示触摸屏。

本发明的应用上述的原油乳化液动态破乳脱水特性评价装置实现原油乳化液动态破 乳脱水特性的评价方法，其较佳的具体实施方式是：

包括步骤：

A、按照比例将原油、水、乳化剂放入乳化液供料罐1中，通过电加热设备2使混合液 维持在设定温度后，使用高速剪切分散机3对混合液进行剪切搅拌，以配制出不同稳定程 度的原油乳化液；

B、原油乳化液配制完成后，打开乳化液计量泵5以设定的流速将原油乳化液泵入破 乳盒8，待原油乳化液在快速评价装置内稳定流动后，通过调节三通阀11，将经过电场作 用的原油乳化液打入乳化液回收罐12中，随后依次打开高压电源13、示波器17，为破乳 盒8施加高压电场，以便对其中的流动原油乳化液进行电场破乳脱水；

C、在前取样口7取少量原油乳化液样品后，根据不同流速所对应的水力停留时间， 在一定时间间隔后于后取样口10处取少量破乳后的原油乳化液样品；

D、结合前取样口7、后取样口10所取样品，借助测量仪器对原油乳化液中分散相水 颗粒粒径、乳化液稳定性等进行分析表征，从定量的角度评价原油乳化液电场破乳脱水 的效果；也可以借助离心分离机对原油乳化液样品进行离心处理，通过对比离心分离后 的脱水量来评价破乳脱水效果；

E、实验结束后，首先将装置内的原油乳化液排空，在乳化液供料罐1中倒入适量清 洗剂，打开乳化液计量泵5，通过调节破乳盒8前后三通阀4、11，使其在乳化液供料罐 1、破乳盒8、乳化液回收罐12内循环往复流动，快速完成装置的清洗工作。

所述步骤B中，待原油乳化液在快速评价装置内稳定流动后，除使用电场破乳外，还 可以使用加药泵19在前取样口7与破乳盒8之间的管路上注入破乳剂，还可以在破乳剂单 独作用或“电场+破乳剂”共同作用下，对其破乳脱水特性进行快速评价；

所述步骤C中前后取样口取样间隔时间应与乳化液电场作用时间相对应，通过尽可能 测量对比同一批次的原油乳化液而使得实验数据更为可信；

所述步骤D对样品分析表征的过程中，可单独测量原油乳化液中分散相水颗粒粒径、 乳化液稳定性、离心脱水率等数据，也可以将几种表征手段联合使用。

本发明的原油乳化液动态破乳脱水特性快速评价装置及评价方法，能够更为全面、 科学在实验室内或工程现场对不同原油乳化液在不同电场参数/破乳剂种类/破乳剂剂量下 的动态破乳脱水特性做出快速而有效的评定。

经过实际加工制造出相应的快速评价装置并经过室内试验测试，表明本发明具有如 下优点和效果：

1、装置中的乳化液为连续流动状态，解决了以往实验室内使用静态破乳脱水装置得 出的数据与工程现场中的情况差距较大的问题。

2、由于乳化液动态破乳脱水特性快速评价装置运行时消耗的W/O型乳化液体积较少 (可低至2.5L)，使得在实验室内对不同乳化液的电场破乳、化学破乳等脱水特性做出方 便、快捷的评价成为可能，同时可以做成放置在箱式壳体内的便携式撬装结构，这样不 仅能够为实验室，而且可以为工程现场提供及时有效的测试评价服务。

3、由于破乳盒内板式金属电极都采用绝缘材料浇筑密封，相比传统电场脱水评价装 置中裸露金属材料的电极板而言，在处理高含水W/O型乳化液时也不会出现“垮电场” 现象。

4、乳化液供料罐、乳化液回收罐、破乳盒壳体均采用透明材料制成，便于对乳化液 破乳后的重力分离沉降效果进行实时目视观测。

5、使用乳化液动态破乳脱水特性快速评价装置，针对前后取样口乳化液样品，通过 对其水滴粒径测量、稳定性表征、离心脱水率定量观测以及对破乳盒内部状态实时摄像 记录等评价手段，能够对原油乳化液动态破乳脱水性能做出科学客观而又全面细致的评 定。

具体实施例：

实施例一：

如图1、图2、图3所示，本实施方式原油乳化液动态破乳脱水特性快速评价装置包 括：乳化液供料罐(1)、电加热设备(2)、高速剪切分散机(3)、乳化液计量泵(5)、温度计 (6)、破乳盒(8)、乳化液回收罐(12)、高压电源(13)、示波器(17)、破乳剂供料罐(18)、加 药泵(19)等组成。乳化液供料罐(1)、乳化液回收罐(12)通过三通阀(4)与乳化液计量泵(5) 入口相连接，乳化液计量泵(5)出口连接破乳盒入口(24)，破乳盒出口(30)通过三通阀(11) 与乳化液供料罐(1)、乳化液回收罐(12)相连接，高压电源(13)、示波器(17)依次相连，其 中高压电源(13)同破乳盒高压端(14)相连可为破乳盒(8)提供高压电场，与此同时破乳剂供 料罐(18)同加药泵(19)相连，可在前取样口(7)与破乳盒(8)之间的管路上注入破乳剂；破 乳盒(8)主要由左侧端盖(21)、右侧端盖(29)，低压电极板(23)、高压电极板(27)，破乳盒 壳体(25)构成，左侧端盖(21)、右侧端盖(29)同破乳盒壳体(25)之间通过螺栓连接，同时 使用密封垫圈(26)防止原油乳化液外漏，在破乳盒壳体(25)的下部设有乳化液入口(24)， 在破乳盒壳体(25)的上部设有乳化液出口(30)。

本实施例能够通过使用电加热设备(2)和温度计(6)，调节原油乳化液温度；能够通过 使用高剪切分散机(3)配制不同含水率和不同稳定性要求的原油乳化液；能够通过改变乳 化液计量泵(5)的输出流量，调节乳化液在破乳盒(8)中的停留时间；能够通过调节高压电 源(13)输出信号，为破乳盒(8)提供不同类型的电场环境；能够通过添加不同种类的破乳 剂或不同浓度的破乳剂，探究破乳剂对原油乳化液破乳脱水性能的影响；所得数据对为 生产运行提供了有力的理论依据。

实施例二：

本实施方式与实施方式一不同的是：使用原油乳化液动态破乳脱水特性快速评价装 置的方式，具体步骤如下：

1、按照比例将原油、水、乳化剂放入乳化液供料罐(1)中，通过电加热设备(2)使混 合液维持在设定温度后，使用高速剪切分散机(3)对混合液进行剪切搅拌，以配制出不同 含水率和不同稳定程度的原油乳化液。

2、原油乳化液配制完成后，打开乳化液计量泵(5)以设定的流量将原油乳化液泵入破 乳盒(8)，待原油乳化液在快速评价装置内稳定流动后，通过调节三通阀(11)，将经过电 场作用的原油乳化液返回乳化液回收罐(12)中，随后依次打开高压电源(13)、示波器 (17)，为破乳盒(8)施加高压电场，以便对其中的流动原油乳化液进行破乳脱水。

3、在前取样口(7)取少量原油乳化液样品后，根据不同流速所对应的水力停留时间， 在一定时间间隔后于后取样口(10)处取少量破乳后的原油乳化液样品。

4、结合前取样口(7)、后取样口(10)所取样品，借助测量仪器对原油乳化液中分散相 水颗粒粒径、乳化液稳定性等进行分析表征，从定量的角度评价原油乳化液电场破乳脱 水的效果；也可以借助离心分离机对原油乳化液样品进行离心处理，通过对比离心分离 后的脱水量来评价破乳脱水效果。

5、实验结束后，首先将装置内的原油乳化液排空，在乳化液供料罐(1)中倒入适量清 洗剂，打开乳化液计量泵(5)，通过调节破乳盒(8)前后三通阀(4)、(11)，使其在乳化液供 料罐(1)、破乳盒(8)、乳化液回收罐(12)内循环往复流动，快速完成装置的清洗工作。其 它与具体实施方式一相同。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替 换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的 保护范围为准。