一种高乳化油水混合体系差异组份分质分类方法

摘要

本发明属于石油化工技术领域，公开了一种高乳化油水混合体系差异组份分质分类方法，该方法通过安装在沉降罐外输管线上的电导测定仪实现，电导测定仪按照设定的间隔测定时间测定电导率，将其测定电导率数据传输给所述数据处理及逻辑控制系统，数据处理及逻辑控制系统接收电导率数据，通过计算值或测量值与之对应组相阈值比对所得偏离大小，实现对各收集及处理系统来液阀门开启或关闭的控制，以达到分离沉降罐内不同组相目的。本发明可快速判定来液指标(油相含水量、或水相含油量)是否符合相应工艺处理单元进料指标要求；除此，还可完成对油层、高乳化油水混合过渡层、水层的区别，为其后续针对性处理提供支持。

说明书

技术领域

本发明属于石油化工技术领域，具体地说，是涉及一种油水混合体系分质分类方法。

背景技术

近年来，随着油田开采程度增加，驱油技术飞速发展，各种化学加药措施占据很大份量。化学措施虽能提升原油产量，但也带来了一系列负面影响，原油中残留各种化学物质，如：重金属钒、镍、锌、锰和铁等，这给后续油水分离处理系统带来了一系列负面影响。

其中，油污水沉降系统的原油老化(高乳化原油)是聚合物驱油和其它化学驱油技术导致的问题之一，并有逐年恶化趋势。高分子化合物可吸附在液珠表面上，形成稳定的吸附层，该吸附层比一般表面活性剂形成的界面膜厚、表面张力大、阻碍液珠聚并，增加了乳状液稳定性。表面活性剂可聚集在油水界面，能够分散液珠，阻碍液珠聚并。

在现有原油开采工艺中，原油采出液首先进入集输系统沉降罐中静置沉降。油水两相物性差异、互不相容，在沉降罐中形成油层上部聚集，水层在沉降罐底部汇聚。通过相界面判定，水相进入原油生产工艺水脱油处理单元，处理达标后回注地层。同时，油相进入原油生产系统油脱水处理单元，处理达标后原油外输。

除此，在原油炼制工艺中，原油进入常减压塔前，需进行脱盐脱水处理；即往原油中掺入一定量淡水，由于油水两相化学键极性不同，致使分散在油相中的矿物盐溶入水中，实现原油脱盐，随后油水混合液在沉降罐内静置沉降，完成油水两相分离。

由于化学驱油技术的应用，油水混合液在沉降罐内形成一个稳态度的高乳化性过渡层，从上往下依次为：原油层-过渡层(油包水)-过渡层(油水两相互混层)-过渡层(水包油)-水层。由于过渡层的存在，油水两相界面不清，高乳化油水混合过渡层难于与油层或水层区别，造成油脱水处理单元来液含水量超标，对工艺处理设备造成危害，并且造成外输油品不能达标。另一方面，水脱油处理单元来液含油量超标，形成对水处理单元冲击，出水指标不能满回注足要求。

基于以上阐述，油水两相区分以及油相、水相、高乳化油水混合过渡层收集已经成为油水混合液分离处理关键问题所在，目前虽有油水两相界面测定仪器，但因高乳化性过渡层的存在造成油水两相界面区分不清，测定仪器无法实现对油水界面的区分。为了满足生产需要，目前差异相区分主要依靠人工定时取样测量判定，即人工定时在输出端取出测量样品，检测样品含水量或含油量，判定来液指标是否符合相应处理工艺进料要求，不仅费时，而且误差较大，生产效率大大降低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高乳化油水混合体系差异组份分质分类方法，可快速判定来液指标(油相含水量、或水相含油量)是否符合相应工艺处理单元进料指标要求；除此，还可完成对油层、高乳化油水混合过渡层、水层的区别，为其后续针对性处理提供支持。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种高乳化油水混合体系差异组份分质分类方法，该方法按照如下步骤进行：

(1)加装电导测定仪到沉降罐的输出管线上，将所述电导测定仪的数据输出线连接数据处理及逻辑控制系统；并将水相收集及处理系统来液控制阀的控制系统数据线、油水混合过渡层收集及处理系统来液控制阀的控制系统数据线、油相收集及处理系统来液控制阀的控制系统数据线分别接入数据处理及逻辑控制系统；

(2)设定所述电导测定仪的测定间隔时间；

(3)在所述水相收集及处理系统来液控制阀、所述油水混合过渡层收集及处理系统来液控制阀、所述油相收集及处理系统来液控制阀均关闭的状态下，高乳化油水混合体系在所述沉降罐内静置沉降使油水两相实现分层后，所述水相收集及处理系统来液控制阀打开，同时所述电导测定仪开启对所述沉降罐的输出管线内介质电导率测定；

(4)所述电导测定仪按照设定的间隔测定时间测定所述沉降罐的输出管线内介质电导率，将其测定电导率数据传输给所述数据处理及逻辑控制系统，所述数据处理及逻辑控制系统接收电导率数据，根据电导率数据得到水相计算输出值，并计算连续n次水相计算输出值A的均值，然后将水相计算输出值A的均值与所述水相收集及处理系统的可处理最大含油偏离度A_α相比较，当连续n次所述水相计算输出值A的均值大于所述水相收集及处理系统的可处理最大含油偏离度A_α时，所述数据处理及逻辑控制系统发出指令使所述水相收集及处理系统来液控制阀关闭、所述油水混合过渡层收集及处理系统来液控制阀8打开；

其中，水相计算输出值A：

式中：A—水相计算输出值；

κ₁—沉降罐1内介质不含油条件下水相所对应的电导率；

κ₂—电导测定仪2所测得的电导率；

其中，所述水相收集及处理系统的可处理最大含油偏离度A_α：

式中：A_α—所述水相收集及处理系统的可处理最大含油偏离度；

C_Max—所述水相收集及处理系统的可处理来液最高含油量；

C₁—所述水相收集及处理系统的设计来液含油量；

(5)所述电导测定仪继续按照间隔测定时间测定所述沉降罐的输出管线内介质电导率，将其测定的电导率数据传输给所述数据处理及逻辑控制系统，所述数据处理及逻辑控制系统接收电导率数据，并将该电导率数据与所述油相收集及处理系统的设计来液含水量所对应的电导率相比较，当连续n次测量到的所述高乳化油水混液的电导率小于所述油相收集及处理系统的设计来液含水量所对应的电导率时，所述数据处理及逻辑控制系统控制所述油水混合过渡层收集及处理系统来液控制阀关闭，所述油相收集及处理系统来液控制阀打开。

其中，所述沉降罐的输出管线分别连接所述水相收集及处理系统的来液管线、所述油水混合过渡层收集及处理系统的来液管线、所述油相收集及处理系统的来液管线；所述水相收集及处理系统来液控制阀设置于所述水相收集及处理系统的来液管线上，所述油水混合过渡层收集及处理系统来液控制阀设置于所述油水混合过渡层收集及处理系统的来液管线上，所述油相收集及处理系统来液控制阀设置于所述油相收集及处理系统的来液管线上。

一种情况下，可以将所述测定间隔时间设定t为：

其中，V-所述沉降罐输出管线内介质平均流速；

L-所述电导测定仪所在位置到所述水相收集及处理系统来液控制阀、所述油水混合过渡层收集及处理系统来液控制阀、所述油相收集及处理系统来液控制阀之间的平均距离；

n-所述电导测定仪的测量次数，n＝3,4,…,10。

另一种情况下，可以分别设定水相收集及处理系统的间隔测定时间t_W、油水混合过渡层收集及处理系统的间隔测定时间t_M为：

其中，V-所述沉降罐输出管线内介质平均流速；

L_W-所述电导测定仪所在位置到所述水相收集及处理系统来液控制阀的距离；

L_M-所述电导测定仪所在位置到所述油水混合过渡层收集及处理系统来液控制阀的距离；

n-所述电导测定仪的测量次数，n＝3,4,…,10。

其中，n的取值为3-10次。

优选地，n的取值为5次。

本发明的高乳化油水混合体系差异组份分质分类方法，利用油、水两相溶解矿物盐电导性差异，构建油水混合液体系内电导率与含水量关系，在油水混合液体系内通过对电导率测量实现对油水混合液含水量推算的目的，同时结合油、水两相各处理单元来液指标要求(即：油相水含量、水相油含量)，还可实现对油层、高乳化油水混合过渡层、水层精准区分的目的，并能为各相后续处理单元来液控制阀操控系统提供逻辑判定依据。

注：在矿化度一定条件下，需构建油水混合液体系内含水量与电导率之间映射关系。

本发明的有益效果是：

由于高乳化油水混合体系过渡层的存在，油水两相相界面弱化，一般相界面探测设备无法实现对高乳化油水混合体系油水界面区分(如：超声波液位仪、雷达波液面探测仪)，通过本发明所提供的方法，可实现对油水混合体系差异组份分质分类。

本发明对高乳化油水混合体系差异组份分质分类方法主要是通过安装在沉降罐外输管线上的电导测定仪实现，相较现有罐体内相位判定仪器，其对控制系统反馈更及时，相应精度更高，可在线实现实时监测罐体排出液均质变化；基于油水混合体系分质分类阈值界定是由后续各处理单元来液工艺指标所得，因此本方法与后续油水各处理单元具有更好的协同性。

附图说明

图1为本发明所提供的高乳化油水混合体系差异组份分质分类方法的示意图。

上述图中：1、沉降罐；2、电导测定仪；3、油相收集及处理系统来液控制阀；4、油相收集及处理系统；5、油水混合过渡层收集及处理系统；6、水相收集及处理系统；7、水相收集及处理系统来液控制阀；8、油水混合过渡层收集及处理系统来液控制阀。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1所示，本发明提供了一种高乳化油水混合体系差异组份分质分类方法，该方法按照如下步骤进行：

(一)加装电导测定仪2到沉降罐1输出管线上，将电导测定仪2的数据输出线连接数据处理及逻辑控制系统；并将水相收集及处理系统来液控制阀7的控制系统数据线、油水混合过渡层收集及处理系统来液控制阀8的控制系统数据线、油相收集及处理系统来液控制阀3的控制系统数据线分别接入数据处理及逻辑控制系统。沉降罐1输出管线分别连接水相收集及处理系统6的来液管线、油水混合过渡层收集及处理系统5的来液管线、油相收集及处理系统4的来液管线。水相收集及处理系统来液控制阀7设置于水相收集及处理系统6的来液管线上，油水混合过渡层收集及处理系统来液控制阀8设置于油水混合过渡层收集及处理系统5的来液管线上，油相收集及处理系统来液控制阀3设置于油相收集及处理系统4的来液管线上。

(二)考虑沉降罐1输出管线内介质流量波动、组份含量波动对电导测定仪2测定的影响，可以分以下两种情况选取测定间隔时间；

情况一，当各收集及处理系统(水相收集及处理系统6、油水混合过渡层收集及处理系统5、油相收集及处理系统4)对来液组份波动抗冲击能力较强时(判断标准一般为来液均质波动最大偏离度大于8％)：

以沉降罐1输出管线内介质平均流速V(单位：米/秒或m/s)、电导测定仪2所在位置到各收集及处理系统来液控制阀(水相收集及处理系统来液控制阀7、油水混合过渡层收集及处理系统来液控制阀8、油相收集及处理系统来液控制阀3)之间的平均距离L(单位：米或m)、以及设定的测量次数n，估算间隔测定时间t(单位：秒或s)；n可取3到10次，可根据各收集及处理系统工艺来液介质设计指标及各处理单元抗冲击能力设定测量次数；

即测定间隔时间t：

情况二，当各收集及处理系统(水相收集及处理系统6、油水混合过渡层收集及处理系统5、油相收集及处理系统4)对来液组份波动抗冲击能力较弱时(判断标准一般为来液均质波动最大偏离度小于8％)：

为满足各收集及处理系统来液指标要求，保障各收集及处理系统排出液各项指标达标，分别确定水相收集及处理系统6和油水混合过渡层收集及处理系统5的间隔测定时间t_W和t_M(单位：秒或s)。由于在沉降罐1内各组份含量值无法确定，因此以沉降罐1输出管线内介质平均流速V(单位：米/秒或m/s)作为估算依据；测量次数n一般取3到10次，依据各收集及处理系统来液介质设计指标及各处理单元抗冲击能力设定测量次数；长度分别选取电导测定仪2所在位置分别到水相收集及处理系统来液控制阀7、油水混合过渡层收集及处理系统来液控制阀8的距离L_W、L_M(单位：米或m)，

即水相收集及处理系统6的间隔测定时间t_W、油水混合过渡层收集及处理系统5的间隔测定时间t_M分别为：

(三)逻辑控制判定方法：通过计算值或测量值与对应组相阈值比对所得的偏离大小，实现对各收集及处理系统来液阀门的开启或关闭的控制，以达到分离沉降罐1内不同组相目的。

具体步骤为：

(1)初始状态下，水相收集及处理系统来液控制阀7、油水混合过渡层收集及处理系统来液控制阀8、油相收集及处理系统来液控制阀3均为关闭状态。当高乳化油水混合体系在沉降罐1内静置沉降3-5天后，因油水两相互不相溶致使油水两相实现分层，此时水相收集及处理系统来液控制阀7打开，油水混合过渡层收集及处理系统来液控制阀8、油相收集及处理系统来液控制阀3继续保持关闭状态；同时电导测定仪2开启对沉降罐1输出管线内介质电导率测定。

(2)电导测定仪2按照间隔测定时间t或t_W测定沉降罐1输出管线内介质的电导率，将其测定电导率数据传输给数据处理及逻辑控制系统，数据处理及逻辑控制系统接收电导率数据，根据电导率数据得到水相计算输出值，并计算连续n＝5次(n的取值范围一般为3-10次)水相计算输出值A的均值，然后将水相计算输出值A的均值与作为阈值的水相收集及处理系统6的可处理最大含油偏离度A_α相比较。

随着沉降罐1内水相介质减少，剩余介质电导率降低，当连续5次水相计算输出值A的均值大于水相收集及处理系统6的可处理最大含油偏离度A_α时，表明进入水相收集及处理系统6中的油含量超标，此时，数据处理及逻辑控制系统发出指令使水相收集及处理系统来液控制阀7关闭、油水混合过渡层收集及处理系统来液控制阀8打开，而油相收集及处理系统来液控制阀3继续保持关闭状态。

其中，水相计算输出值A：

式中：A—水相计算输出值；

κ₁—沉降罐1内介质不含油条件下水相所对应的电导率，(单位：西门子或S)；

κ₂—电导测定仪2所测得的电导率，(单位：西门子或S)；

其中，水相收集及处理系统6的可处理最大含油偏离度A_α：

式中：A_α—水相收集及处理系统6的可处理最大含油偏离度；

C_Max—水相收集及处理系统6的可处理来液最高含油量，(单位：毫克.升^-1或mg.L^-1)；

C₁—水相收集及处理系统6的设计来液含油量，(单位：毫克.升^-1或mg.L^-1)。

(3)电导测定仪2继续按照间隔测定时间t或t_M测定沉降罐1输出管线内介质的电导率，将其测定的电导率数据传输给数据处理及逻辑控制系统，数据处理及逻辑控制系统接收电导率数据，并将该电导率数据与油相收集及处理系统4的设计来液含水量所对应的电导率相比较。

随着沉降罐1中高乳化油水混液(老化油层)的减少，高乳化油水混液中水含量也随之降低，电导率逐渐下降。当连续n＝5次(n的取值范围一般为3-10次)测量到的高乳化油水混液的电导率小于油相收集及处理系统4的设计来液含水量所对应的电导率时，数据处理及逻辑控制系统控制油水混合过渡层收集及处理系统来液控制阀8关闭，油相收集及处理系统来液控制阀3打开，水相收集及处理系统来液控制阀7继续关闭。

本发明能够保障油水两相收集及处理系统来液均质指标符合相应处理工艺设计指标要求，防止高乳化油水混合过渡层混入水相收集及处理系统6或油相收集及处理系统4，使其受到冲击。为验证本发明的实施效果，特做如下评价验证：

验证一：水相收集及处理系统6来液指标验证。经上述方法实现油水分离后，从水相收集罐体排液管线多次采样，人工测定取出样品含油指标，该指标低于后续水相处理系统来液水中含油量最大处理设计指标；

验证二：油相收集及处理系统4来液均质指标验证。在没有实施本申请专利技术方案前，油相收集及处理系统4来液均质指标受掺混高乳化过渡层油水混合液的影响，含水量偏高，致使油脱水设备问题不断(如：电脱水设备爬弧短路等问题)。使用本方法后，油相收集及处理系统4来液均质指标油相含水量低于该工艺均质设计指标，满足后续处理工艺要求。为验证该段油水分离效果，采用检测油相收集罐排出介质含水量指标，通过多次取样，人工检测采出样品油含水量，并与油处理系统来液均质设计指标比对(油含水量)，其结果为来液含水量低于工艺均质设计指标要求；

验证三：油水混合过渡层收集及处理系统5来液均质指标验证。该系统是为了防止高乳化油水混合液掺入水相或油相处理系统对其造成冲击，改造添置而成。为验证该段工艺分离效果，采用多次取样检测老化油收集处理罐外排管线内导出介质各组分指标，样品含水量满足大于油相处理工艺设计指标，含油量高于水相处理系统来液处理最大设计指标。

可见，通过以上方法，最终实现沉降罐1内高乳化油水混合体系差异组份分质分类精准进入各自处理系统，即水相进入水相收集及处理系统6、油水混合过渡层收集及处理系统5、油相进入油相收集及处理系统4。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。