外施电场下原油乳化液的破乳及水滴动力学特性研究

摘要

原油脱水是原油加工过程中一个不可或缺的环节。目前，陆上油田大多采用化学破乳和电破乳两种方法。然而国内外对外施电场下破乳剂破乳特性的研究鲜有见到，且电场下水滴的形变、聚结机理尚未形成系统的理论体系。针对目前存在的问题，本文主要开展工作如下：
　　为了在微观层面上研究电场作用下破乳剂的破乳特性，本文运用Material Studio软件对破乳剂在油水界面的分布以及电场作用下破乳剂在乳化液中的扩散情况进行了模拟。模拟结果表明：破乳剂会将体系中的乳化剂从油水界面上替换下来，降低体系的界面张力，形成低强度的界面膜，从而实现对乳化液的破乳；电场的作用增加了破乳剂分子的扩散系数，且在一定范围内增大场强有利于破乳剂向油水界面扩散，进而提高破乳效果。
　　为研究电场下水滴的动力学特性，运用Comsol Multiphysics软件，采用电场与流场相耦合的方法，对水滴的形变、聚结行为进行模拟，并分析影响水滴动力学特性的因素。研究结果表明：电场强度越高，水滴形变量越大，且聚结速率越快，但电场强度过高，水滴会发生破裂，且破裂方式和界面张力有关；水滴直径越大，界面张力越小，越容易发生形变和聚结；非均匀电场下，水滴受到介电泳力作用，除发生形变外，会向电场密度大处发生移动。
　　为了对本文仿真结果进行验证，在实验室中利用中小型脱水系统开展了交流电场下原油乳化液的脱水试验，同时利用高速摄像机对水滴的形变、破裂和聚结现象进行观测。试验结果表明：在一定范围内增大场强，脱水速率提高，但外施场强高于临界场强时，脱水速率反而下降；降低界面张力和增大水滴直径均会提高脱水速率；含水率较低时，圆柱电极下由于水滴受到介电泳力的作用，脱水速率较平板电极更快；破乳剂-电场联合脱水效果优于单独电场法和单独破乳剂法，且在一定范围内增加破乳剂含量，乳化液界面张力降低，脱水速率提高。试验结果较好地验证了本文的仿真结果。

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第1章 绪论

1.1课题研究背景、目的及意义

1.2原油脱水国内外研究现状

1.2.1破乳剂破乳研究现状

1.2.2电脱水研究现状

1.2.3仿真模拟研究现状

1.3课题主要研究内容

第2章 外施电场下破乳剂破乳特性的动力学模拟

2.1破乳剂在油水界面分布的DPD模拟

2.1.1 DPD模拟方法

2.1.2破乳剂仿真模型

2.1.3模拟参数设置

2.1.4模拟结果

2.2电场对破乳剂扩散性质影响的MD模拟

2.2.1 MD模拟方法

2.2.2乳化液模型构建

2.2.3模拟参数设置

2.2.4模拟结果

2.3本章小结

第3章 工频交流电场下水滴动力学特性仿真分析

3.1水滴动力学特性仿真设置

3.1.1水滴仿真模型

3.1.2电场力模型

3.1.3流体运动控制方程

3.1.4界面追踪

3.1.5边界条件

3.2水滴动力学仿真结果

3.2.1水滴的形变

3.2.2水滴的破裂

3.2.3水滴的聚结

3.3水滴动力学特性影响因素

3.3.1电场强度

3.3.2界面张力

3.3.3水滴直径

3.3.4极板形式

3.4水滴形变与We数的关系

3.5本章小结

第4章 乳化液电脱水试验研究

4.1电脱水试验系统及试验方法

4.2试验介质及物性参数

4.2.1试验介质的选取

4.2.2介质物性参数的测量

4.3试验结果及分析

4.3.1水滴在电场下的形变、聚结及破裂现象

4.3.2场强对脱水效果的影响

4.3.3界面张力对脱水效果的影响

4.3.4水滴直径对脱水效果的影响

4.3.5极板形式对脱水效果的影响

4.3.6破乳剂-电场联合脱水

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢