一種高乳化油水混合體系差異組份分質分類方法與流程

2023-06-03 23:52:26

本發明屬於石油化工技術領域，具體地說，是涉及一種油水混合體系分質分類方法。

背景技術：

近年來，隨著油田開採程度增加，驅油技術飛速發展，各種化學加藥措施佔據很大份量。化學措施雖能提升原油產量，但也帶來了一系列負面影響，原油中殘留各種化學物質，如：重金屬釩、鎳、鋅、錳和鐵等，這給後續油水分離處理系統帶來了一系列負面影響。

其中，油汙水沉降系統的原油老化(高乳化原油)是聚合物驅油和其它化學驅油技術導致的問題之一，並有逐年惡化趨勢。高分子化合物可吸附在液珠表面上，形成穩定的吸附層，該吸附層比一般表面活性劑形成的界面膜厚、表面張力大、阻礙液珠聚並，增加了乳狀液穩定性。表面活性劑可聚集在油水界面，能夠分散液珠，阻礙液珠聚並。

在現有原油開採工藝中，原油採出液首先進入集輸系統沉降罐中靜置沉降。油水兩相物性差異、互不相容，在沉降罐中形成油層上部聚集，水層在沉降罐底部匯聚。通過相界面判定，水相進入原油生產工藝水脫油處理單元，處理達標後回注地層。同時，油相進入原油生產系統油脫水處理單元，處理達標後原油外輸。

除此，在原油煉製工藝中，原油進入常減壓塔前，需進行脫鹽脫水處理；即往原油中摻入一定量淡水，由於油水兩相化學鍵極性不同，致使分散在油相中的礦物鹽溶入水中，實現原油脫鹽，隨後油水混合液在沉降罐內靜置沉降，完成油水兩相分離。

由於化學驅油技術的應用，油水混合液在沉降罐內形成一個穩態度的高乳化性過渡層，從上往下依次為：原油層-過渡層(油包水)-過渡層(油水兩相互混層)-過渡層(水包油)-水層。由於過渡層的存在，油水兩相界面不清，高乳化油水混合過渡層難於與油層或水層區別，造成油脫水處理單元來液含水量超標，對工藝處理設備造成危害，並且造成外輸油品不能達標。另一方面，水脫油處理單元來液含油量超標，形成對水處理單元衝擊，出水指標不能滿回注足要求。

基於以上闡述，油水兩相區分以及油相、水相、高乳化油水混合過渡層收集已經成為油水混合液分離處理關鍵問題所在，目前雖有油水兩相界面測定儀器，但因高乳化性過渡層的存在造成油水兩相界面區分不清，測定儀器無法實現對油水界面的區分。為了滿足生產需要，目前差異相區分主要依靠人工定時取樣測量判定，即人工定時在輸出端取出測量樣品，檢測樣品含水量或含油量，判定來液指標是否符合相應處理工藝進料要求，不僅費時，而且誤差較大，生產效率大大降低。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種高乳化油水混合體系差異組份分質分類方法，可快速判定來液指標(油相含水量、或水相含油量)是否符合相應工藝處理單元進料指標要求；除此，還可完成對油層、高乳化油水混合過渡層、水層的區別，為其後續針對性處理提供支持。

本發明通過以下技術方案予以實現：

一種高乳化油水混合體系差異組份分質分類方法，該方法按照如下步驟進行：

(1)加裝電導測定儀到沉降罐的輸出管線上，將所述電導測定儀的數據輸出線連接數據處理及邏輯控制系統；並將水相收集及處理系統來液控制閥的控制系統數據線、油水混合過渡層收集及處理系統來液控制閥的控制系統數據線、油相收集及處理系統來液控制閥的控制系統數據線分別接入數據處理及邏輯控制系統；

(2)設定所述電導測定儀的測定間隔時間；

(3)在所述水相收集及處理系統來液控制閥、所述油水混合過渡層收集及處理系統來液控制閥、所述油相收集及處理系統來液控制閥均關閉的狀態下，高乳化油水混合體系在所述沉降罐內靜置沉降使油水兩相實現分層後，所述水相收集及處理系統來液控制閥打開，同時所述電導測定儀開啟對所述沉降罐的輸出管線內介質電導率測定；

(4)所述電導測定儀按照設定的間隔測定時間測定所述沉降罐的輸出管線內介質電導率，將其測定電導率數據傳輸給所述數據處理及邏輯控制系統，所述數據處理及邏輯控制系統接收電導率數據，根據電導率數據得到水相計算輸出值，並計算連續n次水相計算輸出值A的均值，然後將水相計算輸出值A的均值與所述水相收集及處理系統的可處理最大含油偏離度Aα相比較，當連續n次所述水相計算輸出值A的均值大於所述水相收集及處理系統的可處理最大含油偏離度Aα時，所述數據處理及邏輯控制系統發出指令使所述水相收集及處理系統來液控制閥關閉、所述油水混合過渡層收集及處理系統來液控制閥8打開；

其中，水相計算輸出值A：

式中：A—水相計算輸出值；

κ1—沉降罐1內介質不含油條件下水相所對應的電導率；

κ2—電導測定儀2所測得的電導率；

其中，所述水相收集及處理系統的可處理最大含油偏離度Aα：

式中：Aα—所述水相收集及處理系統的可處理最大含油偏離度；

CMax—所述水相收集及處理系統的可處理來液最高含油量；

C1—所述水相收集及處理系統的設計來液含油量；

(5)所述電導測定儀繼續按照間隔測定時間測定所述沉降罐的輸出管線內介質電導率，將其測定的電導率數據傳輸給所述數據處理及邏輯控制系統，所述數據處理及邏輯控制系統接收電導率數據，並將該電導率數據與所述油相收集及處理系統的設計來液含水量所對應的電導率相比較，當連續n次測量到的所述高乳化油水混液的電導率小於所述油相收集及處理系統的設計來液含水量所對應的電導率時，所述數據處理及邏輯控制系統控制所述油水混合過渡層收集及處理系統來液控制閥關閉，所述油相收集及處理系統來液控制閥打開。

其中，所述沉降罐的輸出管線分別連接所述水相收集及處理系統的來液管線、所述油水混合過渡層收集及處理系統的來液管線、所述油相收集及處理系統的來液管線；所述水相收集及處理系統來液控制閥設置於所述水相收集及處理系統的來液管線上，所述油水混合過渡層收集及處理系統來液控制閥設置於所述油水混合過渡層收集及處理系統的來液管線上，所述油相收集及處理系統來液控制閥設置於所述油相收集及處理系統的來液管線上。

一種情況下，可以將所述測定間隔時間設定t為：

其中，V-所述沉降罐輸出管線內介質平均流速；

L-所述電導測定儀所在位置到所述水相收集及處理系統來液控制閥、所述油水混合過渡層收集及處理系統來液控制閥、所述油相收集及處理系統來液控制閥之間的平均距離；

n-所述電導測定儀的測量次數，n＝3,4,…,10。

另一種情況下，可以分別設定水相收集及處理系統的間隔測定時間tW、油水混合過渡層收集及處理系統的間隔測定時間tM為：

其中，V-所述沉降罐輸出管線內介質平均流速；

LW-所述電導測定儀所在位置到所述水相收集及處理系統來液控制閥的距離；

LM-所述電導測定儀所在位置到所述油水混合過渡層收集及處理系統來液控制閥的距離；

n-所述電導測定儀的測量次數，n＝3,4,…,10。

其中，n的取值為3-10次。

優選地，n的取值為5次。

本發明的高乳化油水混合體系差異組份分質分類方法，利用油、水兩相溶解礦物鹽電導性差異，構建油水混合液體系內電導率與含水量關係，在油水混合液體系內通過對電導率測量實現對油水混合液含水量推算的目的，同時結合油、水兩相各處理單元來液指標要求(即：油相水含量、水相油含量)，還可實現對油層、高乳化油水混合過渡層、水層精準區分的目的，並能為各相後續處理單元來液控制閥操控系統提供邏輯判定依據。

註：在礦化度一定條件下，需構建油水混合液體系內含水量與電導率之間映射關係。

本發明的有益效果是：

由於高乳化油水混合體系過渡層的存在，油水兩相相界面弱化，一般相界面探測設備無法實現對高乳化油水混合體系油水界面區分(如：超聲波液位儀、雷達波液面探測儀)，通過本發明所提供的方法，可實現對油水混合體系差異組份分質分類。

本發明對高乳化油水混合體系差異組份分質分類方法主要是通過安裝在沉降罐外輸管線上的電導測定儀實現，相較現有罐體內相位判定儀器，其對控制系統反饋更及時，相應精度更高，可在線實現實時監測罐體排出液均質變化；基於油水混合體系分質分類閾值界定是由後續各處理單元來液工藝指標所得，因此本方法與後續油水各處理單元具有更好的協同性。

附圖說明

圖1為本發明所提供的高乳化油水混合體系差異組份分質分類方法的示意圖。

上述圖中：1、沉降罐；2、電導測定儀；3、油相收集及處理系統來液控制閥；4、油相收集及處理系統；5、油水混合過渡層收集及處理系統；6、水相收集及處理系統；7、水相收集及處理系統來液控制閥；8、油水混合過渡層收集及處理系統來液控制閥。

具體實施方式

為能進一步了解本發明的發明內容、特點及效果，茲例舉以下實施例，並配合附圖詳細說明如下：

如圖1所示，本發明提供了一種高乳化油水混合體系差異組份分質分類方法，該方法按照如下步驟進行：

(一)加裝電導測定儀2到沉降罐1輸出管線上，將電導測定儀2的數據輸出線連接數據處理及邏輯控制系統；並將水相收集及處理系統來液控制閥7的控制系統數據線、油水混合過渡層收集及處理系統來液控制閥8的控制系統數據線、油相收集及處理系統來液控制閥3的控制系統數據線分別接入數據處理及邏輯控制系統。沉降罐1輸出管線分別連接水相收集及處理系統6的來液管線、油水混合過渡層收集及處理系統5的來液管線、油相收集及處理系統4的來液管線。水相收集及處理系統來液控制閥7設置於水相收集及處理系統6的來液管線上，油水混合過渡層收集及處理系統來液控制閥8設置於油水混合過渡層收集及處理系統5的來液管線上，油相收集及處理系統來液控制閥3設置於油相收集及處理系統4的來液管線上。

(二)考慮沉降罐1輸出管線內介質流量波動、組份含量波動對電導測定儀2測定的影響，可以分以下兩種情況選取測定間隔時間；

情況一，當各收集及處理系統(水相收集及處理系統6、油水混合過渡層收集及處理系統5、油相收集及處理系統4)對來液組份波動抗衝擊能力較強時(判斷標準一般為來液均質波動最大偏離度大於8％)：

以沉降罐1輸出管線內介質平均流速V(單位：米/秒或m/s)、電導測定儀2所在位置到各收集及處理系統來液控制閥(水相收集及處理系統來液控制閥7、油水混合過渡層收集及處理系統來液控制閥8、油相收集及處理系統來液控制閥3)之間的平均距離L(單位：米或m)、以及設定的測量次數n，估算間隔測定時間t(單位：秒或s)；n可取3到10次，可根據各收集及處理系統工藝來液介質設計指標及各處理單元抗衝擊能力設定測量次數；

即測定間隔時間t：

情況二，當各收集及處理系統(水相收集及處理系統6、油水混合過渡層收集及處理系統5、油相收集及處理系統4)對來液組份波動抗衝擊能力較弱時(判斷標準一般為來液均質波動最大偏離度小於8％)：

為滿足各收集及處理系統來液指標要求，保障各收集及處理系統排出液各項指標達標，分別確定水相收集及處理系統6和油水混合過渡層收集及處理系統5的間隔測定時間tW和tM(單位：秒或s)。由於在沉降罐1內各組份含量值無法確定，因此以沉降罐1輸出管線內介質平均流速V(單位：米/秒或m/s)作為估算依據；測量次數n一般取3到10次，依據各收集及處理系統來液介質設計指標及各處理單元抗衝擊能力設定測量次數；長度分別選取電導測定儀2所在位置分別到水相收集及處理系統來液控制閥7、油水混合過渡層收集及處理系統來液控制閥8的距離LW、LM(單位：米或m)，

即水相收集及處理系統6的間隔測定時間tW、油水混合過渡層收集及處理系統5的間隔測定時間tM分別為：

(三)邏輯控制判定方法：通過計算值或測量值與對應組相閾值比對所得的偏離大小，實現對各收集及處理系統來液閥門的開啟或關閉的控制，以達到分離沉降罐1內不同組相目的。

具體步驟為：

(1)初始狀態下，水相收集及處理系統來液控制閥7、油水混合過渡層收集及處理系統來液控制閥8、油相收集及處理系統來液控制閥3均為關閉狀態。當高乳化油水混合體系在沉降罐1內靜置沉降3-5天後，因油水兩相互不相溶致使油水兩相實現分層，此時水相收集及處理系統來液控制閥7打開，油水混合過渡層收集及處理系統來液控制閥8、油相收集及處理系統來液控制閥3繼續保持關閉狀態；同時電導測定儀2開啟對沉降罐1輸出管線內介質電導率測定。

(2)電導測定儀2按照間隔測定時間t或tW測定沉降罐1輸出管線內介質的電導率，將其測定電導率數據傳輸給數據處理及邏輯控制系統，數據處理及邏輯控制系統接收電導率數據，根據電導率數據得到水相計算輸出值，並計算連續n＝5次(n的取值範圍一般為3-10次)水相計算輸出值A的均值，然後將水相計算輸出值A的均值與作為閾值的水相收集及處理系統6的可處理最大含油偏離度Aα相比較。

隨著沉降罐1內水相介質減少，剩餘介質電導率降低，當連續5次水相計算輸出值A的均值大於水相收集及處理系統6的可處理最大含油偏離度Aα時，表明進入水相收集及處理系統6中的油含量超標，此時，數據處理及邏輯控制系統發出指令使水相收集及處理系統來液控制閥7關閉、油水混合過渡層收集及處理系統來液控制閥8打開，而油相收集及處理系統來液控制閥3繼續保持關閉狀態。

其中，水相計算輸出值A：

式中：A—水相計算輸出值；

κ1—沉降罐1內介質不含油條件下水相所對應的電導率，(單位：西門子或S)；

κ2—電導測定儀2所測得的電導率，(單位：西門子或S)；

其中，水相收集及處理系統6的可處理最大含油偏離度Aα：

式中：Aα—水相收集及處理系統6的可處理最大含油偏離度；

CMax—水相收集及處理系統6的可處理來液最高含油量，(單位：毫克.升-1或mg.L-1)；

C1—水相收集及處理系統6的設計來液含油量，(單位：毫克.升-1或mg.L-1)。

(3)電導測定儀2繼續按照間隔測定時間t或tM測定沉降罐1輸出管線內介質的電導率，將其測定的電導率數據傳輸給數據處理及邏輯控制系統，數據處理及邏輯控制系統接收電導率數據，並將該電導率數據與油相收集及處理系統4的設計來液含水量所對應的電導率相比較。

隨著沉降罐1中高乳化油水混液(老化油層)的減少，高乳化油水混液中水含量也隨之降低，電導率逐漸下降。當連續n＝5次(n的取值範圍一般為3-10次)測量到的高乳化油水混液的電導率小於油相收集及處理系統4的設計來液含水量所對應的電導率時，數據處理及邏輯控制系統控制油水混合過渡層收集及處理系統來液控制閥8關閉，油相收集及處理系統來液控制閥3打開，水相收集及處理系統來液控制閥7繼續關閉。

本發明能夠保障油水兩相收集及處理系統來液均質指標符合相應處理工藝設計指標要求，防止高乳化油水混合過渡層混入水相收集及處理系統6或油相收集及處理系統4，使其受到衝擊。為驗證本發明的實施效果，特做如下評價驗證：

驗證一：水相收集及處理系統6來液指標驗證。經上述方法實現油水分離後，從水相收集罐體排液管線多次採樣，人工測定取出樣品含油指標，該指標低於後續水相處理系統來液水中含油量最大處理設計指標；

驗證二：油相收集及處理系統4來液均質指標驗證。在沒有實施本申請專利技術方案前，油相收集及處理系統4來液均質指標受摻混高乳化過渡層油水混合液的影響，含水量偏高，致使油脫水設備問題不斷(如：電脫水設備爬弧短路等問題)。使用本方法後，油相收集及處理系統4來液均質指標油相含水量低於該工藝均質設計指標，滿足後續處理工藝要求。為驗證該段油水分離效果，採用檢測油相收集罐排出介質含水量指標，通過多次取樣，人工檢測採出樣品油含水量，並與油處理系統來液均質設計指標比對(油含水量)，其結果為來液含水量低於工藝均質設計指標要求；

驗證三：油水混合過渡層收集及處理系統5來液均質指標驗證。該系統是為了防止高乳化油水混合液摻入水相或油相處理系統對其造成衝擊，改造添置而成。為驗證該段工藝分離效果，採用多次取樣檢測老化油收集處理罐外排管線內導出介質各組分指標，樣品含水量滿足大於油相處理工藝設計指標，含油量高於水相處理系統來液處理最大設計指標。

可見，通過以上方法，最終實現沉降罐1內高乳化油水混合體系差異組份分質分類精準進入各自處理系統，即水相進入水相收集及處理系統6、油水混合過渡層收集及處理系統5、油相進入油相收集及處理系統4。

儘管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，並不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬於本發明的保護範圍之內。