【摘 要】
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随着三次采油技术的兴起,化学驱技术越来越多的应用于老油田开采,由于老油田本身含水率高,驱油剂作用复杂,化学驱采出水的处理成为亟待解决的难题。本文基于“双旋流+沉降+过滤”采出水处理工艺,通过化学驱采出水油水分离特性实验以及工艺处理过程中旋流和沉降的数值模拟得到化学驱采出水中油滴运动的相关规律,为该工艺的优化提供了理论基础。本文首先通过实验研究了驱油剂作用下采出水的物性参数以及沉降分离特性,研究成果
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随着三次采油技术的兴起,化学驱技术越来越多的应用于老油田开采,由于老油田本身含水率高,驱油剂作用复杂,化学驱采出水的处理成为亟待解决的难题。本文基于“双旋流+沉降+过滤”采出水处理工艺,通过化学驱采出水油水分离特性实验以及工艺处理过程中旋流和沉降的数值模拟得到化学驱采出水中油滴运动的相关规律,为该工艺的优化提供了理论基础。本文首先通过实验研究了驱油剂作用下采出水的物性参数以及沉降分离特性,研究成果揭示了驱油剂对采出水中油滴上浮的影响机制,同时也为后续模拟提供了界面参数的测定方法。在理论方面分析了不同场作用下的油滴运动方程,并结合油滴的相对运动、液膜排液、液桥膨胀三个过程建立了重力场作用下油滴聚并时间计算模型,更完整的描述了重力场下的油滴聚并行为。基于“双旋流+沉降+过滤”组合工艺中的旋流流程,本文建立了三维水力旋流模型,通过群体平衡法研究了旋流场作用下采出水中油滴上浮和聚并规律,其中油滴聚并情况通过平均油滴粒径表征,油滴上浮情况通过旋流区域的含油量以及油水分离效率表征。研究结果表明,随着油滴粒径的增加,中心旋流区域含油量逐渐增加;随着入口流量的增加,圆柱段、大锥段、小锥段的油滴粒径进一步增加,分离效率先增大后减小,其中最优的入口流量为4m~3/h;旋流器不同管段处的含油体积分数排序为:圆柱段>大锥段>小锥段>平行尾段;随着黏度和油相密度的增加,旋流器分离效率逐渐降低。分流比和水力旋流器类型也会对旋流器分离效率产生重要影响。对旋流器的结构参数进行优化,选择油相出口直径为9mm,圆柱段长度为75mm。为了研究油滴在重力沉降装置中的运动情况,建立简易的重力场中油滴运动模型,用水平集法研究了重力场作用下采出水中油滴上浮和聚并规律。研究结果表明,对于油滴上浮过程,聚合物浓度和表面活性剂浓度的增加会降低油滴上浮速度;对于油滴聚并过程,不同粒径大小的油滴与油层的聚并时间不同,油滴粒径越小,聚并时间越短;液滴间聚并过程会出现液桥,在II(b)型聚并过程中油滴粒径比越大聚并时间越短,在I型聚并过程中油滴粒径越大油滴聚并时间越长。油滴聚并时间与驱油剂的浓度有关,聚并时间随低浓度表面活性剂浓度的增大呈现先增长后减短的趋势,随高浓度表面活性剂浓度和聚合物浓度的增加而呈现增长趋势。此外,随着Oh数的增加,油滴聚并时间也不断增加。
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