斯托克斯原理在壓油過程中的研究與應用

陸登峰，王存，高軍

（中國石油化工股份有限公司江蘇油田分公司采油一廠，江蘇揚州225009）

斯托克斯原理在壓油過程中的研究與應用

陸登峰，王存，高軍

（中國石油化工股份有限公司江蘇油田分公司采油一廠，江蘇揚州225009）

利用斯托克斯原理，使高含水原油在層流狀態(tài)下，有明顯的分層現象，解決了切底水工作量大的問題，同時降低了藥劑消耗。該改造在沙49站應用取得較為明顯的效果。

層流；降低；含水；雷諾數

1　現狀及發(fā)現問題

隨著油田開發(fā)的深入，部分區(qū)塊已經進入高含水階段，隨之而來的是燃油系統(tǒng)壓油脫水工作量的增加。

沙埝區(qū)塊沙東片區(qū)，現有燃油點4個，分別是沙26、沙32、沙40、沙49，通過取樣化驗發(fā)現，目前的平均綜合含水高達84.3%。

針對現有狀況，提出對沙49中轉站壓油流程改造想法。初步設想，獲得盡可能多的低含水原油，就能實現降低切底水勞動強度的最終想法［1］。

2　應用的基本原理

2.1乳狀液類型

高含水原油，是由多種互不相溶的介質構成的分散體系，具有如下特性：

VW＜26%時，生成W/O型乳狀液；

26%≤VW＜74%時，生成W/O型或O/W型乳狀液；

VW≥74%，生成O/W型乳狀液。

由此特性得出，沙49站的高含水原油是O/W型乳狀液，分層的狀況是油層在上部，水層在下部。

2.2原油沉浮速度

根據斯托克斯（stokes）公式，可以求出分散水相在連續(xù)油相中的下沉速度和分散油相在連續(xù)水相中的上

浮速度：

式中：V-沉降（上浮）速度，m/s；d2-分散相直徑，m；μ-連續(xù)相動力黏度，Pa·s；ρ2、ρ1-分散相和連續(xù)相密度，kg/cm3；g-重力加速度，9.8 m/s2。

通過化驗并計算得到，沙49站原油在55℃的密度為849 kg/cm3，55℃水的動力黏度為0.549 4 mPa·s，水相中的油滴上浮粒徑取值120 μm，將相關數據代入，求得：V=-0.017 96 m/s（負號沒有實際意義）。

2.3原油分離的最短距離

Maston.L.Power的試驗結果指出，“當水處理能力最大時，油水界面高度為容器內徑的0.769倍”，假設管徑為h，則油層的高度為（1-0.769h）=0.231h，油滴從水中上浮出來的最短長度是：

在大于12.862倍的管子直徑處，油的上浮量最大。

2.4流態(tài)判斷

管徑為125 mm，55℃的原油的黏度為0.05 Pa·s，計算出原油的運動黏度μ為5.889 3×10-5m2/s，流速為0.754 9 m/s。

因此判斷管子內液體的流動狀態(tài)為層流。

圖1　改造前后流程圖

表1　不同流量下的壓油含水數值表

3　流程改造具體方案

3.1具體改造方案

改造前：井上來油進入緩沖罐，然后進外輸泵，經熱水爐加熱后，進入燃油箱（或進入干線外輸），此時開始壓油工作，每天實際壓純油僅1 m3，此項工作每天重復進行。

改造后：利用斯托克斯原理對原流程進行改造，在通往沙7的干線流程始端的管路，利用上部的4'取樣閥單獨連接一根4'管線直接進入燃油箱，用小閥門的開關對排量進行控制，流量根據燃油箱標尺讀數進行粗略的估算（見圖1）。

通過流量的改變（見表1），化驗了切底水后的原油含水情況，選擇了0.5 m3/h的流量進行壓油，此時效果最佳。

3.2效果對比

沙49站燃油箱的容積是10 m3，安全容積為8 m3；在沒有進行流程改造前，大概需要5 d時間獲得8 m3低含水原油，同時每次要投加5 kg～10 kg破乳劑，當班人員需要在現場進行看管，在經過沉降脫水至含水小于5%，才能進行燃燒。

流程改造后取得了如下的效果：

（1）原油的含水由原來的84.9%降至35%～40%，降低了原來頻繁切底水的工作。

（2）無須當班人員看管，節(jié)省工作量1人次/天。相當于節(jié)省人工成本。

（3）減少了大管道壓油產生的擾動所引起的燃油箱雜質堵塞油流通道，減少清理火嘴次數，由以前的1 d～2 d清一次，到現在最長3個月未清理。

（4）減少了破乳劑的用量。減少了污水泵的使用頻率，節(jié)省了動力費。

4　結語

該流程改造的現場應用表明，高含水液體層流狀態(tài)下的壓油模式有效解決了燃油油量不足問題，各項數據達到預期要求。該方案可以在相應高含水燃油井站推廣應用。

幾點建議：

（1）熱水爐出口有盡量長的直管道，在管道中后端引流效果會更好。有條件可在后端擴徑沉降取油。

（2）井站來油壓力平穩(wěn)，含水穩(wěn)定，有條件在遠井實施小劑量破乳劑點滴加藥。

（3）熱水爐出液溫度保持穩(wěn)定。

［1］黃俊英.油氣水處理工藝與化學［M］.北京：中國石油大學出版社，2007.

TE312

A

1673-5285（2016）09-0045-02

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.09.010

2016－07-04