一种针对高黏原油旋流除砂的实验方法

1.本发明涉及石油加工技术领域，尤其适用于高黏原油除砂的实验方法。


背景技术：

2.我国拥有丰富的稠油资源，但由于地层的复杂性以及施工的影响，地层砂经常伴随油气开采进入地面工艺设备。砂在管道和设备中的危害巨大，易造成沉积、堵塞管道和工艺设备、加剧管道、阀门和容器的腐蚀，砂混入在稠油中每年造成巨大的经济损失，除砂问题亟待解决。
3.100多年来，水力旋流器已广泛应用于矿物加工、石化等行业，水力旋流器它的结构简明，重量轻，占地面积小，没有传动件和过滤元件，运行费用低，电力消耗低；分离效率最高可达95％～99％；处理时间十分短，是一种高效、节能、安装方便、成本低的新型固—液分离装置。
4.但目前国内外对于旋流器分离原油-砂的使用还不普遍，旋流器理想的操作参数和运行边界条件未得到验证。很少有学者具体研究过采用旋流器来除高黏原油中的砂，无结论证明在不同稠油黏度、含水率、掺气率及加剂量等条件下的除砂效果。本发明方法有效的探究出稠油-砂-水混合多相液在不同操作参数和操作条件下油-砂分离的效果。


技术实现要素：

5.为解决上述提出的技术问题，本发明设计出一套完善的实验方法和设备，模拟实际开采原油初处理流程。所述流程包含：多功能锥形罐具有搅拌加热的作用，内含卧式转子可将油水混合液完全混匀；凸轮转子泵提供能量；空气压缩机可向管道注入空气(模拟伴生气)研究多相流下旋流器除砂的效果；旋流器底流口设置一个阀门控制油液的分流比；旋流器溢流口有自由流和高压流两条管道，高压流更贴近现场管道。本装置的流程采用闭合回路，实验用油量可以大大节省。
6.本发明为解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种针对高黏原油旋流除砂的方法，可探究旋流器在高黏含砂稠油中不同流速、含水率、掺气率和加剂量等条件下的除砂效果。包括以下步骤:
7.s1：将原油和矿化度水按照一定的质量浓度配比加入到混合液锥形罐中，通过卧式搅拌转子将油水混合液搅匀；
8.s2：再通过凸轮转子泵给流体介质增压，涡轮流量计测量入口流量，压力传感器传入到无纸记录仪采集入口压力、底流口压力、溢流口压力；
9.s3：油-水-砂混合液从切向入口流入旋流器，在离心力作用下，实现预分离，然后砂沿着边壁向下从底流口流出，油水及微量细小砂粒汇集在中心从顶部溢流口流出，底流口及溢流口出口设有压力传感器，采集压力，最终达到(油)水砂分离的目的。实验过程中分别在入口、溢流口进行取样测量，计算分离效率。根据旋流器入口、溢流口和底流口的压力可计算压降。
10.s4：同样利用空气压缩机调至要求的伴生气流量，按照上述运行步骤，可研究多相流旋流器除砂效果。调节溢流口阀门可用于研究旋流器在高压下除砂的效率。旋流器底流口的阀门闭合度可用来控制旋流器溢流口与底流口的分流比。
11.本发明的有益效果是：本发明创新性地设计出一套专用于高黏原油旋流器除砂研究方法，通过油水混合加热区可改变温度，泵增压区改变入口压力，压缩机提供气体研究多相流的影响，底流口可调节出液的分流比，溢流口液流从高压管道流出更加贴近现场采油，通过实验能有效地发现不同性质的入口流体在旋流器除砂实验的影响规律，影响规律作为现场采油操作的理论依据。
附图说明
12.图1是本发明的工艺流程图；
13.图1中所示：油-水-砂混合液锥形罐(1)、凸轮转子泵(3)、旋流器入口流量计(4)、注气流量计(6)、空气压缩机(5)、数据采集器(10)、旋流器溢流口流量计(12)、旋流器(16)。
具体实施方式
14.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分是实例，并不是全部的实例。
15.选用温度60℃，含水率40％，破乳剂的剂量70ppm，管道流速为1.5m/s的操作条件进行实验：
16.如图1所示，本发明为一种针对高黏原油除砂的实验装置，实验中通过改变流体性质和操作条件等影响因素得到旋流器除砂的效果。包括以下步骤:
17.s1：配置油水混合液5l(原油3l、矿化度水2l)加入油水混合液锥形罐(1)中，温度加热至60℃，加入定量的砂，持续搅拌至油水乳化液形成。再打开1号阀门(2)、4号阀门(9)、6号阀门(18)，关闭2号阀门(7)、3号阀门(8)和5号阀门(13)，本次实验旋流器在自由流状态下运行，未设置特定的分流比。
18.s2：开启凸轮转子泵，加入破乳剂70ppm,油水乳状液与破乳剂在管路中混匀，静置30min等待反应。
19.s3：调节凸轮转子泵的频率，直到旋流器的入口流量达到33.34l/min(此时入口压力也随之变化),在旋流器入口流量计(6)观察到流量，并通过数据采集器，记录管线各处压力。
20.s4：在管路运行稳定后，收集两组旋流器在定温(60℃)、定流速(1.5m/s)下短时间内底流口和溢流口的流量，并记录时间，每组要求同时进行，最后静置样液，记录所取体积。
21.s5：静止后的混合液，利用柴油降黏、有机溶剂(甲苯)洗砂、超声波分离微量的油砂液滴，最后烘干得到砂样，称取质量，最后通过计算得到旋流器除砂效率。
22.s6：考虑注气开采时，开启阀门7，打开空气压缩机(9)运行，通过流量计观测注气量，进行上述相同实验步骤得到注气量对旋流器的除砂效率影响的规律。探讨底流与溢流口分流比和旋流器受压状态步骤亦同。


技术特征：
1.一种针对高黏原油旋流除砂的实验方法，其特征在于，该实验装置外层均包裹加热带和保温棉以减少热损失，装置结构包含油-水-砂混合液锥形罐(1)、凸轮转子泵(3)、旋流器入口流量计(4)、注气流量计(6)、空气压缩机(5)、无纸记录仪(10)、旋流器溢流口流量计(12)、旋流器(16)、1号压力表(11)、2号压力表(14)、3号压力表(17)以及1号阀门(2)、2号阀门(7)、3号阀门(8)、4号阀门(9)、5号阀门(13)、6号阀门(18)和软管数根等；装置运行步骤如下：s1：在油-水-砂混合液锥形罐(1)中按实验比例要求配置好油、水两相含量，加入适量的砂，搅拌均匀。再打开1号阀门(2)、4号阀门(9)、6号阀门(18)，关闭2号阀门(7)、3号阀门(8)和5号阀门(13)；s2：打开凸轮转子泵，观察旋流器入口流量计(4)并调节泵频率至要求流量，观察并记录无纸记录仪(10)上的旋流器入口压力和底流口压力；s3：油-水-砂混合液经管路高速进入旋流器(18)，混合液在旋流器内部受到离心作用形成漩涡，砂和大部分水沿壁向下从旋流器(18)底流口排出，处理好的油品从旋流器(18)顶部溢流口收集；s4：若讨论原油开采中伴生气的影响，则在步骤s1中打开2号阀门(7)、空气压缩机(5)，调至要求的伴生气流量，延续步骤s2，s3；开启5号阀门(13)可用于研究旋流器在高压下除砂的效率；关闭4号阀门(9)，开启3号阀门(7)可从此管口取样测出管路运行流量；阀门(18)的闭合度可用来控制旋流器溢流口与底流口的分流比。2.根据权利要求1所述的一种针对高黏原油旋流除砂的实验方法，其特征在于，实验装置的多功能性，所述混合液锥形罐有搅拌加热功能，内设卧式转子可将油水充分搅匀；压缩机区可模拟实际开采中的溶解气，实现多相流除砂；所述阀门13和19可使旋流器处于常压或高压下运行，更贴近现场开采工况；阀门18的开合状态可控制旋流器的分流比；实验管路为闭合回路，可节省大量的实验用油。

技术总结
本发明为一种针对高黏原油旋流除砂的实验方法，涉及石油加工技术领域。本发明公开一种高黏原油旋流除砂装置，该装置主要包括油水混合加热区、泵增压区、旋流除砂区和压缩机模拟伴生气区。油水混合加热区可用于加热以及搅拌生成油水乳状液；泵增压区为混合油液提供能量；混合液进入旋流除砂区分离出黏附在油水混合液中的砂，旋流除砂区内有控制分流比和高压运行的阀门；伴生气区可用于研究气液混输在旋流器作用下的除砂效果。本发明公开一种高黏原油旋流除砂的实验方法，提供一套多功能的除砂流程，用于探索旋流器入口压力、进料流量、进料颗粒参数、进料流体参数和温度等因素对旋流器除砂的影响，能确定适宜的操作参数和操作条件使得旋流器除砂高效。使得旋流器除砂高效。使得旋流器除砂高效。


技术研发人员：敬加强 张文 张世坚
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2022.03.23
技术公布日：2022/6/24