高頻脈沖原油電脫水供電裝置的研制_王新宇

石油人在北京

目錄
摘要...............................................................................................................I
Abstract................................................................................................................II
第1章緒論.........................................................................................................1
1.1課題的研究背景、目的及意義.................................................................1
1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì).....................................................................2
1.3本文主要研究?jī)?nèi)容....................................................................................4
第2章基本原理及電源選擇..............................................................................5
2.1乳化液的破乳............................................................................................5
2.2原油電破乳的基本原理.............................................................................6
2.2.1偶極聚結(jié).............................................................................................6
2.2.2振蕩聚結(jié).............................................................................................7
2.2.3電泳聚結(jié).............................................................................................7
2.3高頻脈沖電場(chǎng)脫水理論基礎(chǔ).....................................................................8
2.3.1傳統(tǒng)脫水電場(chǎng)存在的問題及解決措施..............................................8
2.3.2高頻脈沖電場(chǎng)的提出及其特點(diǎn)..........................................................9
2.4本章小結(jié)..................................................................................................10
第3章高頻脈沖供電裝置的總體設(shè)計(jì)............................................................11
3.1高頻脈沖供電裝置的組成及其性能指標(biāo)...............................................11
3.2主電路的設(shè)計(jì)與分析..............................................................................12
3.2.1主電路的組成...................................................................................12
3.2.2主電路相關(guān)參數(shù)的計(jì)算及器件選取................................................12
3.2.3脈沖變壓器的設(shè)計(jì)............................................................................14
3.3主電路仿真分析......................................................................................16
3.4本章小結(jié)..................................................................................................18
第4章控制及顯示電路的設(shè)計(jì)........................................................................19
4.1調(diào)壓控制模塊設(shè)計(jì)..................................................................................19
4.1.1同步方波信號(hào)的產(chǎn)生........................................................................19
4.1.2晶閘管觸發(fā)信號(hào)的產(chǎn)生....................................................................20
4.1.3觸發(fā)脈沖的隔離驅(qū)動(dòng)........................................................................21.......................................................................23
4.2變頻控制模塊設(shè)計(jì)..................................................................................23
4.2.1脈寬調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生........................................................................23
4.2.2 IGBT的驅(qū)動(dòng)電路..............................................................................25
4.3信號(hào)處理及顯示......................................................................................26
4.3.1傳感器的選擇...................................................................................26
4.3.2峰值檢波電路設(shè)計(jì)............................................................................26
4.3.3高壓信號(hào)的測(cè)量...............................................................................27
4.3.4顯示模塊設(shè)計(jì)...................................................................................28
4.4保護(hù)模塊設(shè)計(jì)..........................................................................................28
4.4.1恒流保護(hù)信號(hào)的產(chǎn)生........................................................................29
4.4.2過壓及過流保護(hù)雙重電路................................................................30
4.5輔助電源的設(shè)計(jì)......................................................................................31
4.6本章小結(jié)..................................................................................................33
第5章硬件調(diào)試及實(shí)驗(yàn)...................................................................................34
5.1調(diào)壓及保護(hù)系統(tǒng)調(diào)試..............................................................................34
5.2逆變及保護(hù)系統(tǒng)調(diào)試..............................................................................35
5.3整機(jī)調(diào)試及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)..............................................................................36
5.3.1整機(jī)調(diào)試...........................................................................................36
5.3.2現(xiàn)場(chǎng)脫水試驗(yàn)...................................................................................37
5.4本章小結(jié)..................................................................................................37
結(jié)論.....................................................................................................................38
參考文獻(xiàn).............................................................................................................39
致謝.....................................................................................................................42-1-
第1章緒論
1.1課題的研究背景、目的及意義
根據(jù)2009年美國(guó)《油氣雜志》發(fā)布的世界油氣資源儲(chǔ)產(chǎn)量年終統(tǒng)計(jì)顯示，
全球石油已探明儲(chǔ)量略增、天然氣儲(chǔ)量增長(zhǎng)幅度較大，石油產(chǎn)量有所下降。
該統(tǒng)計(jì)給出了2009年全球主要產(chǎn)油區(qū)及國(guó)家的油氣資源詳細(xì)記錄。
2009年全球原油估算探明儲(chǔ)量為1855.04億噸，同比增長(zhǎng)0.89%；天然
氣探明儲(chǔ)量187.16萬億立方米，同比大增5.68%；全球石油產(chǎn)量35.25億噸，
同比下降3.2%。全球范圍內(nèi)看，石油及天然氣儲(chǔ)量增幅最大的為亞太地區(qū)。
世界各國(guó)中，澳大利亞油氣儲(chǔ)量增幅排名第一位且上漲勢(shì)頭迅猛。表1-1給
出了世界各地區(qū)石油儲(chǔ)產(chǎn)量及所占比例。
表1-1世界石油產(chǎn)量對(duì)比
Tab.1-1 Comparative table of world oil production
（單位：億噸）
地區(qū)石油儲(chǔ)量占世界總儲(chǔ)量石油產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量
亞太54.9 2.96%3.69 10.5%
西歐16.7 0.9%1.92 6.3%
東歐及前蘇聯(lián)137 7.4%6.41 18.2%
中東1032 55.6%10.55 29.9%
非洲163.2 8.8%4.34 12.3%
西半球451 24.3%8.3 23.5%
全球1855.04 100%35.25 100%
據(jù)世界石油跟蹤分析師和相關(guān)組織在2009年7月的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，世界
石油需求量將隨著全球經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇而提高。到2010年世界石油需求在兩年內(nèi)
第一次出現(xiàn)增長(zhǎng)。世界各國(guó)都在關(guān)注化石燃料還能夠持續(xù)多久滿足世界不斷
增長(zhǎng)的能源需求，特別是以中國(guó)為能源主導(dǎo)的亞洲經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。這就對(duì)各大石
油公司提出了新的挑戰(zhàn)，一方面要改進(jìn)開采技術(shù)，提高原油采收率；另一方
面對(duì)已采出原油要改進(jìn)油田地面處理工藝，最大限度的提高原油利用率，更
深層次的回收石油[1]。
為了原油采收率的提高，三次采油新技術(shù)在我國(guó)各大油田迅速推廣。三起的深度驅(qū)油技術(shù)，通過采油過程中堿、表
面活性劑、聚合物等驅(qū)油劑的注入，達(dá)到最大限度的采收原油的目的。在原
油產(chǎn)量增加的同時(shí)，三元復(fù)合驅(qū)采出液的處理成為了首要難題。采出液中含
有大量的乳化水，表面活性劑及堿與地層原油的有機(jī)酸作用產(chǎn)生新的表面活
性劑，使采出液中W/O、O/W、O/W/O、W/O/W型乳化液長(zhǎng)期共存，乳化狀
態(tài)極其復(fù)雜。堿的加入還使乳化液PH值增高、聚合物使乳化液粘度增大。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，ASP采出液破乳脫水困難已經(jīng)嚴(yán)重影響了外輸原油的質(zhì)量及油
田生產(chǎn)效率，乳化液脫水后的脫出水的凈化處理也十分困難[2-4]。
原油含水給油田生產(chǎn)、輸送及油庫對(duì)原油的存儲(chǔ)都帶來一系列危害。首
先，采出液體積的大量增加大大降低了油田地面集輸管道、儲(chǔ)罐以及其他原
油處理設(shè)備的有效利用率；其次，在原油的輸送及升溫過程中，能量的消耗
更為嚴(yán)重；再次，乳化液中所含的碳酸鹽及各種腐蝕性化學(xué)物質(zhì)對(duì)管道及設(shè)
備的腐蝕嚴(yán)重，為安全生產(chǎn)帶來極大隱患。原油的含水含鹽除了上述生產(chǎn)中
的主要危害外，對(duì)采出液的脫鹽脫水處理也提出了更為嚴(yán)峻的考驗(yàn)。三采技
術(shù)的應(yīng)用雖然提高了原油的產(chǎn)量，但是傳統(tǒng)的高壓交流、直流電場(chǎng)對(duì)ASP采
出液的處理已顯得力不從心。控制電流大、高壓電場(chǎng)不穩(wěn)定、電能泄漏加劇
等問題日益嚴(yán)重。因此，能否解決三次采出液的油水處理工藝技術(shù)問題，將
對(duì)三次采油技術(shù)推廣及老油田穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)具有重大的意義[3,5,6]。
1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
世界各大油田開采出的原油主要以“油包水”及“水包油”等穩(wěn)定性極
強(qiáng)的乳化液形式存在著，此種乳化液所具有的穩(wěn)定性，使得原油與水很難自
然分離。因此，多年以來人們針對(duì)如何破壞乳化液穩(wěn)定性這一關(guān)鍵問題，對(duì)
原油脫水技術(shù)進(jìn)行了深入的研究與探索。為了提高原油脫水效率，目前國(guó)內(nèi)
外已研究開發(fā)出的原油脫水方法主要有如下幾種：
1.沉降法
沉降法也稱重力式分離法，是根據(jù)油水互不相容且二者密度存在差異將
油水自然分離的一種方法。此方法多用于高含水期原油進(jìn)行預(yù)脫水處理，設(shè)