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國內外研究現狀及發展趨勢.....................................................................2
1.3本文主要研究內容....................................................................................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.............................................................................................6
2.2.2振蕩聚結.............................................................................................7
2.2.3電泳聚結.............................................................................................7
2.3高頻脈沖電場脫水理論基礎.....................................................................8
2.3.1傳統脫水電場存在的問題及解決措施..............................................8
2.3.2高頻脈沖電場的提出及其特點..........................................................9
2.4本章小結..................................................................................................10
第3章高頻脈沖供電裝置的總體設計............................................................11
3.1高頻脈沖供電裝置的組成及其性能指標...............................................11
3.2主電路的設計與分析..............................................................................12
3.2.1主電路的組成...................................................................................12
3.2.2主電路相關參數的計算及器件選取................................................12
3.2.3脈沖變壓器的設計............................................................................14
3.3主電路仿真分析......................................................................................16
3.4本章小結..................................................................................................18
第4章控制及顯示電路的設計........................................................................19
4.1調壓控制模塊設計..................................................................................19
4.1.1同步方波信號的產生........................................................................19
4.1.2晶閘管觸發信號的產生....................................................................20
4.1.3觸發脈沖的隔離驅動........................................................................21.......................................................................23
4.2變頻控制模塊設計..................................................................................23
4.2.1脈寬調制信號的產生........................................................................23
4.2.2 IGBT的驅動電路..............................................................................25
4.3信號處理及顯示......................................................................................26
4.3.1傳感器的選擇...................................................................................26
4.3.2峰值檢波電路設計............................................................................26
4.3.3高壓信號的測量...............................................................................27
4.3.4顯示模塊設計...................................................................................28
4.4保護模塊設計..........................................................................................28
4.4.1恒流保護信號的產生........................................................................29
4.4.2過壓及過流保護雙重電路................................................................30
4.5輔助電源的設計......................................................................................31
4.6本章小結..................................................................................................33
第5章硬件調試及實驗...................................................................................34
5.1調壓及保護系統調試..............................................................................34
5.2逆變及保護系統調試..............................................................................35
5.3整機調試及現場實驗..............................................................................36
5.3.1整機調試...........................................................................................36
5.3.2現場脫水試驗...................................................................................37
5.4本章小結..................................................................................................37
結論.....................................................................................................................38
參考文獻.............................................................................................................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2009年美國《油氣雜志》發布的世界油氣資源儲產量年終統計顯示，
全球石油已探明儲量略增、天然氣儲量增長幅度較大，石油產量有所下降。
該統計給出了2009年全球主要產油區及國家的油氣資源詳細記錄。
2009年全球原油估算探明儲量為1855.04億噸，同比增長0.89%；天然
氣探明儲量187.16萬億立方米，同比大增5.68%；全球石油產量35.25億噸，
同比下降3.2%。全球范圍內看，石油及天然氣儲量增幅最大的為亞太地區。
世界各國中，澳大利亞油氣儲量增幅排名第一位且上漲勢頭迅猛。表1-1給
出了世界各地區石油儲產量及所占比例。
表1-1世界石油產量對比
Tab.1-1 Comparative table of world oil production
（單位：億噸）
地區石油儲量占世界總儲量石油產量占世界總產量
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%
據世界石油跟蹤分析師和相關組織在2009年7月的調查數據顯示，世界
石油需求量將隨著全球經濟的復蘇而提高。到2010年世界石油需求在兩年內
第一次出現增長。世界各國都在關注化石燃料還能夠持續多久滿足世界不斷
增長的能源需求，特別是以中國為能源主導的亞洲經濟增長。這就對各大石
油公司提出了新的挑戰，一方面要改進開采技術，提高原油采收率；另一方
面對已采出原油要改進油田地面處理工藝，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，三次采油新技術在我國各大油田迅速推廣。三起的深度驅油技術，通過采油過程中堿、表
面活性劑、聚合物等驅油劑的注入，達到最大限度的采收原油的目的。在原
油產量增加的同時，三元復合驅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酸作用產生新的表面活
性劑，使采出液中W/O、O/W、O/W/O、W/O/W型乳化液長期共存，乳化狀
態極其復雜。堿的加入還使乳化液PH值增高、聚合物使乳化液粘度增大。
經實驗驗證，ASP采出液破乳脫水困難已經嚴重影響了外輸原油的質量及油
田生產效率，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、輸送及油庫對原油的存儲都帶來一系列危害。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、儲罐以及其他原
油處理設備的有效利用率；其次，在原油的輸送及升溫過程中，能量的消耗
更為嚴重；再次，乳化液中所含的碳酸鹽及各種腐蝕性化學物質對管道及設
備的腐蝕嚴重，為安全生產帶來極大隱患。原油的含水含鹽除了上述生產中
的主要危害外，對采出液的脫鹽脫水處理也提出了更為嚴峻的考驗。三采技
術的應用雖然提高了原油的產量，但是傳統的高壓交流、直流電場對ASP采
出液的處理已顯得力不從心。控制電流大、高壓電場不穩定、電能泄漏加劇
等問題日益嚴重。因此，能否解決三次采出液的油水處理工藝技術問題，將
對三次采油技術推廣及老油田穩產增產具有重大的意義[3,5,6]。
1.2國內外研究現狀及發展趨勢
世界各大油田開采出的原油主要以“油包水”及“水包油”等穩定性極
強的乳化液形式存在著，此種乳化液所具有的穩定性，使得原油與水很難自
然分離。因此，多年以來人們針對如何破壞乳化液穩定性這一關鍵問題，對
原油脫水技術進行了深入的研究與探索。為了提高原油脫水效率，目前國內
外已研究開發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行預脫水處理，設