一种油田水净化性能评价模拟装置及方法与流程

1.本发明涉及油田水净化技术领域，具体涉及一种油田水净化性能评价模拟装置及方法。


背景技术：

2.在油田水处理过程中，一般采用各种过滤装置或大罐沉降，降低油田水中悬浮固体物的含量。为了提高过滤效率或沉降效果，同时有效降低小粒径悬浮固体含量，需要添加配套的化学药剂。
3.目前，使用的化学药剂主要是絮凝剂和助凝剂配合使用；其中，助凝剂主要作用机理是中和悬浮固体颗粒表面的负电荷，降低悬浮固体颗粒聚并的势能，达到脱稳的目的；絮凝剂主要作用机理是通过桥连作用，将脱稳的、分散的悬浮固体颗粒聚结成粗大的絮凝体，提高过滤效率、过滤性能和沉降分离效果。
4.絮凝剂的作用效果除与药剂与油田水的配伍性相关外，更主要地取决于加药工艺；对效果产生重大影响的加药工艺参数包括：
5.①
加药量：主要影响絮团的体积，进而影响絮团的比重和分离出的固体物总量。
6.②
加药点：配伍性优良的化学药剂，作用速度很快，能够在短时间内形成絮团；已经形成的絮团，如果无法及时得到相对安静的环境下进行沉降分离或过滤，在流动过程中会被再次打碎，无法再次形成较大絮团，影响加药的整体效果。
7.③
助凝剂和絮凝剂加注时间间隔：助凝剂除具有消除悬浮固体表面电荷的作用外，还具有一定的聚结性能。在其被注入油田水中后，在其聚结性能未充分发挥时，加入絮凝剂的效果最好。否则，一旦絮凝作用发生，则存在被再次破碎，无法再有效絮凝的风险，降低整体处理效果。
8.现有通行的评价方法为国内外标准中规定的方法，最主要标准包括：
9.①
sy/t 5796-93，絮凝剂评定方法
10.②
astm d2035-13 standard practice for coagulation-flocculation jar test of water
11.上述两个评价标准的原理相同，所采用的实验装置皆为六联搅拌式实验装置。其在使用时，存在如下缺点：
12.①
药剂与油田水混合不能模拟油田生产实际：两个评价标准，皆为采用设定搅拌速度和时间的方式实现油田水与化学药剂的混合，与加药后的管线流动实际偏离较大，从而会比较严重影响实际的絮团形成环境。
13.②
不能优化和确定助凝剂、絮凝剂加药间隔对效果的影响：标准中规定了特定的加药操作，但不能模拟生产真实絮凝作用环境，不能有效优化不同加药间隔时间对效果的影响；加药间隔以及两次加药间油田水的流动状态，都会对结果产生重大影响。
14.③
实验结束后，水样的取样检测存在缺陷：取样位置的不同，水质检测结果不同；造成不同的实验人员、不同的取样操作，得到的实验结果偏差较大，对药剂性能评价和推荐
带来不利影响。


技术实现要素：

15.针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种油田水净化性能评价模拟装置及方法。
16.本发明公开了一种油田水净化性能评价模拟装置，包括：油田水储罐、助凝剂储罐、絮凝剂储罐、加药位置及间隔调节装置、油田水沉降罐、上层液储罐和下层液储罐；
17.所述加药位置及间隔调节装置包括长度可调节的输送管线，所述油田水储罐的出口与所述输送管线的入口相连，所述输送管线的出口通过并联的多个输入支管接入到所述油田水沉降罐内不同高度处的布液器上，所述油田水沉降罐的上层液通过并联的多个不同高度的第一输出支管接入到所述上层液储罐中，所述油田水沉降罐的下层液通过并联的多个不同高度的第二输出支管接入到所述下层液储罐中，所述油田水沉降罐上连接有用于实现不同位置取样的取样装置；
18.所述助凝剂储罐通过并联的多个助凝剂支管接入到所述输送管线的不同位置处，所述絮凝剂储罐通过并联的多个絮凝剂支管接入到所述输送管线的不同位置处，通过对所述助凝剂支管和絮凝剂支管的选择开启，实现助凝剂和絮凝剂不同的加药间隔模拟。
19.作为本发明的进一步改进，所述油田水储罐内设有加热器，所述油田水沉降罐、上层液储罐和下层液储罐上均连接有氮气储罐；所述加热器和氮气储罐与温度和压力控制系统相连。
20.作为本发明的进一步改进，所述油田水储罐与所述输送管线的连接管路上安装有油田水计量泵，所述助凝剂储罐与所述输送管线的主连接管路上安装有助凝剂计量泵和助凝剂阀门，所述絮凝剂储罐与所述输送管线的主连接管路上安装有絮凝剂计量泵和絮凝剂阀门。
21.作为本发明的进一步改进，所述油田水储罐、油田水沉降罐、上层液储罐和下层液储罐上连接有排污管，并在所述排污管上安装有阀门；所述油田水沉降罐、上层液储罐和下层液储罐上安装有液位计且连接有排空管，并在所述排空管上安装有阀门。
22.作为本发明的进一步改进，所述输送管线包括连续的主输送管路，所述主输送管路的一端作为所述输送管线的入口，所述主输送管路的另一端以及中间路段的不同位置通过多个支输送管路并联后共同作为所述输送管线的出口；
23.所述助凝剂储罐通过并联的多个助凝剂支管接入到所述主输送管路的不同位置处，所述絮凝剂储罐通过并联的多个絮凝剂支管接入到所述主输送管路的不同位置处。
24.作为本发明的进一步改进，所述助凝剂支管上安装有用于选择助凝剂加药位置的第一阀组，所述絮凝剂支管上安装有用于选择絮凝剂加药位置的第二阀组，所述支输送管路上安装有用于调节所述输送管线长度的第三阀组。
25.作为本发明的进一步改进，所述输入支管上安装有选择油田水沉降罐进液点的第四阀组，所述第一输出支管上安装有选择油田水沉降罐上层液出液点的第五阀组，所述第二输出支管上安装有选择油田水沉降罐下层液出液点的第六阀组。
26.作为本发明的进一步改进，所述取样装置包括多个深入油田水沉降罐不同深度的取样管，每个所述取样管上安装有阀门。
27.本发明还公开了一种基于上述油田水净化性能评价模拟装置的油田水净化性能评价模拟方法，包括：
28.通过调节油田水计量泵、助凝剂计量泵、絮凝剂计量泵、油田水沉降罐的进液点和出液点中的一种或多种，模拟油田水絮凝处理过程中加药后流动状态对药剂效果的影响；和/或，
29.通过选择助凝剂、絮凝剂的加注点，模拟油田水絮凝处理过程中助凝剂和絮凝剂的加药位置和加药时间间隔对药剂效果的影响；和/或，
30.通过加热器调节油田水的温度，模拟油田水絮凝处理过程中油田水温度对药剂效果的影响；和/或，
31.通过氮气储罐调节田水沉降罐、上层液储罐和/或下层液储罐的压力，模拟罐体压力对药剂效果的影响。
32.作为本发明的进一步改进，在油田水净化性能评价模拟过程中，满足单一变量原则。
33.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
34.本发明能够有效地模拟油田水加注絮凝剂、助凝剂时，流动状态对药剂效果的影响；
35.本发明能够用于优化加药位置，此位置决定了加药后，油田水在管线中的流动时间；
36.本发明能够优化助凝剂、絮凝剂的加药间隔，该间隔严重影响两种药剂协同作用下的最终效果；
37.本发明能够模拟油田水絮凝处理过程中的温度、压力等操作参数对效果的影响；
38.本发明能够稳定地取得处理后的水样，用于准确分析和判定药剂效果；
39.本发明能够优化沉降罐进出水位置，确定最佳处理时间；
40.本发明能够便于取得絮凝产物，用于相关物性分析。
附图说明
41.图1为本发明一种实施例公开的油田水净化性能评价模拟装置的结构示意图；
42.图2为图1中加药位置及间隔调节装置的结构示意图；
43.图3为图1中取样装置的结构示意图。
44.图中：
45.1、油田水储罐；1-1、油田水计量泵；2、助凝剂储罐；2-1、助凝剂计量泵；2-2、助凝剂阀门；2-3、第一阀组；3、絮凝剂储罐；3-1、絮凝剂计量泵；3-2、絮凝剂阀门；3-3、第二阀组；4、加药位置及间隔调节装置；4-1、第三阀组；4-2、第四阀组；5、油田水沉降罐；5-1、布液器；5-2、第五阀组；5-3、第六阀组；6、上层液储罐；7、下层液储罐；8、氮气储罐；9、液位计；10、取样装置；11、排空管；12、排污管。
具体实施方式
46.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
本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
48.如图1所示，本发明提供一种油田水净化性能评价模拟装置，包括：油田水储罐1、助凝剂储罐2、絮凝剂储罐3、加药位置及间隔调节装置4、油田水沉降罐5、上层液储罐6、下层液储罐7和氮气储罐8；其中，
49.本发明的油田水储罐1内注入实验用油田水，并通过油田水储罐1内设置的搅拌器和加热器，实现搅拌并加热至实验温度；助凝剂储罐2内注入实验所需浓度的助凝剂，絮凝剂储罐3内注入实验所需浓度的絮凝剂。油田水储罐1与加药位置及间隔调节装置4的油田水进口相连，并在连接管路上安装有油田水计量泵1-1，实现油田水注入流量的调节；助凝剂储罐2与加药位置及间隔调节装置4的助凝剂进口相连，并在连接管路上安装有助凝剂计量泵2-1和助凝剂阀门2-2，实现助凝剂注入流量的调节；絮凝剂储罐3与加药位置及间隔调节装置4的絮凝剂进口相连，并在连接管路上安装有絮凝剂计量泵3-1和絮凝剂阀门3-2，实现絮凝剂注入流量的调节；加药位置及间隔调节装置4的出口通过并联的多个输入支管接入到油田水沉降罐5内不同高度处的布液器5-1上。
50.进一步参考图2，本发明的加药位置及间隔调节装置4包括长度可调节的输送管线，输送管线包括连续的主输送管路，主输送管路的一端作为加药位置及间隔调节装置4的入口，主输送管路的另一端以及中间路段的不同位置通过多个支输送管路并联后共同作为加药位置及间隔调节装置4的出口；助凝剂储罐2通过并联的多个助凝剂支管接入到主输送管路的不同位置处，絮凝剂储罐3通过并联的多个絮凝剂支管接入到主输送管路的不同位置处；其中，助凝剂支管上安装有用于选择助凝剂加药位置的第一阀组2-3，絮凝剂支管上安装有用于选择絮凝剂加药位置的第二阀组3-3，支输送管路上安装有用于调节输送管线长度的第三阀组4-1，输入支管上安装有选择油田水沉降罐5进液点的第四阀组4-2。基于第一阀组2-3中不同阀门的选择打开，可实现助凝剂在不同位置的加入，进而可模拟助凝剂的注入位置对药剂效果的影响；基于第二阀组3-3中不同阀门的选择打开，可实现絮凝剂在不同位置的加入，进而可模拟絮凝剂的注入位置对药剂效果的影响；基于第一阀组2-3、第二阀组3-3和第三阀组4-1中对应阀门的配合选择打开，可实现助凝剂和絮凝剂不同的加药间隔对药剂效果的影响；基于第四阀组4-2中不同阀门的选择打开，可实现油田水或混合液在油田水沉降罐5中不同高度的加入，进而可模拟油田水沉降罐5的不同注液点对药剂效果的影响。
51.本发明油田水沉降罐5的上层液通过并联的多个不同高度的第一输出支管接入到上层液储罐6中，第一输出支管上安装有选择油田水沉降罐上层液出液点的第五阀组5-2；油田水沉降罐5的下层液通过并联的多个不同高度的第二输出支管接入到下层液储罐7中，第二输出支管上安装有选择油田水沉降罐下层液出液点的第六阀组5-3；基于第五阀组5-2和第六阀组5-3中不同阀门的选择打开，可实现油田水或混合液在油田水沉降罐5中不同高度的流出，进而可模拟油田水沉降罐5的不同出液点对药剂效果的影响。
52.进一步参考图3，本发明的油田水沉降罐5上连接有用于实现不同位置取样的取样装置10，取样装置包括多个深入油田水沉降罐不同深度的取样管，每个取样管上安装有阀门。基于该取样装置10的设计，能够稳定地取得处理后的水样，用于准确分析和判定药剂效
果；同时，能够便于取得絮凝产物，用于相关物性分析。
53.本发明的油田水沉降罐5、上层液储罐6和下层液储罐7上均连接有氮气储罐8，并在连接管路上对应安装有阀门；通过氮气储罐8可调节油田水沉降罐5、上层液储罐6和下层液储罐7的压力。进一步，为实现温度和压力的自动控制，本发明的氮气储罐8与油田水储罐1内的加热器与装置供电及温度、压力自动控制系统相连，并配合设置对应的传感器；基于该控制系统实现温度、压力的监测以及调节。
54.进一步，本发明的油田水储罐1、油田水沉降罐5、上层液储罐6和下层液储罐7上连接有排污管12，并在排污管12上安装有阀门；油田水沉降罐5、上层液储罐6和下层液储罐7上安装有液位计9且连接有排空管11，并在排空管11上安装有阀门。
55.本发明提供一种基于上述油田水净化性能评价模拟装置的油田水净化性能评价模拟方法，包括：
56.通过调节油田水计量泵、助凝剂计量泵、絮凝剂计量泵、油田水沉降罐的进液点和出液点中的一种或多种，模拟油田水絮凝处理过程中加药后流动状态对药剂效果的影响；和/或，
57.通过选择助凝剂、絮凝剂的加注点，模拟油田水絮凝处理过程中助凝剂和絮凝剂的加药位置和加药时间间隔对药剂效果的影响；和/或，
58.通过加热器调节油田水的温度，模拟油田水絮凝处理过程中油田水温度对药剂效果的影响；和/或，
59.通过氮气储罐调节田水沉降罐、上层液储罐和/或下层液储罐的压力，模拟罐体压力对药剂效果的影响。
60.进一步，在油田水净化性能评价模拟过程中，满足单一变量原则。
61.实施例：
62.本发明提供一种油田水净化性能评价模拟方法，包括：
63.步骤1、将实验用油田水注入油田水储罐中，搅拌，加热至实验温度；
64.步骤2、将实验用助凝剂、絮凝剂，分别配制成合适浓度的溶液于助凝剂储罐和絮凝剂储罐中；
65.步骤3、启动油田水计量泵，充满实验系统，按实验设定的停留时间调节泵流量；
66.步骤4、根据设定的加药时间及助凝剂、絮凝剂的加药间隔，打开相应的药剂入品阀门；
67.步骤5、启动助凝剂计量泵和絮凝剂计量泵，按设定的加药量调节泵流量；
68.步骤6、根据油田水计量泵的流量，计算系统中油田水的停留时间，超过3个pv的量后，取不同位置的水样进行检测；
69.步骤7、根据实验需求，对其它需要检测的样品进行取样检测；
70.步骤8、所有实验参数检测完成并符合要求后，停止实验，对系统进行清洗。
71.本发明的优点为：
72.为克服了现有絮凝剂性能评价过程中，无法模拟流动状态对药剂效果的影响，以及温度、压力等参数对效果的影响；本发明通过创新设计的油田水净化性能评价模拟装置，使其可仿真模拟油田水絮凝处理过程中，加药后流动状态对药剂效果的影响，优化最佳加药量、加药后进入沉降罐或过滤器时间(即加药点)、助凝剂和絮凝剂最佳加药间隔等操作
参数；同时，可以稳定地选取不同位置的水样效果测试，以确定沉降罐出口设置位置等结构参数；可以方便抽取分离出的固体物质，进行相关性质测定。提高实验结果在工业生产中的再现性，为水处理工艺设计、油田水处理生产参数优化提供技术支持和仿真数据。以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。