高频脉冲原油电脱水供电装置的研制_王新宇

石油人在北京

目录
摘要...............................................................................................................I
Abstract................................................................................................................II
第1章绪论.........................................................................................................1
1.1课题的研究背景、目的及意义.................................................................1
1.2国内外研究现状及发展趋势.....................................................................2
1.3本文主要研究内容....................................................................................4
第2章基本原理及电源选择..............................................................................5
2.1乳化液的破乳............................................................................................5
2.2原油电破乳的基本原理.............................................................................6
2.2.1偶极聚结.............................................................................................6
2.2.2振荡聚结.............................................................................................7
2.2.3电泳聚结.............................................................................................7
2.3高频脉冲电场脱水理论基础.....................................................................8
2.3.1传统脱水电场存在的问题及解决措施..............................................8
2.3.2高频脉冲电场的提出及其特点..........................................................9
2.4本章小结..................................................................................................10
第3章高频脉冲供电装置的总体设计............................................................11
3.1高频脉冲供电装置的组成及其性能指标...............................................11
3.2主电路的设计与分析..............................................................................12
3.2.1主电路的组成...................................................................................12
3.2.2主电路相关参数的计算及器件选取................................................12
3.2.3脉冲变压器的设计............................................................................14
3.3主电路仿真分析......................................................................................16
3.4本章小结..................................................................................................18
第4章控制及显示电路的设计........................................................................19
4.1调压控制模块设计..................................................................................19
4.1.1同步方波信号的产生........................................................................19
4.1.2晶闸管触发信号的产生....................................................................20
4.1.3触发脉冲的隔离驱动........................................................................21.......................................................................23
4.2变频控制模块设计..................................................................................23
4.2.1脉宽调制信号的产生........................................................................23
4.2.2 IGBT的驱动电路..............................................................................25
4.3信号处理及显示......................................................................................26
4.3.1传感器的选择...................................................................................26
4.3.2峰值检波电路设计............................................................................26
4.3.3高压信号的测量...............................................................................27
4.3.4显示模块设计...................................................................................28
4.4保护模块设计..........................................................................................28
4.4.1恒流保护信号的产生........................................................................29
4.4.2过压及过流保护双重电路................................................................30
4.5辅助电源的设计......................................................................................31
4.6本章小结..................................................................................................33
第5章硬件调试及实验...................................................................................34
5.1调压及保护系统调试..............................................................................34
5.2逆变及保护系统调试..............................................................................35
5.3整机调试及现场实验..............................................................................36
5.3.1整机调试...........................................................................................36
5.3.2现场脱水试验...................................................................................37
5.4本章小结..................................................................................................37
结论.....................................................................................................................38
参考文献.............................................................................................................39
致谢.....................................................................................................................42-1-
第1章绪论
1.1课题的研究背景、目的及意义
根据2009年美国《油气杂志》发布的世界油气资源储产量年终统计显示，
全球石油已探明储量略增、天然气储量增长幅度较大，石油产量有所下降。
该统计给出了2009年全球主要产油区及国家的油气资源详细记录。
2009年全球原油估算探明储量为1855.04亿吨，同比增长0.89%；天然
气探明储量187.16万亿立方米，同比大增5.68%；全球石油产量35.25亿吨，
同比下降3.2%。全球范围内看，石油及天然气储量增幅最大的为亚太地区。
世界各国中，澳大利亚油气储量增幅排名第一位且上涨势头迅猛。表1-1给
出了世界各地区石油储产量及所占比例。
表1-1世界石油产量对比
Tab.1-1 Comparative table of world oil production
（单位：亿吨）
地区石油储量占世界总储量石油产量占世界总产量
亚太54.9 2.96%3.69 10.5%
西欧16.7 0.9%1.92 6.3%
东欧及前苏联137 7.4%6.41 18.2%
中东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%
据世界石油跟踪分析师和相关组织在2009年7月的调查数据显示，世界
石油需求量将随着全球经济的复苏而提高。到2010年世界石油需求在两年内
第一次出现增长。世界各国都在关注化石燃料还能够持续多久满足世界不断
增长的能源需求，特别是以中国为能源主导的亚洲经济增长。这就对各大石
油公司提出了新的挑战，一方面要改进开采技术，提高原油采收率；另一方
面对已采出原油要改进油田地面处理工艺，最大限度的提高原油利用率，更
深层次的回收石油[1]。
为了原油采收率的提高，三次采油新技术在我国各大油田迅速推广。三起的深度驱油技术，通过采油过程中碱、表
面活性剂、聚合物等驱油剂的注入，达到最大限度的采收原油的目的。在原
油产量增加的同时，三元复合驱采出液的处理成为了首要难题。采出液中含
有大量的乳化水，表面活性剂及碱与地层原油的有机酸作用产生新的表面活
性剂，使采出液中W/O、O/W、O/W/O、W/O/W型乳化液长期共存，乳化状
态极其复杂。碱的加入还使乳化液PH值增高、聚合物使乳化液粘度增大。
经实验验证，ASP采出液破乳脱水困难已经严重影响了外输原油的质量及油
田生产效率，乳化液脱水后的脱出水的净化处理也十分困难[2-4]。
原油含水给油田生产、输送及油库对原油的存储都带来一系列危害。首
先，采出液体积的大量增加大大降低了油田地面集输管道、储罐以及其他原
油处理设备的有效利用率；其次，在原油的输送及升温过程中，能量的消耗
更为严重；再次，乳化液中所含的碳酸盐及各种腐蚀性化学物质对管道及设
备的腐蚀严重，为安全生产带来极大隐患。原油的含水含盐除了上述生产中
的主要危害外，对采出液的脱盐脱水处理也提出了更为严峻的考验。三采技
术的应用虽然提高了原油的产量，但是传统的高压交流、直流电场对ASP采
出液的处理已显得力不从心。控制电流大、高压电场不稳定、电能泄漏加剧
等问题日益严重。因此，能否解决三次采出液的油水处理工艺技术问题，将
对三次采油技术推广及老油田稳产增产具有重大的意义[3,5,6]。
1.2国内外研究现状及发展趋势
世界各大油田开采出的原油主要以“油包水”及“水包油”等稳定性极
强的乳化液形式存在着，此种乳化液所具有的稳定性，使得原油与水很难自
然分离。因此，多年以来人们针对如何破坏乳化液稳定性这一关键问题，对
原油脱水技术进行了深入的研究与探索。为了提高原油脱水效率，目前国内
外已研究开发出的原油脱水方法主要有如下几种：
1.沉降法
沉降法也称重力式分离法，是根据油水互不相容且二者密度存在差异将
油水自然分离的一种方法。此方法多用于高含水期原油进行预脱水处理，设