陶瓷膜过滤技术在油田含油污水中的应用研究进展

油田含油污水的高效处理是油田可持续开发的关键,陶瓷膜过滤技术由于具有分离效果好、无二次污染等优点已成为目前的研究热点。本文分析了陶瓷膜的油水分离机理,调研了国内外陶瓷膜过滤技术处理油田含油污水的研究现状,同时介绍了陶瓷膜过滤技术在海上油田含油污水处理中的应用,重点分析了膜分离效果的影响因素,主要包括膜本身的性能、原料液的性质、过程的操作参数以及其他影响因素。其中膜本身的性能主要体现在膜孔径和膜材料上;原料液的性质主要取决于含油量、p H、浓度和温度;而过程的操作参数主要包括跨膜压差和膜面流速;其他因素主要有反冲洗、吸附剂和混凝剂。然后分析了膜污染的机理,介绍了目前膜清洗的方法。最后分析了膜技术应用中存在的问题,对未来研究的方向提出了几点建议。

超滤膜处理油田含油污水研究进展

针对国内外油气工业中含油污水处理效率低、设备运行费用高的现状,介绍了超滤膜过滤的原理以及含油污水超滤膜处理技术,包括单一膜、复合膜、改性膜和共混膜以及超滤膜与其他方法的耦合工艺。最后,针对目前存在的问题提出了一些建议。

大庆普通稠油黏温及流变性研究

以大庆江37普通稠油为研究对象,利用Anton Paar MCR301旋转流变仪开展了稠油黏温及流变特性的实验研究。通过室内实验,测定了大庆普通稠油在不同温度、压力及剪切速率条件下的黏度,研究了稠油流变性特性及屈服应力与温度的关系。研究结果表明,稠油的黏度对温度非常敏感,随温度升高而大幅度降低,在拐点温度处之前,稠油黏-温关系曲线随压力变化较大;在拐点温度处之后,压力对黏度影响不大。流变性曲线说明,低温40℃条件下稠油油样属于Bingham塑性流体。随着温度升高,原油流变性表现为牛顿流体特性。

油田采出水处理技术研究新进展

介绍了大孔聚合物萃取技术在海上油田采出水处理中的应用,同时综述了国内外吸附剂法、光电化学法处理油田采出水的研究进展。针对光电催化法处理效果易受水质影响的问题,简述了电解、臭氧氧化、膜分离与光电催化法的耦合工艺,指出光电催化法与其他工艺的耦合是未来的一个新的研究方向。

表征油田含聚污水处理中均质滤料过滤过程的数学模型

含聚污水的水质特性决定了其在过滤处理中可加剧滤料层污染,甚至形成制约反冲洗操作的板结问题。以过滤过程中合理确定过滤速度为思路,建立了考虑滤料污染板结过滤过程的阻力表达式;基于污水过滤简化数学模型,考虑过滤阻力、孔隙率、含聚污水水量与过滤速度的关系,建立了含聚污水处理中均质滤料过滤过程的数学模型,并给出了其定解条件和求解方法;基于典型工况资料对模型进行了验证,为含聚污水处理过程中过滤速度的优化、滤料级配模式的设计提供了理论依据和方法。

海拉尔油田贝14区块兴Ⅰ组储层的沉积特征

为解决海拉尔油田中特低渗透储量比例大、注水开发矛盾突出的问题,利用岩芯、测井、录井等资料,探讨海拉尔油田贝14区块兴Ⅰ组储层的颜色及岩石类型、构造特征,分析储层的岩相特征,明确储层的沉积环境。利用测井资料建立沉积微相测井相模式,利用地震反演进行井间砂体预测,实现了井震结合沉积微相精细刻画,探究砂体的分布规律。结果表明:贝14区块兴Ⅰ组储层为扇三角洲前缘亚相沉积;微相类型分为水下分流河道、河口坝、席状砂等五种类型;兴Ⅰ组储层的砂体以水下分流河道砂体为主,砂体分布具有明显规律性和方向性,水下分流河道砂体宽度较大,由南东向至北西方向呈枝状展布。该研究可为海拉尔油田进一步的勘探评价提供一定的理论指导。

高气液比井下气液旋流分离器结构设计与性能分析

针对井下高气液比工况气液高效分离难度大的问题,提出了一种旋流-重力耦合式井下气液分离器结构。结合实验研究、数值模拟及实验设计方法,对气液分离器结构参数进行显著性分析和优化设计,建立显著性结构参数与气液分离效率间的数学关系模型,确立了结构参数的最佳匹配方案。分析了入口流量、压力及气液比对气液分离器性能的影响规律。结果表明,重力沉降与旋流分离的结合设计可以实现高气液比条件下的液相沉积,进而实现气液两相的高效分离。分离器的分离效率随着进液量升高而升高,增幅逐渐趋于平稳。随着气液比增大,分离效率呈现先增加后降低的趋势。得出该气液分离器的最佳进液量为42m^(3)/d,最佳入口压力2MPa,最佳气液比为700∶1,在最佳工况下分离效率为97%,模拟结果与实验结果呈现出较好的一致性。研究结果将为高气液比条件下气液分离装备研发提供新的思路和参考。

堵塞工况下水力旋流器流场特性及性能分析

为研究水力旋流器在井下出现堵塞问题而产生的流场及性能变化规律,以井下倒锥式水力旋流器为研究对象,采用数值模拟与实验相结合的研究方法,对旋流器在六种不同堵塞工况下的流场特性及分离性能进行深入分析,并提出一种流场不对称性的定量表征方法,明确其在不同堵塞工况下旋流场变化及平均偏移不对称情况。结果表明,在三条紧邻流道堵塞的工况中,切向速度及轴向速度的平均偏移不对称率均产生最大值分别为67.82%和34.99%;相对于无堵塞工况,六种不同堵塞工况的平均压降均有所上升,分离效率均有所下降,其中工况六在四条紧邻流道堵塞的工况中,平均压降最大,分离效率最小。通过实验开展不同工况下的分离性能分析,实验结果与模拟结果的平均误差为1.22%,呈现出较好的一致性,为本文数值模拟方法的准确性提供了验证。

不等大液滴在不同润湿性壁面碰撞聚结过程实验研究

在工业生产过程中,液滴碰撞的控制和利用对于涂覆、喷涂、沉积等工艺有着重要意义。为了分析不等大液滴在不同湿润性壁面碰撞聚结的过程,制备了体积比为12的不等大液滴,利用高速摄像技术,开展了不同润湿性基板上小液滴撞击大液滴的碰撞实验,对液滴碰撞聚结动力学行为进行分析。实验结果表明,在韦伯数为8.07≤We≤40.38与基板接触角α=100°、120°、145°、160°的实验范围内,液滴出现反弹聚结和接触聚结两种现象。双液滴碰撞聚结后,液滴的最大铺展直径与韦伯数呈正相关,与基板接触角呈负相关。最大射流高度随韦伯数增加先升高后降低,随接触角增加而增加。实验范围中,双液滴碰撞聚结过程中最大铺展直径为d_(p,max)=8.41 mm,最大射流高度h_(s,max)=6.92 mm。

T型微通道入口角度对剪切变稀流体微液滴制备影响

为了研究T型微通道入口角度对非牛顿微液滴制备影响,采用流体体积(VOF)模型对聚丙烯酰胺水溶液微液滴形成过程进行数值模拟,开展高速数码显微实验对数值模拟结果进行验证。结果表明:在相同工况条件下,非牛顿微液滴生成频率随着分散相入口角度的增大呈先增大后减小的趋势,相对长度呈现先减小后增大的趋势。在入口角度小于90°时,随着入口角度的增加,微通道内两相平均压差、液滴断裂时刻两相压差最低值随之升高,在入口角度大于90°时,上述压差则随着入口角度的增加而降低。考虑两相体积流量比与连续相毛细数并引入关于分散相入口角度的修正系数,提出聚丙烯酰胺水溶液微液滴相对长度预测公式,为剪切变稀流体微液滴制备提供参考。

倒锥参数对气举式水力旋流器分离性能的影响

利用单因素试验设计方法,针对气举式水力旋流器倒锥参数,开展不同参数下的性能优化研究。利用数值模拟方法,对不同倒锥高度、注气直径和注气速度下的流场特性及分布规律进行分析。结果表明,当倒锥高度为130 mm、注气直径为1.8 mm、注气速度为3.5 m/s时,分离效率达到最佳,较优化前提高了0.98%。对比倒锥参数优化前后的气举式水力旋流器油核分布形态,优化后油核均在倒锥结构上方形成,促进了旋流器分离性能的提升,验证了倒锥参数优化对气举式水力旋流器的重要性。

水力裂缝与天然裂缝相交扩展形态的智能预测

水力压裂作为页岩气储层开采的核心技术,在压裂过程中水力裂缝的扩展会遇到天然裂缝,与天然裂缝相交后压裂缝的扩展特征对缝网的形成有明显影响,从而影响最终压裂改造效果。基于内聚力单元建立了基于断裂力学的页岩气储层渗流-应力-断裂耦合的水力裂缝与多个天然裂缝相交扩展模型,研究了不同天然裂缝倾角、天然裂缝尺寸、应力差、压裂液排量和黏度下水力裂缝与天然裂缝扩展形态规律。采用基于Bagging算法集成支持向量机(support vector machines, SVM)、决策树(decision tree classifier, DTC)、逻辑回归(logistic regression, LR)、K最邻近算法(K-nearest neighbor, KNN)的裂缝形态分类器对裂缝相交扩展形态进行预测,并将Bagging算法预测结果与SVM、DTC、LR、KNN预测结果进行比较。研究结果表明:基于Bagging集成算法对水力裂缝与天然裂缝相交扩展形态预测准确率达到了92.58%,相较于单个算法,最高提升了17.95%,其中应力差越小、天然裂缝倾角、裂缝尺寸越大和压裂液排量、黏度越低越容易产生剪切缝,反之容易形成穿层缝。通过建立的水力压裂预测结果的数据集对裂缝扩展的路径和形态进行智能化预测,为利用人工智能和机器学习算法进行完井压裂优化设计提供了方法参考和对实际压裂过程优化设计提供了重要参考依据。

钻井液侵入纹层状页岩的模型

井壁失稳一直是钻井工程中的世界性技术难题,纹层状页岩弱面发育以及黏土矿物含量较高,导致井眼坍塌的风险增加,极大地制约了页岩水平井的高效开发.为了研究钻井液在纹层状页岩中的侵入规律,开展了驱替实验和核磁扫描,确定了不同驱替时间下钻井液侵入纹层状页岩的深度,基于实验结果建立了新的包含纹层侵入的纹层状页岩的流体侵入数学模型,在总吸水量一定的情况下,可以根据侵入时间求得钻井液在纹层的侵入深度以及侵入量,基于实验结果验证了模型的准确性,采用有限元-离散元法描述钻井液侵入过程并进行敏感性分析.研究结果表明:在钻井液使用量一定的条件下,钻井液沿纹层状页岩油的侵入深度与侵入时间呈正向对数关系,随着侵入时间、纹层张开度的增大,侵入深度逐渐变大,但后期增长缓慢最终趋于不变;随着纹层数量的增加,侵入深度逐渐减小.

薄层时频特征的正演模拟

基于正演模拟的薄层时频特征响应分析是薄层定性识别与厚度定量预测的基础与关键.本文基于波场延拓理论,利用深度域相移法对不同厚度薄层进行了正演模拟.采用广义S变换对零偏移距地震道的反射复合波进行瞬时频谱分析,发现当薄层顶底反射系数极性相反时,复合波的干涉作用具有升频降幅作用,而极性相同时具有升幅降频作用;理论推导和实验分析均证明主峰值频率与薄层双程旅行时间厚度存在定量解析关系,这为薄层厚度定量预测提供了重要的技术手段;由于峰值频率对反射系数大小与极性变化不敏感,因此,峰值频率方法与时域振幅方法相比更具稳定性.

等厚薄互层时频特征的正演模拟

本文基于波动理论,利用深度域相移法对不同互层数、不同单层厚度的等厚薄互层进行正演模拟.采用广义S变换分析零偏移距地震道反射复合波的瞬时频谱.研究发现当单层厚度大于3/16波长时,等厚薄互层时域特征为中、高频等幅振荡,瞬时频谱为与单层厚度成反比的单一峰值梳状函数;当单层厚度小于3/16波长时,震源子波的有限带宽对瞬时频谱的高频频率峰有压制作用,导致等厚薄互层中部的时域振幅和频域最大幅度均为低值,薄互层的结构特征不易分辨,说明宽高频的震源子波是提高薄互层分辨能力的关键.此外,理论推导和实验分析均证明:当地层厚度大于1/8波长时,其峰值频率与薄互层单层厚度存在定量解析关系,这为等厚薄互层单层厚度定量预测提供了重要的技术手段.

高浓度聚驱采出液乳化行为及电化学脱水方法

针对高浓度聚驱采出液油水分离效率及其给常规交直流电场带来的冲击,开展了该类采出液的乳化行为及脱水方法研究,研究中综合了集输工况条件下的采出液转相特征、电负性、乳化油珠粒径分布、界面性质、乳化体系的微观形态及瓶试法油水分离实验,并基于所建立模拟装置评价了脉冲供电脱水对高浓度聚驱采出液破乳脱水的适应性。结果表明,高浓度聚驱采出液复杂的乳化行为与含聚浓度直接相关,含聚浓度上升使其电负性增强,转相点呈不同程度降低,且由于促进了黏弹性界面膜的形成,乳化粒子聚并和相分离的难度增大;辅以化学破乳的脉冲供电电场脱水工艺能有效改善分离效果,提高脱水操作的稳定性。

三元复合驱采出水处理技术研究进展

针对三元复合驱采出水中含油量和悬浮固体含量高、油水乳状液性质稳定、油水分离困难等问题,简要介绍了三元复合驱采出水的水质特性和油水分离特性,以及破乳、悬浮固体处理等方法的研究进展。重点介绍了目前国内三元复合驱采出水矿场试验采用的处理技术和处理工艺。最后对今后的研究提出了一些建议。

驱油剂对三元复合驱含油污水中油滴稳定性的影响

三元复合驱技术已在大庆油田成功进行工业化应用。三元复合驱含油污水中由于含有残余的化学药剂,导致其很难处理,从而限制了三元复合驱技术的推广。本文首先采用室内实验制备模拟三元复合驱含油污水,然后通过沉降实验研究驱油剂对油滴稳定性的影响,最后结合驱油剂对油水界面张力、油滴Zeta电位、油滴粒径大小的影响来阐释驱油剂对油滴稳定性的作用机制。结果表明:油滴的稳定性随着NaOH浓度的增大先增大后减小,当NaOH浓度由0增大到400mg/L时,NaOH与原油中的酸性物质反应生成表面活性剂增强油滴的稳定性;当NaOH浓度大于400mg/L时,NaOH本身作为电解质压缩双电层,使油滴的稳定性减小。油滴的稳定性随着表面活性剂浓度的增大而增大,这是因为表面活性剂可以吸附在油滴表面,使油水界面张力减小,同时增大油滴表面的Zeta电位,从而使油滴的稳定性增强。油滴的稳定性随着聚合物浓度的增大先减小后增大,当聚合物的浓度小于300mg/L时,聚合物的桥接、絮凝作用起主导作用,聚合物分子可以吸附到油滴表面,将油滴连接到一起,同时聚合物分子可以压缩液滴表面的双电层,从而有利于油滴的聚结;当聚合物的浓度大于300mg/L时,体系的黏度增大,油滴的运动速度减小,此时聚合物分子占满油滴表面,表现出空间位阻作用,从而使油滴的稳定性增强,不利于油滴的聚结。

注采井间水流优势方向的识别

对于水驱非均质油田,在高含水后期,识别注入水流优势方向,对指导油田后期剩余油挖潜措施的选择与方案制定具有重要意义.采用灰色关联理论和流体渗流与电流相似原理,提出了用月注水量与产液量的关联度和油水井间渗流阻力值识别水流优势方向的方法.该方法分别与井-地电位法和流线法数值模拟对比,其结果比较吻合.

测井数据岩相分类的机器学习方法和大数据岩相分类探讨

对现有测井数据岩相分类的机器学习方法进行归纳总结,并针对大数据岩相分类的相关问题进行探讨。