МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НЕОДНОРОДНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ДВИЖЕНИЕ КАПЕЛЬ ВОДЫ В НЕФТИ

С. Н. Харламов, В. В. Зайковский

Аннотация


Подготовка скважинной продукции в условиях высокой обводненности нефти осложняется многими факторами, в числе которых значимое место занимают ограничения по производительности электрообезвоживающих и обессоливающих установок. Конструкция таких установок не претерпевала существенных изменений за последние 40 лет. Перспективным является использование конструкций электродегидраторов, реализующих принцип обработки водонефтяных эмульсий в неоднородном электрическом поле, так как в таком случае увеличивается масштаб воздействия сил диэлектрофореза на глобулы воды. Разработка таких аппаратов возможна только при детальном анализе распределения неоднородного электрического поля во всем объеме аппарата, как в межэлектродном, так и заэлектродном пространстве, а также анализе динамики движения капель воды в поле действия силы плавучести, силы диэлектрофореза и лобового сопротивления движению. В исследовании предложен алгоритм расчета неоднородного электрического поля, создаваемого симметричной и несимметричной конфигурацией плоских электродов различных размеров, как в межэлектродной, так и в заэлектродной области. Результаты расчета электрического поля были использованы для моделирования движения капель воды в водонефтяной эмульсии под действием сил диэлектрофореза, плавучести и лобового сопротивления для различных конфигураций электродов. На основе анализа траекторий движения капель воды в нефти установлены особенности разделения эмульсий в аппаратах с различными размерами заряженной и заземленной пластин конденсатора. Установлено, что несимметричная конфигурация электродов с преобладанием длины заряженной пластины обладает лучшими, по сравнению с другими конфигурациями, эксплуатационными характеристиками и может быть использована для интенсификации электрокоалесценции водонефтяных эмульсий.

Ключевые слова


demulsification;dielectrophoresis;electric field;electrocoalescence;electrodes;numerical modeling;water-oil emulsion;водонефтяная эмульсия;демульсификация;диэлектрофорез;численное моделирование;электрическое поле;электроды;электрокоалесценция

Полный текст:

PDF

Литература


Байков Н.М., Колесников Б.В., Челпанов П.И. Сбор, транспорт и подготовка нефти. М.: Недра, 1975. 317 с.

Эмульсии нефти с водой и методы их разрушения / Левченко Д.Н. [и др.]. М.: Химия, 1967. 200 с.

Eow J.S., Ghadiri M., Sharif A.O., and Williams T.J. Electrostatic enhancement of coalescence of water droplets in oil: a review of current understanding. // Chemical Engineering Journal. 2001. № 84. Pp. 173–192.

Mohammadi M., Shahhosseini S., Bayat M. Electrocoalescence of binary water droplets falling in oil: experimental study // Chemical Engineering Research and Design. 2014. №92. Pp. 2694-2704.

Eow J.S., Ghadiri M. Electrostatic enhancement of coalescence of water droplets in oil: a review of the technology // Chemical Engineering Journal. 2002. № 85. Pp. 357-368.

Панченков Г.М., Цабек Л.К. Поведение эмульсии во внешнем электрическом поле. М.: Химия, 1969. 190 с.

Виноградов В.М., Винокуров В.А. Образование, свойства и методы разрушения нефтяных эмульсий: методические указания по теме «Нефтяные эмульсии». М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2007. 24 с.

Mousavi S.H., Ghadiri M., Buckley M. Electro-coalescence of water drops in oils under pulsatile electric fields // Chemical Engineering Science. 2014. № 120. Pp. 130-142.

Mhatre S., Vivacqua V., Ghadiri M., Abdullah A.M., Al-Marri M.J., Hassanpour A., Hewakandamby B., Azzopardi B., Kermani B. Electrostatic phase separation: a review // Chemical Engineering Research and Design. 2015. № 96. Pp. 177-195.

Kharlamov S.N., Zaykovskiy V.V. Mathematical modeling of oil dehydration under the influence of low frequency electromagnetic field // Proceedings of 8th International Forum on Strategic Technology IFOST. 2013. № 1. Pp. 784-786.

Jones T.B. Electromechanics of particles. New York: Cambridge University Press, 1995. 287 p.

Хайновский В.И., Козырев А.Е., Никитин П.В. Влияние краевого поля на электрическую емкость конденсатора // Вестник АПК Ставрополья. 2013. № 4. С. 99-102.

Kua C.H., Lam Y.C., Yang C., Youcef-Toumi K., Rodriguez I. Modeling of dielectrophoretic force for moving dielectrophoresis electrodes // Journal of Electrostatics. 2008. № 66. Pp. 514-525.

Chen Z., Shen X. Study on dielectrophoretic deposition of airborne particles in a vertical micro channel // Building and Environment. 2010. № 45. Pp. 968-975.

Таранцев К.В., Красная Е.Г., Коростелева А.В. Расчет распределения напряженности в межэлектродном пространстве электрогидродинамических устройств численными методами // Известия Пензенского государственного педагогического университета. 2011. № 26. С. 654 – 660.

Nagel J.R. Numerical solutions to Poisson equations using the finite-difference method // Antennas and Propagation Magazine. 2014. № 56. Pp. 209-224.

Melheim J.A., Chiesa M. Forces between two water droplets in oil under the influence of an electric field // Proceedings of 5th International Conference on Multiphase Flow. 2004. Pp. 126-139.




DOI: http://dx.doi.org/10.17122/ogbus-2015-4-95-117

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.