本申請涉及原油采收領域，特別是涉及一種基于超聲作用的破乳及乳化分析系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、在全球范圍內，許多老油田進入開采中后期的背景下，三次采油技術逐漸成為主要的采油方式，但這也引起了原油采出液的組分十分復雜、乳化現(xiàn)象非常嚴重等一系列亟待解決的問題。與傳統(tǒng)的破乳方法相比，超聲破乳法不僅具有環(huán)保、見效快、適用范圍廣且不會對地層造成污染等優(yōu)勢，其在與其他破乳方法聯(lián)用時，也可極大地提高乳狀液的脫水率、改善乳狀液的物性。然而，超聲破乳的機理尚未形成定論，尤其是在超聲作用乳狀液過程中破乳與乳化的界限方面更是存在爭議（蔡永偉，2005；yang，et?al，2009；check，et?al，2013；wang，et?al，2018；pedrotti，et?al，2018；luo，et?al，2020；zhao，et?al，2020；喬健鑫，2022）。因此，如何實現(xiàn)對超聲處理過程中破乳與乳化機理的分析，以提高原油采收效率至關重要。

技術實現(xiàn)思路

1、本申請的目的是提供一種基于超聲作用的破乳及乳化分析系統(tǒng)及方法，可實現(xiàn)在超聲處理過程中對破乳與乳化機理的分析，以提高原油采收效率。

2、為實現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┝巳缦路桨福?/p>

3、第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N基于超聲作用的破乳及乳化分析系統(tǒng)，包括：試驗腔、超聲作用模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和控制器；

4、所述數(shù)據(jù)處理模塊設置在所述試驗腔的一側；所述超聲作用模塊和所述數(shù)據(jù)處理模塊均與所述控制器連接；

5、所述超聲作用模塊用于按照設定超聲作用數(shù)據(jù)對乳狀液樣品進行超聲處理；所述乳狀液樣品放置在試驗腔內；設定超聲作用數(shù)據(jù)包括：聲壓、頻率以及作用的時間；

6、所述數(shù)據(jù)處理模塊用于獲取觀測信息；所述觀測信息包括在進行超聲處理的過程中，試驗腔內空化噪聲信號以及乳狀液樣品的乳狀液滴變化信息；

7、所述控制器用于基于所述設定超聲作用數(shù)據(jù)，根據(jù)所述觀測信息確定分析結果；所述分析結果包括：試驗腔內空化強度變化信息、破乳與乳化界限以及超聲波乳狀液破乳機理信息；所述超聲波乳狀液破乳機理信息用于表征在超聲作用乳狀液過程中，基于空泡動力學及自由基反應動力學確定的自由基種類及含量的變化規(guī)律。

8、可選地，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括：圖像采集模塊和水聽器；

9、所述圖像采集模塊設置在所述試驗腔的外部的一側；所述水聽器設置在所述試驗腔的內部的一側；所述控制器分別與所述圖像采集模塊和所述水聽器連接；

10、所述圖像采集模塊用于獲取包含乳狀液滴變化信息的圖像數(shù)據(jù)；

11、所述水聽器用于采集試驗腔內的空化噪聲信號，得到空化強度變化信息。

12、可選地，所述基于超聲作用的破乳及乳化分析系統(tǒng)還包括：樣品處理模塊；

13、所述樣品處理模塊與所述控制器連接；

14、所述樣品處理模塊用于對所述試驗腔內的所述乳狀液樣品進行加熱以及均質化處理。

15、可選地，所述圖像采集模塊采用高速攝像機；所述高速攝像機的幀頻率大于1mhz，拍攝級別為納米級別。

16、可選地，所述水聽器的形狀為探針形或者球形。

17、可選地，所述超聲作用模塊采用探頭式超聲波儀器或者清洗槽式超聲波儀器。

18、第二方面，本申請?zhí)峁┝艘环N基于超聲作用的破乳及乳化分析方法，采用第一方面中的基于超聲作用的破乳及乳化分析系統(tǒng)實現(xiàn)；所述基于超聲作用的破乳及乳化分析方法包括：

19、獲取觀測信息；所述觀測信息包括在進行超聲處理的過程中，試驗腔內空化噪聲信號以及乳狀液樣品的乳狀液滴變化信息；

20、基于設定超聲作用數(shù)據(jù)，根據(jù)所述觀測信息確定分析結果；所述分析結果包括：試驗腔內空化強度變化信息、破乳與乳化界限以及超聲波乳狀液破乳機理信息；所述超聲波乳狀液破乳機理信息用于表征在超聲作用乳狀液過程中，基于空泡動力學及自由基反應動力學確定的自由基種類及含量的變化規(guī)律；設定超聲作用數(shù)據(jù)包括：聲壓、頻率以及作用的時間。

21、可選地，基于設定超聲作用數(shù)據(jù)，根據(jù)所述觀測信息確定分析結果，具體包括：

22、基于設定超聲作用數(shù)據(jù)，根據(jù)乳狀液樣品的乳狀液滴變化信息與乳狀液滴在周期內的設定動態(tài)變化信息進行比對，得到比對結果；

23、根據(jù)所述比對結果確定所述破乳與乳化界限；

24、基于設定超聲作用數(shù)據(jù)，根據(jù)所述試驗腔內空化噪聲信號確定試驗腔內空化強度變化信息；

25、采用超聲空化效應理論，根據(jù)設定超聲作用數(shù)據(jù)確定超聲波乳狀液破乳機理信息。

26、可選地，基于設定超聲作用數(shù)據(jù)，根據(jù)所述試驗腔內空化噪聲信號確定試驗腔內空化強度變化信息，具體包括：

27、基于設定超聲作用數(shù)據(jù)，對所述試驗腔內空化噪聲信號進行頻譜分析，得到頻譜數(shù)據(jù)；

28、根據(jù)所述頻譜數(shù)據(jù)確定積分面積；

29、根據(jù)所述積分面積確定試驗腔內空化強度變化信息。

30、可選地，采用超聲空化效應理論，根據(jù)設定超聲作用數(shù)據(jù)確定超聲波乳狀液破乳機理信息，具體包括：

31、采用超聲空化效應理論確定在進行超聲處理的過程中乳狀液的空化氣泡的空化信息；所述空化信息包括空化氣泡的脈動情況以及空化氣泡的潰滅信息；

32、基于空泡動力學及自由基反應動力學，根據(jù)設定超聲作用數(shù)據(jù)和所述空化信息確定的自由基種類及含量的變化規(guī)律；

33、其中，所述空泡動力學的表達式為：

34、；

35、自由基反應動力學是以空泡半徑壓縮至范德瓦爾斯硬核半徑r0/8.54時空泡潰滅為標準，并基于絕熱定律確定的，用以計算空化泡潰滅時泡內的溫度與壓力；

36、；

37、其中，為空化氣泡半徑；為的一階導數(shù)；為的二階導數(shù)；為在液體中的聲速；為乳狀液液體的密度；為作用的時間；為聲壓；為乳狀液液體溫度；為環(huán)境壓力；為絕熱指數(shù)；為水的表面張力系數(shù)，為空化氣泡初始半徑，為乳狀液液體的絕熱系數(shù)；為空化氣泡內水蒸氣壓。

38、根據(jù)本申請?zhí)峁┑木唧w實施例，本申請具有了以下技術效果：

39、本申請?zhí)峁┝艘环N基于超聲作用的破乳及乳化分析系統(tǒng)及方法，通過超聲作用模塊用于按照設定超聲作用數(shù)據(jù)對乳狀液樣品進行超聲處理；數(shù)據(jù)處理模塊獲取觀測信息；觀測信息包括在進行超聲處理的過程中，試驗腔內空化噪聲信號以及乳狀液樣品的乳狀液滴變化信息；控制器基于設定超聲作用數(shù)據(jù)，根據(jù)觀測信息確定分析結果；分析結果包括：試驗腔內空化強度變化信息、破乳與乳化界限以及超聲波乳狀液破乳機理信息；超聲波乳狀液破乳機理信息用于表征在超聲作用乳狀液過程中，基于空泡動力學及自由基反應動力學確定的自由基種類及含量的變化規(guī)律。通過在超聲處理過程中對破乳與乳化機理的分析，可以提高乳狀液的脫水率、改善乳狀液的物性，以提高原油采收效率。

技術特征：

1.一種基于超聲作用的破乳及乳化分析系統(tǒng)，其特征在于，所述基于超聲作用的破乳及乳化分析系統(tǒng)包括：試驗腔、超聲作用模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和控制器；

2.根據(jù)權利要求1所述的基于超聲作用的破乳及乳化分析系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括：圖像采集模塊和水聽器；

3.根據(jù)權利要求1所述的基于超聲作用的破乳及乳化分析系統(tǒng)，其特征在于，所述基于超聲作用的破乳及乳化分析系統(tǒng)還包括：樣品處理模塊；

4.根據(jù)權利要求2所述的基于超聲作用的破乳及乳化分析系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像采集模塊采用高速攝像機；所述高速攝像機的幀頻率大于1mhz，拍攝級別為納米級別。

5.根據(jù)權利要求2所述的基于超聲作用的破乳及乳化分析系統(tǒng)，其特征在于，所述水聽器的形狀為探針形或者球形。

6.根據(jù)權利要求1所述的基于超聲作用的破乳及乳化分析系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲作用模塊采用探頭式超聲波儀器或者清洗槽式超聲波儀器。

7.一種基于超聲作用的破乳及乳化分析方法，其特征在于，所述基于超聲作用的破乳及乳化分析方法采用權利要求1-6中任意一項所述的基于超聲作用的破乳及乳化分析系統(tǒng)實現(xiàn)；所述基于超聲作用的破乳及乳化分析方法包括：

8.根據(jù)權利要求7所述的基于超聲作用的破乳及乳化分析方法，其特征在于，基于設定超聲作用數(shù)據(jù)，根據(jù)所述觀測信息確定分析結果，具體包括：

9.根據(jù)權利要求8所述的基于超聲作用的破乳及乳化分析方法，其特征在于，基于設定超聲作用數(shù)據(jù)，根據(jù)所述試驗腔內空化噪聲信號確定試驗腔內空化強度變化信息，具體包括：

10.根據(jù)權利要求8所述的基于超聲作用的破乳及乳化分析方法，其特征在于，采用超聲空化效應理論，根據(jù)設定超聲作用數(shù)據(jù)確定超聲波乳狀液破乳機理信息，具體包括：

技術總結
本申請公開了一種基于超聲作用的破乳及乳化分析系統(tǒng)及方法，涉及原油采收領域。超聲作用模塊用于按照設定超聲作用數(shù)據(jù)對乳狀液樣品進行超聲處理；數(shù)據(jù)處理模塊獲取觀測信息；觀測信息包括在進行超聲處理的過程中，試驗腔內空化噪聲信號以及乳狀液樣品的乳狀液滴變化信息；控制器基于設定超聲作用數(shù)據(jù)，根據(jù)觀測信息確定分析結果；分析結果包括：試驗腔內空化強度變化信息、破乳與乳化界限以及超聲波乳狀液破乳機理信息；超聲波乳狀液破乳機理信息用于表征在超聲作用乳狀液過程中，基于空泡動力學及自由基反應動力學確定的自由基種類及含量的變化規(guī)律。本申請能夠實現(xiàn)在超聲處理過程中對破乳與乳化機理的分析，以提高原油采收效率。

技術研發(fā)人員：高金彪,袁紅旗,于英華,王海學,孫雨,劉宗堡,劉斌,韓非,徐海豐,高源
受保護的技術使用者：東北石油大學三亞海洋油氣研究院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2