CN103442778B - 热相分离模拟器 - Google Patents

Abstract

公开了一种用来测试化学制品的热相分离模拟器和方法。模拟器包括圆环块状加热转盘传送器（10），其安装成用于在工作台（20）上转动。转盘传送器包括：多个试验井的圆形阵列（12），用来接纳多个试验瓶（60）；多个加热元件（14）和热电偶（15），布置在各个井之间。每个井具有照明端口（40）和到外部的竖向缝隙（24），以允许对瓶的竖向样品进行肉眼观察或成像。照明源（41）响应转盘传送器的转动与每个井的照明端口对准。方法包括：将混合相流体加入到多个瓶中；将化学试剂加入到每个瓶中；以及模拟热相分离。获取和分析在每个瓶中的混合相流体的图像，以确定一种或更多种化学试剂的性能。

Description

热相分离模拟器

技术领域

总体而言，本发明涉及油-水分离器的小规模模拟，如自由水分离、热处理槽以及脱盐设备，这些油-水分离器用在石油的生产或处理中。更具体地说，本发明涉及用来测试所谓热生产的方法。

背景技术

生产的烃流体，如原油和沥青，自然地包含各种不能混溶的污染物，如水、盐以及固体，这些污染物对于运输管线和加工设备具有不利影响。这些污染物的类型和量依据具体烃流体的不同而变化。另外，随液态烃流体产生的水，无论是天然的、添加的、或从加入到储罐中的蒸汽冷凝的，也都自然地包含各种不可混溶的污染物，如油、有机固体及无机固体，这些污染物对于水的生产性使用或排出具有不利影响。这些污染物的类型和量依据具体产生的水的不同而变化。天然或人造乳剂稳定剂，如沥青质、萘二甲酸盐、石油树脂、双湿（bi-wet）固体、钻井泥浆等，可以保持相互乳化的油和水相。

将这些相去乳化、分离以及净化是在进一步处理之前的必要步骤。这些过程涉及在各种时间长度内按流体密度进行各种搅拌和分层。各种稀释剂、洗涤流体、及/或化学试剂可以加入到任一相或两相中，以便加速过程或增进所处理的流体的质量。对于油相可以施加高压电场，以加速和改进脱水。对于水相可以施加辅助过滤，以加速和改进澄清。浓缩的乳化液可以从在分离器中在两相之间的分层的中间相或“破碎层”中取出，并被离心，以加速和改进分离。在全部这些过程中，一般添加热量，以升高流体的温度和减小流体的粘度。对于重质原油、油及沥青，常常将温度升高到水的或在稀释剂中的轻质端的沸点以上，该稀释剂加入到油中。这要求升高的压力，以将流体保持成液态。

可以添加用以加速和改进水和固体从烃相中的除去的化学试剂，一般称作反乳剂、破乳剂、正面破乳剂、脱水剂、去水剂、固体湿润剂、或脱雾剂（对于清洁燃料）。这些化学试剂可以加入到油中，或者加入到与油相接触的水中。可以添加用以加速和改进油和固体从水相中的除去的化学试剂，一般称作净水剂、反向反乳剂、反向破乳剂、脱油剂、絮凝剂、促凝剂、油凝结剂、或固体湿润剂。这些化学试剂可以加入到水中，或者在某些情况下加入到与水相接触的油中。可以用来溶解破碎乳化液的化学试剂常常叫做迟滞剂（sluggers）、废物处理剂（slope treaters）、界面澄清剂。用来防止固体沉积在表面上的化学试剂一般称作分散剂、沉积禁止剂、或防污剂。

典型地使用简单设备，如一组玻璃瓶或管、和称作“瓶测试”的过程，来选择和开发新化学试剂。在最简单的实施例中，将乳化液样本和化学试剂加入到瓶中，并且摇动。在大气压力下将温度限于90℃，以使水免于沸腾。作为时间的函数，通过观察在瓶的底部处收集的“自由”水的量和/或在瓶的顶部处收集的“自由”油的量、这些相的视在纯度-油的“亮度”和水的“透明度”-及在自由水与自由油之间乳化液的量、相连续性以及粒度，而监测油-水分离的速率。因为为了找出适当处理溶液，必须测试大量可能化学试剂和这些化学试剂的组合、和使用的新鲜乳化液样本的不稳定性质，需要对于多个样本同时进行瓶测试。

上述瓶测试方法已经证明是有用的，但不能适当地模拟在为处理重质原油和沥青所使用的更高温度和压力下发生的情况。已经表明，对于相分离使用的表面活性剂、以及对于生产的油和水天然的那些表面活性剂，在不同温度下表现不同。

蒸汽增强的油回收或沥青的蒸汽帮助的重力排放（SAGD）的过程模拟起来特别困难和重要。在SAGD过程中，将蒸汽在高至260℃的温度下注入到地下储罐中。蒸汽随着它凝结成高温水将油加热，并且将油或沥青带出储罐，作为在高至160℃的温度下在从100至300psig的压力下的乳化液。为了将水在160℃下保持成液态，需要至少75psig的压力。将油和水在高度紊乱的流动中在这个温度下混合几分钟至数小时，然后，在冷却到约130℃之后，在一系列容器（在这些容器中加入烃稀释剂）中分离，并除去水。在沿油/气田生产管线和在设备和容器之前的各个位置处，加入各种化学分离助剂。

使用搅拌压力容器的较成熟测试方法已经用来模拟分离过程的温度和压力，但标准金属容器不允许在流体分离时进行关键的肉眼观察。可以使用玻璃、热油护套的压力容器，但这些容器庞大，并且其获得、建立以及控制都很昂贵，不适合在油田环境中同时测试多种处理。

此外，试验结果高度依赖于小规模试验容器的表面性能，这是由于表面面积对于流体体积的不相称量。例如，水可以在玻璃上在油相周围形成珠，而不是向下展开到水相中，使得不可能测量。并且通常用来将油与水分离的阳离子聚合物不可逆地吸附到阴离子玻璃表面上，对于下次试验改变表面湿润。这些聚合物必须以化学或物理方式烧去，或者将一层玻璃蚀刻掉。这在夹套式玻璃容器上进行将会是困难和危险的，特别是在油田中，并且会破坏容器在压力下的完整性。

发明内容

本发明的一个实施例提供一种用来测试化学制品的热相分离模拟器。模拟器包括圆环块状加热转盘传送器，该圆环块状加热转盘传送器由导热材料制成，并且安装成用于在工作台上转动。转盘传送器包括：用来接纳多个试验瓶的多个试验井的圆形阵列；多个加热元件，布置在各个井之间，用来加热导热材料；以及多个热电偶，布置在各个井之间，用来监测导热材料的温度。每个井具有照明端口和到外部的竖向缝隙，以允许对瓶的竖向样品进行肉眼观察或成像。照明源响应转盘传送器的转动与每个井的照明端口对准。

本发明的另一个实施例提供一种使用热相分离模拟器的方法。该方法包括：将混合相流体加入到多个瓶中；将一种或更多种化学试剂加入到每一个瓶中；以及模拟热相分离的条件。获取和分析在每个瓶中的混合相流体的图像，以确定一种或更多种化学试剂在帮助混合相流体的分离方面的性能。

附图说明

图1是模拟器的转盘传送器加热块的立体图。

图2是图1的转盘传送器加热块的仰视图。

图3是在图1的转盘传送器中的瓶井的横截面放大图。

图4A是具有瓶盖的瓶的示意侧视图，该瓶盖具有泄压阀和隔膜端口。

图4B是具有瓶盖的瓶的示意侧视图，该瓶盖具有泄压阀和密封式浸渍管。

图5是图1的转盘传送器的侧视图，该转盘传送器以摇动模式侧向定位在摇动器上。

图6是图1的转盘传送器的侧视图，该转盘传送器直立安装在摇动器上，以转动和观察瓶。

图7是屏显照片，示出了在图3的瓶中的流体的数字图像的自动分析。

图8是自动图像收集系统的示意图。

在附图的各个视图中，相应的附图标记指代相应的部分。

具体实施方式

本发明涉及油-水分离过程的小规模批量模拟器，该小规模批量模拟器提供使用新生产的乳化液、真实工艺温度、搅拌、持续时间、流体添加以及取出而同时地测试多种化学试剂的能力。优选地相同的多个测试瓶允许使用若干不同的化学试剂、浓度、及/或添加点同时分析具体乳化液成分，以查看哪种组合提供最有效的处理。

模拟器包括能够绕竖向轴线转动的台架顶部转盘传送器，该转盘传送器包括圆环块状加热器，该加热器由导热材料制成，该导热材料以用于多个瓶的多个试验井的圆形阵列为特征。每个井具有在底部中的开口，以及用于照明的到块内部的竖向缝隙、和到外部的竖向缝隙，以允许对每个试验瓶的竖向样品或部分进行肉眼观察。

试验瓶安置在井中在橡胶O形圈上，并且用杠杆作用橡胶末端锁闩保持就位，这些锁闩安装在转盘传送器的顶部上。对于每个试验，使用具有超过240psig的爆裂压力的未用过的一次性玻璃瓶。在每个瓶组件中的瓶盖包括泄压阀，该泄压阀具有105psig的开启压力和120psig的爆裂压力。瓶盖具有压缩密封的、可运动的浸渍管或压缩橡胶隔膜端口，该浸渍管或压缩橡胶隔膜端口允许例如加入化学制品和稀释剂和取出水和油。在一个实施例中，通过将浸渍管与高电压源相连接和将加热块接地，对于油相施加电场。

加热元件插入在每隔一个井之间的块中，以保证对各个井进行对称等效的加热。为了控制和监测温度，连接两个热电偶：与加热筒相邻安装的一个热电偶向温度控制器馈送信号，而浸没在瓶内部的流体中的另一个热电偶检验实际试验温度。

转盘传送器安装在升高的、隔热的、表面光滑的工作台上，在竖向轴线上，从而每个瓶可以平稳地依次转动经过一个或更多个照明源，该一个或更多个照明源放在瓶的后面或下面。转盘传送器具有一个或更多个隔热升降手柄，借助于该隔热升降手柄，将转盘传送器旋转，将转盘传送器除去并且将转盘传送器侧向安装在往复摇动器上，该转盘传送器仍然连接到电源上以保持加热。摇动器具有可调节行程和/或频率，该行程和/或频率足以复制在模拟的过程中的搅拌。

转盘传送器和工作台安装到支架上，该支架允许使转盘传送器和工作台都侧向倾斜，以便在水平位置中摇动瓶。这个支架允许转盘传送器保持在直立或观察位置或水平摇动位置中。转盘传送器可以由锁定销锁定到任一位置中。这个支架可以具有铰链，并且可以安装在往复摇动平台上，或者可以单独站立和升降，并且固定到分立式摇动平台上。

在另一个实施例中，在混合站处，流体的混合借助于物理或磁性耦合的混合器进行，该混合站安装在工作台中的固定位置处。当转盘传送器转动经过混合器时，瓶按顺序混合。然后在瓶混合之后的固定时间，瓶转动经过观察点。在另一个实施例中，将磁性搅拌器放置在全部瓶下方，并且在流体分离和记录流体的图像的同时对瓶进行搅拌。

在一个实施例中，成像装置用来获取流体的图像，这些图像记录在混合管中油和水的分离。数据通过算法而处理，该算法计算在瓶中各相的体积和质量。

热相分离模拟器（这里有时称作“模拟器”）提供同时测试多种化学试剂的能力。例如，模拟器可以使用新生产的乳化液，并且在真实条件（即与实际现场使用相似的条件）下运行试验，这些条件如工艺温度、搅拌、持续时间、流体加入、流体取出以及其组合。模拟器使用少量的工艺流体进行实验，由此降低了样本运输和处置的成本。在模拟器中，将一种或更多种选定化学试剂（如化学反乳剂、净化剂或防污剂）加入到油或水乳化液中，并且在与它们通过管线和处理设备运输的条件相接近的条件下，将这些试剂混合在一起。这些条件可以包括例如温度、剪切量、混合的持续时间以及其组合，以便模拟实际现场条件。然后允许乳化液的油和水部分在与现场中的分离容器的条件相接近的条件下分离。这些分离条件可以包括例如温度、可以施加的任何选择性电场强度、驻留时间以及其组合。

现在参照附图，使用能够实践本发明的优选实施例，将详细地描述本发明。尽管参照这些具体实施例描述本发明，但将理解，本发明不限于这些优选实施例。相反，本发明包括多种可选择例、修改以及等效物，如对于本领域的技术人员由如下详细描述的考虑可知的那样。

图1是热相模拟器的转盘传送器10的立体图。转盘传送器10具有定位在其中的多个井12，并且这些井12构造成用以接纳高至相等数量的多个测试瓶（见图6）。在所示的实施例中，转盘传送器10具有十二个圆柱形井12，这十二个圆柱形井12沿圆周相等地间隔开。筒状加热元件14（示出了六个）插入到转盘传送器10中在每隔两个井12之间。优选地有至少一个热电偶15，该至少一个热电偶15用来测量在井之间的块的温度，在该处没有加热元件14。这个温度指示整个块已经加热的程度。另一个热电偶优选地与各个试验瓶中的至少一个瓶相联，如下面参照图4A描述的那样。加热元件14和热电偶15二者都具有布线，该布线穿过布线导管16延伸到电源和温度控制器18。控制器18控制转盘传送器10的温度，并且容许将井12、与瓶和其中的乳化液样本一起，加热到将最好模拟在现场中的条件的温度。在测试瓶中流体的适当温度通常在从约100℃至160℃的范围中，从而在测试瓶中的水将不产生超过100psig的压力。

图1也示出了转盘传送器10，该转盘传送器10安装在升高的、隔热的、表面光滑的工作台20上，在竖向轴线上，从而转盘传送器10可被转动，并且在每个井12中的瓶可以平稳地依次转动经过固定混合或观察点。工作台20连接到光源22上，从而光可以被引导到瓶观察点后面和/或下面。例如，可以使用鹅颈式纤维光学照明器。然而，本领域的技术人员将理解，可以使用其它照明角度和方法。具体地说，光源22可以产生在太赫兹、红外、近红外、可见、紫外、及/或X-射线光谱中的光，并且可以具有对于本领域的技术人员已知的任何设计。因而，在瓶井12中的缝隙24允许不仅使用可见光谱，而且也允许使用电磁光谱的其它部分（该电磁光谱的其它部分对于将流体成像可能是有利的），来观察相分离过程。每个缝隙24容许改变化学试剂、生产流体、稀释剂、加入点及其它操作条件对于相分离具有的影响的观察。为了从井12下面的照明，可以提供选择性下侧照明端口28。转盘传送器10也具有一个或更多个隔热升降手柄26，借助于该一个或更多个隔热升降手柄26，将转盘传送器在工作台上旋转，或者将转盘传送器从工作台取下。

图2是图1的转盘传送器加热块10的仰视图。图中所示的下侧照明端口28定位在转盘传送器中的每个井下面。枢轴30设置在转盘传送器10的轴向中心，以在转动期间将转盘传送器保持在工作台上。安装板32固定到转盘传送器10的底部上，以提供对于倾斜机构的机械连接。例如，倾斜机构可以包括固定到安装板32上的一对支架34，这对支架34包括铰链点36和用于锁定销的孔38。

图3是在图1的转盘传送器中的瓶井12的示意图。瓶井12包括外部观察窗口24、内部照明端口40以及下侧照明端口28。试验瓶60安置在井12中，在橡胶O形圈52上，并且用带有橡胶末端的杠杆作用式锁闩54保持就位，该锁闩54安装在转盘传送器的顶部表面55上。优选橡胶成分是硅酮。转盘传送器加热块（即，井12）和锁闩54在不期望的瓶50破裂的情况下，也可以起辅助包含装置的作用。

转盘传送器可以转动，从而内部照明端口40与内部光学光源41对准，并且/或者下侧照明端口28与下侧光学光源43对准。在转盘传送器在这个位置中的情况下，可以容易地用肉眼观察在具体瓶60内各相的状态。然而，模拟器优选地包括成像装置44，该成像装置44与一个或更多个光源41、43对准。成像装置44可以在试验期间的特定时间点处获取各相的图像。通过在试验持续时间期间的各个时刻获取这样的图像，可以监测和分析一个或更多个变量如何影响各相。通过对于每一个瓶获取类似图像，可以监测、分析并且比较一种或更多种化学试剂、一种或更多种浓度等的表现。

图4A是具有盖64的瓶60的示意侧视图，该盖64具有泄压阀68和隔膜端口66。瓶盖64可以用螺纹联接到瓶体62上，以用在瓶盖65与瓶唇边63之间的O形圈66将瓶盖65密封到瓶唇边63上。瓶盖65装配有泄压阀67，该泄压阀67具有105psig的开启压力和120psig的爆裂压力（瓶爆裂强度的一半）。这个105psig压力极限允许使用高至172℃的水温而不沸腾。瓶盖65也具有隔膜端口68。瓶60的至少一个的瓶盖65也装配有热电偶探针69，以测量瓶的流体温度。瓶盖65可以具有专用于热电偶探针的分立式开口，或者热电偶探针可以延伸穿过隔膜端口68。

隔膜端口68可以例如是定额成保持105psig的自密封隔膜端口。这允许化学制品和稀释剂被加入到适当相中，并且允许油或中间相乳化液用适当尺寸的注射器选择性地取出。用不同注射器注射各种流体消除死体积、和与使用永久浸渍管相关的交叉污染。

图4B是具有瓶盖65的瓶60的示意侧视图，该瓶盖65具有泄压阀67和密封式浸渍管70。浸渍管70可以用压缩密封件72密封。瓶60和瓶盖65的其它方面与在图4A中相同。

可运动式浸渍管70可以升高或降低到在瓶中的任何希望位置。这允许化学制品和稀释剂被加入到适当相中，并且允许水、油或中间相乳化液按被模拟的过程的方式被选择性地取出。如果浸渍管的压缩配合变松，则弹簧保持器可以用来保持浸渍管。在一个实施例中，浸渍管70通过使用非传导性配合和对外部暴露的金属加以绝缘而被电气绝缘。聚四氟乙烯（PTFE）或聚醚酮醚（PEEK）是用于这种绝缘以及用于瓶盖的螺纹部分的良好材料。浸渍管然后可以连接到变压器74的高压引线上。电气接地的转盘传送器10然后将施加跨过油层的径向电场。为了更好地聚焦这个电场，可以将浸渍管的长度调整到油层的厚度。在60Hz下5至10kV的电压足以使在油中的水滴振荡，以按全尺寸电场帮助聚结剂的方式使乳化液脱离稳定。按一些商用聚结剂的方式，也可以使用除60Hz之外的频率。一种可买到的适当变压器是来自Dongan的10kV、23mA、A10-LA2型号。用来将电压引导到浸渍管70的适当绝缘高压引线和插入连接器也是可买到的。

测试瓶60，特别是瓶体62，可以由玻璃或其它基本透明的材料制成，如由石英、金刚石、蓝宝石、或透明热稳定塑料制成。透明材料容许操作人员用肉眼或用摄像监测样本的相分离，以得到实验结果。也希望的是，瓶材料是有电阻的，以防止在跨过油相施加电场的情况下任何显著的电气传导。如果使用多层塑料，则内表面应该是水湿润的，以允许液滴展开到底部。

瓶壁要厚得足在热相分离模拟器中的正常使用下不破碎。为了试验高至170℃的水温而不沸腾，需要到约100psig的加压。为了提供用于安全性的良好裕量，瓶可以具有至少200psig的爆裂强度。至少两毫米的硼硅酸盐玻璃的壁厚一般是足够的。瓶的体积可以变化，但大小和形状必须与在转盘传送器10中的瓶井相匹配。约100mL一般是足够的。

为了保证瓶的完整性和无污染表面，对于每个试验应该使用新瓶，而不是试图清理或再用瓶。瓶可以是批量化生产的、用机器成形的、标准螺纹的瓶，该瓶可以在便宜得足以是一次性的成本下可买到。这样一种瓶被测试，并且查明是否具有超过240psig的爆裂压力。

图5是模拟器90的侧视图，该模拟器90具有图1的转盘传送器10，该转盘传送器10以摇动模式（轴向）侧向定位在摇动平台80上，该摇动平台80包括摇动器82，该摇动器82具有计时器和速度控制器84。模拟器也可以包括流体搅拌或混合装置。

在图5中的搅拌装置是往复摇动器82，该往复摇动器82具有支架92，该支架92用来侧向地安装转盘传送器10，瓶是水平的（未示出），由锁闩（见图3）保持以按摇动模式操作。可选择地，图6将转盘传送器10放置在竖向观察模式中。

往复摇动器对于其行程优选地不具有腕或肘作用弧（例如像典型的涂料摇动器具有的那样），因为那会将顶部瓶摇动得比在底部上的那些瓶的摇动程度大。优选地，摇动器82设有改变摇动的行程长度和/或频率的装置，从而可以控制搅拌的剧烈程度，以复制在流动管线、热交换器、静止混合器以及分离容器中的紊流。高至约8cm的行程和高至约4/s（240rpm）的频率一般是足够的。搅拌的持续时间由任何常规电子装置计时器控制，如由控制器84控制，该电子装置计时器适于对于电器的通/断切换加以精确计时。转盘传送器10在摇动的同时可以保持连接到电源和温度控制器18上（见图1），从而可以无限制地保持温度，无论真实混合过程持续多长。

另一个实施例使用一个或更多个变速混合或搅拌装置，该一个或更多个变速混合或搅拌装置物理或磁性地耦合到在每个瓶内部的棒、叶片、桨叶或其它混合元件上。流体的混合可以在混合站处进行，该混合站安装在工作台中的固定位置处。当转盘传送器转动经过混合器时，各瓶按顺序混合。然后在瓶混合之后的固定时间，瓶转动经过用于记录图像的观察点。在另一个实施例中，混合器安装在全部瓶井下方，并且在流体分离和记录图像的同时将流体混合。

模拟器90包括倾斜机构，该倾斜机构可以手动或自动地操作。如所示的那样，倾斜机构包括安装支架92和倾斜支架94，该安装支架92和倾斜支架94由结构臂96联接。结构臂96相对于安装支架92的枢转、和倾斜支架94相对于结构臂96的枢转可以由气缸或其它已知运动装置执行。倾斜机构优选地设计成用以将整个转盘传送器固定到摇动平台80上、和可控制地将转盘传送器10从图5的摇动位置运动到图6的观察位置。倾斜机构优选地也包括在倾斜支架94中的孔95、在安装支架92中的孔97以及锁定销99。当孔95、97如图6中那样对准时，锁定销99可以插入到孔95、97中，以便将转盘传送器固定在竖向或水平位置中。特别是在竖向位置中，锁定销可以防止转盘传送器在试验期间意外倾翻。

图6是模拟器90的侧视图，该模拟器90具有转盘传送器10，该转盘传送器10在摇动平台上方的直立位置中。在这个位置中，为了容易观察瓶、和与照明源（如下侧照明源43），并且为了易于定位相邻的瓶，转盘传送器10可以在其轴线上转动。在这个位置中，每一个瓶竖向地定向，从而相对于瓶的轴线将各相竖向地分离。缝隙24允许肉眼观察、以及成像装置或其它类型的装置的使用，这些其它类型的装置用来测量在瓶内的各相的位置或质量。孔95、97优选地定位成使得当转盘传送器10在图6的观察位置中时它们对准。相应地，可以将锁定销插入到孔中，以将转盘传送器固定在这个位置中。

图7是屏显照片，示出了在图3的瓶中的流体的数字图像100的自动分析。在一个实施例中，成像装置用来记录在试验瓶中油和水的分离。参照图3，成像装置44可以是安装在照明工作台前面的高分辨率数字摄像机，该高分辨率数字摄像机具有成像芯片（例如，电荷耦合器件或光电倍增阵列），该成像芯片对于瓶60的竖向样品而映像，该竖向样品能够穿过缝隙24而被看见。成像装置可以手动地操作或通过使用控制器而操作，该控制器与自动转盘传送器转动同步，以按希望时间间隔记录图像，从而在分离乳化液的整个时间期间，操作人员无需在场。来自数字图像的数据通过算法有利地处理，该算法计算在瓶中各相的体积和质量，如在图7的屏显照片中所示的那样。相应地，为了收集数据，可以使用摄影和图像分析，而不是肉眼检查。

图8是自动图像收集系统110的示意图。在所示的实施例中，数据获得和控制系统112将控制信号提供给马达控制器114。控制器114然后控制三相齿轮马达116，该三相齿轮马达116转动转盘传送器10。转盘传送器的位置可以经由回到控制系统112的信号118被进一步检测和指示。当转盘传送器定位成使选定的瓶与照明工作台对准时，控制系统112指令摄像机44使用超近摄像镜头120获取数字图像，并且将生成的数据发送到计算机，如个人计算机122。计算机122可以经键盘124或其它输入装置接收来自使用者的输入。计算机还可以产生输出126，该输出126包括摄像机成像分布和图像形态数据。

本发明也涉及一种使用热相分离模拟器的方法，以选择用于热相分离的化学试剂。在一个实施例中，使用新鲜乳化液，如从在待建模的热相分离系统中发现的那些，并且记录作为时间函数从乳化液分离的油和水的量，以计算分离速率。在每相中仍然悬浮的残余污染物（在水中的油和固体、和在油中的水和固体）和在两相之间的凝结乳化液的体积也被记录，并且转化成数值刻度。

在批量试验中的更快分离在流过实际分离容器的流体中产生更窄凝结分散高度，提供清扫自由相的更多驻留时间，并且使界面水平更容易控制。残余污染物设置对于产生的自由相的最终质量的极限，并且在瓶中的残余破碎乳化液将随时间推移而积累在分离器中。

在用来自加压管线的新鲜乳化液进行试验时，应该用足够的背压和冷却取得乳化液样本，从而它不会被不适当地剪切或闪蒸成比在管线中存在的浮化液更细的乳化液（剪切或冲击分散）或粗的乳化液（剪切凝聚），因为这常常是不可逆的。如果样本具有两个自由相，则为了一致性，这些应该在样本中分离，并且然后重新组合到每个瓶中。如果样本正在主动地分离，则它在划分到每个试验瓶中的同时应该保持被搅拌。

产生的流体样本应该从刚好在正被模拟的第一化学制品加入之前的点取得。对于过程的每个随后部分（例如，流动管线、热交换器、稀释剂混合器、自由水排放、油处理器、或电场聚结器），影响相分离的关键条件（例如，温度、紊流状况和线速度、流动持续时间或驻留时间、化学制品或稀释剂加入、自由水或油除去、电场强度）应该被记录，并且在过程模拟器中被模仿。相应地，热相分离模拟器容许操作人员模拟这些有用参数。

一种典型过程如下：

1.将样本流体和化学处理剂加入到瓶中。

2.用瓶盖组件将瓶密封。

3.将瓶组件放置到在转盘传送器中的井中，并且用锁闩固定。

4.将温度控制器插入到主电源中。

5.将设定点调节到120℃，并且让流体温度平衡到约100℃。

6.确认全部瓶以及附件是压力紧密的（没有沸腾）。

7.将设定点增加到最大计划温度，该最大计划温度比最大计划流体温度高约20℃（<170℃），并且让流体温度平衡（约60分钟）。

8.将转盘传送器安装在摇动器上，并且按与流体接收在过程中的搅拌相等效的方式摇动以过程接收流体的全部时间长度。例子是：

a.层流流动，1cm/s：选择60rpm，1cm行程

b.紊流流动，2cm/s：选择120rpm，2cm行程

c.紊流流动，20cm/s：选择240rpm，8cm行程

9.使转盘传送器返回到工作台，并且使各个瓶转动，以记录流体分离。

10.在适当时间，通过隔膜用不透气注射器将另外的化学制品或稀释剂加入到瓶中。

11.在重复第一过程分离器的过程的一段时间之后，使用不透气注射器将适当流体相通过隔膜依次转移到下个分离器中。例如，在重复自由水排放之后，将油相转移到另一个瓶中以模拟油处理器，或者将水相转换到另一个瓶中以模拟撇除箱。

12.使用适于下个分离器的参数，对于所转移的流体重复该过程。

这里使用的术语仅为了描述具体实施例的目的，并且不打算限制本发明。这里使用的单数形式“a”、“an”及“the”打算也包括复数形式，除非上下文清楚地指示相反。将进一步理解，术语“comprises（包括）”和/或“comprising（包括）”当用在本说明书中时，规定指出特征、整体、步骤、操作、元素、元件、及/或组的存在，但不排除一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、元件、及/或其组的存在或加入。术语“优选地”、“优选的”、“优选”、“选择性地”、“可以”、及类似术语用来指示提到的物品、条件或步骤是本发明的选择性（不要求）特征。全部装置或步骤的对应结构、材料、动作、及等效物加上在下面的权利要求书中的功能元件打算包括任何结构、材料、或动作，该结构、材料、或动作用来与其它要求保护元素相组合而实现功能，如明确要求保护的那样。为了说明和描述的目的已经呈现本发明的描述，但并非是穷举的或者局限于处于公开的形式的发明。多种修改和变更对于本领域的技术人员将是显然的，而不脱离本发明的范围和精神。所挑选和描述的实施例是为了最好地解释本发明的原理和实际用途，并且使本领域的技术人员能够理解，本发明对于各个实施例具有各种修改，这些各种修改适于想到的具体使用。

Claims (20)

1.一种用来测试化学制品的热相分离模拟器，包括：

圆环块状加热转盘传送器，所述转盘传送器由导热材料制成、并且安装成用于在工作台上转动，其中，所述转盘传送器包括：用来接纳多个试验瓶的多个试验井的圆形阵列；多个加热元件，布置在各个井之间，用来加热所述导热材料；以及多个热电偶，布置在各个井之间，用来监测所述导热材料的温度；

每个井具有照明端口和通到外部的竖向缝隙，以允许对所述瓶的竖向样品进行肉眼观察或成像；以及

照明源，响应所述转盘传送器的转动与每个井的照明端口对准。

2.根据权利要求1所述的热相分离模拟器，其中，每个井的尺寸设定成用以接纳试验瓶，该试验瓶能够透过照明，并且在170℃下能够承受至少105psig的内部压力。

3.根据权利要求1所述的热相分离模拟器，还包括：

固定到所述转盘传送器上的多个锁闩，其中，每个锁闩定位成用以选择性地将试验瓶在一个井中固定就位。

4.根据权利要求3所述的热相分离模拟器，其中，所述转盘传送器与支架固定地联接，所述支架安装在摇动平台上。

5.根据权利要求4所述的热相分离模拟器，其中，在所述摇动平台上安装的所述支架使得所述转盘传送器能够在水平摇动位置与直立观察位置之间运动。

6.根据权利要求3所述的热相分离模拟器，还包括：

能够在一个或更多个井下面对准的磁性混合器，其中，所述磁性混合器与在瓶内部的装置磁性地耦合，以使得在所述瓶内的流体发生混合。

7.根据权利要求6所述的热相分离模拟器，其中，所述多个试验井的圆形阵列按相等角度间隔开，并且其中，所述磁性混合器和所述照明源定位成，同时地与所述多个试验井中的不同试验井对准。

8.根据权利要求1所述的热相分离模拟器，其中，所述照明源发射近红外辐射。

9.根据权利要求1所述的热相分离模拟器，还包括：

在瓶盖中的可密封隔膜，所述瓶盖能够选择性地固定到一个瓶，其中，所述隔膜使得能够用针和注射器实现化学制品和工艺流体的加入和取出。

10.根据权利要求1所述的热相分离模拟器，还包括：

压缩地密封的可运动式浸渍管，所述浸渍管延伸穿过瓶盖，所述瓶盖能够选择性地固定到一个瓶，其中，所述浸渍管用以实现化学制品和工艺流体的加入和取出。

11.根据权利要求10所述的热相分离模拟器，其中，所述可运动式浸渍管是电气绝缘的，并且与高电压源相连接，以将电场施加到在瓶中的油相上，该瓶布置在一个井内，这个井电气接地。

12.根据权利要求1所述的热相分离模拟器，还包括：

成像装置，所述成像装置定位成用于响应所述转盘传送器的转动而与每个井的竖向缝隙对准，从而成像装置获取在所述瓶中的流体的图像。

13.根据权利要求12所述的热相分离模拟器，还包括：

控制器，所述控制器与马达电子通信，所述马达用来可控制地转动所述转盘传送器。

14.根据权利要求13所述的热相分离模拟器，还包括：

传感器，所述传感器用来检测试验井与所述成像装置的对准。

15.根据权利要求13所述的热相分离模拟器，其中，所述控制器与所述成像装置电子通信，用来命令所述成像装置获取图像。

16.根据权利要求15所述的热相分离模拟器，还包括：

摇动平台；以及

倾斜机构，所述倾斜机构与所述摇动平台相联接，其中，所述控制器与所述倾斜机构电子通信，以控制所述转盘传送器在水平摇动位置与直立观察位置之间的运动，并且其中，所述控制器与所述摇动平台电子通信，以控制所述摇动平台的操作。

17.根据权利要求16所述的热相分离模拟器，其中，所述控制器控制所述摇动平台的行程和频率。

18.一种使用权利要求1的热相分离模拟器的方法，包括：

将混合相流体加入到多个瓶中；

将一种或更多种化学试剂加入到每一个瓶中；

模拟热相分离的条件；

获取在每个瓶中的混合相流体的图像；以及

分析所获取的图像，以确定所述一种或更多种化学试剂在帮助所述混合相流体的分离方面的性能。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，热相分离的模拟条件包括控制流体的温度和混合。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括：

从瓶中取出流体的一种或更多种相的样本。