原油脱水是原油生产加工过程中不容忽视的重要环节。随着油田进入高含水期开采阶段,各油田普遍应用三次采油技术。这使原油导电性增强、粘度加大,脱水过程中出现电流大、电场不稳定等现象,增加了脱水难度。因此,开展原油电脱水机理及关键技术的研究已刻不容缓。另外,随着陆上原油储量的不断减少,海上石油开采投入逐渐加大,由于受海上环境条件限制,海洋石油开采平台需具有紧凑性、高效性和安全性。为了降低石油开采成本、提高海上石油开采效率,高效、安全的电脱水技术已成为海上石油开采过程中急需解决的关键技术之一。鉴于以上陆上及海洋石油开采处理过程中的问题,本文从提高现有原油电脱水效率、降低电脱水容器体积的角度出发,开展了不同类型电场下原油乳化液脱水特性的研究。为了研究电场下水滴的动力学特性,本文运用Comsol Multiphysics软件,采用电场与流场相耦合的方法,通过建立工频交流电场下平板电极中水滴动力学特性仿真模型,对水滴的动力学特性进行模拟,分析影响水滴形变、破裂及聚结的主要因素。仿真结果表明:水滴在电场力和周围流体的共同作用下发生沿电场方向的形变;水滴表面电荷密度和电场力分布都是从左右两侧向上下两端逐渐增大,在上下两端点处达到最大;水滴形变、破裂及聚结受到电场强度、油相粘度、界面张力和水滴粒径的影响,电场强度越高、油相粘度越小、界面张力越低、水滴粒径越大,水滴形变量越大、聚结速度越快,但电场强度过高会使水滴发生破裂;在这些影响因素中,电场强度和水滴粒径对水滴形变量和聚结速度的影响效果最大,油相粘度还影响水滴变形形状和位移,而界面张力则影响水滴破裂形态。为了研究不同类型电场下乳化液的脱水效果,本文设计搭建了电脱水实验系统,开展了交流、直流、交直流叠加和高频脉冲电场作用下的乳化液脱水实验。实验结果表明:交流电场适宜处理含水率较高的乳化液,能保证脱水电场稳定,提高脱水速度;直流电场适宜处理含水率较低的乳化液,可以对乳化液进行深度脱水;采用交直流叠加电场脱水时,可以适当调节交直流比例,充分发挥交流电场和直流电场脱水的优势;高频脉冲电场脱水中存在最佳脱水电场强度、频率和占空比,选择适宜的脱水电参数可以有效提高脱水效率。通过微观观测到的水滴聚结特性可以较好地解释上述不同类型电场下的电脱水实验结果。结合脱水实验结果和理论分析可以得到:在脱水过程中,随着外施电场强度的增加,脱水率在一定程度上呈上升趋势,当外施电场强度超过水滴破裂电场强度时,脱水率有所下降;在高频脉冲电场下,当电场强度一定时,水滴振动幅度随频率变化而变化;当外施电压频率接近或等于水滴固有振动频率时,水滴振幅最大;占空比影响水滴的成链情况,当乳化液含水率较高时,采用较低的占空比可以防止水滴成链所导致的电场倒塌,当乳化液含水率较低时,可以通过提高占空比来提高乳化液的最终脱水率。通过所建立的水滴极化及力学模型和水滴振动动力学模型可以得到水滴形变量与电场强度的关系以及水滴振动幅度与外施电压频率的关系,通过所建立的水滴恢复时间数学模型,可以得到水链消散所需的最短时间,并以此确定了最佳脱水电场强度、频率和占空比的选择方法。通过实验验证,得到的理论值与实验值具有较好的一致性,可作为最佳脱水电参数的选择方法。