CN101078345B - 油田采出液电磁聚结预处理装置 - Google Patents
油田采出液电磁聚结预处理装置 Download PDFInfo
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Abstract
一种油田采出液电磁聚结预处理装置，主要由磁场聚结器结构和静电聚结器结构组成，其特征在于磁场聚结器结构和静电聚结器结构设计为在线式管道结构，设计在模块上，串接在油田采出液脱水的流程中，磁场聚结器结构的进口与来液上游的加热炉或缓冲罐相连接，出口与静电聚结器结构的进口相连接；静电聚结器结构的出口与来液下游的三相分离器的进口或沉降罐的进口或外输罐的进口相连接。本发明提高了采出液的聚结效果，解决了高含水采出液的脱水难题。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种油田采出液预处理装置，具体地说是一种油田采出液电磁聚结预处理装置。
二、背景技术
随着油井开采时间的延长，含水率逐渐升高，当含水率上升到一定水平后，初期形成的油包水乳状液，就会反转为水包油乳状液。胜利油田的主力油区已进入高或特高含水期，目前的全局综合含水率已达到89.7％。主力区段油田如孤东、孤岛、东辛、胜利等综合含水率已在90％以上。随着采出液含水的不断上升，尤其是油田开发进入后期，开采工艺的不断发展，例如三次采油注水、注聚合物、三元复合驱、调刨、解堵等技术的应用，加入了大量的药液，使得油田采出原油乳化程度越来越严重，造成油水沉降分离困难，外输原油含水率不断上升，使后序分离过程很难进行。当含水原油通过脱水泵的剪切后，水珠变得更为细小，原油乳状液变得更加稳定，乳状液导电性增强，施加高压电场时，电流会增大，甚至短路，脱水难度越来越大，常规的电化学二段脱水已很难达到原油外输指标的要求，因此，必须在采出液预脱水即一段脱水上增加新的处理装置满足生产的需要。
目前采出液一段脱水所采用的方法及设备已不适应现实生产状况的需要，如国内的大罐沉降脱水、旋流器预脱水、三相分离器脱水、永磁聚结脱水，国外的静电聚结脱水，对油田采出的复杂的乳状液都无能无力，只有结合实际开发一种新的采出液预处理装置才能保证二段脱水达到外输的含水指标。
三、发明内容
本发明的目的是提供一种油田采出液电磁聚结预处理装置，利用电场和磁场协同效应下，克服上述己有技术存在的问题，满足二段脱水的要求，使之达到原油含水外输的指标。
本发明的技术方案是通过以下方式实现的：
本发明主要由磁场聚结器结构和静电聚结器结构组成，其特征在于磁场聚结器结构和静电聚结器结构设计为在线式管道结构，设计在模块上，串接在油田采出液脱水的流程中，磁场聚结器结构的进口与来液上游的加热炉或缓冲罐相连接，出口与静电聚结器结构的进口相连接；静电聚结器结构的出口与来液下游的三相分离器的进口或沉降罐的进口或外输罐的进口相连接。
磁场聚结器结构主要由两端带法兰盘、中部两侧带平台的进油管、n型电磁铁、n型电磁铁护罩和接线端子组成，n型电磁铁开口沿两侧带平台的进油管的两侧平台扣在进油管的底板上，n型电磁铁护罩罩在电磁铁上，下端部用螺栓与底板固定，接线端子固定在n型电磁铁护罩上，接线端子与整流装置相联。
静电聚结器结构主要由接管、绝缘棒总成和静电聚结器组成；在接管的两端设有法兰盘，在接管的中左部和中右部由定位挂块悬挂在接管内的对称的两个圆筒形的静电聚结器上；静电聚结器内纵向设有由圆形定位板两端定位的通油管，通油管两端插在定位板上对应设有的圆孔内，并焊接一起；在每根通油管的中心设有一根电极棒，电极棒的两端部用螺栓螺母固定在长条形固定板上；固定板两端设有90°”拐角，拐角镶嵌在通油管内；一个静电聚结器的电极棒的左端接线端子通过电缆并联与设在接管左端部的绝缘棒总成相联，另一个静电聚结器的电极棒的右端接线端子用电缆并联于设在接管右端部的绝缘棒总成相联，两个静电聚结器的电极棒的另一端分别用电缆并联分别接于接设在接管上的地线接线柱上。
磁场聚结器结构和静电聚结器结构的串接管路为U形，在两者的进口管和出口管之间设有连通管，连通管上设有截止阀。
本发明与己有技术相比较具有以下优点：
1、在线式电磁聚结预处理装置利用模块化结构，缩小了电极间的距离，利用较低电压即可达到来液聚结所需的电场力，将电场、磁场合为一体，并结合液体的紊流提高聚结效率。在电场和磁场的共同作用下，水珠的粒径能在几秒钟内增大十倍左右，从而大幅度提高下游脱水设备的脱水速度。
2、利用模块化结构缩小了电极间距，实现了采出液的在线聚结。
3、聚结电压低，对来液含水没有要求，聚结时间短，运行成本低。
4、将电场磁场合为一体大幅度提高了采出液的聚结效果，解决了高含水采出液的脱水难题。
四、附图说明
图1一本发明在现场安装示意图，
图2一本发明的电磁聚结器的结构示意图，
图3一图2的左视图
图4一本发明的静电聚结器的结构示意图，
图5一图4的左视图
图1中1-来液管2-缓冲罐3-加热炉4-模块5-电磁聚结器6-静电聚结器7-三相分离器8-次沉降罐9-二次沉降罐10-外输罐
图2、3中5-1-油管5-2-n型电磁铁护罩5-3-n型电磁铁5-4-底板
图4、5中6-1-绝缘棒总成6-2-接管6-3-静电聚结器6-4-电极棒6-5-定位板6-6-定位挂块6-7-长条形固定板6-8-地线接线柱
五、具体实施方式
为进一步公开本发明的技术方案，下面结合说明书附图通过实施例作详细说明：
本发明主要由磁场聚结器结构5和静电聚结器结构6组成，其特征在于磁场聚结器和静电聚结器结构设计为在线式管道结构，设计在模块4上，串接在油田采出液脱水的流程中，磁场聚结器结构的进口与来液1上游的加热炉3或缓冲罐2相连接，出口与静电聚结器结构的进口相连接；静电聚结器结构的出口与来液下游的三相分离器7的进口或沉降罐8、9的进口或外输罐10的进口相连接。
磁场聚结器结构6主要由两端带法兰盘、中部两侧带平台的进油管5-1、n型电磁铁5-3、n型电磁铁护罩5-2和接线端子组成，n型电磁铁开口沿两侧带平台的进油管的两侧平台扣在进油管5-1的底板5-4上，n型电磁铁护罩罩在电磁铁上，下端部用螺栓与底板5-4固定，接线端子固定在n型电磁铁护罩上，接线端子与变压器相联。
静电聚结器结构7主要由接管6-2、绝缘棒总成6-1和静电聚结器6-3组成；在接管6-2的两端设有法兰盘，在接管的中左部和中右部由定位挂块6-6悬挂在接管6-2内的对称的两个圆筒形的静电聚结器6-3上；静电聚结器内纵向设有由圆形定位板6-5两端定位的通油管，通油管两端插在定位+板6-5上对应设有的圆孔内，并焊接一起；在每根通油管的中心设有一根电极棒6-4，电极棒的两端部用螺栓螺母固定在长条形固定板6-7上；固定板两端设有90“拐角，拐角镶嵌在通油管内；一个静电聚结器的电极棒的左端接线端子通过电缆并联与设在接管左端部的绝缘棒总成6-1相联，另一个静电聚结器的电极棒的右端接线端子用电缆并联于设在接管右端部的绝缘棒总成6-1相联，两个静电聚结器的电极棒的另一端分别用电缆并联分别接于接设在接管上的地线接线柱6-8上。
1、电磁聚结器的参数设计
(1)静电聚结电场
由室内试验效果可知对于高含水(含水60％-90％)采出液，当电极距离为20mm时效果较好的聚结电压为20V-30V，对应的聚结电场强度为1.0kV/m-1.5kV/m。本次研制的静电聚结装置聚结器电极间距为60mm，电压为30V-100V(可调)，对应的电场强度为0.5kV/m-1.7kV/m。
(2)磁场聚结强度
由室内试验效果可知对于高含水(含水60％-90％)采出液，当磁极距离为60mm时，效果较好的聚结磁场为3000A/m，本次研制的磁场聚结装置聚结器电极间距为400mm，聚结磁场为30000A/m。
(3)电磁聚结器参数
室内试验得出：在磁场共同作用下采出液粒径能在几秒钟内增大十倍左右，且聚结主要在几秒钟内完成，当聚结时间超过10秒后聚结效果并没有明显的变化，也就是说采出液在聚结装置内只需要10秒左右的停留时间。
电磁聚结装置通常安装在三相分离器进口，三相分离器的处理液量一般为120m3/h，即0.033m3/S。电磁聚结装置的处理时间按10秒计算则容量应为0.33m3左右。本次研制的静电聚结器为Φ480×2000mm，容量为0.36m3，处理时间大约0.36/0.033＝11s，磁场聚结器为Φ480×1200mm，容量为0.22m3，处理时间大约0.22/0.033＝7s。
(4)静电聚结器结构由两个聚结器串联组成，每个聚结器由7个聚结单元并联组成，每个聚结单元由一根133×500mm的钢管以及位于钢管中心的电极棒组成，电极棒与通油管间的距离为60mm，通油管接地，电极棒与通油管之间形成聚结电场。将两个聚结器安装在一个
480×2000mm的接管内组成静电聚结器。静电聚结器由一台25kVA变压器提供电源。
静电聚结的主要参数：
外型尺寸：
480×2000mm，
处理量：3000m3/d，
变压器额定容量：25kVA，
额定输入电压：交流220V，
额定输入电流：113A，
输出电压：交流30V-100V，
输出电流：40A-250A。
(5)为减少漏磁同时避免磁场“短路”，使磁力线尽可能多的经过磁场聚结器内的采出液而闭合，磁场聚结器壳体由非导磁的不锈钢制作而成，壳体尺寸为
480×1200mm。在不锈钢壳体中段对称面各去掉一块截面大小为330mm×180mm的不锈钢，由普通钢板代替，磁场发生器的两极分别安装在这两块普通钢板上。磁场通过普通钢板经采出液后至另一普通钢板而闭合。
磁场聚结的主要参数：
外形尺寸：
480×1200mm，
处理量：3000m3/d，
磁场发生器额定容量：3kVA，
额定输入电压：交流220V，
额定输入电流：14A，
输出电压：直流220V，
输出电流：14A。
2、采出液电磁聚结机理
乳状液分散相的脱水是一个三步过程。在第一步絮凝过程中，分散型液滴在静电场的作用下受到极化作用，形成了偶极子，极化后的小液滴受到偶极力的作用而相互吸引或排斥，加速了小液滴的聚结成团，但单个液滴仍然存在。由于磁场作用的存在，小液滴在磁化后受到洛仑兹力的作用而运动，运动的过程中受到了剪切的作用，加速了小液滴的聚结。同时，磁场有降粘的作用，作用之后，小水滴的运动阻力减小，聚结速度加快。正是通过上述电场和磁场的共同作用下，才使得小水滴的聚结效果优于单独静电场或磁场的作用。在第二步聚结过程中，这些团中的小液滴破碎合成一个大液滴，液滴半径逐渐增大并且聚结过程中液滴的数目逐渐减少。在第三步沉降凝并过程中，各大液滴依靠重力沉降至油水界面以下，凝并进入水相，并逐渐形成明显的油水界面层；又由于电磁场的震荡作用，水中的各种正负离子不断的周期性的往复运动，使水滴的两端电荷极性发生明显的变化。离子往复运动时水滴界面膜不断地受到冲击，使其机械强度下降，甚至破裂，水滴聚结沉降，显然，水滴越大，离子对界面膜的冲击力也越大，震荡聚结的效果也越好。使得分散相液滴碰撞机会增加，即增加了分散相的絮凝速度；其次由于电磁场对分散相液滴碰撞的剪切作用，使各水滴的液膜发生破裂而聚结成大滴。对一个油包水型的水滴来说，水滴表面被乳化剂所包裹，而水滴表面的切向力则又将乳化剂表面膜“撕开”的趋势，即破坏了乳化剂膜的稳定性，因此有利于液滴的合并。液滴运动的速度越快，表面所受到的剪力越大，表面膜也就越容易受到破坏。但如果电压过大，则大液滴就可能被拉成更小的液滴，所以若想促进小液滴的聚结，电压必须在适度的范围内。以往的一些实验也证实了这一点，振动使紊流进入系统，有利于油滴的聚结，但紊流必须限定一定的范围内。超过这个范围，油滴被剪碎，设备的分离效率反而降低；最后电磁场可以加速水滴进入连续相的凝并速度，防止海绵状乳状液的生成。处在电磁场当中的乳状液在电场和磁场联合的极化作用下，极性逐渐加强，水滴活性逐渐增加，流动阻力逐渐减小，聚结速度逐渐加快，在极短的时间内完成聚结过程，形成大粒径的水滴，靠重力作用沉降而分离开来。
3、采出液电磁聚结器现场应用
如图1所示，将安装在模块4上的磁场聚结器5和静电聚结器6就位在原油处理站上的三相分离器7前面，站外来液管1通过缓冲罐2和加热炉3与磁场聚结器的进口相连，静电聚结器的出口与三相分离器的进口相连，三相分离器的出口与一次沉降罐8相连，一次沉降罐的出口与二次沉降罐9的进口相连，二次沉降罐的出口与外输罐10进口相连，外输罐的出口与外输泵相连。油田采出液经缓冲罐缓冲油水分离，加热炉加热油水分离，再经磁场聚结器的磁场水珠聚结，再经静电聚结器电场水珠聚结，由微小水颗粒变成大水珠，再经三相分离器油水气三相分离，气进入气输管网，分出的水进入污水罐，油进入一次二次沉降罐沉降，沉降出游离水，再进入外输罐以备外输。
Claims (3)
1.一种油田采出液电磁聚结预处理装置，主要由磁场聚结器结构和静电聚结器结构组成，其特征在于磁场聚结器结构和静电聚结器结构设计为在线式管道结构，设计在模块上，串接在油田采出液脱水的流程中，磁场聚结器结构的进口与来液上游的加热炉或缓冲罐相连接，出口与静电聚结器结构的进口相连接；静电聚结器结构的出口与来液下游的三相分离器的进口或沉降罐的进口或外输罐的进口相连接。
2.根据权利要求1所述的油田采出液电磁聚结预处理装置，其特征在于磁场聚结器结构主要由两端带法兰盘、中部两侧带平台的进油管、n型电磁铁、n型电磁铁护罩和接线端子组成，n型电磁铁开口沿两侧带平台的进油管的两侧平台扣在进油管的底板上，n型电磁铁护罩罩在电磁铁上，下端部用螺栓与底板固定，接线端子固定在n型电磁铁护罩上，接线端子与整流装置相联。
3.根据权利要求1所述的油田采出液电磁聚结预处理装置，其特征在于静电聚结器结构主要由接管、绝缘棒总成和静电聚结器组成；在接管的两端设有法兰盘，在接管的中左部和中右部由定位挂块悬挂在接管内的对称的两个圆筒形的静电聚结器上；静电聚结器内纵向设有由圆形定位板两端定位的通油管，通油管两端插在定位板上对应设有的圆孔内，并焊接一起；在每根通油管的中心设有一根电极棒，电极棒的两端部用螺栓螺母固定在长条形固定板上；固定板两端设有90°拐角，拐角镶嵌在通油管内；一个静电聚结器的电极棒的左端接线端子通过电缆并联与设在接管左端部的绝缘棒总成相联，另一个静电聚结器的电极棒的右端接线端子用电缆并联于设在接管右端部的绝缘棒总成相联，两个静电聚结器的电极棒的另一端分别用电缆并联分别接于接设在接管上的地线接线柱上。
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2007
- 2007-06-27 CN CN2007100166581A patent/CN101078345B/zh active Active
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