CN103695029A

CN103695029A - 高频电聚结式油气水三相流分离器

Info

Publication number: CN103695029A
Application number: CN201310755682.2A
Authority: CN
Inventors: 陈世伟; 胡平; 王玉庆; 李庆银; 王瑜; 于宏亮; 牛俊邦
Original assignee: SHANDONG JUNMA PETROLEUM EQUIPMENT MANUFACTURING GROUP Co Ltd; China University of Petroleum East China
Current assignee: SHANDONG JUNMA PETROLEUM EQUIPMENT MANUFACTURING GROUP Co Ltd; China University of Petroleum East China
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: CN103695029B

Abstract

本发明提供了一种高频电聚结式油气水三相流分离器。该分离器由卧式罐体1和高频矩形波原油脱水电源10组成。卧式罐体1分隔成初级分离室25、平流沉降室26、电脱水室27、油水存储室28。分离器的底部设有除沙装置19、20、21，电脱水室的底部设有排污口17、出水口16，油水存储室底部分别设有出油口15、出水口29。本发明克服了常规电脱水器运行时出现的“倒电场”现象，避免了常规油气水三相流分离器效果不达标的缺点，解决了高含水原油、老化油及含高聚合物与破乳剂原油的脱水难问题。

Description

高频电聚结式油气水三相流分离器

技术领域

本发明属于石油集输技术领域，尤其适用于高含水原油、老化油及含高聚合物与破乳剂原油的脱水处理。

背景技术

目前，随着油田的不断开采，部分油田已经进入“三次采油阶段”，油田采出液的含水率不断升高，使用常规分离器进行油气水三相分离，已经无法满足后续生产及外输的标准。三次采油时，采出液中含有大量聚合物、表面活性剂，油水乳状液的界面膜厚度增大，稳定性、导电性增强，容易使常规电脱水器电极板间产生短路，常规电脱水器难以正常运行。同时传统的注入化学药剂的分离方式使得地下水资源污染严重，不利于环境的开发利用。

发明内容

为了解决高含水原油、老化油及含高聚合物与破乳剂原油的脱水难问题，本发明的目的是提供一种高频电聚结式油气水三相流分离器。该分离器可以进行旋流沉降分离、碰撞聚结分离和电脱分离，属于一种“三合一”式三相流分离器，能够有效地解决高含水原油，老化油的脱水问题。同时还能防止使用大量化学药剂对环境的污染。

本发明是通过以下技术措施实现：

分离器包括卧式罐体1和高频矩形波脱水电源10。卧式罐体1内部分隔成初级分离室25、平流沉降室26、电脱水室27、油水存储室28。高频矩形波脱水电源10包含大功率高频矩形波发生器和宽频带升压变压器。卧式罐体的左侧开有人口24，顶部设有人口6和油水界面调节阀30，两端为椭球形封头，右侧封头处安装有浮子液面调节阀13，底部设有除沙装置19、除沙装置20、除沙装置21和底座22，罐体侧面设有高电压引线口，升压变压器置于罐体侧面。

初级分离室25内设有分离筒3，分离筒3包括引入管2、旋流筒3-1和出液管23。引入管2与旋流筒3-1相切，流体从旋流筒3-1的切向方向进入形成旋流；由于油气水的密度各不相同，离心力不同，使得天然气进入气相通道4，油水混合物沿着旋流筒3-1经出液管23进入卧式罐体1。分离筒3的底部为出液管23，出液管23的两端封闭，侧面开有中间小、两端大的出口，可以保证流体均匀地流入罐体1中，减小了流向带来的搅动作用。初级分离室25的底部设有除沙装置21；除沙装置包括出沙口21-1和冲沙口21-2。向冲沙口21-2中通入一定压力的水，可以冲洗罐体底部的沙垢，冲洗掉的沙垢从出沙口21-1中流出。

平流沉降室26内部设有两道不锈钢波纹板5、不锈钢波纹板7，流体流过不锈钢波纹板5、不锈钢波纹板7时，产生两次整流，流态均匀、流速减慢。波纹板会强迫油水沿着波纹方向运动，这样油水的整体流向趋于一致，层流状态更加明显。此外，流体流过波纹板时，由于沿着波纹流动，增加了油水迁移的路线，延长了油水分离的时间，使得水颗粒更有机会在波纹板表面碰撞聚结；当小水珠聚结到更大颗粒时就会实现重力沉降，这样就降低了进入电脱水室27的原油的含水率，从而降低了电场中原油的导电性，同时也提高了电场的稳定性。平流沉降室26的底部设有除沙装置20，其结构、功能同所述的除沙装置21相同。

电脱水室27内部设置了三层电极板9，中间层电极板接到一高压端子上，另外两层电极板并联后再接到另一高压端子上，宽频带升压变压器高压线圈中间抽头与罐体相连；上层电极板与中间层电极板之间的距离小于中间层电极板与下层电极板之间的距离，这样上层电极板与中间层电极板之间形成一个强电场，中间层与下层电极板之间形成一个弱电场，下层电极板与油水界面之间又形成一个微弱的电场。利用这种电极板的安装方式和接线方法，罐体内部形成了三个强弱不一的电场，电脱过程中高含水原油先在弱电场中进行预处理，然后上浮进入强电场进行电聚结。为了保证生产安全，卧式罐体1内设有低液位开关36，当液位偏低、将出现乳化液不能完全淹没电极板时，该开关断开、脱水电源停止工作。

电脱水室27的左侧设有开孔的梯形导液板8，导液板8的底部与三层电极板9的下层电极板之间的距离为200mm。流体绕过导液板8进入电场，流体绕过导液板8后会出现一个垂直向上的速度分量，这样流体就会由下向上依次经过三层电极板9，有效地提高了电脱水的效果。并且，由于导液板8的作用，流体在电场中的停留时间也变长，即电脱水的时间变长。

油水存储室28由堰板11、堰板12拼接而成，堰板11、堰板12将油水存储室28与左侧的罐体隔开，在堰板12-2垂直纸面向里的一侧开有进油口37；经过分离后，下层的水从油水界面仪的筒体14-1的底部进入水室。油水界面仪14利用的是连通器原理，可以通过调节阀30来控制指示罐体1内部的油水界面高度。上层的原油通过堰板12-2处的进油口37进入油室，这种结构设计可以有效将油和水隔开；浮子液面调节阀13可以控制油水存储室28内部储存的液量，使油水界面保持在设定的高度；油水存储室28的顶部开有气相出口31，保证残余的气相及时排出罐体1。

本发明的有益效果是，可以有效地处理高含水原油、老化油及含高聚合物与破乳剂原油，克服了常规电脱水器易出现的“倒电场”现象，同时还解决了常规油气水三相流分离器中存在的处理效果不达标的问题。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为升压变压器的安装示意图；

图3为本发明中初级分离筒出口管的结构示意图；

图4为本发明中油水存储室堰板装置的结构示意图；

图5为油水存储室堰板存储12-1的结构示意图。

图中：1为卧式罐体、2为油气水引入管，3为分离筒、3-1为旋流筒，4为气相通道、5为波纹板、6为人孔、7为波纹板、8为导液板、9为三层电极板、10为高频矩形波脱水电源，11、12为堰板，13为浮子液面调节阀、14为油水界面仪、14-1为油水界面仪的筒体、15为出油口、16为出水口、17为排污口、18为水相就地液位计口，19、20、21为除沙装置，22为罐体底座、23为分离筒出液管、24为人孔、25为初级分离室、26为平流沉降室、27为电脱水室、28为油水存储室、29为出水口、30为油水界面调节阀、31为气相出口、32为电源底座、33为油室浮子液位调节口、34水室浮子液位调节口、35为油相就地液位计口、36为低液位开关、37为油室进油口。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明作进一步详述。

本发明为高频电聚结式油气水三相流分离器，分离器罐体部分所用的材料应符合国家相关标准，分离器中的受压元件用钢采用电炉或氧气转炉冶炼的镇静钢。设备罐体加工生产出来后，要严格控制其热处理状态使其符合相关标准并进行无损检测。设备内外壁面要进行防腐处理，罐体采用RLHY-12／150型保温隔热涂料。

如图1至图5所示，本发明的高频电聚结式油气水三相流分离器，包含卧式罐体1和高频矩形波原油脱水电源10。

卧式罐体1内部分隔成初级分离室25、平流沉降室26、电脱水室27、油水存储室28；卧式罐体1的左侧开有人口24，顶部设有人口6和油水界面调节阀30，两端为椭球形封头，右侧封头处安装有浮子液面调节阀13，底部设有除沙装置19、除沙装置20、除沙装置21和底座22，罐体侧面设有高电压引线口，升压变压器置于罐体侧面。

所用的高频矩形波原油脱水电源10包含大功率高频矩形波发生器和宽频带升压变压器；该电源的输入电压为单相220V或三相380V交流电，输出电压为单相矩形波交流1000～20000V且连续可调，输出频率为200～20000Hz连续可调，最大输出功率为20kW，效率大于90％，波形占空比可调。此种高频矩形波原油脱水电源可以有效地克服传统设备工作过程中的“倒电场”现象。

分离器的罐体1内设有两道不锈钢波纹板5和不锈钢波纹板7，将卧式罐体1隔成初级分离室25、平流沉降室26、电脱水室27、油水存储室28。初级分离室25内设有分离筒3，底部设有除沙装置21；平流沉降室的顶部设有人孔6、底部设有除沙装置20，左右两侧设有波纹板5、波纹板7；电脱水室27的内部设有三层电极板9，左侧设有导液板8，底部设有除沙装置19、排污口17、排水口16；油水存储室28由堰板11、堰板12拼接而成，其内部设有油水界面仪14，筒体14-1与电脱水室27相连通；油水存储室28被分隔成油室和水室，油室的底部开有出油口15，水室的底部开有出水口29；出油口15和出水口29均采用浮子液面调节阀控制装置13控制其流速。本发明提供的高频电聚结式油气水三相流分离器中要求设有油水界面自动调节装置。

初级分离室25内设有分离筒3，包括引入管2、旋流筒3-1和出液管23；油气水三相流从引入管2流进，引入管2与旋流筒3-1相切，流体从筒体的切向流入，形成旋流，并产生一次离心分离，使气相分离出来并进入气相通道4；分离筒3的底部为出液管23，其两端封闭，侧面开有出口；初级分离室25的底部设有除沙装置21；除沙装置包括出沙口21-1和冲沙口21-2。

平流沉降室26内部设有两道不锈钢波纹板5和不锈钢波纹板7，流体流过不锈钢波纹板5和不锈钢波纹板7时产生两次整流，并使流体流动方向一致；平流沉降室26的底部设有除沙装置20，其结构、功能同所述的除沙装置21相同。

电脱水室27内部设置了三层电极板9，中间层电极板接到一高压端子上，另外两层电极板并联后再接到另一高压端子上；宽频带升压变压器高压线圈中间抽头与罐体相连；上层电极板与中间层电极板的距离小于下层电极板与中间层电极板之间的距离；与电极板相连的两高压端子从罐体的侧面引进；高频矩形波原油脱水电源提供频率为200～20000Hz的矩形波电压，经过升压变压器升压后接到电极板上，这种波形的电压可以有效地克服高含水原油电脱水过程中常出现的“倒电场”现象，稳定脱水过程，提高脱水效果。顶层电极板上部200mm的位置上安装有低液位开关36；电脱水室27的底部设有排污口17、出水口16和除沙装置19，除沙装置19的结构、功能同上述的除沙装置21相同。

电脱水室27的左侧设有开孔的梯形导液板8，导液板的底部与下层电极板之间的距离为200mm，流体绕过导液板进入电场，这样流体在电场中的停留时间变长，增加了电脱水的时间、提高了电脱水效果。

油水存储室28由堰板11、堰板12拼接而成，堰板11、堰板12把油水存储与左侧的罐体分开并将油水存储室分割成两部分，垂直纸面向里的部分空间为油室，垂直纸面向外的部分空间为水室，在堰板12-2垂直纸面向里的一侧开有进油口37；油水存储室内还安装有油水界面仪14，包括外筒、内活动筒体14-1和液面调节阀30；脱出的水通过油水界面仪的内筒14-1进入水室，处理后的原油通过顶部堰板12-1，从进油口37进入油室，在油室的底部开有出油口15、在水室的底部开有出水口29，油水存储室的液位、流量均受浮子液面调节阀13控制；油水存储室，28顶部开有气相出口31。

工作时，油气水三相流从引入管2流进，由于引入管2与旋流筒3-1相切，流体从旋流筒的切向进入形成旋流，并在重力与压力的作用下向下流动。这样流体在分离筒3中进行了一次离心分离，使液、气相分离，气相进入气相通道4，液相沿着旋流筒3-1经出液管23进入卧式罐体1。分离筒3的底部为出液管23，该管的两端封闭，侧面开有出口，保证流体在分离筒中充分地进行离心分离；该结构保证流体在进入卧式罐体1时在水平方向流动，减少流向带来的搅动作用。含水原油向右流动，依次经过波纹板5和波纹板7之后，其流速减慢并进一步均匀化，且含水原油的流动轨迹与波纹板的波纹形状相同，又形成一次离心分离。另外，含水原油流过波纹板时被分散，还有利于进行碰撞聚结分离，这样降低了进入电脱水室27的原油的含水率，有利于提高电场的稳定性。

含水原油流过波纹板7并绕过导液板8后会出现一个垂直向上的分速度，这样含水原油就会由下向上依次经过三层电极板9，在电场中的停留时间也变长，即电脱水的时间变长。电脱水室中的三层电极板9，其中间层电极板接到变压器的一高压端子，另外两层电极板并联后接到变压器的另一高压端子上，宽频带升压变压器高压线圈中间抽头与罐体相连；上层电极板与中间层电极板之间的距离小于下层电极板与中间层电极板之间的距离，这样上层电极板与中间层电极板之间形成一个强电场，中间层与下层电极板之间形成一个弱电场，下层电极板与油水界面之间又形成一个微弱的电场。当含水原油绕过导液板8时先受到下层较弱电场的作用，随着原油含水率的降低，原油上浮进入上层的强电场中，整个过程中含水原油会依次受到三个强弱不一的电场的作用，有效地提高电聚结效果。

为了保证设备的安全运行，在电脱水室27内设有低液位开关36，当罐体内部的液体将要不能完全淹没电极板9时，低液位开关断开，从而关断高频矩形波原油脱水电源。另外，该设备在运行过程中，可以根据不同的油品选择最优的频率、电压、占空比等脱水参数，从而保证良好的脱水效果。

含水原油经过分离处理后，下层的水从安装油水界面仪的筒体14-1的底部进入油水存储室28中的水室。油水界面仪14利用的是连通器原理，可以通过调节阀30来控制罐体1内部的油水界面高度。堰板12的上部开有一个原油进油口37，经过脱水后的原油通过该口进入油水存储室28中的油室，最终处理后的油从出油口15排出，分离出来的水从出水口29排出。并且在运行过程中可通过向除沙装置的冲沙口19-2、20-2、21-2中通入一定压力的水，用于冲洗罐体底部的沙垢。

本发明的高频电聚结式油气水三相流分离器可以有效地处理高含水原油、老化油及含高聚合物与破乳剂原油，克服了常规电脱水器易出现的“倒电场”现象，同时还解决了常规油气水三相流分离器中存在的处理效果不达标的问题。

Claims

1.一种高频电聚结式油气水三相流分离器，其特征在于：包含卧式罐体(1)和高频矩形波原油脱水电源(10)；

所述卧式罐体(1)内部分隔成初级分离室(25)、平流沉降室(26)、电脱水室(27)、油水存储室(28)；

所述高频矩形波原油脱水电源(10)包括大功率高频矩形波发生器和宽频带升压变压器；

所述卧式罐体的左侧开有人口(24)，顶部设有人口(6)和油水界面调节阀(30)，两端为椭球形封头，右侧封头处安装有浮子液面调节阀(13)，底部设有除沙装置(19)、除沙装置(20)、除沙装置(21)和底座(22)，罐体侧面设有高电压引线口，升压变压器置于罐体侧面。

2.根据权利要求1所述的高频电聚结式油气水三相流分离器，其特征在于：初级分离室(25)内设有分离筒(3)，包括引入管(2)、旋流筒(3-1)和出液管(23)；油气水三相流从引入管(2)流进，引入管(2)与旋流筒(3-1)相切，流体从筒体的切向流入，形成旋流，并产生一次离心分离，使气相分离出来并进入气相通道(4)；分离筒(3)的底部为出液管(23)，其两端封闭，侧面开有出口；初级分离室(25)的底部设有除沙装置(21)；除沙装置包括出沙口(21-1)和冲沙口(21-2)。

3.根据权利要求1所述的高频电聚结式油气水三相流分离器，其特征在于：平流沉降室(26)内部设有两道不锈钢波纹板(5)和不锈钢波纹板(7)，流体流过不锈钢波纹板(5)和不锈钢波纹板(7)时产生两次整流，并使流体流动方向一致；平流沉降室(26)的底部设有除沙装置(20)，其结构、功能同所述的除沙装置(21)相同。

4.根据权利要求1所述的高频电聚结式油气水三相流分离器，其特征在于：电脱水室(27)内部设置了三层电极板(9)，中间层电极板接到一高压端子上，另外两层电极板并联后再接到另一高压端子上；宽频带升压变压器高压线圈中间抽头与罐体相连；上层电极板与中间层电极板的距离小于下层电极板与中间层电极板之间的距离；与电极板相连的两高压端子从罐体的侧面引进；高频矩形波原油脱水电源提供频率为200～20000Hz的矩形波电压，经过升压变压器升压后接到电极板上；顶层电极板上部200mm的位置上安装有低液位开关(36)；电脱水室(27)的底部设有排污口(17)、出水口(16)和除沙装置(19)，除沙装置(19)的结构、功能同所述的除沙装置(21)相同。

5.根据权利要求1所述的高频电聚结式油气水三相流分离器，其特征在于：电脱水室(27)的左侧设有开孔的梯形导液板(8)，导液板的底部与下层电极板之间的距离为200mm，流体绕过导液板进入电场。

6.根据权利要求1所述的高频电聚结式油气水三相流分离器，其特征在于：油水存储室(28)由堰板(11)、堰板(12)拼接而成，堰板(11)、堰板(12)把油水存储室与左侧的罐体分开并将油水存储室分割成两部分，垂直纸面向里的部分空间为油室，垂直纸面向外的部分空间为水室，在堰板(12-2)垂直纸面向里的一侧开有进油口(37)；油水存储室内还安装有油水界面仪(14)，包括外筒、内活动筒体(14-1)和液面调节阀(30)；脱出的水通过油水界面仪的内筒(14-1)进入水室；处理后的原油通过顶部堰板(12-1)，从进油口(37)进入油室；在油室和水室的底部分别开有出油口15和出水口29，油水存储室的液位、流量均受浮子液面调节阀(13)控制；油水存储室(28)顶部开有气相出口(31)。