CN107723020A - 一种油气水三相静电聚结分离器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气水三相静电聚结分离器，包括分离器主体、气液分离模块、高含水聚结模块、低含水聚结模块、供电及控制系统；气液分离模块、高含水聚结模块、低含水聚结模块、供电及控制系统均位于分离器主体内部；气液分离模块竖直插入卧式筒体左侧，高含水聚结模块位于气体分离模块右侧；低含水聚结模块位于高含水聚结模块右侧，所述供电及控制系统位于堰板右侧。本发明油气水三相静电聚结分离器通过气液分离模块、高含水聚结模块、低含水聚结模块以及卧式筒体内的重力沉降模块实现油气水的四级分离设计，一方面大大简化分离工艺，实现集约分离；另一方面能够处理宽含水率范围的油水乳状液，并且显著提高分离效果。

Description

一种油气水三相静电聚结分离器

技术领域

本发明属于油气集输系统多相分离技术领域，具体涉及一种油气水三相静电聚结分离器，适用于陆地及海上油田采出液油气水分离工艺中，实现气液分离和油水破乳，具有结构紧凑、适用范围广、分离效率高和能量利用充分的优点。

背景技术

目前我国大部分油田主要采用重力式三相分离器和电脱水器相结合的方式进行气液分离和原油破乳。但随着油田逐渐进入开发中后期，采出液的含水率急剧升高；同时，化学驱等三次采油技术的广泛应用严重加剧了原油的乳化，给油水分离带来了极大的挑战。基于重力沉降原理的三相分离器很难对乳化程度高的原油乳状液进行有效的破乳分离，并严重影响后续电脱水器的使用。

传统电脱水器通过对金属裸电极施加高压电，利用极化效应促进水滴相互靠近，提高水滴的碰撞频率和强度，强化油中水滴的聚并，在处理低含水原油乳状液方面效果显著。但在电脱水器中，水滴的静电聚结过程和重力沉降过程是同步进行的，为保证分离效果，需维持层流流态，从而致使处理设备容积较大，分离效率难以进一步提高。同时，由于上游重力式三相分离器处理后原油的高含水率和高电导率，一方面导致电脱水器原有体积不能满足油水乳状液的停留时间要求，另一方面使用金属裸电极导致频繁出现“垮电场”现象，不能保证电脱水器安全稳定进行。

美国专利US7749459B2公开了一种置于传统重力式分离器入口处的静电聚结装置。该装置由环氧基树脂对沿着流体流动方向排列的管状通道、平板电极以及变压器进行浇注而成。该装置在不增加原分离器体积的同时能够高效处理高含水原油，但经该装置处理后的原油仍达不到外输要求，需要进一步进行深度脱水处理，且未认识到介电泳聚结对不带电水滴静电聚结的重要性。中国专利CN102746876B公开了一种静电聚结原油脱水器。该脱水器分为两个腔室，第一个腔室中设置垂直悬挂的带有绝缘层的圆柱形电极，在水平面上按正方形网格点阵式排列；第二腔室设置传统电脱水器中的裸电极。油水乳状液经过两级静电聚结脱水作用，显著降低出口原油的含水率。但是该装置仅在第一腔室静电聚结过程中考虑了介电泳现象，第二腔室的静电聚结效果无法保证，且没有精确的水层监控系统，第二腔室金属裸电极的安全性不能得到保证，同时变压器外置，高压电路致使危险性增加。

综上，针对传统三相分离工艺中分离效率低、电极易击穿，无法有效处理高乳化程度、高含水原油乳状液等问题，有必要发明一种对高乳化、高含水原油乳状液破乳处理效果显著，适用于陆地及海上油田采出液的油气水三相分离装置。

发明内容

本发明目的是提供一种油气水三相静电聚结分离器，结合高含水和低含水静电聚结模块设计，能够充分利用湍流脉动和介电泳现象强化水滴聚结，具有工作稳定、结构紧凑、占地面积小、分离效率高、能量消耗低的优点，适用于陆地及海上油田采出液油气水三相分离；能够有效进行气液分离，高乳化程度、高含水原油乳状液破乳分离，并且能够克服“垮电场”现象。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种油气水三相静电聚结分离器，包括分离器主体、气液分离模块、高含水聚结模块、低含水聚结模块、供电及控制系统；

所述分离器主体包括卧式筒体，所述卧式筒体右侧竖直设置堰板，所述堰板左侧的卧式筒体底部设置水出口，所述堰板右侧的卧式筒体底部设置油出口；所述卧式筒体的右端设有电缆引线孔；

所述气液分离模块竖直插入卧式筒体左侧，所述气液分离模块包括立式筒体，所述立式筒体的上部设有水平入口管，所述水平入口管的侧壁与立式筒体的侧壁相切；所述立式筒体的底部设有圆筒形布液构件，所述布液构件的侧面和底面设有若干布液孔；所述立式筒体的上部设有第一捕雾器；所述立式筒体的顶部设有第一气出口管；

所述高含水聚结模块位于卧式筒体内部，所述高含水聚结模块的前、后两端与与卧式筒体的内壁固定连接，所述高含水聚结模块位于气体分离模块右侧；所述高含水聚结模块包括若干高含水聚结模块电极单元，所述高含水聚结模块电极单元包括若干平行设置的第一波纹电极板，相邻第一波纹电极板之间形成第一流道；

所述低含水聚结模块位于卧式筒体内部，所述低含水聚结模块包括低含水聚结模块电极单元、支架及电导探针；

所述支架位于高含水聚结模块的右侧，所述支架呈矩形框架结构，所述支架的上、下两端与卧式筒体的内部固定连接，所述支架的两长边沿高度方向均布若干绝缘接头，两边对应的绝缘接头上插有电导探针；

所述低含水聚结模块电极单元位于支架右侧，所述低含水聚结模块电极单元的顶部通过第一悬挂绝缘子与卧式筒体内壁固定连接；所述低含水聚结模块电极单元包括若干电极板，所述电极板包括平板电极板和第二波纹电极板，所述平板电极板与第二波纹电极板交替平行设置，所述平板电极板与第二波纹电极板之间形成第二流道；所述平板电极板接高压，所述第二波纹电极板接地；所述电导探针与电极板一一对应；

所述供电及控制系统位于卧式筒体内部，所述供电及控制系统位于堰板右侧，所述供电及控制系统顶部通过第二悬挂绝缘子与卧式筒体内壁固定连接；所述供电及控制系统包括变压器，所述变压器内部设有控制器；所述变压器通过电缆引线孔接入低压电缆；所述变压器通过第一高压电缆、第一低压电缆与高含水聚结模块进行电连接，所述变压器通过第二高压电缆、第二低压电缆与低含水聚结模块进行电连接，所述控制器通过信号线与电导探针进行连接。

优选的，所述水平入口管的横截面呈圆形。

优选的，所述卧式筒体的右侧上部设有第二捕雾器，所述第二捕雾器的上部设有第二气出口管，所述第一气出口管与第二气出口管相连通。

优选的，所述高含水聚结模块电极单元由环氧树脂浇注而成。

优选的，所述平板电极板与第二波纹电极板表面涂敷致密绝缘层。

优选的，所述电导探针的安装位置低于相应电极板一个第二流道宽度。

油气水三相静电聚结分离器，其工作过程及相应原理为：

油井采出液从水平入口管以切向旋流方式进入气液分离模块的立式筒体中，将油井采出液的动能转化为离心势能，分离出大部分的气体，气体经第一捕雾器捕雾后由第一气出口管排出；同时油水乳状液也可以利用离心力进行一级分离，分离后的油水乳状液经布液构件底部的布液孔平稳流入卧式筒体内，避免剧烈冲击造成油水二次乳化。

油水乳状液中剩余的少量气体在卧式筒体上层空间聚集，经第二捕雾器捕雾后由第二气出口管排出；前进的油水乳状液层首先经过高含水聚结模块进行二级分离，高含水聚结模块电极单元在第一流道内产生非均匀高压电场，利用介电泳现象强化分散相水滴聚结，同时曲面波纹通道的浅池理论和湍流脉动作用，也会增加分散相水滴的碰撞几率，显著缩短水力停留时间，同时也具有整流的功能；通过高含水聚结模块的油水乳状液层减薄，分离相水滴粒径增大，进入低含水聚结模块进行三级分离。

低含水聚结模块电极单元中平板电极板和波纹电极板交替平行放置，极板间产生非均匀高压电场，利用介电泳现象强化分散相水滴聚结，同时第二流道的浅池理论和湍流脉动作用，也会增加分散相水滴的碰撞几率，显著缩短水力停留时间；通过低含水聚结模块的油水乳状液层减薄，分离相水滴粒径增大，进入后面的沉降段进行四级分离。

最终分离出来的水经由水出口分出，分离出来的油溢过堰板进入油室，经油出口分出。

在三级分离过程中，低含水聚结模块电极单元前设有电导率测量装置，由多组平行电导探针组成，电导探针与电极板一一对应，并通过测量电导率监测水位高度，将信号传递给控制器后，控制器通过变压器控制对应电极板的启停状态，避免由于水位剧烈波动淹没电极板造成电击穿问题，保证低含水聚结模块平稳安全运行。

本发明的有益效果是：

(1)本发明油气水三相静电聚结分离器通过气液分离模块、高含水聚结模块、低含水聚结模块以及卧式筒体内的重力沉降模块实现油气水的四级分离设计，一方面大大简化分离工艺，实现集约分离；另一方面能够处理宽含水率范围的油水乳状液，并且显著提高分离效果。

(2)本发明油气水三相静电聚结分离器的高含水聚结模块和低含水聚结模块中流道内均为非均匀高压电场，利用介电泳现象强化分散相水滴聚结；且流道均为曲面波纹通道，利用浅池理论和湍流脉动作用，增加分散相水滴的碰撞几率，显著缩短水力停留时间。

(3)本发明油气水三相静电聚结分离器的高含水聚结模块电极单元采用绝缘材料环氧树脂浇注而成，能够有效避免电击穿问题，对于高含水原油可以施加更高的电压来进行脱水处理。

(4)本发明油气水三相静电聚结分离器的低含水聚结模块电极单元的电极板表面涂敷致密绝缘层，可以有效防止电击穿。

(5)本发明油气水三相静电聚结分离器的低含水聚结模块中设有电导探针，形成电导率测量装置，通过测量电导率监测水位高度，进而实现电极板逐层关停，避免由于水位剧烈波动淹没电极板造成电击穿问题，保证低含水聚结模块平稳安全运行。

(6)本发明油气水三相静电聚结分离器的卧式筒体设计足够长的沉降段便于聚并长大的液滴进行重力沉降。同时本发明分离器具有工作稳定、结构紧凑、占地面积小、分离效率高、能量消耗低的优点，适用于陆地及海上油田采出液。

附图说明

图1为本发明油气水三相静电聚结分离器的结构示意图；

图2为本发明高含水聚结模块电极单元的结构示意俯视图；

图3是本发明低含水聚结模块电极单元的结构示意图；

图4是本发明支架的结构示意图；

图5是图1的A-A剖面图；

其中，1—第一捕雾器，2—水平入口管，3—立式筒体，4—卧式筒体，5—布液构件，6—布液孔，7—高含水聚结模块电极单元，8—支架，9—低含水聚结模块电极单元，10—水出口，11—油出口，12—堰板，13—变压器，14—电缆引线孔，15—低压电缆，16—控制器，17—第二高压电缆，18—第二低压电缆，19—信号线，20—第一高压电缆，21—第一低压电缆，22—第二悬挂绝缘子，23—第二捕雾器，24—第二气出口管；25—第一悬挂绝缘子，26—第一气出口管，27—第一波纹电极板，28—第一流道，29—第二波纹电极板，30—平板电极板，31—第二流道，32—电导探针，33—绝缘接头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，一种油气水三相静电聚结分离器，包括分离器主体、气液分离模块、高含水聚结模块、低含水聚结模块、供电及控制系统；

所述分离器主体包括卧式筒体4，所述卧式筒体4右侧竖直设置堰板12，所述堰板12左侧的卧式筒体4底部设置水出口10，所述堰板12右侧的卧式筒体4底部设置油出口11；所述卧式筒体4的右端设有电缆引线孔14；

所述气液分离模块竖直插入卧式筒体4左侧，所述气液分离模块包括立式筒体3，所述立式筒体3的上部设有水平入口管2，所述水平入口管2的侧壁与立式筒体3的侧壁相切；所述立式筒体3的底部设有圆筒形布液构件5，所述布液构件5的侧面和底面设有若干布液孔6；所述立式筒体3的上部设有第一捕雾器1；所述立式筒体3的顶部设有第一气出口管26；油井采出液从圆形切向水平入口管2以切向旋流方式进入立式筒体3，将油井采出液的动能转化为离心势能，实现大部分气液分离，分离出来的气体经第一捕雾器1捕雾后由第一气出口管26分出；分离出来含有少量气体的油水乳状液由布液构件5底部的圆形布液孔6平稳流入卧式筒体4，避免剧烈冲击造成油水二次乳化；

所述高含水聚结模块位于卧式筒体4内部，所述高含水聚结模块的前、后两端与与卧式筒体4的内壁固定连接，所述高含水聚结模块位于气体分离模块右侧；所述高含水聚结模块包括若干高含水聚结模块电极单元7，如图5所示；高含水聚结模块电极单元7的结构示意图如图2所示，所述高含水聚结模块电极单元7包括若干平行设置的第一波纹电极板27，相邻第一波纹电极板27之间形成第一流道28；第一流道28采用曲面波纹通道设计，利用浅池理论和湍流脉动作用，增加分散相水滴的碰撞几率，能够显著缩短水力停留时间，同时第一流道28还具有整流作用；第一波纹电极板27平行放置，在第一流道28中产生非均匀高压电场，利用介电泳现象强化分散相水滴聚结；

所述低含水聚结模块位于卧式筒体4内部，所述低含水聚结模块包括低含水聚结模块电极单元9、支架8及电导探针32；

所述支架8位于高含水聚结模块的右侧，所述支架8呈矩形框架结构，所述支架8的上、下两端与卧式筒体4的内部固定连接，所述支架8的两长边沿高度方向均布若干绝缘接头33，两边对应的绝缘接头33上插有电导探针32，通过测量电导率监测水位，所述支架8的结构示意图如图4所示；

所述低含水聚结模块电极单元9位于支架8右侧，所述低含水聚结模块电极单元9的顶部通过第一悬挂绝缘子25与卧式筒体4内壁固定连接；所述低含水聚结模块电极单元9的结构示意图如图3所示，所述低含水聚结模块电极单元9包括若干电极板，所述电极板包括平板电极板30和第二波纹电极板29，所述平板电极板30与第二波纹电极板29交替平行设置，所述平板电极板30与第二波纹电极板29之间形成第二流道31；所述平板电极板30接高压，所述第二波纹电极板29接地；所述电导探针32与电极板一一对应；低含水聚结模块电极单元9中的平板电极板30和第二波纹电极板29间形成非均匀高压电场，利用介电泳现象强化分散相水滴聚结，在第二流道31利用浅池理论和湍流脉动作用，增加分散相水滴的碰撞几率，能够显著缩短水力停留时间；

所述供电及控制系统位于卧式筒体4内部，所述供电及控制系统位于堰板12右侧，所述供电及控制系统顶部通过第二悬挂绝缘子22与卧式筒体4内壁固定连接；所述供电及控制系统包括变压器13，变压器13内置于卧式筒体4的油室中，被绝缘油所淹没，为高含水聚结模块和低含水聚结模块提供高压电源；所述变压器13内部设有控制器16；所述变压器13通过电缆引线孔14接入低压电缆15，变压器13采用内置设计，因此可以通过低压电缆15从外界引入低压电；所述变压器13通过第一高压电缆20、第一低压电缆21与高含水聚结模块进行电连接，所述变压器13通过第二高压电缆17、第二低压电缆18与低含水聚结模块进行电连接，所述控制器16通过信号线19与电导探针32进行连接；电导探针32采集的信号通过信号线19输入控制器16，控制器16通过变压器13控制各层平板电极板30和第二波纹电极板29的启停工作状态。

优选的，所述水平入口管2的横截面呈圆形。

优选的，所述卧式筒体4的右侧上部设有第二捕雾器23，所述第二捕雾器23的上部设有第二气出口管24，所述第一气出口管26与第二气出口管24相连通；经气液分离模块分离的油水乳状液中还含有少量气体，少量气体在卧式筒体4上层空间聚集，经第二捕雾器23捕雾后由第二气出口管24分出。

优选的，所述高含水聚结模块电极单元7由环氧树脂浇注而成，能够有效避免电击穿问题，对于高含水原油可以施加更高的电压来进行脱水处理。

优选的，所述平板电极板30与第二波纹电极板29表面涂敷致密绝缘层，可以有效防止电击穿。

优选的，所述电导探针32的安装位置低于相应电极板一个第二流道31宽度，便于及时监测水位以关停对应电极板，避免由于水位剧烈波动淹没电极板造成电击穿问题，保证低含水聚结模块平稳安全运行。

一种油气水三相静电聚结分离器，其具体实施方式为：

外部低压交流电通过低压电缆接入内置变压器13，经变压器13转换为高压交流电后为高含水聚结模块和低含水聚结模块提供高压电源。

油井采出液从水平入口管2以切向旋流方式进入气液分离模块的立式筒体3中，将油井采出液的动能转化为离心势能，分离出大部分的气体，气体经第一捕雾器1捕雾后由第一气出口管26排出；同时油水乳状液也可以利用离心力进行一级分离，分离后的油水乳状液经布液构件5底部的布液孔6平稳流入卧式筒体4内；

进入卧式筒体4的油水乳状液中含有少量气体，在卧式筒体4上层空间聚集，经第二捕雾器23捕雾后由第二气出口管24排出；前进的油水乳状液层首先经过高含水聚结模块进行二级分离，通过高含水聚结模块的油水乳状液层减薄，分离相水滴粒径增大；

油水乳状液继续前进进入低含水聚结模块进行三级分离，通过低含水聚结模块的油水乳状液层减薄，分离相水滴粒径增大，随后进入后面的沉降段进行四级分离；

最终分离出来的水经由水出口10分出，分离出来的油溢过堰板12进入油室，经油出口11分出。

在三级分离过程中，低含水聚结模块电极单元9前设有电导率测量装置，由多组平行电导探针32组成，电导探针32与电极板一一对应，并通过测量电导率监测水位高度，将信号传递给控制器16后，控制器16通过变压器13控制对应电极板的启停状态，避免由于水位剧烈波动淹没电极板造成电击穿问题，保证低含水聚结模块平稳安全运行。

在本发明的描述中，高含水聚结模块、高含水聚结模块电极单元中的“高”与低含水聚结模块、低含水聚结模块电极单元中的“低”只是相对的概念，并不指代具体的数值界限。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种油气水三相静电聚结分离器，其特征是，包括分离器主体、气液分离模块、高含水聚结模块、低含水聚结模块、供电及控制系统；

所述分离器主体包括卧式筒体，所述卧式筒体右侧竖直设置堰板，所述堰板左侧的卧式筒体底部设置水出口，所述堰板右侧的卧式筒体底部设置油出口；所述卧式筒体的右端设有电缆引线孔；

所述气液分离模块竖直插入卧式筒体左侧，所述气液分离模块包括立式筒体，所述立式筒体的上部设有水平入口管，所述水平入口管的侧壁与立式筒体的侧壁相切；所述立式筒体的底部设有圆筒形布液构件，所述布液构件的侧面和底面设有若干布液孔；所述立式筒体的上部设有第一捕雾器；所述立式筒体的顶部设有第一气出口管；

所述高含水聚结模块位于卧式筒体内部，所述高含水聚结模块的前、后两端与与卧式筒体的内壁固定连接，所述高含水聚结模块位于气体分离模块右侧；所述高含水聚结模块包括若干高含水聚结模块电极单元，所述高含水聚结模块电极单元包括若干平行设置的第一波纹电极板，相邻第一波纹电极板之间形成第一流道；

所述低含水聚结模块位于卧式筒体内部，所述低含水聚结模块包括低含水聚结模块电极单元、支架及电导探针；

所述支架位于高含水聚结模块的右侧，所述支架呈矩形框架结构，所述支架的上、下两端与卧式筒体的内部固定连接，所述支架的两长边沿高度方向均布若干绝缘接头，两边对应的绝缘接头上插有电导探针；

所述低含水聚结模块电极单元位于支架右侧，所述低含水聚结模块电极单元的顶部通过第一悬挂绝缘子与卧式筒体内壁固定连接；所述低含水聚结模块电极单元包括若干电极板，所述电极板包括平板电极板和第二波纹电极板，所述平板电极板与第二波纹电极板交替平行设置，所述平板电极板与第二波纹电极板之间形成第二流道；所述平板电极板接高压，所述第二波纹电极板接地；所述电导探针与电极板一一对应；

所述供电及控制系统位于卧式筒体内部，所述供电及控制系统位于堰板右侧，所述供电及控制系统顶部通过第二悬挂绝缘子与卧式筒体内壁固定连接；所述供电及控制系统包括变压器，所述变压器内部设有控制器；所述变压器通过电缆引线孔接入低压电缆；所述变压器通过第一高压电缆、第一低压电缆与高含水聚结模块进行电连接，所述变压器通过第二高压电缆、第二低压电缆与低含水聚结模块进行电连接，所述控制器通过信号线与电导探针进行连接。

2.如权利要求1所述的一种油气水三相静电聚结分离器，其特征是，所述水平入口管的横截面呈圆形。

3.如权利要求1所述的一种油气水三相静电聚结分离器，其特征是，所述卧式筒体的右侧上部设有第二捕雾器，所述第二捕雾器的上部设有第二气出口管，所述第一气出口管与第二气出口管相连通。

4.如权利要求1所述的一种油气水三相静电聚结分离器，其特征是，所述高含水聚结模块电极单元由环氧树脂浇注而成。

5.如权利要求1所述的一种油气水三相静电聚结分离器，其特征是，所述平板电极板与第二波纹电极板表面涂敷致密绝缘层。

6.如权利要求1所述的一种油气水三相静电聚结分离器，其特征是，所述电导探针的安装位置低于相应电极板一个第二流道宽度。