CN110423632A - 一种内置电场破乳分离器试验装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于原油脱水技术领域，具体公开了一种内置电场破乳分离器试验装置，包括罐体，所述罐体内设置有电场破乳组件，所述电场破乳组件包括上支架、下支架、绝缘电极板以及裸露电极板，所述绝缘电极板与裸露电极板为多个且呈线性布置形成竖直流道，所述上支架和下支架分别固定在绝缘电极板和裸露电极板的上下两侧，所述绝缘电极板通过管道连接到上方的集线球，所述集线球上方通过高压线连接有法兰，所述法兰上方通过高压线引入管连接有变压器，所述变压器连接有电源，与现有技术相比，本发明具有使用方便，测试较快的优点，能够为内置式静电聚结器的参数设计和选型提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种内置电场破乳分离器试验装置和方法，主要用于原油脱水技术领域。
背景技术
随着世界上大部分油田进入开采后期，二次、三次强化采油(EOR)技术应用日益普遍，原油劣质化程度逐渐加剧，采出液中含水量高、油水乳化液粘度大、水颗粒细微、乳化液的绝缘性能变差，给油气集输流程中的原油脱水处理环节带来了极大挑战，不得不采取提高处理温度、增大加药量、增加处理设备、延长处理时间等措施，从而大大增加了开采成本。为了降本增效，就需要实施处理单元流程的精细化管理。如果能够将三相分离器出油口原油即进入加热炉原油)的含水率降低，同时减少加热炉的无功能耗和破乳剂的用量，那么就能节约大量运行成本方面，创造可观的经济效益。为了提高三相分离器的脱水性能，可以将高频/高压脉冲交流电场破乳脱水技术移植到三相分离器内部，对三相分离器内的原油乳化层实施有效破乳，使得乳化液中的分散相水颗粒聚结长大而加速沉降，从而降低出油口原油的含水率、并相应改善出水口的含油量。最为典型的做法就是在三相分离器内部上游侧加装静电聚结模块，及时对原油乳化液进行静电聚结破乳处理。
美国专利US7749459公开了一种原油乳化液静电聚结设备和方法，该装置采用管状静电聚结器元件，沿流动方向平行布置在容器横截面的上方，多个聚结器元件组成聚结器模块。每个聚结器元件包括绝缘管和其外部缠绕安装的一对具有相反极性的电极，通过聚结块内的变压器在电极上产生高压，将高压电场施加到流过聚结器元件内的原油乳化液上进行破乳。这种聚结器结构制造工艺复杂，原油内的杂质容易在管内沉积堵塞，一旦内置变压器发生故障难以修理。同时现场生产中原油性质多样，生产系统需要达到最优配置才能适应不同油田、不同加电和操作参数下原油电脱水设备处理量和油出口达标的需要。
发明内容
为了克服现有技术的不足，并能够对不同性质原油的生产进行配置优化，本发明提供了一种内置电场破乳分离器试验装置和方法，采用一体化结构和多种因素的评价方式，能方便地运到现场试验对电场破乳效果进行综合评价，为内置电场破乳分离器的设计和现场应用提供依据。内置电场破乳组件主要包括绝缘电极板和裸露电极板，绝缘电极板由外部高压电源供给高压电，即使在高含水条件下绝缘电极板也不会和裸露电极板之间产生短路现象；在绝缘电极板和裸露电极板之间产生的高压电场能对原油乳化液进行破乳，采用竖直放置方式避免了流道的堵塞；高压电源在容器外部安装，发生故障时容易维护；高压接入线采用集线器方式，结构紧凑，绝缘和密封可靠。
本发明的目的通过以下方式实现：
一种内置电场破乳分离器试验装置，所述装置包括入口管路、电场破乳分离器、排气管路、排油管路、排水管路、撬装底板、电源部分和测试装置，其中：
所述入口管路包括入口管道、泵、主路闸阀、旁通闸阀、温度表、压力表、流量计。
所述入口管道通过三通分别连接所述泵的入口和所述旁通闸阀的入口，所述泵的出口通过三通分别连接所述主路闸阀的入口和所述旁通闸阀的出口，所述主路闸阀出口依次连接温度计、压力表、流量计；所述的闸阀和旁通闸阀用于控制入口管路的流量；所述泵用于试验装置提供动力。
所述电场破乳分离器包括罐体、气液分离器、填料组、电场破乳组件和集线器；
其中，所述罐体包括原油入口、安全阀口、高压线引入管、气出口、水出口、油出口、排砂口、排污口；所述气液分离器、填料、电场破乳组件置于罐体内部，并依次布置；集线器与高压线接入管连接；
所述电源部分置于罐体外侧顶部；所述电场破乳分离器设置在所述撬装底盘上。
所述气液分离器包括气液混合物入口、气出口、液出口和气液分离器主体部分，其中所述气液分离器主体部分包括柱段和锥段，所述混合物入口管水平布置，与所述气液分离器主体部分相切，将气体引向罐体顶部，所述液体出口位于气液分离器主体部分的底部；
所述电场破乳组件位于三相分离器聚结区，由若干个线性布置的裸露电极板和绝缘电极板组成，极板间形成竖直流道，其中：
所述绝缘电极板采用高压接入方式，高压接入线从不锈钢管接入内部金属电极板，内部金属电极板和不锈钢管之间由绝缘材料隔开，整体由环氧树脂材料浇注成型；
所述集线器位于沉降区顶部，分为法兰接管和集线球两部分，所述法兰与所述罐体顶部高压线引入管连接；所述集线球上焊接多个不锈钢接管，与所述绝缘电极板之间采用不锈钢管连接；
所述电源部分包括支架、高频高压电源和变压器，所述变压器输出端与所述罐体顶部高压线引入管采用防爆软管连接，所述支架与所述罐体焊接在一起，所述高频高压电源电源与所述支架采用螺栓连接。
所述电场破乳分离器设有气出口、水出口和油出口；所述气出口依次连接有压力控制阀和排气管道；所述水出口依次连接有水位控制阀和流量计，所述流量计出口连接排水管道；所述油出口依次连接有油位控制阀和流量计，所述流量计出口与排油管道连接。
所述排气管路由压力控制阀和排气管道组成。
所述排油管路由油位控制阀、油出口流量计和排油管道组成。
所述排水管路由水位控制阀、水出口流量计和排水管道组成。
在所述电场破乳分离器入口处设有取样口。
在所述电场破乳分离器油出口处设有取样口。
在所述电场破乳分离器水出口处设有取样口。
通过上述设置的取样口对水中含油率和油中含水率进行对比分析。
在所述电场破乳组件前后分别设有取样口；
通过上述设置的取样口对水颗粒粒径进行对比分析。
所述入口管路、电场破乳分离器、排油管路、排水管路和控制柜均安装在所述撬装底板上。
所述内置电场破乳分离器的处理量为0-10m3/h，罐体外径1.2m，长度5.0m。
一种内置电场破乳分离器试验方法，所述方法包括：
利用所述的装置，采用蒸馏法测量所述分离器入口和油出口处样品的含水率；采用红外分光光度法测量所述分离器入口和沉降区样品的含油率，分析得到所述装置的油水分离效果。
根据原油乳化液的性质，调节控制柜获得不同的电场强度和频率，对分离器入口、水出口和油出口取样测量，获得不同参数下的分离效果；对电场破乳组件前后取样测量，获得不同参数下的聚结效果，对比分析得到电场参数的最佳值。
综上所述，本发明所述装置能提出电场破乳的综合评价方法，对分离器入口和油出口含水率变化进行分析，获得分离器油水分离效果，通过分析内置电场破乳分离器的油水分离过程及影响因素，可以获得三相分离器聚结组件的设计参数；试验装置采用一体化结构，结构紧凑，运输方便。
附图说明
为了更加清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明的电场破乳分离器试验装置的结构流程图。
图2是本发明的电场破乳分离器试验装置的立体结构示意图。
图3是本发明的电场破乳组件的结构示意图。
图4是本发明的电场破乳组件绝缘电极板和裸露电极板的布置结构示意图。
图5是本发明的电场破乳组件的立体结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，本发明实施例所述装置主要包括入口管路、电场破乳分离器、排气管路、排油管路、排水管路、撬装底板、电源部分和测试装置。
如图1，2所示，电场破乳分离器试验装置主要包括入口管路、入口取样口8、罐体9、气液分离器10、填料11、电场破乳组件12、集线器13、变压器14、第一取样口15、第二取样口16、水出口17、水出口取样口18、水位控制阀19、流量计20、排水管道21、油出口22、油出口取样口23、油位控制阀24、流量计25、排油管道26、气出口27、压力控制阀28、排气管道29。
所述入口管路包括入口管道1、泵2、旁通闸阀3、主路闸阀4、温度表5、压力表6和流量计7，所述入口管道1通过三通分别连接所述泵2的入口和所述旁通闸阀3的入口，所述泵2的出口通过三通分别连接所述主路闸阀4的入口和所述旁通闸阀3的出口，所述主路闸阀4的出口依次连接温度计5、压力表6、流量计7；所述主路闸阀4和旁通闸阀3用于控制入口管道1的流量；所述泵2用于试验装置提供动力。
所述罐体9包括原油入口、安全阀口41、界面仪口42、高压线引入管32、气出口27、水出口17、油出口22、排砂口和排污口；所述气液分离器10、填料11、电场破乳组件12依次布置于所述罐体9内部；所述集线器13与所述高压线引入管连接；所述界面仪口连接有油水界面仪。
所述气出口27依次连接有压力控制阀28和排气管道29；所述水出口17依次连接有水位控制阀19、流量计20和排水管道21；所述油出口22依次连接有水位控制阀24、流量计25和排水管道26。
所述排气管路由压力控制阀28和排气管道29组成。
所述排水管路由水位控制阀19、水出口流量计20和排水管道21组成。
所述排油管路由油位控制阀24、油出口流量计25和排水管道26组成。
如图3，4，5所示，所述电场破乳组件12由多个绝缘电极板38和多个裸露电极板36线性布置而成，所述绝缘电极板38和裸露电极板36由上支架37和下支架40固定；所述绝缘电极板38和所述裸露电极板36形成竖直流道39，原油乳化液由所述流道39经过时，电场作用下水颗粒粒径增大，对初步脱水的原油乳化液进一步脱水；所述集线器13包括集线球34和法兰33，所述集线球34与所述绝缘电极板38通过所述不锈钢管35连接；所述法兰33与所述高压线引入管32连接；所述高压线引入管32与所述变压器14通过防爆型高压电缆31连接。
进一步的，在所述罐体9的入口处设有取样口8和油出口处设有取样口23，通过上述设置的取样口对油中含水率进行对比分析；在所述分离器9的沉降区设有取样口16和水出口处设有取样口18，通过上述设置的取样口对水中含油率进行对比分析；在所述电场破乳组件12前后分别设有取样口14和15，通过上述设置的取样口对水颗粒粒径进行对比分析；
如图2所示，一种内置电场破乳分离器试验装置包括，罐体9、电源30、防爆型高压电缆31、分离器支架45、控制柜43、撬装底板48，其中分离器设有安全阀口41、界面仪口42、高压线引入管32、人孔47、排污管44和排砂管46；分离器9和控制柜43安装在所述撬装地板48上，从而方便操作，保证安全。
具体实现过程中，上述内置电场破乳分离器的处理量为0-10m3/h，罐体外径1.2m，长度5.0m。
上述试验装置的工作具体原理为：将试验装置与现场的管路连接，待现场所需设备准备好后，启动泵将原油乳化液泵入实验系统；在入口管路中通过调节闸阀和旁通闸阀对进入分离器内的原油乳化液的流量进行调节；在排气管路中通过压力控制阀对试验装置的压力进行调节；待试验装置内原油乳化液流动稳定后，启动高压电源，对电场破乳组件的电极板施加高压电，通过调节控制柜，对变压器输出电压进行调节；从而对原油乳化液施加不同电场参数的高压电场，促使水颗粒变形聚结，加速油水分离；原油乳化液由入口进入气液分离器，实现气液的初步分离，气体由顶部排出，油水混合物由底部排出，随后油水混合物经过填料作用，实现油水初步分离，在此过程中混合物中的固体颗粒向下沉降，由排污口和排砂口流出，经过初步分离的油水混合物进入聚结区，由电极组件形成的流道流过，其中的水颗粒在电场作用下发生聚结，粒径增大，在重力作用下向下运动，到达分离器底部，油水出口排出，其流量大小可通过排水管路中的水位控制阀和流量计进行调节；同时分离出的气体向上运动，由气出口排出，其流量大小可通过排气管路中的压力控制阀和流量计进行调节；脱水后的原油溢过堰板，在集油区汇集，自油出口排出，其流量大小可通过排油管路中的压力控制阀和流量计进行调节。测定入口和油出口管路处样品的油中含水率，入口和水出口管路处样品的水中含油率，通过对比分析得到试验装置的油水分离结果。
基于上述的工作原理以及实施例所描述的试验装置结构，本发明实施例还提供了一种内置电场破乳分离器试验方法，首先将上述实施例提供的内置电场破乳分离器试验装置进行安装连接，具体来说：
1)将内置电场破乳分离器试验装置运到现场，将试验装置的管路与现场管路对应连接，包括入口管路、排气管路、排油管路和排水管路；将试验装置中的各个闸阀阀口开到最大；
2)待现场所需设备准备好后，启动泵将原油乳化液泵入实验系统；
3)在入口管路中通过调节闸阀和旁通闸阀对进入分离器内的原油乳化液的流量进行调节；
4)在排气管路中通过压力控制阀对试验装置的压力进行调节；
5)待试验装置内原油乳化液流动稳定后，启动高压电源，对电场破乳组件的电极板施加高压电，通过调节控制柜，对变压器输出电压进行调节；从而对原油乳化液施加不同电场参数的高压电场，促使水颗粒变形聚结，加速油水分离；
6)原油乳化液由入口进入气液分离器，实现气液的初步分离，气体由顶部排出，油水混合物由底部排出，随后油水混合物经过填料作用，实现油水初步分离，在此过程中混合物中的固体颗粒向下沉降，由排污口和排砂口流出，经过初步分离的油水混合物进入聚结区，由电极组件形成的流道流过，其中的水颗粒在电场作用下发生聚结，粒径增大，在重力作用下向下运动，到达分离器底部，油水出口排出，其流量大小可通过排水管路中的水位控制阀和流量计进行调节；同时分离出的气体向上运动，由气出口排出，其流量大小可通过排气管路中的压力控制阀和流量计进行调节；脱水后的原油溢过堰板，在集油区汇集，自油出口排出，其流量大小可通过排油管路中的压力控制阀和流量计进行调节。
基于上述系统，采用蒸馏法测量分离器入口和油出口管路处的样品含水率，用红外分光光度仪法测量入口和水出口管路处的样品含油率，通过这些值的前后对比分析试验装置的破乳分离效果。
根据原油乳化液的性质，调节流量、加电频率、加电电压，对分离器的入口、水出口和油出口取样，获得不同流量和电场参数下的油水分离效果，对比得到最优加电电压、电场频率。
进一步的，所述分析得到所述装置的油水分离效果的过程具体为：
在所述系统中油水分离的效果与电场破乳和后续沉降两个过程有关。在最优电场频率下，油中水颗粒的聚结效果与水颗粒间聚结力F、电极板间电场作用时间t1呈正比；沉降后油水分离效果与沉降时间t2、油水密度差ρw-ρo成正比，与原油粘度μ呈反比，因此得到油水分离准则数为：
水颗粒间聚结力F与电场强度E的平方；电场强度E与加电电压U成正比，与极板间距Z成反比；
t1为原油在电场中的作用时间，t1＝L1/v1，L1为绝缘电极板流向长度，v1为流道处流体流速；
t2为原油经过电场处理后在罐体中的沉降时间，t2＝L2t/L，L2为原油经过电场处理后流过的长度，L为罐体有效长度；t为原油在罐内停留时间，t＝V/Q，V为罐体有效容积，Q为原油处理量。
通过实验得到所设计的三相分离器在最优工作频率下原油的密度、粘度、流速、最优电压，根据该准则数表达式即可得到所设计的三相分离器中电极板的长度、板间距、在罐内的安装位置。
值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明的内置电场破乳分离器试验装置，可在油田现场进行试验，对电场破乳油水分离效果进行评价，优选运行和加电参数，包括：高频高压电源、罐体、旋流气液分离器、填料、电场破乳组件、集线器，原油经入口进入旋流气液分离器，气液初步分离；填料由若干个斜板线性布置而成，能够对来液进行整流作用，并去除部分油；电场破乳组件位于聚结区，由若干个裸露电极板和绝缘电极板线性布置而成；集线器与罐体顶部的高压线引入管连接；通过改变加电参数对比分析试验装置的分离效果，从而确定电场参数和处理量的最佳值，本发明的系统和方法，具有使用方便，测试较快的优点，能够为内置式静电聚结器的参数设计和选型提供依据。
综上所述，本发明所述装置能提出电场破乳的综合评价方法，对分离器入口和油出口含水率变化进行分析，获得分离器油水分离效果.通过分析内置电场破乳分离器的油水分离过程及影响因素，可以获得三相分离器聚结组件的设计参数；试验装置采用一体化结构，结构紧凑，运输方便。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种内置电场破乳分离器试验装置，包括罐体，所述罐体内设置有电场破乳组件，其特征在于：所述电场破乳组件包括上支架、下支架、绝缘电极板以及裸露电极板，所述绝缘电极板与裸露电极板为多个且呈线性布置形成竖直流道，所述上支架和下支架分别固定在绝缘电极板和裸露电极板的上下两侧，所述绝缘电极板通过管道连接到上方的集线球，所述集线球上方通过高压线连接有法兰，所述法兰上方通过高压线引入管连接有变压器，所述变压器连接有电源。
2.根据权利要求1所述的内置电场破乳分离器试验装置，其特征在于：所述罐体内还设有气液分离器、填料、集线器以及多个取样口，所述气液分离器、填料、电场破乳组件依次连接，所述集线器于所述高压线引入管连接。
3.根据权利要求1或2所述的内置电场破乳分离器试验装置，其特征在于：所述罐体外连接有入口管路、出口管路、以及出气管路，所述出口管路包括排水管路和排油管路。
4.根据权利要求3所述的内置电场破乳分离器试验装置，其特征在于：所述入口管路包括入口管道、泵、旁通闸阀、主路闸阀，所述入口管道通过三通分别连接所述主路闸阀的入口和所述旁通闸阀的入口，所述泵的出口通过三通分别连接所述主路闸阀的入口和所述旁通闸阀的出口，所述主路闸阀的出口依次连接有温度表、压力表和流量计。
5.根据权利要求3所述的内置电场破乳分离器试验装置，其特征在于：所述出气管路包括出气管道和压力控制阀。
6.根据权利要求3所述的内置电场破乳分离器试验装置，其特征在于：所述排水管路包括排水管道、水出口流量计和水位控制阀；所述排油管路包括排油管道、油出口流量计和油位控制阀。
7.根据权利要求1所述的内置电场破乳分离器试验装置，其特征在于：所述绝缘电极板为平板状结构，内部为金属电极，与高压绝缘接入线连接，采用环氧树脂将金属电极和高压绝缘接入线浇注在一起，使金属电极能与外部环境之间绝缘。
8.根据权利要求1所述的内置电场破乳分离器试验装置，其特征在于：所述罐体外设有电源组件，电源组件包括高频高压电源、支架和变压器，变压器输出端与罐体顶部高压线引入管采用防爆软管连接，支架与罐体焊接在一起，电源与支架采用螺栓连接。
9.根据权利要求1所述的内置电场破乳分离器试验装置，其特征在于：所述的内置电场破乳分离器处理量为0-10m3/h，罐体外径1.2m，长度5.0m。
10.一种权利要求1所述的内置电场破乳分离器的试验方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将电场破乳分离器试验装置运到现场，将试验装置的管路与现场管路对应连接，包括入口管路、出口管路以及排气管路；将试验装置中的各个闸阀阀口开到最大；
2)待现场所需设备准备好后，启动泵将原油乳化液泵入试验装置；
3)在入口管路中通过调节主路闸阀和旁通闸阀对进入罐体内的原油乳化液的流量进行调节；
4)在排气管路中通过压力控制阀对试验装置的压力进行调节；
5)待试验装置内原油乳化液流动稳定后，启动高频高压电源，对电场破乳组件的电极板施加高压电，通过调节控制柜，对变压器输出电压进行调节；从而对原油乳化液施加不同强度的高压电场，促使水颗粒变形聚结，加速油水分离；
6)原油乳化液由入口进入气液分离器，实现气液的初步分离，气体由顶部排出，油水混合物由底部排出，随后油水混合物经过填料作用，实现油水初步分离，在此过程中混合物中的固体颗粒向下沉降，由排污口和排砂口流出，经过初步分离的油水混合物进入聚结区，由电场破乳组件形成的流道流过，其中的水颗粒在电场作用下发生聚结、粒径增大，在重力作用下向下运动，到达分离器底部，由水出口排出，其流量大小可通过排水管路中的水位控制阀和流量计进行调节；同时分离出的气体向上运动，由气出口排出，其流量大小可通过排气管路中的压力控制阀进行调节；脱水后的原油溢过堰板，在集油区汇集，自油出口排出，其流量大小可通过排油管路中的油位控制阀和流量计进行调节；
7)采用蒸馏法测量分离器入口和油出口管路处的样品含水率，用红外分光光度仪法测量入口和水出口管路处的样品含油率，通过这些值的前后对比分析试验装置的破乳分离效果；
8)根据原油乳化液的性质，调节流量、加电频率、加电电压，对分离器的入口、水出口和油出口取样，获得不同流量和电场参数下的油水分离效果，对比得到最优加电电压、电场频率。
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