CN114164020A - 海上油田原油脱水处理系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海上油田原油脱水处理系统及工艺，涉及海上油田原油集输处理技术领域，解决现有油气水处理系统脱水效率低、工艺流程复杂的问题。油井采出液与化学药剂混合、加热后依次进入一级电场内置强化破乳型三相分离器、二级电场内置强化破乳型三相分离器破乳脱水，二次脱水处理后的原油被输送至管式电场破乳分离器进一步分离，将分离出的达标原油外输。两级电场内置强化破乳型三相分离器和管式电场破乳分离器分离出的含油污水依次进入水力旋流器、立式气浮罐净化处理，油相流向污油收集系统，产生的气体进入伴生气处理系统。该系统能提高油井采出液的破乳脱水效率、减少设备占用空间和海上油田油气集输设施的建设及生产运行成本。

Description

海上油田原油脱水处理系统及工艺

技术领域

本发明涉及海上油田原油集输处理技术领域，尤其是涉及一种海上油田原油脱水处理系统及工艺。

背景技术

在采油过程中，采出的原油中油和水形成稳定的乳状液。同时，油水混合物中含大量悬浮固体颗粒和泥沙，使乳状液更加稳定，而使油水分离变得困难，因此需要油气水处理系统对其进行处理。

目前世界范围内海上油田油井采出液的原油脱水处理通常采用“一级卧式三相分离器(分气及游离水)+二级卧式三相分离器(高温分离，脱除部分乳化水)+卧式电脱水器”的工艺流程，并辅助以加热升温和添加破乳剂(化学破乳)的手段，最终将外输原油的含水率控制到满足合格标准。随着我国大部分海上油田逐渐进入开采中后期，油井采出液中平均含水率已经超过了80％，部分甚至超过90％；另一方面，随着强化采油技术的不断推广应用，油井采出液成分日趋复杂、油水乳化程度日趋增强。面对采出液含水趋高、油水乳化程度增强、劣质化严重等问题的常态化，多年未变的“一级卧式三相分离器+二级卧式三相分离器+电脱水器”海上原油处理传统工艺，仅依靠基于重力沉降的前端两级卧式三相分离器难以实现油水乳化层的有效破乳脱水，一级卧式三相分离器出油口的含水率往往难以达到设计指标，致使进入二级卧式三相分离器前消耗在水相上的无效加热能耗较高；与此同时，若二级卧式三相分离器的油水分离效率较低而致使出油口的含水率过高，由于常规电脱水器所能够处理的原油含水率受限(一般不高于30％)，就容易导致电脱水器内金属裸电极短路，致使配套高压交流电源频繁跳闸而无法正常工作。为此不得不通过进一步提高前端加热温度、增加化学药剂(如破乳剂)用量、增大三相分离器容积或并联个数以增加沉降停留时间、增加新的分离处理设备延长工艺流程等措施进行改进，从而不可避免地导致能耗增大、运行成本增加，对油井采出液的处理总量也难以进一步提升，一定程度上影响了“提液上产”等降本增效举措的贯彻实施。另外，海上平台空间和承重有限，尤其对于深水油田开发中所采用的浮式生产平台，迫切需要改进油井采出液脱水处理系统和工艺流程，安装紧凑高效型分离设备以减少其甲板占用面积和上部模块荷重，降低建造投资和生产运维成本。

中国海油海洋石油工程股份有限公司林国锋等人在专利CN101852075A中提出了一种针对海上边际油田油气集输处理的工艺，采用“一级加热+一级三相分离器+二级加热+二级分离器”的工艺流程。虽然相对于传统工艺流程减少了电脱水器，但一级三相分离器操作温度最高达90℃，二级分离器操作温度最高达100℃，不仅能耗较高，而且原油持续稳定达标缺乏保障。中国石油集团工程股份有限公司张国栋等人在专利CN112760135A中针对高含盐高含硫原油提出了基于“一级三相分离器+二级静电聚结三相分离器+稳定塔”的原油短流程处理系统和方法，相比传统流程省去了电脱水器，但稳定塔的存在使设备整体占地空间仍较大，且二级静电聚结三相分离器要求其入口原油含水率降低至小于5％，难以处理较高含水率原油。原美国Cameron Solutions公司的Gary W.Sams等人在专利US0010870801B2中提出了“高压分离器+中压闪蒸罐+低压脱气器+管式静电聚结分离器”的原油脱水新工艺，但中压闪蒸罐和低压脱气器几乎没有发挥原油脱水作用，管式静电聚结分离器倾斜布置且仅仅依靠重力沉降实施油水分离。沙特阿美(Saudi Armco)石油公司在专利US10260010B2中提出了“高压三相分离器+低压三相分离器+管式气液分离器+低压脱气器”的工艺流程，以同时实现原油脱水、脱盐、脱硫和稳定，但工艺流程较复杂，且低压脱气器为卧式罐体，占地面积大。

鉴于上述原因，有必要从提升前端两级卧式三相分离器脱水性能、提高常规卧式电脱水器结构紧凑性的角度，提出一种海上油田高含水原油高效脱水处理系统和新工艺。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种海上油田原油脱水处理系统及工艺，以解决现有技术中的油气水处理系统脱水效率低、工艺流程复杂的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种海上油田原油脱水处理系统，包括一级电场内置强化破乳型三相分离器、二级电场内置强化破乳型三相分离器、管式电场破乳分离装置、水力旋流器以及立式气浮罐，其中：所述一级电场内置强化破乳型三相分离器入口与油井采出液来液管线连接，所述二级电场内置强化破乳型三相分离器入口与所述一级电场内置强化破乳型三相分离器油出口连接，且在所述一级电场内置强化破乳型三相分离器与所述二级电场内置强化破乳型三相分离器之间安装有换热器；所述二级电场内置强化破乳型三相分离器油相出口与所述管式电场破乳分离装置入口连接；

所述一级电场内置强化破乳型三相分离器的气体出口和所述二级电场内置强化破乳型三相分离器的气体出口均连接伴生气处理系统；所述一级电场内置强化破乳型三相分离器、所述二级电场内置强化破乳型三相分离器和所述管式电场破乳分离装置的水相出口均连接所述水力旋流器，所述水力旋流器的水出口与所述立式气浮罐连接。

优选地，与所述一级电场内置强化破乳型三相分离器入口连接的所述油井采出液来液管线上设置有化学药剂加注管线旁路、静态混合器和加热器，油井采出液与所述化学药剂加注管线旁路注入的化学药剂经所述静态混合器混合后进入所述加热器加热，所述加热器与所述一级电场内置强化破乳型三相分离器连接。

优选地，所述二级电场内置强化破乳型三相分离器的油相出口与所述管式电场破乳分离装置的入口之间的连接管路上设置有增压泵；所述水力旋流器的油相出口和所述立式气浮罐的油相出口均连接至污油收集管线。

优选地，所述一级电场内置强化破乳型三相分离器包括第一罐体，所述第一罐体内的容置空间沿液体流动方向依次分为气液分离区、稳流沉降油水预分离区和电场强化破乳脱水区，所述气液分离区安装有气液预分离组件，所述气液预分离组件位于所述第一罐体内部入口端，所述稳流沉降油水预分离区安装有聚结组件，所述电场强化破乳脱水区安装有电极组件。

优选地，所述二级电场内置强化破乳型三相分离器包括第二罐体，所述第二罐体内的容置空间沿液体流动方向依次设置有均匀布液组件、所述聚结组件和所述电极组件，所述均匀布液组件安装于所述第二罐体的入口处。

优选地，所述电极组件通过型钢支撑框架固定在所述第一罐体或所述第二罐体内，所述电极组件包括绝缘电极和接地金属电极，所述绝缘电极和所述接地金属电极在所述型钢支撑框架的每层安装层架上竖直交替设置，所述绝缘电极与高压交流电源连接，所述接地金属电极与对应的所述第一罐体或所述第二罐体形成连接，所述绝缘电极与同一水平高度上的相邻的所述接地金属电极之间能形成电场以对所述第一罐体或所述第二罐体内的油井采出液破乳脱水。

优选地，所述接地金属电极为板状金属裸电极，所述绝缘电极是采用环氧树脂绝缘材料在板状金属裸电极表面进行绝缘处理而成。

优选地，所述管式电场破乳分离装置采用两级管式电场破乳分离器串联，每级所述管式电场破乳分离器均为竖直放置的管式结构，包括静电聚结段和旋流分离段，其中：所述静电聚结段内安装有柱状电极和圆管绝缘电极，所述柱状电极位于所述静电聚结段中心处且与接地极连接，所述圆管绝缘电极与高压交流电源连接，其轴线与所述柱状电极的轴线相重合；所述静电聚结段的壳体壁面与接地极连接，所述圆管绝缘电极与所述柱状电极之间以及所述圆管绝缘电极与所述静电聚结段的壳体壁面之间分别形成有环形非均匀电场；

所述旋流分离段位于所述静电聚结段的上方且所述旋流分离段上安装有静止起旋叶片，所述管式电场破乳分离器内的流体沿其轴向进入所述旋流分离段内部经所述静止起旋叶片时能形成旋流；所述旋流分离段的上端设置有油出口管，所述油出口管内部以及所述油出口管与所述旋流分离段管壁之间的环形空间均安装有破涡整流板，经一级管式电场破乳分离器分离出的油相通过油出口管自管式电场破乳分离器罐体顶部排出流向二级管式电场破乳分离器，经二级管式电场破乳分离器分离出的油相进入原油外输管线。

优选地，所述柱状电极为金属裸电极，所述圆管绝缘电极采用钢丝网骨架复合管为增强体，在所述钢丝网骨架复合管的内表面和外表面包覆有绝缘层。

一种海上油田原油脱水处理工艺，采用所述的海上油田原油脱水处理系统实现，包括以下步骤：

步骤S1：油井采出液与化学药剂经过静态混合器均匀混合、加热器加热后，进入一级电场内置强化破乳型三相分离器；

步骤S2：在一级电场内置强化破乳型三相分离器内进行第一次破乳脱水；

步骤S3：经一级电场内置强化破乳型三相分离器中脱除的气体进入伴生气处理系统，排出的含油污水进入除油除悬设备进行净化处理；经一级电场内置强化破乳型三相分离器脱水后的原油通过换热器再次加热后进入二级电场内置强化破乳型三相分离器；

步骤S4：在二级电场内置强化破乳型三相分离器内进行第二次破乳脱水；

步骤S5：经二级电场内置强化破乳型三相分离器中脱除的气体进入伴生气处理系统，排出的含油污水进入除油除悬设备进行净化处理；经过二级电场内置强化破乳型三相分离器二次脱水后的原油被输送至管式电场破乳分离装置中进行油水分离；

步骤S6：经管式电场破乳分离装置分离出的原油进入原油外输管线，经管式电场破乳分离装置排出的含油污水进入除油除悬设备进行净化处理。

本发明提供的海上油田原油脱水处理系统，主要包括一级电场内置强化破乳型三相分离器、二级电场内置强化破乳型三相分离器、管式电场破乳分离装置、水力旋流器以及立式气浮罐，油井采出液与一定量化学药剂通过静态混合器充分混合、加热器加热升温后，依次进入一级电场内置强化破乳型三相分离器、二级电场内置强化破乳型三相分离器进行破乳脱水。二次脱水处理后的原油通过增压泵输送至管式电场破乳分离器中进一步分离，使分离出来的达标原油外输。两级电场内置强化破乳型三相分离器和管式电场破乳分离器分离出来的含油污水，依次进入水力旋流器、立式气浮罐之类的除油除悬设备进行净化处理，分离出来的水相视所在海域或油田对采出水去向的具体要求酌情进一步相应处理，油相流向污油收集系统；产生的气体进入伴生气处理系统。该原油脱水处理系统，不仅提高了油井采出液的破乳脱水效率、减少了设备占用空间，而且能够有效减少海上油田油气集输设施的建设和生产运行成本，同时也适用于陆上油田。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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他的附图。

图1是本发明实施例提供的海上油田原油脱水处理系统的示意图；

图2是本发明实施例提供的一级电场内置强化破乳型三相分离器的结构示意图；

图3是图2的A-A剖视示意图；

图4是本发明实施例提供的二级电场内置强化破乳型三相分离器的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的管式电场破乳分离装置的结构示意图；

图6是图5的B-B剖视示意图。

附图标记：1、一级电场内置强化破乳型三相分离器；2、二级电场内置强化破乳型三相分离器；3、管式电场破乳分离装置；4、第一水力旋流器；5、第二水力旋流器；6、立式气浮罐；7、静态混合器；8、加热器；9、换热器；10、高压交流电源；13、电极组件；15、第三阀门；16、第一阀门；17、第二阀门；18、增压泵；19、油井采出液来液管线；20、化学药剂加注管线；21、第一气体管线；22、第二气体管线；23、第一连接管路；24、第二连接管路；26、水相出口管路；27、底部第一管线；29、含油污水管线；32、底部第二管线；33、汇合管线；34、顶部第一管线；35、顶部第二管线；37、污油管线；38、原油外输管线；39、含油污水外输管线；40、气液旋流分离器；41、聚结组件；43、堰板；45、过流孔；46、绝缘电极；47、接地金属电极；48、型钢支撑框架；49、均匀布液组件；50、一级管式电场破乳分离器；51、二级管式电场破乳分离器；52、柱状电极；53、圆管绝缘电极；54、静止起旋叶片；55、旋流分离段管壁；56、破涡整流板；58、油出口管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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和简化描述，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1～图6，本发明提供了一种海上油田原油脱水处理系统，包括一级电场内置强化破乳型三相分离器1、二级电场内置强化破乳型三相分离器2、管式电场破乳分离装置3、水力旋流器以及立式气浮罐6，其中，一级电场内置强化破乳型三相分离器1入口与油井采出液来液管线19连接，二级电场内置强化破乳型三相分离器2入口与一级电场内置强化破乳型三相分离器1油出口连接，且在一级电场内置强化破乳型三相分离器1与二级电场内置强化破乳型三相分离器2之间安装有换热器9；二级电场内置强化破乳型三相分离器2油相出口与管式电场破乳分离装置3入口连接；一级电场内置强化破乳型三相分离器1的气体出口和二级电场内置强化破乳型三相分离器2的气体出口均连接伴生气处理系统；一级电场内置强化破乳型三相分离器1、二级电场内置强化破乳型三相分离器2和管式电场破乳分离装置3的水相出口均连接水力旋流器，水力旋流器的水出口与立式气浮罐6连接。

作为本发明可选地实施方式，与一级电场内置强化破乳型三相分离器1入口连接的油井采出液来液管线19上设置有化学药剂加注管线20旁路、静态混合器7和加热器8，油井采出液与化学药剂加注管线20旁路注入的化学药剂经静态混合器7混合后进入加热器8加热，加热器8与一级电场内置强化破乳型三相分离器1连接。来自单井或多井的油井采出液来液线进入原油脱水处理系统，与化学药剂加注管线20旁路注入的化学药剂在静态混合器7中充分混合后，经过第三阀门15进入加热器8(或加热炉)中加热，进入一级电场内置强化破乳型三相分离器1中。

作为本发明可选地实施方式，二级电场内置强化破乳型三相分离器2的油相出口与管式电场破乳分离装置3的入口之间的连接管路上设置有增压泵；水力旋流器的油相出口和立式气浮罐6的油相出口均连接至污油收集管线。

作为本发明可选地实施方式，一级电场内置强化破乳型三相分离器1包括第一罐体，第一罐体内的容置空间沿液体流动方向依次分为气液分离区、稳流沉降油水预分离区和电场强化破乳脱水区，气液分离区安装有气液旋流分离器40之类的气液预分离组件，气液预分离组件位于第一罐体内部入口端，稳流沉降油水预分离区安装有聚结组件41，由多块不锈钢材质波纹板组合而成，位于电场强化破乳脱水区前端，多个波纹板在沿与液体流动方向垂直的方向上间隔设置，使油井采出液中的分散相液滴聚结，同时起防涡稳流作用；电场强化破乳脱水区安装有电极组件13，与高压交流电源10连接，采用高频高压脉冲交流或者常规工频高压交流电源10，具有防爆本质安全特征。

作为本发明可选地实施方式，二级电场内置强化破乳型三相分离器2包括第二罐体，第二罐体内的容置空间沿液体流动方向依次设置有均匀布液组件49、聚结组件41和电极组件13，二级电场内置强化破乳型三相分离器2的第二罐体的入口处安装有布液管之类的均匀布液组件49。

电极组件13通过型钢支撑框架48固定在第一罐体或第二罐体内，电极组件13包括绝缘电极46和接地金属电极47，绝缘电极46和接地金属电极47在型钢支撑框架48的每层安装层架上竖直交替设置，绝缘电极46与高压交流电源10连接，接地金属电极47与对应的第一罐体或第二罐体形成连接，绝缘电极46与同一水平高度上的相邻的接地金属电极47之间能形成电场以对第一罐体或第二罐体内的油井采出液破乳脱水。

接地金属电极47为板状金属裸电极，绝缘电极46是采用环氧树脂绝缘材料在板状金属裸电极表面进行绝缘处理而成。绝缘电极46与高压交流电源10连接作为高压极，接地金属电极47与对应的第一罐体或第二罐体形成可靠连接，确保电势为零。绝缘电极46与同一水平高度上的相邻接地金属电极47之间形成均匀电场或非均匀电场，发挥电场强化破乳作用。

其中绝缘电极46和接地金属电极47的尺寸大小，以能够方便通过一级电场内置强化破乳型三相分离器1、二级电场内置强化破乳型三相分离器2上的人孔进出为上限。绝缘电极46的安装层数以及每一水平层上的安装数量，既与三相分离器的设计处理量(内径尺寸)大小有关，也与特定油田油井采出液的乳化程度有关，原则上应该将电场作用区的上边缘保持在罐内油层液面以下200mm左右、电场作用区域的下边缘保持在罐内油水乳化层下部油水界面以下。三相分离器内高压绝缘电极46的供电方式，既可以采用外部高压直接接入罐体内部绝缘电极46的模式，也可以采用外部工业用电接入罐体内部再通过绝缘电极46上变压器模块升压的模式，同时应保证各层电极组件13之间最终所产生的电场强度足以对相应高度的油水乳化液实施有效破乳。

进入一级电场内置强化破乳型三相分离器1中的液体，首先经过气液旋流分离器40之类的气液预分离组件进行脱气处理，分离出的气体通过第一气体管线21去往伴生气处理系统。脱气后的油井采出液进入聚结组件41，基于“浅层沉降”原理而实现大部分分散油或游离水的分离，最终在其下游侧形成“上部低含水油层-中间油水乳化层-罐底下部水层”的采出液油水混合物竖向分层状态，中间油水乳化层的厚度因不同油井采出液的理化特性不同而异，该层也是电极组件13发挥电场破乳作用的主要区域。大部分水相从电极组件13下方过流孔45流向水相出口管路，上部油层和中间油水乳化层中则从电极组件13中由绝缘电极46和接地金属电极47构成的流道中通过，分散相水颗粒在高压交流电场作用下碰撞聚结长大，从而加速了其重力沉降速度，在已有水平方向流动速度的复合作用下继续向第一罐体内右侧下方运动，前期设计时原则上应保证大粒径分散相水颗粒在其水平位置运移至第一罐体内的堰板43前，其竖向位置已经处于下部水层中。经过沉降分离后，上部低含水油层通过堰板43进入第一连接管路23，罐底下部水层通过水相出口管路26进入含油污水处理系统。

经过一次脱水后的原油自第一连接管路23依次经过第一阀门16、换热器9(或加热炉)加热后，进入二级电场内置强化破乳型三相分离器2中。经过入口处布液管之类的均匀布液组件49，依靠减压释气进一步脱除油井采出液中的部分气体，分离出的气体自第二气体管线22去往伴生气处理系统。脱气后的油水混合液经过聚结组件41脱除游离水相后，流经与高压交流电源10连接的电极组件13的流道中，再次在电场作用下进一步破乳脱水。分离出的油相自第二连接管路24依次经过第二阀门17、增压泵18后进入管式电场破乳分离器中，分离出的水相进入水力旋流器中。经过两次电场强化破乳脱水处理后的原油进入管式电场破乳分离装置3中，通过两级串联管式电场破乳分离器逐级进行电场破乳脱水处理。

作为本发明可选地实施方式，管式电场破乳分离装置3采用两级管式电场破乳分离器串联，每级管式电场破乳分离器为竖直放置的管式结构，包括静电聚结段和旋流分离段，其中，静电聚结段内安装有柱状电极52和圆管绝缘电极53，柱状电极52位于静电聚结段中心处且与接地极连接，圆管绝缘电极53与高压交流电源10连接，其轴线与柱状电极52的轴线相重合；静电聚结段的壳体壁面与接地极连接，圆管绝缘电极53与柱状电极52之间以及圆管绝缘电极53与静电聚结段的壳体壁面之间分别形成有环形非均匀电场。

旋流分离段位于静电聚结段的上方且旋流分离段上安装有静止起旋叶片54，管式电场破乳分离器内的流体沿其轴向进入旋流分离段内部经静止起旋叶片54时能形成旋流；旋流分离段的上端设置有油出口管58，油出口管58内部以及油出口管58与旋流分离段管壁55之间的环形空间均安装有破涡整流板56，破涡整流板56绕轴心按照一定角度(60°或90°等)环形均布，起整流作用。经一级管式电场破乳分离器分离出的油相通过油出口管58排出自管式电场破乳分离器罐体顶部流向二级管式电场破乳分离器，经二级管式电场破乳分离器分离出的油相进入原油外输管线。

本实施例中的柱状电极52为金属裸电极，圆管绝缘电极53采用钢丝网骨架复合管为增强体，在钢丝网骨架复合管的内表面和外表面包覆有绝缘层。具体的，可以采用高性能的HDPE改性粘结树脂将钢丝骨架与内、外层高密度聚乙烯紧密地连接在一起，使钢丝网骨架复合管被包覆于聚乙烯塑料中。钢丝网骨架复合管连接高压交流电源10，内、外层聚乙烯塑料作为绝缘层。

经过两次电场强化破乳脱水处理后的原油进入管式电场破乳分离装置3中，通过两级串联管式电场破乳分离器逐级进行电场破乳脱水处理，即经过一级管式电场破乳分离器50后，分离出的油相进入二级管式电场破乳分离器51进一步处理。最终经过多次脱水处理后满足含水率标准要求的原油(即所谓的达标原油)，进入原油外输管线38，而分离出的含油污水与一级管式电场破乳分离器50中含油污水管线29汇合在一起，也进入含油污水处理系统。含油污水分别经过第一水力旋流器4和第二水力旋流器5进行除油除悬处理，油相分别从顶部第一管线34和顶部第二管线35汇合到污油管线37中，进入污油收集装置。水相分别从底部第一管线27和底部第二管线32汇合到汇合管线33中，进入立式气浮罐6中进一步除油除悬处理，分离出的水相由含油污水外输管线39进入后续的处理设备，视所在海域或油田对采出水去向的具体要求酌情进一步处理；油相进入污油收集系统。

此外，本发明还提供了一种海上油田原油脱水处理工艺，采用上述的海上油田原油脱水处理系统实现，包括以下步骤：

步骤S1：油井采出液与化学药剂经过静态混合器7均匀混合、加热器8加热后，进入一级电场内置强化破乳型三相分离器1；

步骤S2：在一级电场内置强化破乳型三相分离器1内进行第一次破乳脱水；在其内部依次经过气液旋流分离器40之类的气液预分离组件脱除气体、再通过聚结组件41去除大部分游离水相后，在高压交流电场作用下进行破乳脱水；

步骤S3：经一级电场内置强化破乳型三相分离器1中脱除的气体进入伴生气处理系统，排出的含油污水进入除油除悬设备进行净化处理；经一级电场内置强化破乳型三相分离器1脱水后的原油通过换热器9再次加热后进入二级电场内置强化破乳型三相分离器2；

步骤S4：在二级电场内置强化破乳型三相分离器2内进行第二次破乳脱水；经过入口处布液管之类的均匀布液组件49均匀进入第二罐体内，依靠减压释气进一步脱除油井采出液中的少量气体，再通过聚结组件41去除少量游离水相后，在高压交流电场作用下进一步脱水；

步骤S5：经二级电场内置强化破乳型三相分离器2中脱除的气体进入伴生气处理系统，排出的含油污水进入除油除悬设备进行净化处理；经过二级电场内置强化破乳型三相分离器2二次脱水后的原油被输送至管式电场破乳分离装置3中进行油水分离；

步骤S6：经管式电场破乳分离装置3分离出的原油进入原油外输管线，经管式电场破乳分离装置3排出的含油污水进入除油除悬设备进行净化处理。

本发明的目的是提出一种适用于海上油田原油的脱水处理系统，通过在前端一级电场内置强化破乳型三相分离器1、二级电场内置强化破乳型三相分离器2内安装有聚结组件41和电极组件13，而且在一级电场内置强化破乳型三相分离器1入口处安装有气液旋流分离器40之类的气液预分离组件，能够适应含水率高达95％以及高含气的来液工况条件。借助高压交流电场强化乳化液破乳脱水，能够显著提升前端两级分离器对油水乳化液的分离性能、增大处理能力、大幅减少破乳剂等化学药剂用量、降低加热温度，甚至有可能使二级电场内置强化破乳型三相分离器2出口即能够满足原油达标外输要求。采用管式电场破乳分离器代替传统的卧式电脱水器，并通过电场、旋流场和重力场的多场协同作用，实现油水两相高效分离，在保证出口原油含水率达标的同时，大幅减小分离设备的尺寸和重量。本发明尤其适用于张力腿平台(TLP)、单柱式平台(SPAR)、海上浮式生产储卸油船(FPSO)等对设备载荷要求较高的场合，能够大幅降低设备建造投资和运行维护成本。

以上，仅为本发明的具体实施方式，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揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种海上油田原油脱水处理系统，其特征在于，包括一级电场内置强化破乳型三相分离器、二级电场内置强化破乳型三相分离器、管式电场破乳分离装置、水力旋流器以及立式气浮罐，其中：

所述一级电场内置强化破乳型三相分离器入口与油井采出液来液管线连接，所述二级电场内置强化破乳型三相分离器入口与所述一级电场内置强化破乳型三相分离器油出口连接，且在所述一级电场内置强化破乳型三相分离器与所述二级电场内置强化破乳型三相分离器之间安装有换热器；所述二级电场内置强化破乳型三相分离器油相出口与所述管式电场破乳分离装置入口连接；

所述一级电场内置强化破乳型三相分离器的气体出口和所述二级电场内置强化破乳型三相分离器的气体出口均连接伴生气处理系统；所述一级电场内置强化破乳型三相分离器、所述二级电场内置强化破乳型三相分离器和所述管式电场破乳分离装置的水相出口均连接所述水力旋流器，所述水力旋流器的水出口与所述立式气浮罐连接。

2.根据权利要求1所述的海上油田原油脱水处理系统，其特征在于，与所述一级电场内置强化破乳型三相分离器入口连接的所述油井采出液来液管线上设置有化学药剂加注管线旁路、静态混合器和加热器，油井采出液与所述化学药剂加注管线旁路注入的化学药剂经所述静态混合器混合后进入所述加热器加热，所述加热器与所述一级电场内置强化破乳型三相分离器连接。

3.根据权利要求1所述的海上油田原油脱水处理系统，其特征在于，所述二级电场内置强化破乳型三相分离器的油相出口与所述管式电场破乳分离装置的入口之间的连接管路上设置有增压泵；所述水力旋流器的油相出口和所述立式气浮罐的油相出口均连接至污油收集管线。

4.根据权利要求1所述的海上油田原油脱水处理系统，其特征在于，所述一级电场内置强化破乳型三相分离器包括第一罐体，所述第一罐体内的容置空间沿液体流动方向依次分为气液分离区、稳流沉降油水预分离区和电场强化破乳脱水区，所述气液分离区安装有气液预分离组件，所述气液预分离组件位于所述第一罐体内部入口端，所述稳流沉降油水预分离区安装有聚结组件，所述电场强化破乳脱水区安装有电极组件。

5.根据权利要求4所述的海上油田原油脱水处理系统，其特征在于，所述二级电场内置强化破乳型三相分离器包括第二罐体，所述第二罐体内的容置空间沿液体流动方向依次设置有均匀布液组件、所述聚结组件和所述电极组件，所述均匀布液组件安装于所述第二罐体的入口处。

6.根据权利要求5所述的海上油田原油脱水处理系统，其特征在于，所述电极组件通过型钢支撑框架固定在所述第一罐体或所述第二罐体内，所述电极组件包括绝缘电极和接地金属电极，所述绝缘电极和所述接地金属电极在所述型钢支撑框架的每层安装层架上竖直交替设置，所述绝缘电极与高压交流电源连接，所述接地金属电极与对应的所述第一罐体或所述第二罐体形成连接，所述绝缘电极与同一水平高度上的相邻的所述接地金属电极之间能形成电场以对所述第一罐体或所述第二罐体内的油井采出液破乳脱水。

7.根据权利要求6所述的海上油田原油脱水处理系统，其特征在于，所述接地金属电极为板状金属裸电极，所述绝缘电极是采用环氧树脂绝缘材料在板状金属裸电极表面进行绝缘处理而成。

8.根据权利要求1所述的海上油田原油脱水处理系统，其特征在于，所述管式电场破乳分离装置采用两级管式电场破乳分离器串联，每级所述管式电场破乳分离器均为竖直放置的管式结构，包括静电聚结段和旋流分离段，其中：

所述静电聚结段内安装有柱状电极和圆管绝缘电极，所述柱状电极位于所述静电聚结段中心处且与接地极连接，所述圆管绝缘电极与高压交流电源连接，其轴线与所述柱状电极的轴线相重合；所述静电聚结段的壳体壁面与接地极连接，所述圆管绝缘电极与所述柱状电极之间以及所述圆管绝缘电极与所述静电聚结段的壳体壁面之间分别形成有环形非均匀电场；

所述旋流分离段位于所述静电聚结段的上方且所述旋流分离段上安装有静止起旋叶片，所述管式电场破乳分离器内的流体沿其轴向进入所述旋流分离段内部经所述静止起旋叶片时能形成旋流；所述旋流分离段的上端设置有油出口管，所述油出口管内部以及所述油出口管与所述旋流分离段管壁之间的环形空间均安装有破涡整流板，经一级管式电场破乳分离器分离出的油相通过油出口管自管式电场破乳分离器罐体顶部排出流向二级管式电场破乳分离器，经二级管式电场破乳分离器分离出的油相进入原油外输管线。

9.根据权利要求8所述的海上油田原油脱水处理系统，其特征在于，所述柱状电极为金属裸电极，所述圆管绝缘电极采用钢丝网骨架复合管为增强体，在所述钢丝网骨架复合管的内表面和外表面包覆有绝缘层。

10.一种海上油田原油脱水处理工艺，其特征在于，采用权利要求1～9任一项所述的海上油田原油脱水处理系统实现，包括以下步骤：

步骤S1：油井采出液与化学药剂经过静态混合器均匀混合、加热器加热后，进入一级电场内置强化破乳型三相分离器；

步骤S2：在一级电场内置强化破乳型三相分离器内进行第一次破乳脱水；

步骤S3：经一级电场内置强化破乳型三相分离器中脱除的气体进入伴生气处理系统，排出的含油污水进入除油除悬设备进行净化处理；经一级电场内置强化破乳型三相分离器脱水后的原油通过换热器再次加热后进入二级电场内置强化破乳型三相分离器；

步骤S4：在二级电场内置强化破乳型三相分离器内进行第二次破乳脱水；

步骤S5：经二级电场内置强化破乳型三相分离器中脱除的气体进入伴生气处理系统，排出的含油污水进入除油除悬设备进行净化处理；经过二级电场内置强化破乳型三相分离器二次脱水后的原油被输送至管式电场破乳分离装置中进行油水分离；

步骤S6：经管式电场破乳分离装置分离出的原油进入原油外输管线，经管式电场破乳分离装置排出的含油污水进入除油除悬设备进行净化处理。

Images