CN115161066A - 一种含聚复杂原油乳状液静电聚结脱水器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含聚复杂原油乳状液静电聚结脱水器，包括脱水器罐体和静电强化聚结系统，脱水器罐体包括脱水器筒体、布液器和堰板，布液器和堰板设于脱水器筒体内，布液器的入口穿出脱水器筒体，脱水器筒体底部设有出油口和出水口；静电强化聚结系统包括高压电源设备、静电聚结模块以及连接两者的高压电缆、接地电缆，静电聚结模块、高压电源设备分别设于脱水器筒体内、外侧；静电聚结模块包括绝缘外壳、多层电极板和静电强化聚并构件，多层电极板间隔设置形成多流道，相邻电极板分别与高压电缆、接地电缆电性连接；绝缘外壳设于电极板、高压电缆、接地电缆外侧；流道内嵌设静电强化聚并构件。该装置破乳效率高，工作稳定可靠，能耗低，结构紧凑。

Description

一种含聚复杂原油乳状液静电聚结脱水器

技术领域

本发明属于油气集输系统多相分离技术领域，具体涉及一种含聚复杂原油乳状液静电聚结脱水器。

背景技术

为实现油气增储上产，将能源饭碗牢牢端在自己手里，国内广泛采用聚合物驱油等化学驱油技术来提高油田采收率。此外，随着页岩油开采技术的成熟和开采成本的降低，页岩油等非常规油气资源的产量也逐渐提高。但是含聚合物化学驱采出液和页岩油采出液具有强乳化、高电导率特性，传统电脱水器在处理这些复杂原油乳状液时经常存在分离效率低、无法有效加电、工作不稳定等难题。

传统电脱水器通过对平行布置的电极板施加高压信号和接地信号，从而在电极板间建立高压静电场。由于油水两相电学性质的差异，外加电场使原油乳状液中的水滴发生极化，水滴之间受到静电相互作用而相互吸引靠近，进而发生聚并，大水滴迅速沉降进而从乳状液中分离出来。通常情况下，电场强度越大，液滴半径越大，水滴间的静电相互作用越强，水滴越容易发生聚并。原油乳状液中的水滴粒径并非是均一的，而是存在一定的粒径分布范围。在外加电场作用下，保持其它条件不变，根据水滴之间的静电相互作用强弱，大水滴-小水滴比小水滴-小水滴更容易发生聚并。在静电聚结过程中，大水滴实质上起到了聚并核心的作用，它能强烈吸引周围的小液滴并与之发生聚并，从而逐渐长大。但根据Stokes沉降公式，大水滴比小水滴更容易沉降分离，从而大水滴发挥聚并核心的作用时间很短。即使延长大水滴停留时间，也无法使大水滴无限长大。因为在特定电场强度下，当大水滴粒径超过临界阈值后，水滴表面所受的电场力会使其重新破碎成小水滴。而对于含聚合物化学驱采出液和页岩油采出液，乳化程度极高，水滴粒径极小。这些复杂乳状液主要以小水滴存在，大水滴数目稀少，从而缺乏聚并核心。为了使小液滴聚并，因此需要大幅提高外加电场强度以增强小水滴之间的静电相互作用。但由于这些复杂乳状液的电导率高，因而又很容易出现电场击穿问题，导致电脱水器无法有效加电，工作极不稳定。如何在较低电场强度下实现小液滴的高效聚并，是解决具有强乳化、高电导率特点的含聚合物原油乳状液和页岩油采出液破乳难题的关键。

现有电脱水器或者静电聚结器仍然以常规原油乳状液为对象进行设计，来强化常规原油乳状液的静电聚结效率。美国专利US6136174公开了一种原油脱水静电聚结器，在立式同轴圆筒中将绝缘电极和金属电极交替排列，在狭窄的电极间产生高强电场，同时通过提高流速形成湍流，强化乳状液中水滴的碰撞聚结过程，提高原油脱水效率。中国专利CN102021020A公开了一种基于介电泳破乳机理的新型的油电脱水、脱盐方法和设备，采用波纹板状电极与平面板状电极交替组合竖直排列，在电极板间产生水平非均匀交流电场，引起原油乳化液中的分散相水滴发生介电泳聚结。另外，电极表面均覆盖有致密绝缘层。目前，现有公开电脱水器或者静电聚结器专利主要针对电极结构、绝缘保护等方面进行创新设计。鲜有提供聚并核心来强化水滴静电聚并的专利，以解决具有强乳化、高电导率特点的含聚合物原油乳状液和页岩油采出液破乳难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含聚复杂原油乳状液静电聚结脱水器，该装置破乳效率高，工作稳定可靠，能耗低，结构紧凑。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种含聚复杂原油乳状液静电聚结脱水器，包括脱水器罐体和静电强化聚结系统，所述脱水器罐体主要由脱水器筒体、布液器和堰板组成，所述布液器和堰板设于脱水器筒体内两侧，所述布液器的入口穿出脱水器筒体，所述脱水器筒体底部设有出油口和出水口；所述静电强化聚结系统主要由高压电源设备、高压电缆、接地电缆、静电聚结模块组成，所述高压电源设备设于脱水器筒体外侧，所述静电聚结模块设于脱水器筒体内并位于布液器与堰板之间，所述高压电缆、接地电缆同时连接高压电源设备和静电聚结模块；

所述静电聚结模块主要由绝缘外壳、多层电极板和静电强化聚并构件组成，所述多层电极板间隔设置以形成多流道，相邻电极板分别与高压电缆、接地电缆电性连接，高压电源设备产生高压信号和接地信号，分别通过高压电缆和接地电缆交替施加在电极板上，从而在静电聚结模块的各流道内建立稳定的高压电场；所述绝缘外壳设于电极板、高压电缆、接地电缆外侧，以隔绝复杂原油乳状液；具有绝缘外壳的相邻电极板之间的流道内嵌设所述静电强化聚并构件。

进一步地，所述布液器竖设于脱水器筒体内一侧，且其分液口朝向静电聚结模块。

进一步地，所述出油口和出水口分设于堰板远离、靠近布液器的两侧。

进一步地，所述静电聚结模块经支座安装于脱水器筒体内。

进一步地，所述脱水器筒体上设有电缆接线口，以让连接高压电源设备和静电聚结模块的高压电缆、接地电缆穿过。

进一步地，所述绝缘外壳为由绝缘材料浇筑形成的绝缘浇筑外壳，所述绝缘浇筑外壳包括中部连接架和连接于其两侧的多层翼板，所述多层电极板对应浇筑于多层翼板中，并与浇筑于中部连接架中的高压电缆、接地电缆隔层连接。

进一步地，所述多层电极板及多层翼板为波纹结构，以在相邻翼板之间形成波纹形状的流道；所述多层翼板从中部连接架向两侧向下倾斜一定角度。

进一步地，所述静电强化聚并构件由导电聚并核心球和绝缘支撑细杆构成，所述绝缘支撑细杆连接和支撑导电聚并核心球，所述导电聚并核心球表面进行超亲水处理。

进一步地，多流道内嵌的静电强化聚并构件的构型为正四面体静电强化聚并构件、正六面体静电强化聚并构件或正八面体静电强化聚并构件。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种含聚复杂原油乳状液静电聚结脱水器，有效解决了复杂原油乳状液由于强乳化、高电导率而产生的破乳难题，该装置在流道中内嵌静电强化聚并构件，通过提供大量导电聚并核心球形成非均匀电场，大大增强局部电场强度，强力吸引周围小水滴实现高效聚并；此外，大量聚并核心球可以形成扰流，增加湍流程度，从而进一步强化小水滴聚并，同时有效防止水滴链形成。本发明具有破乳效率高、工作稳定可靠、能耗低、结构紧凑等优点，尤其适用于具有强乳化、高电导率特点的含聚合物原油乳状液和页岩油采出液的破乳分离。

附图说明

图1为本发明实施例的装置结构示意图；

图2为本发明实施例中静电聚结模块的结构示意图；

图3为本发明实施例中三种典型静电强化聚并构件的结构示意图；

图4为本发明实施例中三种典型静电强化聚并构件的电场分布图。

图中：1、脱水器筒体；2、布液器的入口；3、布液器；4、高压电源设备；5、高压电缆；6、接地电缆；7、电缆接线口；8、静电聚结模块；9、堰板；10、出油口；11、出水口；12、支座；13、绝缘浇筑外壳；14、电极板；15、静电强化聚并构件；16、导电聚并核心球；17、绝缘支撑细杆；18、正四面体静电强化聚并构件；19、正六面体静电强化聚并构件；20、正八面体静电强化聚并构件。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，本实施例提供了一种含聚复杂原油乳状液静电聚结脱水器，包括脱水器罐体和静电强化聚结系统，所述脱水器罐体主要由脱水器筒体1、布液器3和堰板9组成，所述布液器3和堰板9设于脱水器筒体1内两侧，所述布液器3的入口2穿出脱水器筒体1，所述脱水器筒体1底部设有出油口10和出水口11；所述静电强化聚结系统主要由高压电源设备4、高压电缆5、接地电缆6、静电聚结模块8组成，所述高压电源设备4设于脱水器筒体1外侧，所述静电聚结模块8设于脱水器筒体1内并经支座12安装于布液器3与堰板9之间，所述高压电缆5、接地电缆6同时连接高压电源设备4和静电聚结模块8。

在本实施例中，所述布液器3竖设于脱水器筒体1内一侧，且其分液口朝向静电聚结模块8。所述出油口10和出水口11分设于堰板9远离、靠近布液器3的两侧。所述脱水器筒体1上设有电缆接线口7，以让连接高压电源设备4和静电聚结模块8的高压电缆5、接地电缆6穿过。

如图2所示，所述静电聚结模块8主要由绝缘外壳13、多层电极板14和静电强化聚并构件15组成，所述多层电极板14间隔设置以形成多流道，相邻电极板14分别与高压电缆5、接地电缆6电性连接，高压电源设备4产生高压信号和接地信号，分别通过高压电缆5和接地电缆6交替施加在电极板14上，从而在静电聚结模块8的各流道内建立稳定的高压电场；所述绝缘外壳13设于电极板14、高压电缆5、接地电缆6外侧，以隔绝复杂原油乳状液；具有绝缘外壳13的相邻电极板14之间的流道内嵌设所述静电强化聚并构件15。

在本实施例中，所述绝缘外壳13为由绝缘材料浇筑形成的绝缘浇筑外壳，所述绝缘浇筑外壳包括中部连接架和连接于其两侧的多层翼板，所述多层电极板14对应浇筑于多层翼板中，并与浇筑于中部连接架中的高压电缆5、接地电缆6隔层连接。所述多层电极板14及多层翼板为波纹结构，以在相邻翼板之间形成波纹形状的流道；所述多层翼板从中部连接架向两侧向下倾斜一定角度。

如图3所示，所述静电强化聚并构件15由导电聚并核心球16和绝缘支撑细杆17构成，所述绝缘支撑细杆17连接和支撑导电聚并核心球16，所述导电聚并核心球16表面进行超亲水处理。多流道内嵌的静电强化聚并构件的构型可以为正四面体静电强化聚并构件、正六面体静电强化聚并构件、正八面体静电强化聚并构件或其他构型。

在本实施例的静电强化聚结系统中，静电聚结模块8由绝缘浇筑外壳13、电极板14、静电强化聚并构件15组成，而静电强化聚并构件15又由导电聚并核心球16和绝缘支撑细杆17构成，流道内嵌静电强化聚并构件的构型包括但不限于正四面体静电强化聚并构件、正六面体静电强化聚并构件、正八面体静电强化聚并构件。高压电源设备4产生高压信号和接地信号，分别通过高压电缆5和接地电缆6交替施加在电极板14上，从而在静电聚结模块的流道内建立稳定的高压电场。静电聚结模块采取环氧树脂等绝缘材料将电极板14浇注固定在其中，能够避免电极击穿问题。静电聚结模块内采取多层电极板布置，多层电极板间形成多流道。这种布置能够大大减小电极板间距，能够允许以较低电压建立更稳定更高场强的静电场。电极板14和多流道均是采取波纹设计，延长流体通过时间，增大湍流强度，利用湍流强化聚结理论和浅池理论强化水滴聚并过程，显著缩短水滴沉降时间。多流道具有一定的倾斜角度，便于铺展在流道表面的游离水沿倾斜表面流出，防止其堆积，从而影响流道内电场和流场分布。流道内嵌静电强化聚并构件15，静电强化聚并构件15由大量的导电聚并核心球16和绝缘支撑细杆17有规律布置而成。绝缘支撑细杆17起着连接和支撑导电聚并核心球16的作用。而导电聚并核心球16为复杂原油乳状液提供了大量的聚并核心，导电聚并核心球16的半径远大于小水滴的半径，因此导电聚并核心球16与小水滴之间的静电相互作用远大于小水滴之间的静电相互作用。由于导电聚并核心球16与小水滴之间更强的静电相互作用，复杂原油乳状液中的小水滴被导电聚并核心球16所吸引，然后靠近、接触并铺展在导电聚并核心球16上，从而使小水滴从复杂原油乳状液中分离出来。导电聚核心球16不仅充当聚并核心，增强局部电场强度，而且还可以形成扰流，增加湍流程度，从而进一步强化小水滴聚并，同时防止水滴链形成。导电聚并核心球16采取表面处理技术使其具有超亲水性，从而让小水滴更容易铺展在导电聚并核心球16表面，防止其脱离。

本实施例中含聚复杂原油乳状液静电聚结脱水器的工作过程为：含聚合物原油乳状液和页岩油采出液等复杂原油乳状液从布液器的入口2进入布液器3内，布液器3对复杂原油乳状液进行流量分配，使其均匀平稳流入脱水器3内部，避免复杂原油乳状液直接进入脱水器形成强烈冲击，进一步破碎水滴造成二次乳化。复杂原油乳状液接着进入静电聚结模块8的波纹流道内。由于流道内嵌静电强化聚并构件，使流道区域产生复杂的电场和流场，能够充分发挥非均匀电场强化聚结作用、湍流强化聚结作用和浅池原理，使复杂原油乳状液中的小水滴更容易与导电聚并核心球聚并或者相互聚并，从而实现复杂原油乳状液的高效聚结破乳，实现油水分离。分离出来的游离水经过出水口11流出，分离出来的原油溢出堰板9进入储油室，经出油口10流出。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种含聚复杂原油乳状液静电聚结脱水器，其特征在于，包括脱水器罐体和静电强化聚结系统，所述脱水器罐体主要由脱水器筒体（1）、布液器（3）和堰板（9）组成，所述布液器（3）和堰板（9）设于脱水器筒体（1）内两侧，所述布液器（3）的入口（2）穿出脱水器筒体（1），所述脱水器筒体（1）底部设有出油口（10）和出水口（11）；所述静电强化聚结系统主要由高压电源设备（4）、高压电缆（5）、接地电缆（6）、静电聚结模块（8）组成，所述高压电源设备（4）设于脱水器筒体（1）外侧，所述静电聚结模块（8）设于脱水器筒体（1）内并位于布液器（3）与堰板（9）之间，所述高压电缆（5）、接地电缆（6）同时连接高压电源设备（4）和静电聚结模块（8）；

所述静电聚结模块（8）主要由绝缘外壳（13）、多层电极板（14）和静电强化聚并构件（15）组成，所述多层电极板（14）间隔设置以形成多流道，相邻电极板（14）分别与高压电缆（5）、接地电缆（6）电性连接，高压电源设备（4）产生高压信号和接地信号，分别通过高压电缆（5）和接地电缆（6）交替施加在电极板（14）上，从而在静电聚结模块（8）的各流道内建立稳定的高压电场；所述绝缘外壳（13）设于电极板（14）、高压电缆（5）、接地电缆（6）外侧，以隔绝复杂原油乳状液；具有绝缘外壳（13）的相邻电极板（14）之间的流道内嵌设所述静电强化聚并构件（15）。

2.根据权利要求1所述的一种含聚复杂原油乳状液静电聚结脱水器，其特征在于，所述布液器（3）竖设于脱水器筒体（1）内一侧，且其分液口朝向静电聚结模块（8）。

3.根据权利要求1所述的一种含聚复杂原油乳状液静电聚结脱水器，其特征在于，所述出油口（10）和出水口（11）分设于堰板（9）远离、靠近布液器（3）的两侧。

4.根据权利要求1所述的一种含聚复杂原油乳状液静电聚结脱水器，其特征在于，所述静电聚结模块（8）经支座（12）安装于脱水器筒体（1）内。

5.根据权利要求1所述的一种含聚复杂原油乳状液静电聚结脱水器，其特征在于，所述脱水器筒体（1）上设有电缆接线口（7），以让连接高压电源设备（4）和静电聚结模块（8）的高压电缆（5）、接地电缆（6）穿过。

6.根据权利要求1所述的一种含聚复杂原油乳状液静电聚结脱水器，其特征在于，所述绝缘外壳（13）为由绝缘材料浇筑形成的绝缘浇筑外壳，所述绝缘浇筑外壳包括中部连接架和连接于其两侧的多层翼板，所述多层电极板（14）对应浇筑于多层翼板中，并与浇筑于中部连接架中的高压电缆（5）、接地电缆（6）隔层连接。

7.根据权利要求6所述的一种含聚复杂原油乳状液静电聚结脱水器，其特征在于，所述多层电极板（14）及多层翼板为波纹结构，以在相邻翼板之间形成波纹形状的流道；所述多层翼板从中部连接架向两侧向下倾斜一定角度。

8.根据权利要求1所述的一种含聚复杂原油乳状液静电聚结脱水器，其特征在于，所述静电强化聚并构件（15）由导电聚并核心球（16）和绝缘支撑细杆（17）构成，所述绝缘支撑细杆（17）连接和支撑导电聚并核心球（16），所述导电聚并核心球（16）表面进行超亲水处理。

9.根据权利要求8所述的一种含聚复杂原油乳状液静电聚结脱水器，其特征在于，多流道内嵌的静电强化聚并构件的构型为正四面体静电强化聚并构件、正六面体静电强化聚并构件或正八面体静电强化聚并构件。

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