原油乳化液电场破乳用电极组件及油水分离器

阅读：评论：0

1.本发明涉及原油油水分离技术领域，尤其是涉及一种原油乳化液电场破乳用电极组件及油水分离器。

背景技术：

2.随着我国大部分油田进入开采中后期，油井采出液含水率逐年升高，部分油田原油含水率甚至高达95％以上。同时，聚合物驱等强化采油技术的广泛应用导致原油劣质化严重、原油乳化液成分复杂、稳定性和导电性增强、分离难度大，给油田原油集输处理系统的油水分离过程带来了很大挑战。
3.现有原油处理流程中三相分离器或油水分离器处理负荷增大、分离效率降低，进入后段电脱水器中的原油含水率仍然居高不下，导致电脱水器频繁发生“垮电场”而无法正常工作。为了满足原油脱水处理达标要求，不得不增大化学药剂用量、升高原油乳化液温度或延长脱水处理流程，使原油脱水处理成本大幅增加。显然，提升现有三相分离器或油水分离器的分水性能是解决问题的关键，但如果继续沿着常规聚结、重力沉降技术路线去努力恐已难以为继。
4.因此国内外研究人员近些年来提出了采用电场破乳协同强化的解决方案，目前已初见成效。该解决方案的技术本质就是，在三相分离器或油水分离器内部安装电极组件，原油乳化液在流经电极组件时，其中的分散相水颗粒在电场作用下碰撞聚结长大，从而增大水颗粒在连续油相中的重力沉降速度，加速油水重力沉降分离过程的进行，降低三相分离器出油口含水率，同时还能降低化学破乳剂用量和加热能耗，节省处理成本。
5.本技术人发现现有技术至少存在以下技术问题：
6.现有高含水原油乳化液电场破乳电极组件中的非接地电极大多数采用绝缘板状电极，以金属平板(波纹板)为基体进行表面绝缘处理，绝缘处理工艺成本高、难度大、密封要求高，而且单块绝缘板状电极重量大，不方便电极组件的安装与维护。

技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种原油乳化液电场破乳用电极组件及油水分离器，解决了现有技术中存在的现有高含水原油乳化液电场破乳电极组件中的非接地电极大多数采用绝缘板状电极，存在单块绝缘板状重量大，不方便电极组件的安装与维护的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
8.为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
9.本发明提供的一种原油乳化液电场破乳用电极组件，包括金属支撑架、金属板电极、绝缘电极、限位架结构以及集线管，其中，所述金属板电极为多个且沿水平方向依次平行间隔固定在所述金属支撑架上，所述绝缘电极为弯管结构，所述绝缘电极通过所述限位架结构支撑在所述金属板电极上且所述金属板电极和所述绝缘电极依次交替分布，所述集线管与各所述绝缘电极的一端相连接。
10.进一步地，所述绝缘电极采用内外表面绝缘的金属复合管；所述绝缘电极内外绝缘层的厚度范围为0.5mm～1.5mm，所述绝缘电极中间金属管的厚度不大于0.5mm。
11.进一步地，所述绝缘电极呈且连续的锯齿波且与所述金属板电极平行设置；各所述绝缘电极的中间金属管与所述集线管相连接，所述绝缘电极远离所述集线管的一端通过密封堵头进行密封处理。
12.进一步地，所述限位架结构为多个，各所述限位架结构分别依次连接各所述金属板电极和各所述绝缘电极；所述限位架结构包括金属棒和夹固结构，所述金属棒依次穿过各所述金属板电极和各所述绝缘电极的折弯部位，所述金属棒上设置多个所述夹固结构且每个所述夹固结构对应一个所述绝缘电极，所述夹固结构用以将对应的所述绝缘电极夹固在所述金属棒上。
13.进一步地，所述夹固结构包括夹板和定位螺母，所述绝缘电极的折弯部位夹在两个夹板之间，所述定位螺母与所述金属棒螺纹连接且所述定位螺母分别位于两个所述夹板的两侧。
14.进一步地，所述金属板电极为不锈钢平板或波纹板，所述金属板电极固定安装于所述金属支撑架的卡槽中。
15.进一步地，所述金属支撑架包括四根杆状架体，四根所述杆状架体沿所述金属板电极的分布方向延伸，所述杆状架体上设置卡槽，所述金属板电极一侧两顶角位置分布卡在对应的两个所述杆状架体上、所述金属板电极另一侧两顶角位置分别卡在另外两个所述杆状架体上。
16.本发明提供一种油水分离器，包括所述的原油乳化液电场破乳用电极组件，所述电极组件设置在所述油水分离器的罐体内，所述电极组件的金属支撑架与所述罐体固定连接，所述罐体的外侧设置高压交流电源，所述高压交流电源与所述电极组件的集线管相连接。
17.进一步地，所述电极组件为一个或两个以上，当所述电极组件为两个以上时，各所述电极组件沿高度方向依次设置，且各所述电极组件通过固定框架支撑在所述罐体内。
18.进一步地，所述油水分离器还包括挡板，所述挡板沿所述罐体的横截面方向设置，所述挡板的中心区域设置装配孔，所述电极组件与所述挡板相连接并位于位于所述装配孔，所述挡板上分布有均流孔。
19.本发明提供了一种原油乳化液电场破乳用电极组件，包括金属支撑架、金属板电极、绝缘电极、限位架结构以及集线管，金属板电极为多个且沿水平方向依次平行间隔固定在金属支撑架上，绝缘电极为弯管结构，绝缘电极通过限位架结构支撑在金属板电极上且金属板电极和绝缘电极依次交替分布，集线管与各绝缘电极的一端相连接。绝缘电极通过集线管可与高压交流电源相连接，绝缘电极作为高压极，金属板电极作为接地极，与弯管状绝缘电极平行安装，在两者之间形成非均匀电场，同时形成流体流动通道。本发明提供的原油乳化液电场破乳用电极组件，选用弯管作为绝缘电极，结构简单、成本低、安装维护方便，且能够防止在电极组件流道中发生砂粒等杂质堆积堵塞的情况。
附图说明
20.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。
21.图1为本发明电极组件整体的结构示意图；
22.图2为本发明的弯管状绝缘电极的结构示意图；
23.图3为本发明金属支撑架一的结构示意图；
24.图4为本发明金属支撑架二的结构示意图；
25.图5为本发明弯管状绝缘电极横截面示意图；
26.图6为本发明电极组件在卧式罐体内安装的截面示意图。
27.图中1-电极组件；2-绝缘电极；3-金属板电极；4-金属支撑架一；5-金属支撑架二；6-水平集线管；7-夹板；8-定位螺母；9-密封堵头；10-金属棒；11-中间金属薄层；12-塑料绝缘层；13-固定框架；14-罐体；15-挡板；16-竖直集线管；17-高压交流电源。
具体实施方式
28.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。
29.本发明提供了一种原油乳化液电场破乳用电极组件，包括金属支撑架、金属板电极3、绝缘电极2、限位架结构以及集线管，其中，金属板电极3为多个且沿水平方向依次平行间隔固定在金属支撑架上，绝缘电极2为弯管结构，绝缘电极2通过限位架结构支撑在金属板电极3上且金属板电极3和绝缘电极2依次交替分布，集线管与各绝缘电极2的一端相连接。绝缘电极2通过集线管可与高压交流电源17相连接，绝缘电极2作为高压极，金属板电极3作为接地极，与弯管状绝缘电极2平行安装，在两者之间形成非均匀电场，同时形成流体流动通道。
30.本发明提供的原油乳化液电场破乳用电极组件，选用弯管作为绝缘电极，结构简单、成本低、安装维护方便，且能够防止在电极组件流道中发生砂粒等杂质堆积堵塞的情况，有利于大幅缩短电极组件在三相分离器内的安装建设工期，降低整体建造成本，有利于促进原油电脱水技术在油田尤其是高含水油田中的广泛应用。
31.关于绝缘电极2，绝缘电极2采用内外表面绝缘的金属复合管；绝缘电极2内外绝缘层的厚度范围为0.5mm～1.5mm，绝缘电极2中间金属管的厚度不大于0.5mm。绝缘电极2由市场上广泛应用的内外表面绝缘柔性金属复合管构成，其中间层为金属薄层，内外层为聚乙烯等塑料绝缘材料，层与层之间采用热熔胶通过高温高压挤出，具有良好的力学性能、坚硬且柔性高，耐高温、耐腐蚀、质量轻、使用寿命长。参见图5，示意出了绝缘电极2横截面剖视图，示意出了中间金属薄层11和塑料绝缘层12。
32.关于绝缘电极2的形状，绝缘电极2呈且连续的锯齿波且与金属板电极3平行设置，通过弯管机将单根内外表面绝缘柔性金属复合管弯制成特定形状形成弯管绝缘电极2(如图2所示意出的近似连续的矩形波状，当然，弯管绝缘电极2不限于仅为连续的矩形波状)。
33.各绝缘电极2的中间金属管与集线管相连接，绝缘电极2远离集线管的一端通过密
封堵头9进行密封处理。关于弯管状绝缘电极2与集线管的连接，具体可如下：在内外表面绝缘柔性金属复合管一端(即绝缘电极2的一端)压入不锈钢棒，与中间金属薄层紧密连接，将不锈钢棒连接高压线缆并通过集线管与高压交流电源17连接，使弯管状绝缘电极2作为高压极，内外表面绝缘柔性金属复合管另一端(即绝缘电极2的另一端)采用密封堵头9进行可靠的绝缘密封，集线管的两端也需要完全密封。
34.关于金属板电极3，金属板电极3为不锈钢平板或波纹板，金属板电极3作为接地极。参见图1，示意出了金属板电极3与绝缘电极2之间的位置关系，金属板电极3与绝缘电极2依次间隔设置，且金属板电极3与绝缘电极2相平行。集线管包括水平集线管6，参见图1，示意出了水平集线管6，各绝缘电极2的一端分别与水平集线管6相连接。
35.参见图1，绝缘电极2水平段的长度不大于金属板电极3的宽度，关于金属板电极3的面积大小、相邻两金属板电极3之间的间距、相邻的金属板电极3和绝缘电极2的间距、绝缘电极2的长度和弯折次数，需要根据实际情况，做合理的设定。通过多物理场仿真模拟分析得到，绝缘电极2的折弯次数越多，绝缘电极2与金属板电极3之间的高电场强度区域面积越大，在加工能力允许的情况下采用尽可能多的折弯次数。另外，为了尽量降低高压电极表面绝缘对电场的衰减效应，建议高压交流电源采用高频/高压脉冲交流电源而非常规工频/高压交流电源。
36.关于金属板电极3与金属支撑架的固定方式，金属板电极3固定安装于金属支撑架的卡槽中。金属板电极3与金属支撑架的连接方式简单。
37.关于金属支撑架，具体结构可以如下：金属支撑架包括四根杆状架体，四根杆状架体沿金属板电极3的分布方向延伸，杆状架体上设置卡槽，金属板电极3一侧两顶角位置分布卡在对应的两个杆状架体上、金属板电极3另一侧两顶角位置分别卡在另外两个杆状架体上。参见图1，设置在前侧的上、下两根杆状架体为金属支撑架二5，设置在后侧的上、下两根杆状架体为金属支撑架一4。参见图3，示意出了金属支撑架一4上的卡槽，金属支撑架一4相邻的两个侧面上设置卡槽，金属板电极3的顶角位置插入金属支撑架一4上的卡槽。参见图4，示意出了金属支撑架二5，金属支撑架二5呈板状，金属支撑架二5上开设矩形槽，金属板电极3的顶部边沿以及底部边沿分别插入上、下两个金属支撑架二5上的矩形槽。
38.关于限位架结构，限位架结构为多个，各限位架结构分别依次连接各金属板电极3和各绝缘电极2，参见图1，示意出了四个限位架结构。限位架结构包括金属棒10和夹固结构，金属棒10依次穿过各金属板电极3和各绝缘电极2的折弯部位，金属棒10上设置多个夹固结构且每个夹固结构对应一个绝缘电极2，夹固结构用以将对应的绝缘电极2夹固在金属棒10上。参见图1，示意出了四根金属棒10的位置，大概位于金属板电极3的四个边角位置。限位架结构，结构简单，可有效实现各绝缘电极2的固定。
39.夹固结构包括夹板7和定位螺母8，绝缘电极2的折弯部位夹在两个夹板7之间，定位螺母8与金属棒10螺纹连接且定位螺母8分别位于两个夹板7的两侧，两个定位螺母8将两个夹板7夹紧在绝缘电极2上。夹固结构的结构简单，便于绝缘电极2的拆装。
40.本发明提供一种卧式油水分离器，包括原油乳化液电场破乳用电极组件，电极组件1设置在油水分离器的罐体14内，电极组件1的金属支撑架与罐体14固定连接，罐体14的外侧设置高压交流电源17，高压交流电源17与电极组件1的集线管相连接。参见图6，示意出了卧式油水分离器的剖视图。卧式油水分离器位于罐体14内的破乳段，金属支撑架二5和金
属支撑架一4与罐体14的内侧壁固定连接，固定连接优选为焊接连接。集线管还包括竖直集线管16，竖直集线管16穿过罐体14连接高压交流电源17和水平集线管6。竖直集线管16与高压交流电源17的一个输出端相连，高压交流电源17的另一个输出端接地，卧式油水分离器的壁面可靠接地。
41.卧式油水分离器工作过程中，高含水原油乳化液从分离器内电极组件的左侧进入，在由弯管状绝缘电极2和裸露金属板电极3之间形成的流道中通过，同时受到高压弯管绝缘电极2与接地金属板电极3之间非均匀交流电场的作用，使原油乳化液中分散相小液滴在电场力作用下发生形变、运动并相互碰撞聚结成大液滴，大液滴在重力作用下沉降至分离器罐体底部，连续油相则上浮至分离器罐体顶部，从而实现了原油乳化液的破乳和油水分离。
42.具体地，电极组件1为一个或两个以上，当电极组件1为两个以上时，各电极组件1沿高度方向依次设置，且各电极组件1通过固定框架13支撑在罐体14内。参见图6，示意出了罐体14内设置了两个电极组件1，形成双层安装布置。
43.优选地，参见图6，油水分离器还包括挡板15，挡板15沿罐体14的横截面方向设置，挡板15的中心区域设置装配孔，电极组件与挡板15相连接并位于位于装配孔，挡板15上分布有均流孔。电极组件1位于罐体14的中后部，油水混合液在罐体14前端进入后，在流动过程中会在重力作用下发生沉降分层，从下到上依次为水层、油水乳化层和油层，挡板15作用是使流体尤其使油水乳化层和油层位置的流体尽量从电极组件1中通过。
44.以上所述，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所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种原油乳化液电场破乳用电极组件，其特征在于，包括金属支撑架、金属板电极(3)、绝缘电极(2)、限位架结构以及集线管，其中，所述金属板电极(3)为多个且沿水平方向依次平行间隔固定在所述金属支撑架上，所述绝缘电极(2)为弯管结构，所述绝缘电极(2)通过所述限位架结构支撑在所述金属板电极(3)上且所述金属板电极(3)和所述绝缘电极(2)依次交替分布，所述集线管与各所述绝缘电极(2)的一端相连接。2.根据权利要求1所述的原油乳化液电场破乳用电极组件，其特征在于，所述绝缘电极(2)采用内外表面绝缘的金属复合管；所述绝缘电极(2)内外绝缘层的厚度范围为0.5mm～1.5mm，所述绝缘电极(2)中间金属管的厚度不大于0.5mm。3.根据权利要求2所述的原油乳化液电场破乳用电极组件，其特征在于，所述绝缘电极(2)呈连续矩形波状且与所述金属板电极(3)平行设置；各所述绝缘电极(2)的中间金属管与所述集线管相连接，所述绝缘电极(2)远离所述集线管的一端通过密封堵头(9)进行密封处理。4.根据权利要求1-3中任一项所述的原油乳化液电场破乳用电极组件，其特征在于，所述限位架结构为多个，各所述限位架结构分别依次连接各所述金属板电极(3)和各所述绝缘电极(2)；所述限位架结构包括金属棒(10)和夹固结构，所述金属棒(10)依次穿过各所述金属板电极(3)和各所述绝缘电极(2)的折弯部位，所述金属棒(10)上设置多个所述夹固结构且每个所述夹固结构对应一个所述绝缘电极(2)，所述夹固结构用以将对应的所述绝缘电极(2)夹固在所述金属棒(10)上。5.根据权利要求4所述的原油乳化液电场破乳用电极组件，其特征在于，所述夹固结构包括夹板(7)和定位螺母(8)，所述绝缘电极(2)的折弯部位夹在两个夹板(7)之间，所述定位螺母(8)与所述金属棒(10)螺纹连接且所述定位螺母(8)分别位于两个所述夹板(7)的两侧。6.根据权利要求1所述的原油乳化液电场破乳用电极组件，其特征在于，所述金属板电极(3)为不锈钢平板或波纹板，所述金属板电极(3)固定安装于所述金属支撑架的卡槽中。7.根据权利要求6所述的原油乳化液电场破乳用电极组件，其特征在于，所述金属支撑架包括四根杆状架体，四根所述杆状架体沿所述金属板电极(3)的分布方向延伸，所述杆状架体上设置卡槽，所述金属板电极(3)一侧两顶角位置分别卡在对应的两个所述杆状架体上、所述金属板电极(3)另一侧两顶角位置分别卡在另外两个所述杆状架体上。8.一种油水分离器，其特征在于，包括权利要求1-7任一所述的原油乳化液电场破乳用电极组件，所述电极组件(1)设置在所述油水分离器的罐体(14)内，所述电极组件(1)的金属支撑架与所述罐体(14)固定连接，所述罐体(14)的外侧设置高压交流电源(17)，所述高压交流电源(17)与所述电极组件(1)的集线管相连接。9.根据权利要求8所述的油水分离器，其特征在于，所述电极组件(1)为一个或两个以上，当所述电极组件(1)为两个以上时，各所述电极组件(1)沿高度方向依次设置，且各所述电极组件(1)通过固定框架(13)支撑在所述罐体(14)内。10.根据权利要求9所述的油水分离器，其特征在于，所述油水分离器还包括挡板(15)，所述挡板(15)沿所述罐体(14)的横截面方向设置，所述挡板(15)的中心区域设置装配孔，
所述电极组件与所述挡板(15)相连接并位于位于所述装配孔，所述挡板(15)上分布有均流孔。

技术总结

本发明提供一种原油乳化液电场破乳用电极组件及油水分离器，涉及原油油水分离技术领域，解决了现有技术中存在的电极组件中的非接地电极大多数采用绝缘板状电极，存在单块绝缘板状重量大的技术问题。该电极组件包括金属支撑架、金属板电极、绝缘电极、限位架结构以及集线管，金属板电极固定在金属支撑架上，绝缘电极为弯管结构，绝缘电极通过限位架结构支撑在金属板电极上且金属板电极和绝缘电极交替分布，集线管与绝缘电极连接。绝缘电极作为高压极，金属板电极作为接地极，在两者之间形成非均匀电场，同时形成流体流动通道。选用弯管作为绝缘电极，结构简单、成本低、安装维护方便，且能够防止在电极组件流道中发生砂粒等杂质堆积堵塞的情况。堆积堵塞的情况。堆积堵塞的情况。