1.一种优化脉冲电场原油脱水参数的方法，其特征在于：这种优化脉冲电场原油脱水参数的方法利用脉冲电场原油脱水试验装置进行，通过以下步骤完成：(一)电场构建间距确定：通过松紧绝缘棒(22)螺丝，调节同轴电极(16)的电极片(21)位置H来反映并确定电场构建间距，电极片(21)的位置H以其下端相对于锥形脱水试样瓶瓶底所处的高度表示，且由待脱水原油乳状液原始含水率来标定，对于体积为100mL、原始含水率为η的原油乳状液，其实现油水完全分离时，在锥形脱水试样瓶(25)中分离出水位位置的高度为：

式中，H1为油水完全分离时分离出水位位置的高度，mm；η为原始含水率，％；α为锥形脱水试样瓶锥形顶角，rad；

考虑到构建电场后潜在的击穿效应，另取10mm的盈余，电极片(21)的位置即在高度处，于是获得电场构建间距；

将这种利用电极片(21)位置反映并确定电场构建间距的方法写入PLC程序控制器(7)，完成对电场构建间距的确定；

(二)考虑脱水介质响应的脉冲电场参数表达：脉冲频率f、电场强度E和占空比D是脉冲电场的主要参数，对于原油乳状液中的球形分散相液滴，其在脉冲电场中所受合力作用下以“球形‑椭球形”往复振动中，当脉冲频率f与液滴自由振动频率f自由一致时，将产生共振使振幅最大，从而最大程度削弱油‑水界面膜强度，于是，基于响应于最大振幅的液滴自由振动频率f自由即可表征脉冲频率f；

响应于最大振幅的液滴自由振动频率f自由为：定义频率偏离因数ψ为：

则适合构建的脉冲电场的脉冲频率f可表达为：3

式中，σ为油‑水界面张力，N/m；d为分散相液滴的直径，m；ρ为分散相液滴的密度，kg/m；

在脉冲电场(40)中，使产生的电场力破坏油‑水界面膜而实现分散相聚结的临界电场强度为：

在脉冲电场(40)中，产生的电场力使分散相发生“电分散”的临界电场强度为：式中，εr为相对介电常数；ε0为真空介电常数。

适合构建的脉冲电场的峰值电场强度E应满足：E聚结≤E≤E分散

定义场频比ζ：

又有：

ε＝εrε0

式中，ε为绝对介电常数；

则有：

将上式中响应于脱水介质物性的参量整理提取有：记作脱水介质物性因子c：

则适合构建的脉冲电场的峰值电场强度E为：在脉冲电场(40)中，由于电场具有高低电平的波形特性，实际响应于脱水介质的电场效应还与脉冲电场的占空比D有关：式中：E有效为有效响应于脱水介质的电场强度，V/m；

在E有效≥E聚结时， 考虑原油乳状液具有电容性，实际响应的占空比应大于D，取

1.25D，同时，考虑实际高频脉冲信号的占空比也达不到上限1，因此，适合构建的脉冲电场的占空比D满足：

完成考虑脱水介质响应的脉冲电场参数表达；

(三)脉冲电场参数优化序列构建：考虑脉冲电场的场频比ζ和占空比D均相关于频率偏离因数ψ，所以通过对频率偏离因数ψ进行离散获取频率偏离级数N：N＝10·|1‑ψ|

显然，当ψ为1，也就是分散相液滴(39)在脉冲电场(40)中产生共振时，频率偏离级数为

0级，而以ψ从1上、下偏离0.1为例，频率偏离级数则相应增加一级，这样也就将ψ的连续区间转变为了离散节点；

于是，对于场频比ζ，取跃变节点数为M、等间距跃变长度为 而又由步骤(二)，对于考虑脱水介质响应而适合构建的脉冲电场，其场频比满足 则建立连续步长关系：

得跃变系数k：

则在N级频率偏离级数、M阶跃变节点数下，第Z个场频比ζ对应的跃变节点ζN,M,Z为：联立跃变系数k有：

式中，对于ψ＜1时，取“‑”，对于ψ＞1时，取“+”；

根据步骤(二)中考虑脱水介质响应而适合构建的脉冲电场场频比ζ与占空比D的表达，有：

0.4≤D≤0.9

同理，对于占空比D，取跃变节点数为M、等间距跃变长度为 而又由步骤(二)，对于考虑脱水介质响应而适合构建的脉冲电场(40)，则通过建立连续步长关系，获取在N级频率偏离级数、M阶跃变节点数下，第Z个占空比D对应的跃变节点DN,M,Z为：由此便基于相关于频率偏离因数ψ的频率偏离级数N及跃变节点数M，建立M阶N级(M‑N阶级)中第Z个场频比、占空比的序列关系：联立该序列关系与步骤(二)建立的脉冲电场峰值电场强度E及脉冲频率f表达，获得M‑N阶级脉冲电场参数(f、E、D)优化序列：其中，在ψ＜1时，取“‑”；在ψ＞1时，取“+”；

将该M‑N阶级脉冲电场参数优化序列的构建方法写入PLC程序控制器，完成脉冲电场参数优化序列构建；

(四)频率偏离级数的优化：从分散相液滴(39)在脉冲电场(40)中产生共振时的频率偏离级数N为0开始，至N为任一整数n时，由于频率偏离因数ψ的离散存在上、下偏离两种情况，所以对应频率偏离级数有2n+1个偏离点，即频率偏离级数的优化集为2n+1个偏离点；考虑对频率偏离级数优化中，首先应对频率偏离级数数量最小化，所以取最小跃变节点数，即M＝2，则结合步骤(三)，对于有2n+1个偏离点的优化集，有2n+1组2‑N阶级脉冲电场参数优化序列：

对优化序列中的Z个场频比、占空比取平均值，则得到2n+1组2‑N阶级脉冲电场参数优化序列为：

其中， 对于ψ＜1时，取“‑”；对于ψ＞1时，取“+”；

从而，基于获取的2n+1组2‑N阶级脉冲电场参数优化序列，利用脉冲电场原油脱水装置进行试验，其中，同步骤(三)，将该获取的优化序列写入PLC程序控制器(7)；结合频率偏离级数的优化集，取2n+1组已知含水率的原油乳状液，按步骤(一)对每组试验确定相同的电场构建间距，并设定相同的锥形槽式铝浴加热控温体温度、相同的破乳剂投加条件及相同的脉冲加电时间，从而得到各频率偏离级数N(N＝0，1，...，n)所对应峰值电场强度E、脉冲频率f及占空比D序列下的原油乳状液脱水效果，评价脉冲电场脱水效果，以净化油含水率指标、脱出水含油量指标均为最优，且脱水过程电流幅值最小、波动最为平稳时的脉冲电场*

参数序列对应的频率偏离级数作为优化的频率偏离级数，记作N ，获得相应的构建脉冲电*

场的脉冲频率，并记作f；

其中，考虑到试验中随着脱水过程的进行，水位位置(41)高度上升带来实际电场构建间距变化而影响电场强度的恒定性，进而给频率偏离级数优化带来不一致的脱水电场条件，对脱水时刻t时的加电电压放大倍数进行调节：式中，βt为t时刻调节的放大倍数；EN,2为2‑N阶级脉冲电场参数优化序列中的电场强度，V/m；H为电极片的位置，mm；ht为t时刻的水位位置高度，mm；U0为对应于EN,2经整流后的未放大电压，V；

脱水时刻t时水位位置高度的确定由装置的光学传感器(30)和高亮LED(29)组合实现，光学传感器(30)吸收到高亮LED(29)透过分离水相的光，将光信号转化为接收到的水位位置高度反馈给PLC程序控制器(7)；同时将这种对应于电场构建间距的加电电压放大倍数调节方法写入PLC程序控制器(7)；

完成对频率偏离级数的优化，实现了对脉冲频率的优化；

(五)电场强度与占空比的优化：频率偏离级数的优化获取使脉冲电场参数优化项得到* * *

有效减少，从而基于步骤(四)优化的频率偏离级数N ，建立M阶N级(M‑N阶级)中第Zi个场频比、第Zj个占空比的序列关系，并与步骤(二)建立的脉冲电场峰值电场强度E及脉冲频率*

f的表达相联立，获得M‑N阶级脉冲电场参数(f、E、D)全优化序列：其中，在ψ＜1时，取“‑”；在ψ＞1时，取“+”；

全优化序列中成为了峰值电场强度E、占空比D两因素、M水平的简单优化问题；

相同于步骤(四)，按照峰值电场强度、占空比两因素、M水平的正交组合，利用脉冲电场原油脱水装置进行试验，并同样如步骤(三)，将该全优化序列写入PLC程序控制器(7)；试验得到各峰值电场强度、占空比正交组合所对应脉冲电场参数全优化序列下的原油乳状液脱水效果，评价脉冲电场脱水效果，以净化油含水率指标和脱出水含油量指标均为最优，且脱水过程电流幅值最小、波动最为平稳时全优化序列中的峰值电场强度和占空比作为优化的* *

电场强度和占空比，分别记作E和D；

完成对电场强度与占空比的优化；

* * *

完成对脉冲电场原油脱水参数的优化，获取脉冲电场参数(f、E、D)的优化设计值；

所述脉冲电场原油脱水试验装置包括控制箱(1)、加热箱(2)、电极箱(3)，控制箱(1)内的控制电路调节模块(4)、电极箱(3)内的电场构建模块(5)、加热箱(2)内的振荡控温及水位监测模块(6)构成脉冲电源供电系统，控制电路调节模块(4)从PLC程序控制器(7)分别引出电场控制电路(8)、加热控制电路(9)和振荡控制电路(10)，其中，电场控制电路(8)包括整流单元(13)、频率脉宽调制板(14)和多级耦合放大电路(15)，加热控制电路(9)通过加热单元(23)连接至锥形槽式铝浴加热控温体(24)，振荡控制电路(10)直接连接减速电机(26)，减速电机(26)驱动往复式连杆机构实现锥形槽式铝浴加热控温体(24)的混匀振荡；

电场构建模块(5)设置同轴电极(16)、弹性触极和锥形脱水试样瓶(25)，电极箱(3)自下向上分为同轴电极区和供电区(19)，弹性内触极(17)、弹性外触极(18)位于供电区(19)并通过电极箱(3)箱顶设置，电极箱(3)设置于加热箱(2)上方，加热箱(2)内设置锥形槽式铝浴加热控温体(24)，锥形脱水试样瓶(25)设置于锥形槽式铝浴加热控温体(24)的锥形槽中，同轴电极(16)与锥形脱水试样瓶(25)的上端口螺纹连接，同轴电极(16)的电极帽依靠内电极接触点、外电极接触点分别触发弹性内触极(17)、弹性外触极(18)，同轴电极(16)的电极片(21)和绝缘棒(22)位于锥形脱水试样瓶(25)内，电极片(21)通过与绝缘棒(22)采用螺丝松紧实现其上下调节，绝缘棒(22)距离锥形脱水试样瓶锥尖5mm，实现脱水过程脉冲电场的施加；供电区(19)通过绝缘导线外引连接至控制箱内电场控制电路(8)的高压信号输出端(12)，电极箱(3)与加热箱(2)之间通过将同轴电极(16)旋入锥形脱水试样瓶(25)与锥形槽式铝浴加热控温体(24)进行互补配对连接；弹性内触极(17)处于矩形对角线中心交点，弹性外触极(18)分布在以弹性内触极为圆心、以10mm为半径的圆周上；

在锥形槽式铝浴加热控温体(24)的锥形槽内壁铣出两条平行于锥形槽母线的条形槽，两条条形槽分别安放高亮LED(29)和光学传感器(30)，两条条形槽所成平面重合于锥形槽的轴线，光学传感器(30)和高亮LED(29)位于锥形脱水试样瓶(25)外侧，光学传感器(30)和高亮LED(29)实现脱水过程的可视化监测，同时，光学传感器(30)和高亮LED(29)组合实现对脱水过程中水位位置(41)高度的确定，光学传感器(30)吸收到高亮LED(29)透过分离水相的光，将光信号转化为接收到的水位位置(41)高度，反馈给PLC程序控制器(7)。

2.根据权利要求1所述的优化脉冲电场原油脱水参数的方法，其特征在于：所述的振荡控温及水位监测模块包括所述锥形槽式铝浴加热控温体(24)、加热单元(23)、所述减速电机(26)、所述高亮LED(29)和所述光学传感器(30)；加热箱(2)自下而上分别为电机室、摇杆振荡区、加热室，加热箱(2)和加热室金属外壳之间采用可摆动的中空滚动轴承连接，加热室中心为锥形槽式铝浴加热控温体，加热室与锥形槽式铝浴加热控温体之间填充玻璃纤维保温材料(33)，锥形槽式铝浴加热控温体利用红外电阻丝和温度传感器作为加热单元连接至加热控制电路(9)；摇杆振荡区的一根摇杆上端连接加热室，下端连接固定在减速电机传动轴(27)的曲柄卡槽(28)。

3.根据权利要求2所述的优化脉冲电场原油脱水参数的方法，其特征在于：所述的高亮LED(29)和光学传感器(30)均与锥形脱水试样瓶瓶壁相距5mm，并且高亮LED(29)的安装高度低于光学传感器(30)部位5mm，光学传感器(30)利用耐高温环氧树脂胶胶合黏结，高亮LED(29)通过可拆卸式螺丝固定。

4.根据权利要求3所述的优化脉冲电场原油脱水参数的方法，其特征在于：所述的黏结光学传感器(30)的条形槽壁下部直角边被做成30°的斜面，保证发出垂直于锥形母线方向的平行光最低点能反馈于光学传感器(30)上，实现可视化监测中对低水位高度的监测，保证水位位置高度读取的完整性；在锥形槽底部锥尖处，利用月牙形挡板(36)将高亮LED(29)和光学传感器(30)间隔于两侧，避免从锥形槽底部缝隙产生漏光。

5.根据权利要求4所述的优化脉冲电场原油脱水参数的方法，其特征在于：所述的加热室与摇杆连接点距离加热箱室外壳左侧及底部边缘均为10cm。

6.根据权利要求5所述的优化脉冲电场原油脱水参数的方法，其特征在于：所述的电极帽(20)的内电极接触点、外电极接触点之间用四氟绝缘层相隔开。

7.根据权利要求6所述的优化脉冲电场原油脱水参数的方法，其特征在于：所述的弹性内触极(17)、弹性外触极(18)的直径均为4mm，通过将锥形槽式铝浴加热控温体凸起6mm来定位，使弹性内触极(17)、弹性外触极(18)与同轴电极(16)的电极帽(20)内电极接触点、外电极接触点相对应。

8.根据权利要求7所述的优化脉冲电场原油脱水参数的方法，其特征在于：所述的同轴电极(16)的绝缘棒(22)距离锥形脱水试样瓶锥尖5mm。

9.根据权利要求8所述的优化脉冲电场原油脱水参数的方法，其特征在于：所述的加热室前后两矩形直角面为斜面，金属外壳与加热箱体前后壁面成60°，并在之间余出10mm间隙。