复合旋流器与静态旋流器性能对比研究

1．复合式旋流器结构组成及工作原理 （1）结构组成。复合式水力旋流器样机结构原理见图1。其主要构件由溢流腔1、空心驱动轴2、人口腔3、旋转栅4、溢流嘴5、静态旋流单体6、底座7、底流口8及电动机10等组成。电动机10可以驱动空心轴2进行旋转，从而使固定在空心轴上的旋转栅4转动。     

注聚采出水分离用动态水力旋流器特性研究

原有的地面工艺和设备已不能满足聚合物驱采出水分离的要求。采用自行研制的动态水力旋流器，在增压与不增压两种工艺流程下，分别进行了流量和转数对分离效率的影响、转数与压力降的关系，以及入口压力与处理量的关系等项试验研究。试验结果表明，与静态水力旋流器相比，动态水力旋流器的分离效率明显提高，一般可提高10％左右；压力损失显著降低，约可减少0．1MPa，足见可在低压下工作，易于实现无泵运行；无泵运行明显比有泵增压运行的分离效率高，但处理量会有所降低。将动态水力旋流器应用于聚合物驱产出水的油－水分离处理是完全可行的。     

气泡强化柱状水力旋流器结构优化研究

为促进国内气泡强化柱状水力旋流器工程化进程,在计算流体力学(CFD)数值模拟的基础上,运用响应曲面法对气泡强化柱状水力旋流器的结构进行了优化设计分析。优化设计后的气泡强化柱状水力旋流器最佳处理量为4~8 m3/h,此时分离效率可达95%以上,且溢流口和底流口的压力损失不高于0.36 MPa。与意大利萨伊博姆公司所研制的"3C"型柱状水力旋流器相比,在总体压降相当的情况下,优化设计后的柱状水力旋流器分离效率更高,工作稳定性更好;与常规切向入口水力旋流器相比,所设计的柱状水力旋流器在压力损失相近的情况下,单体处理量大幅度提高。优化设计后的柱状水力旋流器分离性能好,在液-液分离领域,特别是对空间要求较高场所具有广阔的市场应用前景,其优化设计成果也将对气泡强化柱状水力旋流器应用提供有力的理论支撑。     

新型三相分离器的压力特性

在新型的三相旋流分离器分离实验的基础上,对旋流器样机的气液分离效率和压力特性进行分析研究。实验发现,随着入口流量的增加,分离器的底流压降和溢流压降呈指数形式增大,当入口流量为2.0m3/h时,样机的运行情况良好,气体基本全由溢流口排出,底流出口看不到有明显的气体排出。在实验室条件下,分离器的压力损失处于0.1MPa以内,符合油田现场的使用要求。     

油-水分离用水力旋流器试验

用有机玻璃制成的试验用油-水分离水力旋流器（主直径D＝0．038m）是由旋流腔、大锥体段、小锥体段与圆柱段组成。在自行设计的试验台上进行了水力旋流器试验，试验用污水是用自来水加原油配制而成。入口污水含油浓度为400ppm，入口污水流量为1～6m3／h。试验结果表明，水力旋流器的压力降随入口流量的增加而增加（当入口流量增加到3m3／h，分离效率也随流量的增加而增加），当人口流量增加到5m3／h时，压力降达0．170MPa（分离效率可高达97％）；当分流比在2％～5％时，出口净化水的含油浓度可降至15ppm。     

螺旋增压式串联旋流器分离性能试验研究

基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)软件Fluent,以螺旋增压式串联旋流器为研究对象,采用Eularian-Eularian方法模拟,分析了不同处理量及分流比条件下旋流器的分离性能,并完成室内及井口分离性能试验设计,开展了旋流器分离性能试验研究。结果表明,处理量在2.4～7.2 m³/h变化时,旋流器的分离效率随着处理量的增大逐渐升高; 处理量大于4.8 m³/h时,分离效率增幅缓慢。分离效率随分流比的增大呈现出先增加后减小的趋势,得出最佳分流比为32%,最佳处理量为4.8 m³/h,试验结果与模拟结果吻合良好。     

NCN50×20除泥器的研制

NCN50×20除泥器由20个Φ50mm水力旋流器、进液管汇和溢流管汇等组成。设计制造中采用了新结构和新材料。试验表明,进液压力为0.4MPa时,可分离粒径7～10μm的固相,总处理量为109m~3/h,可满足钻井液固相控制和油田污水处理的要求。     

液-液水力旋流器的模拟试验

液-液水力旋流器是一种新型的油水分离器。主要是由旋流腔、收缩腔、尾维、尾管和溢流管组成，分离机理为离心沉降。用有机玻璃制成的液-液水力旋流器的模拟试验结果表明，其分离效率与污水中的含油浓度无关，而随进口流量的增大而增大；当液-液水力旋流器的几何结构确定以后，进口流量随进口压力增大而增大。用计算机仿真与用激光实测所得的水力旋流器内的流场分布基本吻合，故其可作为样机设计的理论指导。液-液水力旋流器具有分离效率高、处理量大、重量轻、占地面积小、无运动部件、维修费用低等优点、特别适用于海洋钻井平台和边远油田的污水处理。     

旋流环流式除砂器试验

旋流环流式除砂器突破了普通水力型液固水力旋流器的结构形式，即在其内部增设一个圆柱形筒体，液体（连续相）可由内筒底部旋转而上，直接从顶部溢流口排出。特点是：流动路程短，沿径向速度梯度小．设备压降低。现场工业试验表明，当设计流量为20m3／h，d50＝70μm，砂粒的平均粒径为117μm时，砂粒的级分离效率为97％，除砂器压降为0．06MPa。     

产出液预分离水力旋流器的机理及试验研究

根据油田生产需要,从试验分析出发,提出了水力旋流器的部分结构参数与操作参数之间的几个重要的关系式,进而研制开发了用于高含水油井产出液预分离的水力旋流器.并通过对其流场特性的分析发现,预分离水力旋流器的溢流口直径加大后,为提高预分离效率,必须将溢流管伸入旋流腔一定长度,同时操作参数也应控制合理.以此为依据试制出样机.油田现场试验证明,含水量在85%左右的油井产出液经预分离水力旋流器处理后,其溢流含水量完全可达到小于30%的指标,而底流水中含油也可降至1%左右,基本满足了处理后的水质指标要求,可在油田上推广应用.     

脱油型复合式水力旋流器设计及分离特性研究

1. Introduction Recently, the application of a vortex-separation technique is extending in oilfields. After oilfields step into the middle and high water-cut stages, the hydrocyclone plays a irreplaceable role in the pre-separation of produced fluid and t…     

涡流探测管对除油旋流器分离性能的影响

由室内模拟试验可知，在相同流量、相同入口和底流口压力、相同分流比条件下，带涡流探测管的旋流器溢流口压力高。采用具有一定粒度分布的油水乳液结合激光粒度仪和等动量取样系统的粒级效率测试方法，对有涡流探测管和无涡流探测管除油旋流器的粒级效率进行了测试。测试结果表明，对于不稳定乳液，有涡流探测管旋流器的分离效率比无涡流探测管旋流器的分离效率高；对于稳定乳液，两者的分离效率基本相同，油滴中粒径在１０～２５μｍ范围内，有涡流探测管旋流器的分离效率略高一些。两种旋流器的最佳分流比都是１５％，分割直径ｄ５０为１０μｍ，分离极限为３０μｍ。     

脱油型水力旋流器分离准数模型的建立

在分析影响脱油型水力族流器分离性能的结构参数、操作参数、物性参数和分离性能指标的基础上，利用相似理论推导出相似准数，结合逐步回归分析方法处理现场试验数据，建立了能反映脱油型水力旋流器分离性能的指标与其影响参数间的分离准数模型，统计检验结果表明，这组模型具有较高的精度。对模型分析后认为：除油效率主要受处理液含油浓度影响，其次受底流口压力与进口压力的比值pu／pi、雷诺准数的影响；分流比主要受pu／pi的影响，其次受溢流口直径和底流口直径影响；要提高旋流器的处理量，主要应增大旋流器的当量直径，但增大族流器的当量直径对提高除油效率却未必有利。该模型的建立对脱油型水力旋流器的参数优化及进一步研究提供了一种方法。     

钻井液除硫剂吸收硫化氢动态评价方法研究

针对现有钻井液中硫化氢吸收剂的室内评价效果与现场使用效果差异较大的问题,设计制作了钻井液吸收硫化氢动态模拟实验装置。实验确定了装置的工艺参数：钻井液配备量为80L,气体进口压力范围0.05MPa～0.5MPa,气液分离器操作液位为分离器锥体上部79cm～93cm、分离器锥体下部26cm～31cm,串联式尾气吸收装置吸收级数为5级,泵的出口排量为0m3/h～1.0m3/h,在此基础上动态评价了硫化氢吸收剂的吸收效果。结果表明：当硫化氢气侵钻井液速度为8g/min,钻井液循环时间为35min,硫化氢通入量在40g～280g时,含不同硫吸收剂的钻井液对硫化氢的平均吸收率为：1#为26%,2#为66%,3#为79%,4#为90%。     

新型井下轴流式入口旋流器分析及优选

在国内陆地油田井下油水分离同井注采技术应用中,常规井下旋流器由于径向尺寸较大而经常受到限制,影响分离效率。为此,研发了2种新型井下轴流式入口旋流器,在降低旋流器径向尺寸的基础上,提高旋流器的分离性能。在明确新型轴流式旋流器结构特点、分离机理后,通过数值模拟分析,利用油相体积分布云图阐明不同结构旋流器内油相分布特点,指出循环流对旋流器分离性能的影响。研究速度矢量变化特点,掌握轴流式入口结构的作用及流体分布规律,利用压力降曲线,明确能耗、压力损失的关系。模拟分析结果表明,导流叶片轴流式旋流器切向速度差值为1.2 m/s、轴向速度差值1.5 m/s,溢流压力仅为0.02 MPa,分离效率高、能耗低,为特高含水区块的经济性开发提供技术支持。     

气液比对压裂返排液旋流除砂器性能的影响

水力旋流器已被应用于压裂返排液除砂,为了提高其分离性能,基于Fluent软件模拟和实验,研究了不同入口气液比(GLR)下水力旋流器的空气柱直径、压力与速度分布及分离效率,总结了入口GLR对水力旋流器分离性能的影响规律,并确定了最佳入口GLR范围。研究结果表明:①物料不含气体时,底流口与溢流口负压区将外界气体吸入内流场形成空气柱,当物料中含有气体时,空气柱中绝大部分气体来自溢流口与底流口,并且最终通过溢流口排出;②随着气液比升高,壁面处压力、底流压差及溢流压差均呈现非线性增长的趋势;③随着气液比升高,切向速度增大,却减小了较小气液比(10%～20%)下的组合涡流场指数;④随着气液比升高,轴向速度不断增大,然而过高的气液比(GLR 40%)却增加了流场的不稳定性;⑤气液比的升高提高了水力旋流器的除砂效率并减小了切割粒径,当GLR 30%时组合涡流场指数较小且分离效率较低,GLR 40%时能量损耗较大,确定出最佳GLR区间介于30%～40%。结论认为,该研究成果可以为水力旋流器的优化设计提供参考。     

一种双叶轮动态旋流分离器的分离性能

采用数值模拟和实验相结合的方法,对研发的双叶轮动态旋流分离器性能进行系统研究。结果表明,随着涡板叶轮转速提高,装置分离效率逐渐增大,趋势逐渐平缓,最高效率可达97%以上;但是功耗会随着转速的提高呈指数增加,实验工况下推荐2100 r/min为最佳转速;涡板叶轮转速不变时,流量变化对腔体内部切向速度影响较小,使得处理量在50%~117%范围波动时,该水力旋流器都能保持较高的分离效率,效率变化在1%以内。研发的双叶轮动态旋流分离器具有分离效率高,抗流量波动能力强等特点,是一种高效的固 液分离技术。目前,相关技术装备已在我国南海文昌海上平台获得应用,效果良好。