高含水原油对水力旋流器预分离性能的影响

简述了高含水原油经水力旋流器分离时出现乳化的原因, 讨论了影响水力旋流器高含水原油预分离性能指标, 并对影响高含水原油预分离性能的重要参数———旋流器入口流量、分流比、压降和溢流口直径等分别进行了试验。试验结果表明, 当水力旋流器的流量、分流比和压降比控制在一定范围内时, 选择适当溢流口直径才能同时提高分离效率和脱水效率, 使高含水原油预分离后溢流的含油浓度满足生产要求, 底流口污水的含油浓度也满足后续除油工艺要求。     

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。     

原油预分水旋流器的机理及试验研究

通过试验和机理研究,分析了原油预分水旋流器的除水分离能力。在胜利油田东辛采油厂辛二接转站对35mm,30mm和25mm原油预分水旋流器进行了现场试验。试验表明,原油预分水旋流器可以有效地分离游离水,而对乳化水基本没有分离能力;当溢流含水主要为乳化水时,其含水量与温度之间没有明显的函数关系。     

油水分离水力旋流器性能研究

对双锥形结构与单锥形结构的油水分离水力旋流器进行了试验。试验结果表明，油水分离水力旋流器的分离因素（即离心加速度）主要取决于进口流量和本体结构，而与底流阀开口和溢流口直径无关；但是，底流阀开度和溢流口直径是影响分流比的重要因素，分流比又是决定油水分离水力旋流器分离效率的重要因素之一。在一定流量下，为了达到高效率分离，最有效的办法就是选取合适的溢流口开度（或溢流口直径），通过调节底流阀开度控制分流比。     

水力旋流器内空气核形成过程研究

利用高速摄像技术对空气核的形成、发展和稳定过程进行了测试,以期为全面了解旋流器内流场特性及分离特性提供依据,也为进一步深入研究旋流器分离机理和优化结构设计提供试验依据。结果表明,旋流器内空气核在形成过程中,当锥角小时,底流口处出现消失现象,消失长度与进口流量有关;在贯通过程中,空气从溢流口被吸入,贯通后又从底流口被吸入;空气核尺寸、形状以及弯曲、扭曲的严重程度受旋流器锥角和操作参数的影响较大。为了减小空气核对流场和颗粒分离的影响,旋流器结构与操作参数之间应有一相匹配的最佳操作参数。     

脱油型动态水力旋流器操作参数的试验研究--压力、压差及压降比的试验测定与分析

研究了油水分离用动态水力旋流器流量、转速及分流比等与压力的关系，同时对压力、压差、压降比进行了试验测定与分析。通过旋转的有机玻璃壳体观察，发现底流必须有一定的背压，底流压力与溢流压力有适当的压差关系时才会获得较好的分离效果。试验表明，旋流器正常运行时，必须使入口压力、底流压力与溢流压力之间获得较好的分配关系。     

双锥脱油旋流分离器流量和压力特性试验

用35mm双锥脱油旋流分离器进行试验，重点在有溢流和无溢流情况下研究了液－液旋流器的流量、压力和分流比之间的关系。揭示了不同情况下流量、压力和分流比的变化规律，发现双锥旋流器和单锥旋流器的压降与进口流量的关系和分流比与压降比的关系一样是唯一的；当底流出口背压一定时，溢流流量与进口流量之间成线性关系。     

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。     

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。     

预分水旋流器的现场试验及评价指标分析

介绍了液 -液旋流分离器的操作参数、分离性能、能耗等技术指标 ,对其性能评价指标做了分析。在实践和理论分析的基础上 ,提出了高含水原油预分离旋流器分离性能的评价指标、能量消耗计算方法及综合性能评价指标。通过在辛二站的现场试验 ,研究了旋流器的压差 -流量关系、分流比 -压差比关系和处理效果与进口流量、分流比的关系 ,以及综合评价指标与进口流量的关系。由试验看出 ,在较大的流量范围内 ,进口流量对高含水预分离旋流器的分离性能影响不大 ,但分流比对分离性能的影响明显 ,应对分流比严格控制。旋流器的压降与进口流量的平方成正比 ,体积能耗随流量的增加而增大 ,因此综合评价指标随流量的增大而减小。为了在较低能耗下获得较好分离效果 ,应使旋流器在较小进口流量下工作。     

井下双级串联式水力旋流器数值模拟与实验

利用Euler-Euler法与大涡模拟相结合对井下双级串联式水力旋流器的分流特性和分离特性进行研究,并与实际实验结果相对比。结果表明：入口流量由20 m³/d增加到60 m³/d时,总分流比的范围逐渐变大,且第一、二级水力旋流器的溢流口流量之比与总分流比的变化关系是函数关系;在一定范围内,底流含油质量浓度随着入口流量的增大先减小后增大,随着总分流比的增大先减小后增大;入口流量为25~50 m³/d且总分流比为0.28~0.75时,底流含油质量分数不大于200×10^-6;数值模拟预报的分流特性与实验结果一致,预报的分离特性与实验结果存在一定差异。该模拟解决了文献[23]提出的监测模型难以用于配带双级串联式水力旋流器井下油水分离系统工况诊断的问题,并给出了井下工况调节时总分流比的推荐范围,从而可以为现场应用提供一定指导。     

含油污水除油用旋流器的研究

为提高含油污水的油水分离效率 ,用油水混合物作为试验物料 ,通过析因试验 ,研究了旋流器用于含油污水除油的分离性能。探讨了溢流分率、溢流口直径、进料浓度、入口直径、尾管长度、进料流量及温度等对旋流器分离性能的影响。结果表明 ,上述参数均存在最佳结构尺寸和操作条件。在压力降为 0 3～ 0 5MPa时 ,旋流器的油水分离效率可达 99% ,即可将含油污水的含油量从 1 0 0 0ppm降到 1 0ppm。所得结果可用于指导含油污水除油用旋流器的设计和操作     

高含水采出液T形管分离器的流场数值模拟

传统的油田集输工艺损耗能量大,运行成本高。鉴于此,基于Fluent数值模拟软件,采用RNG k-ε湍流模型和欧拉多相流模型对T形管分离器的流场特性以及油水分离过程展开研究。研究结果表明:油水两相速度分布规律基本相同,在主管中沿流动方向速度逐渐降低,分支管中速度最大,水相在主管顶部区域速度较小,在汇管中上述分布趋势更加明显;湍流在分支管和主管连接处、分支管和汇管连接处以及汇管上游较为剧烈,油水发生强烈掺混;入口流速对油水分离过程的影响较大,流速越大,流体的停留时间越短,分流扰动后恢复为分层流更加困难;流速越大,油水剪切作用增强,油滴更均匀分散在水中,混合层携带更多的油相,故操作中需要确定最佳流速;随着含油体积分数增大,混合层厚度增加,最终分离效率呈现先缓慢增加,后逐渐下降的趋势;分流比较低时,汇管主要流出底层水,分离效率较低;随着分流比增大,汇管的流量增大,油水间扰动增强,流体流经汇管携带了部分混合层流体,分离效果明显提升;但分流比继续增大,混合层全部流入汇管后,油层开始流入汇管,此时分离效率随着分流比的增大呈线性降低。基于研究结果,最优操作参数为:入口流速0.10~0.30 m/s,入口含油体积分数5%~9%,分流比0.5~0.7。研究结果为油水分离提供了新思路,可为探究高效分离效果的设备结构设计和优化提供参考。     

油水预分离设备的模拟设计及优化

目的 石油开采及运输过程中产生的含油污水中大多含有泥-砂等固体颗粒,为了提高油、水、砂混合液的分离速率,设计了一种一体化的油、水、砂预分离设备,并对其进行实际能力测试。方法 基于正交试验使用数值模拟方法对设备的旋流油水分离单元进行了结构参数优化,并探究了最佳操作条件,通过实例验证模拟的结果是否准确、设计的设备尺寸是否可行。结果 通过正交试验模拟优化出的旋流器主直径为66.5 mm,溢流口直径为4.6 mm,底流口直径为14 mm,大锥角为20°。在该尺寸下进行了最佳操作条件的探究,当油相体积分数为10%时：模拟得到最佳入口流速为15 m/s,溢流分流比为15%,除油效率为83.1%;实例试验的最佳入口流速为15 m/s,溢流分流比在15%～20%之间,除油效率为79%。结论 数值模拟的结果与实验结果基本一致,优化的设备能够满足油水分离预处理的要求,具有良好的应用前景。     

一种旋流+膜联合油水分离器流场数值模拟

相对于单原理油水分离方法而言,利用旋流+膜联合原理进行油水分离是一种新的油水分离方式。为提高井下油水分离性能,探讨一种联合原理的油水分离器。建立旋流+膜联合油水分离器的物理数学模型,并用数值模拟的方法计算其中的流场分布规律,针对不同分流比、入口流速和入口含油体积分数对其性能进行系统研究。结果表明：分流比的变化影响第一级和第二级出油口相汇流动规律,应用时应进行性能核算从而保证两级分离的效果;随着入口流速的增大,旋流+膜分离性能逐渐更优,若流速过低,则旋流+膜分离性能较差;随着入口含油体积分数增大,旋流所分离的油相占比减小,留给膜分离的油相占比增大,即含油体积分数较大时,旋流+膜联合油水分离的应用更有必要。     

测定除油旋流器粒级效率的多元回归法

粒级效率是评价除油旋流器分离性能的重要指标,由于油滴对剪切非常敏感,不能采用固液分离所用的粒级效率测量方法。通过介绍固液分离中粒级效率测量方法,提出了采用具有不同中粒径油滴测量除油旋流器粒级效率的方法。根据粒级效率的定义,推导出除油水力旋流器总分离效率和入口油滴粒度分布的函数关系式,利用该式进行多元线性回归,可以求得除油旋流器的粒级效率曲线。通过对公称直径25mm无涡流探测管旋流器测试结果的具体分析,表明该方法的回归线性程度较好。     

Hydrocyclones for De-oiling Applications—A Review

Abstract

The de-oiling hydrocyclone is a device for liquid–liquid separation and production water cleanup. Significant progress has been made in the development of such a device since its first introduction and use in the late 1970s. The present article is a literature review of development and research work performed so far on de-oiling hydrocyclones. It reviews the performance parameters affecting the de-oiling hydrocyclone operation; namely, the inlet oil concentration and drop size distribution, the turn-down ratio, the pressure drop ratio, the flow split, and the geometrical parameters. The article addresses work done to elucidate the internal flow structure and performance of de-oiling hydrocylones in both experimental and computational fluid dynamics areas. Challenges and remaining research issues are also identified.     

水力旋流器能量耗散特性实验研究

对直径为35mm的除油水力旋流器能量耗散与分流比的关系进行了实验研究。当改变溢流孔径和入口流量时,只要分流比控制在0～25%,旋流器的能量耗散在不同入口流量下都能保持与入口流量相应的常数值。