管式静电旋流分离器的设计及内部流场研究

静电聚结与旋流分离相结合可以提高油水乳化液的分离效率,有效减少油水分离设备的占地面积。但现有静电聚结旋流分离器方面的研究文献均未关注水出口的含油量,同时缺少对分离器的具体结构参数设计。为此,提出了一种新型结构的管式静电旋流分离器。该分离器采用切向入口+等螺距螺旋叶片+向前型母线椭圆形叶片的多次起旋结构;依据油水乳化液中分散相粒径值和原紧凑型静电聚结器达到一定聚结效果的电场停留时间,初步确定了分离器的主体结构尺寸;在此基础上对简化后主体流道的内部流场进行了CFD数值模拟,分析了起旋叶片级数、分流比、入口流量及分散相水滴粒径对分离性能的影响。研究结果表明:对于含水体积分数为30%的油水乳化液,当分散相粒径为150μm、流量为4. 5 m3/h、分流比为0. 1时,分离器水出口含油体积分数小于0. 1%,分离效率达99. 3%。管式静电旋流分离器可多次发挥静电聚结和旋流分离的作用,大幅提高分离性能,实现水出口含油量和油出口含水量的双向指标控制。     

重力式油水分离器的分离特性研究

利用重力式分离模拟试验系统,以白油和水作为工作介质,分析了6个取样口和油出口、水出口的油水分离效果,进而研究了卧式油水分离器的分离特性和流动规律。研究表明:①分离器内存在一个最佳的油水界面位置,在该位置油层中的水滴分离效果最好,油相粘度是决定该位置的重要参数;②油层厚度相同时,入口含油浓度越小,油相需要的停留时间越少,分离效率就越高,水相的分离效率与入口含油浓度无直接关系;③无内部构件的分离器底部流场存在剧烈的涡流,严重影响油水分离特性,须添加整流和聚结构件,改善分离器内部流场,促进小液滴的聚结合并,以提高油水分离效率。     

采出液温度对油水旋流分离器内流场及分离性能的影响

为探究油田采出液温度对油水分离旋流分离器(简称旋流器)性能的影响,采用数值模拟与试验验证相结合的方法,研究不同温度下旋流器分离流场内的流动参数、油相分布、油水分离效率的变化规律。结果表明：随着采出液温度升高,分离流场中油水混合物的切向速度、压力、湍动能以及油滴粒子的径向沉降速度均增大,旋流器的分离性能提高;随着采出液温度升高,旋流器轴心处油水混合物中油相体积分数提高13.97百分点,油相体积分布非均匀度降至80%以下,油芯平均直径减小0.16 mm,轴心处的油相富集程度提高,分布均匀;当采出液温度高于70 ℃时,旋流器分离效率达99%以上。     

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。     

地面旋流油水分离器分离效率试验研究

为了研究旋流油水分离器的影响因素,优化其关键结构尺寸,获得最佳使用工况,开展了旋流分离器的油水分离试验。研究结果表明:随着进液口直径的增大,分离效率先增大后减小,圆锥段角度表现出同样的规律。随着排油口直径的增大,分离效率逐渐减小,圆柱段长度则表现出相反的规律。随着工作压力的增大,分离效率先迅速增大后相对稳定,最后迅速降低。随着排量的增加,分离效率先基本稳定在最优值而后骤降。随着油水比和原油黏度的增大,分离效率呈现出先缓慢下降而后迅速下降的规律。在本试验条件下,旋流油水分离器最优的结构参数组合为进液口直径12 mm,排油口直径3 mm,圆锥段角度11°,圆柱段长度70 mm。优化后的旋流油水分离器的最佳工作压力为1.5～4.0 MPa,日处理量控制在45 m³以内,适用于油水比低于20%、原油黏度低于40 mPa·s的工况。研究结果可指导地面旋流油水分离器的设计及现场应用。     

新型静电聚结脱水技术在分离器中的应用

针对海上某油田井液含水高、乳化严重、性质复杂,常规油水分离器分离效果下降,导致分离设备尺寸增大和数量增多,造成平台或处理系统的造价和运行能耗大等问题,采用新型静电聚结脱水技术,将其与常规分离技术相结合,在保留常规分离器功能的基础上,增加静电聚结相关设施,提高分离器分离效率。该技术在实际应用中表明,增加静电聚结设施后,处理含水质量分数30%～40%的原油,分离器出口原油含水质量分数约1%,排水含油质量浓度下降至100 mg/L。     

电场强化型卧式油水分离器性能试验研究

基于自主搭建的电场破乳协同型油水分离器室内试验样机,针对由10号白油和超纯水配制的W/O型模拟乳化液,开展高频/高压脉冲交流电场作用下的破乳脱水动态试验研究。首先借助FBRM粒径分析测量仪和乳化液稳定性分析仪进行模拟乳化液的稳定性评价,然后采用离心法和卡尔费休法进行油水分离器脱水性能评价,探究电场参数(电压、频率、占空比)和工况参数(电场作用时间、水力停留时间)等因素对乳化液电场破乳脱水效果的影响规律。试验结果表明：2种评价方法都可用于乳化液含水体积分数测定,但是应用场合需要根据乳化液乳化程度而定;合适的电场参数和操作参数对保证电场破乳协同型卧式油水分离器的破乳脱水效果至关重要,对于所配制含水体积分数为20%的W/O型乳化液而言,最优电场参数为电压峰-峰值2.7 kV、频率4 kHz、占空比10%,水力停留时间为20 min,此时分离器油出口样品的含水体积分数能够降低至3.5%。研究结果可为电场破乳协同型三相分离器的工程放大设计及结构改进提供参考。     

内置静电聚结构件油水分离器液滴聚结特性

为了提高含聚结构件油水分离器分离效率,针对容器内置式静电聚结构件进行研究,通过粒径的变化和分离器油出口含水变化来评价静电聚结效果。在油水分离器内安装单板绝缘电极,改变含水率、流量和电压,确定聚结板的分离特性。评价结果表明:电场强度对聚结设备分离效率有重要影响,提高电场强度,可以有效提高液滴聚并速率;含水率对原油乳状液的黏度、初始粒径分布和介电常数有重要影响;随着流量降低,分离器中水滴沉降时间延长,油水分离效率提高。     

采出液含砂对轴入倒锥式水力旋流器性能的影响

为研究井下旋流器在含砂工况下的应用并得到最佳分离效果,基于计算流体动力学方法,采用雷诺应力模型,以轴入倒锥式水力旋流器为研究对象,开展采出液含砂对旋流器的流场特性及分离性能影响的数值模拟分析,分析了含砂体积分数的变化对旋流器速度场、压力场、浓度场及分离效率的影响并开展了试验验证。研究结果表明:随着含砂体积分数的逐渐增加,旋流器的油水分离效率呈现出先增大后减小的趋势;在含砂体积分数小于1. 0%时,分离效率随着含砂体积分数的增加而增大;在含砂体积分数为1. 0%时,分离效率达到最大值98. 74%;随着含砂体积分数的继续增加,分离效率随之逐渐降低,在含砂体积分数达到7. 0%时,旋流器分离效率降低到97. 01%。研究结果可为油水分离水力旋流器的现场应用提供参考。     

一种新型导叶式油水分离器

油井开采后期,含水率越来越高,对井下油水分离器提出了更高的要求。现阶段的离心式油水分离器分离效率并不理想,为进一步提高分离效率,提出了一种新型导叶式油水分离器。该分离器利用放置在流道内的叶轮部件,在分离器内形成旋转流场,在离心力的作用下,轻质油聚集在管道中心形成油芯,重质流体靠近壁面,通过引出口将油芯排出,从而达到离心分离的目的。采用可视化的试验方法,借助高速摄像机,以水和白油为工作介质,研究了叶片入口角度为40°、45°和55°时,不同流速和水相出口压力对分离段内油水运动轨迹和分离效率的影响。试验结果表明:叶片出口角度55°时的分离效果优于40°和45°;在含油率一定的情况下,流速低于1.17m/s时分离器有较高的分离效率,当流速超过1.17 m/s时,水相出口含油率显著增加;在高流速下,提高分离器水相出口压力能够明显提高分离效率。研究结果可为油水分离器的进一步优化设计提供参考。     

T形多分支管油水流动与分离特性影响因素研究

T形多分支管依据油水的密度差异进行油水分离,具有集约、连续、经济等优点。对T形多分支管中的流速及相分布进行数值模拟,结果表明:较大的混合流速不利于油、水在分支管间的稳定沉降,分离效率随着混合流速的增大而减小;分离效率与分流比有关,在与入口含油体积分数对等的分流比(即含油体积分数为40%时,分流比为4∶6)窄区间,具有较高的分离效率。为了保证T形多分支管后续的污水处理工艺能够顺利实施,推荐油水出口分流比要略大于理论分流比。分支管数目的增多,可以多元化改变分支管内的油水流动方向,为油、水提供更多的分流通道,促进循环及分离。     

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。     

油水分离器结构优化的流体力学研究

传统的卧式油水分离器通常由大型的罐体构成,如何减小分离设备的体积以减少资金消耗,提高分离效率一直是人们研究的重点.在研究中逐渐认识到,设备的内构件对流场的运动行为及分离效率都具有显著影响.在现场试验的基础上,通过流体力学计算,研究设备各个内构件与流场分布之间的关系,从而得到优化方案,可为设计分散相在连续相中聚结分离所需的流场条件提供必须的参数,为油水分离器的合理设计提供一种科学可行的手段.     

基于CFD-PBM模型的井下油水旋流分离器结构优选

针对高含水低产量稠油井井下油水分离和同井回注技术，设计了小直径井下油水旋流分离器。基于CFD-PBM耦合模型，对旋流器内液液两相流动规律和油滴破碎机理进行了数值模拟，采用正交试验方法，对旋流器关键结构参数进行了优选，并对优选后的结构进行了处理量变化和油相黏度变化对旋流器分离性能影响的研究。研究结果表明：对旋流分离器溢流口质量效率影响的主要因素由大到小依次为小锥段锥角、溢流管直径、大锥段锥角和尾管长度。处理量变化对旋流器分离性能影响较大，随着处理量增大，油滴破碎概率增加，油水分离效率呈先增大后减小的趋势；油相黏度在40～160 mPa·s范围内，黏度变化对分离性能影响不大，但黏度超过160 mPa·s后，旋流器分离效率快速下降。研究成果可为碳酸盐岩缝洞型油藏开展稠油井井下同井注采工艺提供技术支撑。     

离心分离在油气工业的应用日渐广泛

通过离心方式增加重力可以大大提高相分离的效率,从而减小分离器的尺寸,降低设备投资,离心分离已逐渐成为气液分离、油水分离的新技术趋势,相关的专利技术设施不断涌现。本文将介绍几种离心分离设施的原理、特点及应用。     

油水重力分离数学模型

根据分离器中的流场分布特点,提出了油水重务分离的塞流,横混和返混模型,并导出了相应的效率计算公式,通过对临界粒径的分析,揭示了分离效果,设备结构,工况条件和介质特性之间的内在联系,建立了油水重力分离的效率计算模型和设备计算模型。结果表明,３种分离模型中,塞流模型的技术经济特性最好,应成为重力式油水分离设备的优选模型。     

重力式油水分离器内部构件对流动特性的影响

通过数值模拟,研究了在油水分离器内放置不同构件(稳流构件以及3种入口构件)对分离器流场特性的影响.结果表明,加入不同的入口构件对分离器内初始流场影响亦不相同,但能更有效缓冲入口流体对初始流场的冲击.加入稳流构件后,能明显减小并抑制流场内部旋涡和返混,使分离器内部流场更接近柱塞流动,有利于油水两相的分离.因此,合理的内部构件可有效地提高油水分离器的分离效率.     

含砂稠油卧式分离器数值模拟

目前对分离器的数值研究较广泛,但多是对不同构件下的流场模拟研究,缺少分析含砂稠油卧式分离器中颗粒的沉积率对分离器分离效率的影响.鉴于此,针对含砂稠油卧式分离器中油、水、砂的分离情况,建立卧式分离器的三维流场模型,数值模拟得到了分离器内的砂粒运动轨迹、油水分布情况及不同粒径的砂粒质量分数变化;分析了不同入口速度、稠油黏度...     

离心-脉冲电场耦合破乳试验研究

通过油包水(W/O)型乳状液破乳分离的试验研究,分析电场以及离心场对于破乳分离效果的影响规律,获得破乳分离试验的最佳参数,为连续性试验研究提供依据。采用自行设计的离心-脉冲电场联合破乳试验装置,以5#白油与超纯水配制的含水率为10%的W/O型油水乳化液为研究对象,进行高频/高压与离心场耦合作用下的电脱水试验。确定出了最佳破乳参数:电场电压4 500V,电场频率2 000Hz,离心转鼓转速300r/min。     

物理聚结构件对水包油乳化物分离特性研究

利用重力式油水分离模拟试验装置,以柴油和水为试验介质,通过分析入口和油出口、水出口的油水分离效果以及液滴粒径的分离效率,研究了7种物理聚结构件对油包水乳化物的分离特性。研究结果表明,对于水包油型乳状液,亲油性聚结填料的油水分离效果要优于亲水性聚结填料,表面粗糙的亲油性聚结填料油水分离效果要优于表面光滑的聚结填料;板间距越小,油水分离效果越好;粒径分析方法得到的结论与入口和油出口、水出口的油水分离效果所得到的结论一致,聚结构件能进行有效分离的粒径为20μm以上。