井下水力旋流油水分离器的研制与性能试验

井下水力旋流油水分离器是井下油水分离系统的核心部件。在借鉴传统静态水力旋流器结构形式和前期系列实验研究的基础上,给出了一种新型井下水力旋流油水分离器结构参数的确定方法;针对试制的样机,通过室内模拟试验,验证了井下水力旋流油水分离器的分离效率。试验数据表明,该分离器分离效果较好,能够满足井下油水分离的要求,为今后井下油水分离器的结构设计及进一步的系统开发提供了一定的理论依据和技术支持。     

有杆泵井下油水旋流分离效率影响因素

对高含水生产井存在的问题,应用井下油水旋流分离与回注技术可降低生产成本。由双液流泵、油水旋流分离器和原油提升泵组成的有杆泵井下油水旋流分离系统在现场试验中取得了显著效果。分析现场试验数据发现,溢流管直径和不连续流是影响有杆泵井下油水旋流分离性能的重要因素。实验结果表明,旋流分离器最佳溢流管直径要与分流比和入口含油浓度相匹配;不连续流引起分离效率的下降率不超过0.5%,且下降率随着分流比与入口含油浓度比值的增加而减小。     

井下油水旋流分离器

井下油水旋流分离器一般由圆筒旋流器、同心缩径段、细锥段和平行尾段四部分组成。单级水力旋流难以实现彻底分离,多级组合可以提高分离效率或处理流量。在井下油水分离器的底部或顶部安装电动潜油泵,将从井底采出的液体送入井下油水分离器分离,特别适用于埋藏深的高产油藏。     

特高含水下双锥型旋流分离器内油水两相流流动特性研究

同井注采是一种经济有效地开发特高含水期老油田的工艺。油水分离是同井注采的关键技术,其效果取决于旋流分离器内油水两相流流动特性。当含水率高达95%以后,油水分离情况愈加复杂。为获得特高含水工况下旋流分离器内油水两相流流动特性,对双锥型旋流分离器油-水分离过程进行了数值模拟,得到了旋流分离器内油水两相流速度分布规律和各相体积分数分布情况,并根据溢流口结构参数变化对旋流分离器进一步优化。该研究为特高含水老油田同井注采井旋流分离器的设计和优化提供了理论指导。     

井下油水分离系统及往复式双液流泵设计

井下油水分离系统由双液流泵、旋流分离器和原油提升泵三大部分组成。工作时 ,利用双液流泵和旋流分离器将井下产出的高含水原油增压后经旋流分离 ,含油浓度极低的水相介质被直接注入注水层 ,经旋流分离器浓缩后的原油相介质经原油提升泵采出地面。在分析井下油水分离系统工作原理的基础上 ,介绍了双液流泵的结构设计 ,泵流量的理论计算公式 ,并给出了双液流泵单向阀阀球的运动微分方程。试制的井下油水分离系统在辽河石油勘探局曙光、兴隆台和金马等采油厂的现场试验中 ,收到了显著的降水稳油效果。     

井下油水分离系统设计及参数敏感性分析

井下油水分离技术选井条件苛刻,系统设计复杂,在应用过程中受到很大限制。针对井下油水分离系统的设计方法展开研究,介绍了该系统的工作原理和系统构成,在分析各子系统流动规律以及子系统间协调规律的基础上,采用节点分析方法,建立了电潜泵井下油水分离系统的设计模型并给出了计算实例。对主要影响参数进行敏感性分析,结果表明,旋流分离器起到分配能量的作用,是系统协调工作的核心,同时地层产液量、注水启动压力、吸水指数对设计结果有较大的影响。该模型的建立为井下油水分离技术的现场实施提供了可靠的设计依据。     

油水旋流分离器流场模拟分析与研究

采用流场模拟方法研究了油水混合物在旋流分离器中的流动状况,湍流模型采用多相流中湍流Reynold应力输运方程模型(DSM),基本方程的离散和求解采用SIMPLEC算法。利用计算流体动力学(CFD)分析程序,对油水旋流分离器进行了计算与分析。结果表明:模拟流场的特征与理论描述和物理实验所得到的特征一致,并定量分析了流量对压降、流体粒径对分离效率的影响及其应对措施。所用方法为深入揭示旋流分离器中油水的分离规律提供了有效手段,可用于预测和分析旋流分离器的分离性能,结构优化及揭示特性参数影响旋流分离器性能的规律。     

轴流式气液旋流分离器分离性能试验研究

操作参数和结构参数对轴流式气液旋流分离器的分离性能具有较大影响,试验考察了体积流量、入口含液质量浓度以及柱段长度等参数对分离器分离性能的影响,找出了其影响规律和特点,并进行了初步的理论分析。研究结果为该类型气液旋流分离器的优化设计提供了依据。     

井下气液分离器中流体速度场的运动分析

井下气液分离器是采气工艺新技术－－井下气液分离与产出水直接回注技术的专用设备。目前,在国外研究采用气液旋流分离器和螺旋分离器作为井下气液分离系统的主体。介绍了井下气液分离的基本原理,重点分析了流体在旋流式气液分离器中速度场的变化,以及气相和上的流动状态。通过流体的运动模型,分别描述了流体的切向速度、轴向速度和径向速度的分布,认为气液在旋流分离器内流体的流动业一种特殊的三维椭圆形强旋转湍流动力,切向     

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。     

井下油气水力旋流分离器结构优化与数值模拟

用数值模拟方法对井下油气水力旋流分离器内的气液分离两相流场进行了研究,通过数值模拟得到流场分布规律符合已知的旋流器流场分布规律。将数值计算与室内模拟试验的分离效率进行了对比,结果表明用数值模拟的方法进行流场研究是可靠的。将油气水力旋流分离器的主要结构及操作参数对分离性能的影响进行了模拟,结果表明水力旋流器经过优化设计可以进行井下油气分离,且分离效果较好。所采用的数学模型及模拟方法为井下水力旋流油气分离器进一步优化结构、提高分离效率提供了一条有效途径。     

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。     

液-液分离旋流器结构选型计算

在前期对液-液旋流分离器流量压降特性实验研究的基础上,分析了结构参数、操作参数及物性参数对液-液旋流分离效率的影响;提出了液-液旋流分离器结构设计的设计方法和设计步骤,认为建立性能优良的旋流器模型数据库,是选型设计的基础和前提。     

井下油水分离系统优化设计

用倒置的电潜泵配合水力旋流分离器进行生产时,要使油井高效、稳定地生产,就必须在生产系统设计时保证电潜泵和旋流分离器及地层的供液能力相协调。针对油田进入高含水期所暴露出的问题,提出了井下油水分离技术,从油水分离系统的压力和流量协调关系入手,采用节点分析方法对电潜泵生产系统进行优化设计,并以桩西油田桩113-6井为例进行了实例设计。分析与计算表明,各参数选取合适,能够达到油田生产的要求,是一种较为合理的设计方案。     

液液旋流分离器内流动偏心现象的试验研究

旋流分离器中空气柱(旋流中心)溢流端偏心反映了旋流分离器内流动的不对称性。通过试验研究表明，旋流分离器的操作参数对溢流端旋流中心的偏移的影响并不显著，而主要决定于旋流分离器的输入结构形式，随输入结构形式不对称性的增加，流动偏心的程度也在增加。揭示了液液(除油型)旋流分离器内流动不对称性对分离效率的影响，这对进一步提高旋流分离器分离效率具有重要的指导意义。     

轴流式旋流油水分离器分离性能影响研究

轴流式旋流油水分离器具有结构紧凑和性能稳定等优点。为了得到各参数对其分离性能影响的规律,利用数值试验方法对影响其性能的因素进行了较为系统的分析研究。研究结果表明:长径比在9左右,出水口切向开设较优,油相密度在950 kg/m~3以内、油相平均粒径大于0.10 mm时,分离器分离性能较优,而出水筒大小对分离器分离性能影响不大。切向开设的出水口既能节省径向空间,又能够降低油水分离后的水中含油体积分数,在设计井下油水分离器时,出水管与外筒相切开设,相切的方向与螺旋流动的旋向一致。上述各参数对分离性能影响的大小排列为:油相粒径油相密度长径比出水口开设方式出水筒直径大小。研究结果可为油水分离器的设计及应用提供指导。     

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。     

井底油水分离与产出水的回注

油气水旋流分离为生产层附近井下流体分离提供了新的可能性，从而在更为有利的条件下简化了公离过程。本文提出带有井下油水分离器的另一种可供选择的完井形式。并讨论了井下公离器的投资与性能，还评价了井下分离器对井下流动状况和油藏动态的影响。假定油藏中存在着水锥，我们研究了此项新技术对油藏动态潜在的影响。在油水界面的上、下进行双段完井，在含水层内进行水的回注，我们对这两者引起的油藏动态与常规锥进进行了比较。我们研究的结果表明。因双重完井的作用，油水界面保持平衡是可能的。由于产出水回注远离生产层段，产出水仍然保持着驱替功能。因外源水补充了产出水的回注。增强了水的驱替能力，可以获得很高的采收率。进行井下油水分离，可以减少管线中有毒化学剂的使用，对这个问题也进行了简要的讨论。     

油水两相旋流分离试验

以油水为工质进行了液－液两相旋流分离的试验，研制了一种高效的油水旋流分离器。研究了流量、回流率、入口含油浓度、油的乳化等因素对分离效率的影响。试验发现旋流压降与流量成指数关系。对旋流分离过程中油粒破碎的机理进行了分析讨论，分析表明当修正韦伯数大于１２时，油料发生破碎。     

2种结构油水旋流分离器流场数值模拟研究

采用雷诺应力模型(DSM)和SIMPLEC算法,对筒锥型和圆筒型油水旋流分离器的内部流场进行了数值模拟计算,得到这2种结构旋流分离器的内部切向速度和轴向速度分布。分析研究得出如下结论:(1)数值模拟计算值与实验值存在少许差异,但两者非常接近,数值模拟可为旋流分离器结构研究提供可靠依据;(2)筒锥型和圆筒型旋流分离器零轴向速度皆位于r=(0.3~0.35)D处,而筒锥型旋流分离器z=218mm处,流动分成上、下2部分;(3)圆筒型旋流分离器没有筒锥型旋流分离器的分离空间,靠近底流口的切向速度仍较高,使流体中的颗粒绕轴心旋转不易流入轴心处分离。