入口颗粒对旋流除砂器壁面磨损的影响研究

基于计算流体动力学方法,采用Fluent软件中的雷诺应力模型和颗粒随机轨道模型,选取旋流除砂器常见工作状态,数值模拟研究了颗粒入口速度在5～15 m/s、质量浓度在10～30 kg/m3变化时对旋流除砂器壁面磨损的影响,得到了旋流除砂器内壁磨损分布规律。模拟结果表明,旋流除砂器壁面磨损分布并不均匀,入口环形空间以及底流口附近磨损率较大。颗粒入口速度和质量浓度的变化对旋流除砂器壁面磨损整体分布影响较小,但入口速度的变化会改变各磨损区域内磨损最严重点的位置,入口环形空间壁面磨损位置变化最为明显,而颗粒质量浓度的变化则对壁面磨损最严重点的位置影响较小。颗粒入口速度和质量浓度的增大都会使旋流除砂器最大磨损率增大,入口速度对旋流除砂器最大磨损率的影响比质量浓度更大。     

水力旋流除砂器内液-固两相流动试验与数值模拟

海上油田注水工艺中,水力旋流除砂器除砂性能的好坏直接影响后续过滤器的正常运转。鉴于此,通过试验和数值模拟对TP-Ⅱ-250型水力旋流除砂器内液-固两相流动进行了研究。研究结果表明,RSM模型和DPM模型用于模拟液相湍流流动和固相流动具有很高的计算精度;压降随着进料流量的增加而增加,流体流动与壁面的摩擦以及短路流现象是造成压损的2个重要原因;切向速度和轴向速度是影响水力旋流除砂器颗粒分离的2个主要流速分量;TP-II-250型水力旋流除砂器能将70μm以上的颗粒全部捕集,并且颗粒粒径越小,越容易逃逸,但是对于微小颗粒而言,由于发生团聚和附着作用,其分离效率也能达到较高;除砂效率随着入口进料流量的增加呈现先增加后降低的趋势,进料流量范围为56~62 m3/h时,除砂效率最高。所得成果为水力旋流除砂器更好地应用于海上油田注水工艺提供了依据。     

固液分离水力旋流除砂器的数值模拟

利用CFD软件,采用雷诺应力模型分别计算了300型和250型水力旋流除砂器的内流场,得到了2种水力旋流除砂器的轴向、径向、切向速度及压强的分布曲线。通过对所得结果的分析,发现模拟结果基本符合旋流除砂器的运行规律。比较2种旋流除砂器的内流场,表明改进的300型水力旋流除砂器的结构及分离能力优于原来250型水力旋流除砂器,为水力旋流除砂器的优化设计和选型提供了可靠的设计依据。     

NCS250多功能旋流清洁器在中原油田的应用

针对钻井液处理系统中除砂器和除泥器的工作特点,对进液涡室和溢流管进行优化设计,并采用特殊设计的环流旁通管,研制成NCS250多功能旋流清洁器。它兼有除砂器和除泥器的功能,可完全除去钻井液中的砂粒,并部分除泥,从而减轻除泥器的载荷,提高其处理性能。8台多功能旋流清洁器的现场使用表明,其除砂效果好于常规除砂器,其分离的最小固相颗粒≥25μm,分离粒度25～74μm,并可除去部分污泥,是钻井液处理中的一种较为理想除砂设备。     

稠油旋流除砂影响因素

稠油携砂给地面生产设施及外输管道带来严重安全隐患,而稠油的高黏特性造成油砂分离困难。优化旋流器结构,探索旋流器高效除砂的进料条件范围对实现高黏稠油旋流除砂具有重要意义。为此,利用数值模拟方法,研究了不同稠油黏度、含水率和旋流器几何结构下的除砂率和压降。结果表明：油水混合液黏度对砂粒分离效率影响显著,远大于旋流器结构对除砂效果的影响;旋流器结构参数中的入口直径、溢流口直径、锥段长度对旋流场和除砂率影响最显著;控制分流比可减少油相从底流口流出,减少资源浪费,但在高黏低含水率条件下调控分流比才具有效果和意义。该研究结果可为稠油旋流除砂器结构优化和旋流除砂工艺设计提供借鉴。     

大处理液量在线除砂洗砂工艺

为减轻原油集输系统的“砂害”，研究出一种管道旋流除砂洗砂密闭工艺系统。主要除砂原理是采用涡旋离心与重力沉降相结合的分离原理。该系统主要是由分离器、除砂器、泵、污水池等组成。实际运行结果表明，平均除砂率76.7％，大于200μm砂粒的分离效率达到75％，大大减轻了采出液中含砂量大对原油集输系统的危害。并取得了很好的经济效益和社会效益。     

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。     

页岩气除砂器性能评价方法现场试验研究

页岩气生产井口气夹带较多砂粒,需要用除砂器对砂粒进行脱除以保证下游生产设备的安全,而目前尚缺乏成熟的除砂器运行效果评价方法。针对这一问题,将声学砂粒监测法和离线砂粒取样分析相结合,测试平均除砂效率和粒径15μm的砂粒脱除效率,形成了页岩气除砂器运行性能评价方法。声学监测数据与离线取样分析数据对比表明,声学法测试得到的除砂器效率误差在30%以内,该方法可为页岩气除砂器性能的评价以及日常生产管理提供参考。     

GQC300增强型除砂器研制及其应用

针对钻井液处理系统中除砂器和除泥器的工作特点,对旋流器、筛箱和整机进行了优化设计,并采用特殊设计的旁通管,研制成GQC300增强型除砂器。它兼有除砂器和除泥器的功能,可完全除去钻井液中的砂粒,并部分除泥,从而减轻除泥器、离心机的负荷,提高固控系统的整体处理水平。多口井的现场使用表明,其除砂效果好于常规除砂器,分离的固相颗粒粒度范围为25～74μm.是钻井液处理中的一种较为理想除砂设备。     

井下新型高效除砂装置流场模拟及工艺参数影响规律研究

目前国外已开始试用一种新型高效井下旋流除砂装置,而我国尚未有深入的研究。根据除砂装置内部的液固两相流场状态,选取DPM离散相模型,运用fluent软件对除砂装置内部流场进行模拟,而后研究了不同参数对内部流场的影响。结果表明,流体的黏性对除砂装置分离效率影响很大,在海上油田常用的9-5/8油管内,低黏性流体使用该装置效果较好,底板直径170 mm、入口宽度20 mm左右更有利于井下除砂装置的使用。     

旋流除砂器锥套磨损率的计算

在总结一般工业用水力旋流器工作过程和高分子材料磨粒侵蚀机理研究成果的基础上,建立了一套水力旋流器(旋流除砂器)锥套磨损率的准理论计算方法。计算结果与矿场实验实测值基本相符。此方法可用于预测锥套的使用寿命,对旋流除砂器的设计与使用具有指导意义。     

除油旋流器操作参数对分离效率影响的数值模拟

利用计算流体动力学Fluent软件模拟分析用于油水分离的水力旋流器内油滴的运动轨迹,分析入口油滴粒径、分流比、入口流量对旋流器分离效率的影响。采用雷诺应力模型和离散相模型对油水两相进行数值模拟,入口油滴粒径分别为10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm,分流比分别为2%、2.6%、3.9%、5%、5.8%、7%,入口体积流量分别为3.5m3/h、4.3m3/h、5.2m3/h、6.1m3/h、6.9m3/h。数值模拟结果表明,数值模拟结果与实验结果基本吻合;油滴的分离区域主要集中在圆柱段、大锥段以及小锥段上半部分;随着油滴粒径的增大,旋流器分离效率增加;随着分流比和入口体积流量的增大,分离效率都表现为先增大后基本不变;最佳分流比随着入口油滴粒径的减小而增大。     

催化裂化装置再生烟气粉尘对烟机运行的影响分析

对催化裂化(FCC)装置再生烟气在三级旋风分离器(三旋)入口及出口的粉尘浓度进行了分析，结合FCC装置新鲜剂、再生器平衡剂、三旋细粉的粒径分布，对比分析了3套FCC装置再生器一级、二级、三级旋风分离器分离效率对烟气粉尘浓度的影响。结果表明：当烟气轮机入口(即三旋出口)烟气中粉尘浓度超过设计要求时，特别是粉尘中粒径大于10μm的颗粒体积占比超过5%时，大颗粒粉尘浓度越高对烟气轮机运行的影响越大，容易出现烟气轮机振动值升高等问题。因此，建议控制再生烟气在全流程的粉尘浓度：在三旋入口的质量浓度不大于600 mg/m³;在三旋出口的质量浓度不大于150 mg/m³,其中粒径大于10μm的颗粒体积占比不大于5%。     

出砂冷采地面除砂设备的现状与发展趋势

阐述了原油中砂粒对地面集输设备及生产流程的危害,介绍了除砂设备的基本原理,论述了国内外除砂设备的现状。通过分析新设备及新技术的应用情况,指出除砂设备的发展趋势为:向系统化方向发展,即应开发集砂的分离、清洗和排放于一体的在线除砂装置;将旋流除砂器作为除砂设备的重点研究对象;对含砂率高及含砂粒径分布范围广的原油,要采用多级分离;充分发挥不同除砂装置的除砂优势,相互组合,逐步分离;配备相应的洗砂设备,在除砂的同时保证排放的砂粒安全环保。     

高压双筒滤网式除砂器设计研究

在油气井生产过程中,随着油气资源不断从井底被开采出来,开采出来的原油含砂、含水量逐渐增加。油井除砂会对油气生产设备造成冲蚀、刺漏甚至是堵塞,使得生产设备的寿命受到较大的影响,造成严重的经济损失。在对国内外现有除砂技术研究的基础上,从经济性角度出发,展开了适用于国内油气除砂的高压双筒滤网式除砂器的设计研究。主要包括除砂器工艺流程设计与总体方案设计; 除砂器关键部件除砂筒的设计、有限元数值模拟以及除砂器工业试验。研究结果表明:所设计的高压双筒滤网式除砂器具有较高的可靠性和现场应用价值。     

１０５ＭＰａ旋流除砂器在高压高产深井中的应用

１０５ＭＰａ旋流除砂器是利用井筒流体各相介质密度差,在离心力作用下实现分离,有效地将井筒流体
中的固相颗粒物质除去并可进行精确计量,大大减少或避免了下游地面测试设备的损坏,延长设备使用寿命,提高
测试作业安全性和高效性。高石１９井是一口四川油气田重点预探井,放喷排液期间井筒流出大量砂石,将高压井
口法兰管完全堵塞,无法正常进行放喷排液测试。通过１０５ＭＰａ旋流除砂器高效除去流体中砂石,清洁井筒流体,
达到测试条件,安全、顺利、高效地完成了该井放喷排液测试作业。     

含油污水气浮旋流装置结构优化与性能试验

为了大幅度减少含油污水分离设备空间占用并降低生产成本,结合旋流和气浮技术研发出紧凑高效型气浮旋流分离装置。通过建立含油污水中分散颗粒的浮升模型,完成气浮旋流装置关键部件的结构设计,依据该装置浮升特性分析和现场性能试验,对其结构和操作参数进行探索和优化。研究结果表明,油滴粒径的增大使得所需的罐体内径减小,而流量的提升会使得入口管径增大,为除掉小粒径油滴应尽量降低表面水力负荷率;装置的除油率随回流量的增加先提升后下降,并随气泡发生量的增大而逐步提高,且在流量波动时也能够保持在80%左右;选取操作参数时需综合油滴与气泡碰撞、粘附的概率及泵耗等因素。     

基于CFD-DEM耦合模型的岩屑运移数值模拟分析

为了提高大位移水平井钻井过程中井眼环空的岩屑颗粒运移效率,文中以岩屑颗粒运移速度作为评判运移效率指标,采用CFD-DEM耦合模型进行数值模拟,分析了钻杆偏心度、钻井液入口流速、钻杆转速和岩屑粒径对岩屑颗粒运移速度的影响规律。模拟仿真结果得出：钻杆偏心度的增大将导致悬浮层岩屑颗粒平均运移速度降低,其中偏心度大于0.50时,岩屑颗粒更易形成岩屑床;岩屑粒径的增大将使得沉降速度增大,从而导致岩屑颗粒运移速度降低,岩屑粒径超过1.5mm时,岩屑颗粒运移速度降低较为明显;提高钻杆转速,对岩屑颗粒运移速度的提升效果较小,但会使得岩屑滞留量减少;增大钻井液入口流速,能够使得岩屑颗粒运移速度同比例增大。为了减少岩屑床的形成,增大井眼清洁程度,应增大钻杆转速与钻井液入口流速,减小岩屑粒径。文中所建立的耦合模型也可为岩屑颗粒运移的研究提供一定的理论指导。     

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、含砂质量分数对分离器分离效率及砂沉积率的影响。数值模拟结果表明：卧式分离器可以在内部挡板周围形成中等强度的旋转流场;稠油被砂粒吸附在周围,形成聚合团状物,可降低油滴的上浮速度,增大油滴上浮剪切力和摩擦阻力,从而降低分离效率;分离器内砂粒粒径小于110μm,砂粒不会沉积在分离器内,反之砂粒发生沉积的可能性逐渐增大;分离器入口速度大于1 m/s时,分离器的油水分离效率显著下降,砂分离效率逐渐降低;稠油的动力黏度越大,分离效率越低;随着含砂质量分数的增大,分离效率逐渐降低,砂粒的沉积率逐渐增大。研究结果可为稠油除砂分析中砂粒尺寸控制和分离器现场作业提供理论支撑。     

一种新型的密闭容器除砂技术

分析了目前国内各种分离器中除砂装置的优缺点，介绍了新研制的一种新型除砂器的设计原理、结构及控制过程。利用除砂器在设备底部形成一个负压区，在喷射管的作用下，将设备底部的砂粒吹成流化状态，在水流的带动下进入负压区，在主流介质的携带下排出设备，从而达到除砂的目的。以河南油田井楼稠油含砂为例，介绍了该除砂器的设计过程和密闭容器除砂系统流程。通过除砂器在HNS─Ⅲ型三相分离器中的试验证明，这种新型除砂器能保证设备内的流动状态平稳，整个系统工作过程通过计算机实现自动控制，通过变频调速系统达到稳定系统工况的目的。