油水旋流分离器数值模拟优化研究

受实验条件限制,单纯通过实验研究旋流器的性能周期长,且费用较高。为此,采用雷诺应力模型CFD数值模拟方法,对油水旋流分离器内的油水两相流流场进行了试验研究。研究表明,采出液在进口处的相互流动干扰对油水分离效果有重要影响,据此提出一种新型结构——带有空间阿基米德螺旋线进口流道和导流螺旋的油水旋流分离器。进一步的优化设计和性能试验表明,空间阿基米德螺旋线进口流道和导流螺旋实现了平滑过渡,从而得到较稳定的流场和较高的分离效率。     

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。     

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。     

导流片型油水旋流分离器的入口结构优化

导流片型油水旋流分离器是一种新型井下油水分离器,为了提高其进行超大处理量油水分离时的性能,对导流片进行了结构优化研究。加工了两种结构的导流片,并在室内搭建了试验系统,对油水两相流经导流片的流动规律开展了试验研究。研究结果表明:在相同的入口工况下,油滴经流线型导流片后破碎程度小、平均直径大、迁移运动后所形成的油核较细,油水两相流经流线型导流片所产生的压降要远低于直板型导流片所产生的压降。因此,在超大处理量时,应优选流线型导流片作为井下油水旋流分离器的起旋结构。     

柱状气液分离器入口结构数值模拟及试验研究

入口结构决定着进入柱状气液旋流分离器的气-液分布及初始切向入口速度大小。对4种入口结构形式的柱状气液旋流分离器(GLCC)的分离性能进行了数值模拟和试验研究,并将模拟结果与试验结果进行对比。模拟时考虑了入口结构形式、气体体积分数和压力降对GLCC分离性能的影响。分析结果表明,入口结构对GLCC内部气液分布具有决定性作用,具有明显压力梯度的入口结构有助于改善旋流腔内气液分布;渐缩截面型入口有助于GLCC内部形成0速度分界面,0速度分界面的形成有利于降低GLCC溢流口的气体含液量,减少短路流,提高GLCC的综合分离性能。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

动态水力旋流器圆管螺旋流场特性研究

对动态水力旋流器圆管螺旋流场结构及形成原理作了简要描述。在深入研究动态水力旋流器分离机理及分离性能的基础上,运用圆管螺旋流动方程式进行了动态水力旋流器内部螺旋流动分布理论研究,得到旋流器内部流场按强制涡、自由涡、组合涡及螺旋涡的分布特性。同时利用直圆管柱模型,模拟计算出了圆管螺旋流的理论分布结果。研究和掌握动态水力旋流器内部流体螺旋流的运动及分布规律,为今后深入进行其分离机理、流场测试及分离性能研究打下了一定的基础。     

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。     

螺旋入口构件对立式分离器分离性能影响的数值模拟

立式分离器的入口构件同时具有降低入口流体对内部流动的不利影响和促进入口流体初步分离的作用。设计了2种螺旋入口构件,应用FLUENT软件的欧拉多相流模型及k-ε湍流模型,分析了不同操作条件及结构形式下立式分离器内气-液两相流动的特点与分离特性。研究结果表明,加入螺旋入口构件的立式分离器可进一步分离粒径较小的油滴,可在入口流量大的工况下依旧保持较高的分离效率;单层、双层螺旋入口构件均可提高分离效率,两者效果差距不大,但单层螺旋结构更为简单和紧凑。     

井下两级旋流分离技术流场模拟研究

随着油田开采程度的持续深入,降低生产成本和提高采出效率正逐渐成为各油田提高竞争力的重要手段。井下两级旋流分离技术可进一步提高分离效率,降低回注水的含油量,提升回注水品质,大幅度降低地面采出液及采出液含水率,是油田降低开采成本的重要举措及技术支持。通过井下两级旋流分离技术流场模拟研究,重点分析新型螺旋流道旋流器(一级旋流器)内部的流场特点,研究其速度矢量及速度分量的变化规律,压力损失特点和油相分布规律。新型结构的螺旋流道使流经其内部的流体从单一的轴向运动转变为旋转运动,流体运动空间的改变使其切向速度增加明显,有利于进行离心分离。流体在运动过程中的压力损失转变为流体的速度增量,与流体经过螺旋流道后速度矢量的变化相对应,但因循环流的存在,扰乱了溢流管下部油核及相邻位置流体的正常运动,使油核发散、流场紊乱,令新型结构的旋流器效率有所降低。经过流场分析,进一步认识井下两级旋流分离器的流场分布规律,有利于旋流器的结构改进及现场应用。     

PV型旋风分离器的性能改进实验和分析术（Ⅱ）——进口结构

针对PV型旋风分离器的涡壳式进口结构,从实验方面进行了改进探讨。由于受到PV型旋风分离器蜗壳进口水平底板的约束,底板上旋转气流中的颗粒灰带在入口处与入口气流相汇,灰带中的颗粒被卷吸进入升气管的短路流,导致颗粒的逃逸。为此提出将进口水平底板改成螺旋式斜底板,并进行了分离性能的对比实验和分析。实验结果表明,螺旋式斜底板进口结构避免了器壁上的旋转灰带与进口气流的交汇和碰撞,抑制了颗粒的逃逸,有助于提高旋风分离器的分离性能。     

螺线型旋风分离器的结构改进研究

采用螺线型旋风分离器实验装置,考察了排气管插入深度、螺线通道延伸段对螺线型旋风分离器分离性能的影响。结果表明,随着排气管插入深度的增加,螺线型旋风分离器的分离效率先增后减,当排气管的插入深度与进气口高度相等时,分离效率最高;添加螺旋通道延伸段,可在压力降不变的情况下有效提高分离器的分离效率。在本实验条件下,与普通螺线型旋风分离器相比,在相同压力降时,改进后的螺线型旋风分离器分离效率可提升6%~10%,能除尽10 μm以上的颗粒,对2 μm以下的超细颗粒也有较好的捕集效果。基于边界层分离理论,建立了螺线型旋风分离器的粒级效率计算公式,计算值与实验数据吻合性较好。     

有杆泵井下油水分离系统设计与分析

随着油田开采进入高含水阶段,大量采出水的举升和处理使得采油经济效益越来越低.鉴于此,结合我国油田实际情况,提出一种新型有杆泵井下油水分离系统.该系统由注采式一体泵与两级串联旋流器连接,可实现同井采注.基于正交试验设计,以底流口含油质量浓度CU为目标,通过Fluent软件采用RSM雷诺应力模型优化旋流器主要结构参数.同时...     

螺旋式气锚的分离系数

本文介绍了螺旋气锚的结构形式、工作原理及分离系数的计算公式,论述了影响分离系数的各种因素。根据在现场实测的有关数据计算出的理论泵效与实际泵效相差甚小,证明了该公式的正确性。     

新型油水分离器分离性能研究

新型油水分离器由截面为等腰梯形的螺旋式流道和出口装置组成,出口装置内有一个可以调整角度的流线型挡板。应用计算流体动力学(CFD)理论对该装置进行了流道内流场仿真计算,进一步验证了其油水分离性能,并研究了该装置的螺旋流道圈数、采出液含油体积百分数与分离性能之间的关系。分析结果表明,该装置结构简单,操作压力低,可用于油井采出液的油水分离,省去了目前常规水力旋流器的许多辅助设备,特别适应海洋平台的工作环境。