粒径重构旋流器结构参数优选

粒径重构旋流器通过入口结构来实现大、 小粒径油滴的重新排列,再通过内嵌式结构对大、 小粒径的油滴进行高效分离.为了进一步提高旋流器的油水分离效率,在旋流器入口位置最佳弯管角为180°的基础上,研究了切向入口高度、 内层溢流管直径及内锥段长度等参数对旋流器内油滴粒径分布、 油相体积分数与分离效率的影响,并利用CFD数值模...     

操作参数对除油旋流器粒径分布的影响

采用CILAS激光粒度分析仪测量旋流器的进出口及旋流器壁的粒径分布。分析了除油旋流器中的入口流量,分流比等操作参数对旋流器各段边壁油滴平均粒径的影响,研究结果表明,当入口流量达到一定程度时,旋流器各段边壁油滴的平均粒径随入口流量的增加而降低,此时旋流器的分离效率较高,如果入口流量低于某一临床值,旋流器各段边壁油滴的平衡粒径则不随入口流量的变化而变化,此工况下旋流器的分离效率较低,本实验条件下,入口流量的临界值为4．5m^3/h,分流比对旋流器各段边壁的油滴粒径影响不大。在同一操作条件下,沿旋流器的轴线方向,各段边壁油滴平衡粒径逐渐减小。     

分离腔结构对井下旋流器分离性能的影响研究

为得到水力旋流器的最佳分离效果,采用数值模拟方法,通过改变入口进液速度和分流比,对导锥式旋流器和倒锥式旋流器的流场特性及分离性能进行了对比分析,获得了相同操作参数下两种结构的速度场、浓度场(溢流口油相体积分数)及压力场分布特性。分析结果表明:当入口进液速度为0. 3～1. 5 m/s时,导锥式旋流器具有较高的分离性能,此时压降比不高于1. 5,溢流口油相集中,随入口进液速度增大分离效率由97. 5%上升到99. 2%;当进液速度为1. 5～3. 5 m/s时,倒锥式旋流器分离高效且稳定,此时压降比不高于1. 5,溢流口油相集中,随入口进液速度增大分离效率由98. 0%上升到99. 7%;倒锥式旋流器的零轴向速度包络面有扩充作用,且倒锥结构可减缓流场中混合液速度;导锥式旋流器最佳分流比为20%,倒锥式旋流器最佳分流比为30%。研究结果可为同井注采工艺中油水分离器选型提供参考。     

除油旋流器内壁油滴粒径分布规律研究

除油旋流器是一种离心分离设备,油滴粒径沿旋流器轴向的变化关系到旋流器的分离效率。通过研究进口平均粒径与分离效率的关系;不同流量时旋流器各部位的平均粒径;分流比与旋流器各取样部位平均粒径的关系;进口平均粒径与旋流器各结构段分离效率的关系,得出结论:（1）分流比对旋流器边壁的平均粒径影响不大;（2）在正常分离条件下沿旋流器的轴向各边壁油滴的平均粒径逐渐减小,旋流器的各结构段均有一定的分离能力;（3）旋流器的大、小锥段的分离效率随进口平均粒径的增大而增加,直管段的分离效率基本不随进口平均粒径的变化而变化。     

液-液分离水力旋流器油滴破碎与聚并的数值模拟

为了研究水力旋流器内液滴的破碎和聚并以及其对分离性能的影响,运用欧拉-欧拉多相流模型和RSM湍流模型数值模拟旋流器内的油水分离,同时采用群体平衡模型描述油滴间的相互作用。研究结果发现:油滴的破碎主要发生在旋流器的壁面附近,油滴的聚并主要发生在轴心区域;当增大油相的体积分数时,油滴聚并占主导作用;当增加入口流量时,分离效率会提高,但随着流量的增大,分离效率提高到一定程度会降低,因此对于结构尺寸固定的旋流器均存在一个最佳处理量;比较单锥和双锥旋流器发现,双锥旋流器内油滴更容易发生聚并,分离性能更好。所得结论可为水力旋流器的现场应用提供指导。     

双支T形管内油滴聚结破碎特性分析

现有研究未对T形管内油滴的聚结破碎情况做进一步分析,且采用PBM模型研究双支T形管内油滴聚结破碎特性的研究尚未见报道。为此,采用CFD-PBM耦合方法对双支T形管内油滴聚结破碎行为及分离特性进行数值模拟分析,同时开展室内试验对模拟结果的准确性进行验证。研究结果表明:T形管支管内的油滴粒径大小受湍动能变化影响较大,湍动能由0.64 m~2/s~2减小到0.36 m~2/s~2时,油滴粒径由300μm增加到460μm,呈聚结状态,而湍动能由0.36 m~2/s~2增大到0.60 m~2/s~2时,油滴粒径由480μm降低到360μm,呈破碎状态;随支管高度的增加,其内部湍动能逐渐减弱而油滴粒径却逐渐增大;靠近入口的支管Ⅰ内部油相体积分数明显大于支管Ⅱ,且同一支管内左侧的油相体积分数也高于右侧;双支T形管的分离效率随支管出口分流比的增大呈先升高后降低的趋势,当分流比为50%时,分离效率达到最大值30.2%;最佳分流比条件下,处理量在2～4 m~3/h范围内变化时,T形管的分离效率呈逐渐降低趋势,由32.5%降低到25.0%。研究结果可为T形管结构的优化设计提供一定的理论指导。     

导叶式水力旋流器流场分布与分离效率研究

为了研究油滴在流场内发生聚集和破碎的现象,采用CFD技术对油田现场使用的导叶式液-液旋流器进行数值模拟分析,并采用DPM模型追踪油滴在旋流管中的运动轨迹,探究油水两相分离过程。研究结果表明:随着压差比从1.5增大到2.0,旋流器的分离效率从34.12%提高到42.94%,但处理量从753.14 m~3/h下降至656.61 m~3/h,溢流比也从7.10上升到9.18;油滴破碎与流场中湍流强度有关,湍流强度越大的位置,直径大的油滴越容易破碎成小的油滴,影响油水分离效果;导叶式旋流器内从导叶流道出口处到小锥段湍流强度大于1,这些部位容易发生油滴破碎。所得结果可为水力旋流器的选型、现场调试及设计提供参考。     

除油旋流器内壁油滴粒径分布规律研究

研究了进口平均粒径与分离效率之间的关系，不同流量时旋流器各部位的平均粒径，分流比与旋流器各部位平均粒径之间的关系，进口粒径与旋流器各结构段分离效率之间关系，得出分流比对旋流器边壁的平均粒径影响不大的结论。在正常分离条件下沿旋流器的轴向各边壁油滴的平均粒径逐渐减小，旋流器的各结构段均有一定的分离能力。旋流器的大，小锥段的分离效率随进口平均粒径的增大而增加，直管段的分离效率则基本不随进口平均粒径的变化而变化等结论，为旋流器结构和操作参数优选提供更直接的依据。     

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。     

轴入导锥式水力旋流器分离性能研究

入口是预分离介质进入旋流器的首要通道,入口结构对水力旋流器的分离性能至关重要。在创建轴入导锥式水力旋流器数值模型的基础上,分析了分流比和入口速度对旋流分离器分离性能的影响,并借助试验对模拟所得结果进行了验证。分析结果表明:随着分流比的增加,分离器的分离效率呈现出先逐渐升高后降低的趋势,当分流比为20%时分离效果最好,现场试验的分离效率可达91.5%;轴入式水力旋流器在一定的范围内,随入口速度的增加分离效率升高,当入口速度达到2.4 m/s时,试验分离效率达到92.0%。所得结论可为轴入导锥式水力旋流器的现场应用提供参考。     

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。     

焦化塔顶油气分离用旋风分离器分离性能实验研究

为了研究颗粒入口数量对旋风分离器分离性能的影响,以延迟焦化工艺的焦化塔顶油气除焦为背景,在一套旋风分离器冷模实验装置上,研究了不同焦粉颗粒入口质量浓度和入口体积流量对单切、双切2种旋风分离器总分离效率、粒级效率和压降的影响。实验结果表明,2种旋风分离器的总分离效率均随入口质量浓度的增大而升高,随入口体积流量的增大先升高后降低;2种旋风分离器粒级效率均随颗粒粒径的增大先降低后升高;2种旋风分离器的压降均随入口体积流量的增大而升高,但随入口质量浓度的增大而降低。当入口体积流量为85 m³/h、入口质量浓度为30 g/m³时,单切旋风分离器最佳总分离效率在98.89%,压降为710 Pa,临界粒径为6μm;入口体积流量为95 m³/h、入口质量浓度为24 g/m³时,双切旋风分离器最佳总分离效率在99.16%,压降为1 110 Pa,临界粒径为3μm。     

分流比对脱水型旋流器性能影响的实验研究

分流比对脱水型油水分离旋流器的性能具有显著影响。采用D20旋流器对水体积分数为5%的油水混合液进行了分流比对旋流器性能影响的实验研究,对比分析了不同入口流量下分流比对旋流器的分离效率、压降比以及压降的影响及其变化规律。结果表明,旋流器的简化效率和综合效率随分流比变化的曲线在增长的过程中存在一个拐点,该点处的分流比F=5.5%,最佳分流比选择5.5%~6.0%比较合适。在本次实验范围内,压降比随分流比的增大线性减小。溢流压降随分流比的增大而减小,溢流阻力系数则基本不变;底流压降在分流比增大的过程中基本保持不变,底流阻力系数减小。     

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。     

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。     

微孔注气式旋流器分离性能试验研究

为了满足油田三次开采后水处理的高要求,设计了新型水力旋流器——微孔注气式旋流器。针对影响该旋流器分离性能的因素进行了试验研究,分别在大锥段注气和小锥段注气的2种注气方式下,研究了该旋流器的含气体积分数和分流比对分离效率的影响,以及分流比与压降比的关系,并进行了对比。结果表明:旋流器的最佳分流比为25%,最佳含气体积分数为30%,旋流器的压降比随着分流比的增加而加大;大锥段注气时,旋流器的最高分离效率为85.4%,平均分离效率为84.0%;小锥段注气时,旋流器的最高分离效率为89.2%,平均分离效率为87.3%。最后指出小锥段注气为最佳注气方式。     

操作参数对柱形旋流器油水分离性能的影响

为了判断柱形旋流器的结构设计是否满足实际生产需要,从操作参数的角度研究了油水混合物流速和分流比对柱形旋流器油水分离性能的影响。基于柱形旋流器内部的流动特征,分析了油滴分离的临界条件,得到了油滴从溢流口流出的临界粒径计算公式。分析结果认为,随主管路中油水混合物流速的增加,从溢流口流出的累积油相体积先增大后减小;在溢流口流量一定的前提下,溢流口含油体积分数先增大后减小,理论分析与试验得到的结果一致。     

油-水分离用水力旋流器试验

用有机玻璃制成的试验用油-水分离水力旋流器（主直径D＝0．038m）是由旋流腔、大锥体段、小锥体段与圆柱段组成。在自行设计的试验台上进行了水力旋流器试验，试验用污水是用自来水加原油配制而成。入口污水含油浓度为400ppm，入口污水流量为1～6m3／h。试验结果表明，水力旋流器的压力降随入口流量的增加而增加（当入口流量增加到3m3／h，分离效率也随流量的增加而增加），当人口流量增加到5m3／h时，压力降达0．170MPa（分离效率可高达97％）；当分流比在2％～5％时，出口净化水的含油浓度可降至15ppm。     

基于双旋流的油泥分离器数值模拟

针对兴中油泥含油量高、含渣量低的特点,提出一种新型的双层旋流器结构来进行油-水-颗粒的三相分离.采用数值模拟的方法进行研究,选择混合模型和k-e模型对单层旋流器和3种不同进口型双层旋流器的分离效果进行模拟,分析各旋流器的结构对压力分布、油水分布和油泥颗粒分布效率的影响.结果表明:入口流量为40 m3/h,即入口流速为6...