一种新型井下三级高效气液分离器分离特性实验

为解决高气液比油井井下气液高效分离的技术难题,开发设计了一种适用于多流型流体的井下三级高效气液分离器,建立了一套用于多流型的气液两相实验评价系统,实验中分离器入口液相流量为5~300 m3/d,入口含气率为5.0%~94.1%。实验研究结果表明,内筒体和外筒体之间的液位高度是保证分离器高效分离的关键指标。液位高度控制在合理临界液位下可实现在宽流程、高含气率、多流型,特别是振荡流型下气液混合物的高效分离,同时验证了该分离器具有较强的自适应能力,入口含气率在26.7%~94.1%范围内变化可实现高效的气液分离效率。该技术实现了井下小尺寸空间、高含气率、宽流程及多流型工况环境下气液高效分离,为海上油气田高含气井况电泵排液/举升的平稳运行提供有效解决方案。     

海上高含气井新型井下气液分离器设计及性能评价北大核心CSCD

为了解决海上油田高含气井电泵举升效率低、检泵周期短等难题,设计了一种适用于高含气井的新型井下气液分离器。采用多相流实验方法,分析了新型井下气液分离器在不同运行分流比、入口含气率、旋流离心加速度及倾角条件下的分离性能,并对其分离效率进行了评价。研究结果表明,在合理的运行分流比、高入口含气率、低旋流离心加速度、低倾角等条件下,新型气液分离器具有较高的分离效率,分离性能曲线形态呈现"半交叉X形状";验证了新型气液分离器具有较宽的自适应入口含气率变化能力。本文所设计的新型井下气液分离器可为海上高含气井电泵井的平稳运行提供有效的解决思路。     

热管型地热系统气液分离器外部流场结构优化

超长重力热管开采地热能的过程中,热管中下降的冷凝液与上升的热蒸汽易相互碰撞而引发蒸汽带液情况,通过在绝热段增设气液分离器可有效预防这一问题。介绍了新型热管型地热系统中气液分离结构（气液分离器）的特点,采用计算流体力学方法,建立了气液分离器有限元模型并对其外部流场进行模拟。通过在分离器外部空腔内设置螺旋导流板,调节气液分离器入口管高度、偏心距及螺旋导流板板螺数、螺距,进行优化分析研究。设置螺旋导流板后,液体在分离器出口处的流动更加稳定,冷凝水入口与气液分离器出口距离与压降成正比关系,入口管偏心距与内管内壁面切应力成反比关系。螺旋导流板螺数为5、螺距为200 mm时分离器出口液体的均匀性和稳定性最优。     

外导流管对旋风分离器流场的调控

采用雷诺应力模型(RSM)和离散相模型(DPM)对旋风分离器内的气-固两相流动进行了数值模拟计算,比较了带有不同外导流管的旋风分离器内流场、压降和分离效率,并探究了不同外导流管管径对旋风分离器内的流场调控及分离性能的影响。结果表明：外导流管可以改善旋风分离器内的二次涡分布,减小纵向环流的影响范围,降低二次涡间的协同作用,并抑制灰斗入口和料腿入口的二次流,从而提高分离效率;其中,带有H-E型外导流管的旋风分离器有效地提高了细小颗粒的分离效率,对粒径4 μm以下颗粒分离效率的提高可达10%以上;H-E型外导流管对入口气流进行分流,可以减小气流的旋流损失,使压降降低16.7%。此外,外导流管管径对H-O型旋风分离器分离性能影响较小,对H-E型旋风分离器分离性能影响较大。     

紧凑型气液旋流分离器结构参数显著性分析

为了筛选出对气液旋流分离器分离效率影响显著的结构参数,以紧凑型气液旋流分离器为研究对象,基于PB(Plackett-Burman)试验设计,采用数值模拟与室内试验相结合的方法,开展不同结构参数对紧凑型气液旋流分离器分离性能影响的显著性分析。分析结果表明：紧凑型气液旋流分离器结构参数的显著性由高到低的顺序依次为柱体直径d>锥体高度h₂>溢流管伸入长度h₁>溢流口直径d₁>底流口面积S>锥体直径d₂>柱体长度H。为了对数值模拟结果的准确性进行验证,随机选取PB试验设计中2组不同结构参数匹配模型,开展室内分离性能试验。对比分析不同气相体积分数条件下分离效率的模拟结果与试验结果,得出随着气相体积分数的增加,模拟与试验的分离效率均呈先升高后趋于稳定的变化趋势的结论。模拟结果与试验结果呈现出了较好的一致性,模拟效率与试验效率的平均误差为2.70%,验证了数值模拟结果及显著性筛选的准确性。研究结果可为进一步提升气液旋流分离性能提供指导。     

潜油电泵井气体处理器数值模拟与实验

针对潜油电泵井所应用的气体处理器工作机理的研究缺乏,不利于海上潜油电泵生产井气体处理器应用优选的问题,运用solidworks软件对气体处理器进行了物理建模,并导入Fluent软件中进行了动态流场模拟,研究其工作机理,并利用自主研制的气体处理器性能测试装置进行实验检验。实验和数值模拟的结果表明,气体
处理器可将高含气、分离型的气液两相流体处理为低含气、气相在液相中均匀分散的流体,平均气体含量降低率为80.0%,所应用的潜油电泵的耐气能力由10%（含气率）提升到了50%（含气率）;出口含气率实验值和数值模拟值的平均相对误差为5.06%,气体含量降低率的平均相对误差为1.3%,说明应用Fluent数值模拟研究气体处理器的动态流场是可行的,实验和数值模拟研究有利于气体处理器的优选和高效应用。     

多相除砂分离器结构的模拟筛选研究

研究多相除砂器的分离机理和数值模拟方法 ,对于完善和拓展多相分离理论具有重要的理论价值。通过对大量多相分离器结构和流动参数的数值模拟得出结论 :在多相分离器的结构参数中 (未考虑入口面积 ) ,对分离效果影响最大的是锥段的半锥角 ,其次为底流口直径。在计算流量范围内 ,入口流量越大 ,分离效率越高 ;随气液比增大 ,压降急剧下降 ,气液比大于 2 0时 ,压降变化趋于平缓。     

导流槽密封涡流排水工艺在大牛地气田应用探索

随着大牛地气田的不断开发,低压低产井比例逐年增多,气井排液难度越来越大,亟需引进排液新工
艺。涡流排水工艺通过改变气液两相流态,可以降低气井的临界流速与井筒压降,是一种高效、低成本有效解决低
压低产井排液问题的方法。现场试验发现,普通涡流工艺气液分离率低,排液效果较差,无法满足矿场应用要求。
因此,在分析原有涡流工具存在问题的基础上,从导流槽密封性和螺旋角度优化两方面着手,设计导流槽密封涡流
新工具,试验气井日增产气１０００ｍ^３,生产时率增加２．６３％,放空频次明显降低,有效改善了气井的排液效果。     

柱状气液旋流器的入口形式优化

柱状气液旋流分离器由圆筒、进口管(入口)、上部溢流口(出气管)、下部底流口(排液管)组成.入口管为整个旋流分离提供旋转动力,并决定了混合相的气液分布以及混合相进入柱状气液旋流分离器最初的切向速度.针对柱状旋流器的入口形式进行了数值模拟研究,模拟结果表明,入口倾角为30°,入口布置于0.08 L位置,采用矩形喷嘴及单入口形式将保证柱状气液旋流器具有最优的分离效果.     

离心式气液分离器主要结构参数分析

在用于高密度、高粘度气侵钻井液的除气分离系统中,离心式气液分离器作为第二级分离器,其结构对分离性能有很大影响。为了提高离心式气液分离器的分离效率,需对其结构参数作进一步分析。按照正交试验方法,运用CFD商业软件对离心式气液分离器内流场进行了全三维数值模拟;分析了25个典型工况下每种模型内部气液两相流的运动情况和分布状况,得到了所有工况条件下分离器的分离效率;探讨了分离器主要结构参数对分离器分离效率的影响,提出了基于数值模拟基础上的理想分离器模型。     

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。     

气液分离器叶片式入口构件整流效果研究

为提高气液分离器的分离效率,提出一种用于重力式气液分离器的新型叶片式入口构件结构。该构件同时具有入口分离与气体整流两项功能。为研究新型叶片式入口构件的整流性能,应用RNG k-ε湍流模型,对气液分离器内流场进行三维数值模拟,确定了安装折弯角度130°~150°、直板长度100~200 mm、斜板长度50~90 mm入口构件以及未安装入口构件的分离器内部的速度分布。研究结果表明:新型叶片式入口构件能显著降低速度不均匀度,抑制回流,使流速分布更加均匀;入口构件折弯角度过大或过小、斜板长度过长均不利于整流,水平板长度对整流效果的影响不明显。研究成果可为气液分离器的优化设计提供依据。     

分离器入口半开管设计及数值模拟分析

半开管是分离器入口常用装置,其结构简单,对气液进行初步分离的处理效果较好。为了研究其开口长度对气液分离效果的影响,文章以国内某海洋平台分离器入口装置——半开管为研究对象,采用数值模拟软件,对4组不同开口长度的半开管模型进行模拟分析,并根据分析结果提出半开管结构的设计建议。     

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。     

页岩气测试平台波纹板分离器的分离性能研究

页岩气测试平台排液测试期气流的饱和含水量大,分离器内部流体运动规律复杂,现场气液分离过程的分离效率不理想。为了得到波纹板分离器各参数对其分离性能的影响规律,建立了波纹板流道的数学模型,并推导出了波纹板分离效率的理论计算公式。为了对其理论计算公式进行验证,采用FLUENT软件对影响其性能的因素进行了分析研究。研究结果表明:在一定范围内增加波纹板入口流速或减小板间距时,波纹板流道各波段内气流的加速效果明显增强;液滴的运动轨迹与气流的高速区域基本一致,当液滴粒径增大至10μm后,波纹板分离器的粒级效率曲线变陡峭,增加波纹板入口流速或减小板间距可使曲线敏感点左移,波纹板分离性能明显改善,其分离效率最高可达90%。将波纹板分离效率模拟结果与理论计算结果进行了对比,发现多流道分离效率模拟值和理论值之间的最大误差为10%左右,从而验证了理论计算方法的可靠性。研究结果可为波纹板气液分离器的设计及应用提供指导。     

水下混输泵入口气液两相流数值模拟与试验

在油气输送过程中,由于混输泵入口缺乏缓冲调节装置导致泵入口含气体积分数波动幅度大,从而影响泵的工作性能。鉴于此,设计了一种新型水下气液混合器。该气液混合器将混输泵入口来液先进行气液分离,然后再混合。采用数值模拟与试验相结合的方法研究气液混合器内部流动特性。模拟结果表明:混合腔内能够形成明显的低压,对罐体内部分离的气体产生强烈的抽吸作用,同时其混合腔及扩散段内产生强烈湍流促进气液进一步混合。试验结果表明:安装气液混合器后,在不稳定含气率工况下能够减小约20%的波动幅度,混输泵增压能力提高17%左右,泵效提高约10%。研究结果可为气液混合器的相关研究提供参考。     

降低三相分离器出油含气率试验研究

在高黏度原油环境下,三相分离器出口油含气率经常过高,造成系统运行不稳定。为此,从设备结构、操作液位和分离元件三方面对出油含气率进行试验分析,并对大港油田家10站三相分离器进行改造。结果表明,在三相分离器气入口端增设气体预脱装置,增加原油的分离停留时间及改变分离元件间隙可以很好地解决三相分离器出口油含气率过高的问题。     

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。     

新型气-液-固复合分离器压力特性实验研究

针对油田油气开发的复杂性,结合多种分离技术的特点,提出开发一种新型气-液-固分离器,并简要介绍其结构和工作原理。根据模拟分析结果,利用该分离器对气液混合液进行了分离实验研究,了解了操作参数的变化对旋流器内部流场及分离效率的影响;同时验证了数值模拟结论的合理性。实验结果表明,新型气-液-固分离器具有体积小、处理能力大和脱气效率高的优点,具有良好的应用前景。     

同向出流气液分离器流场分析及结构参数优选

为解决常见的气液分离器气相出口含液量大和管汇连接复杂等问题,提出了一种新型同向出流式气液旋流分离装置。该装置能有效降低气相出口的液相含量,主要针对其不同结构参数开展了数值模拟及试验研究,并完成了结构参数的优选。研究结果表明:影响气相运移速度及分离性能的最佳内锥角度为2°,最佳进气孔角度为30°,最佳脱气效率模拟值为96%;随着内锥角度的增大,气相溢流管内的轴向速度呈先上升后下降的规律,内锥角度为2°时,轴向速度最大达到0.58 m/s;随着进气孔角度的增大,气相溢流管内的轴向速度基本呈上升规律,进气孔角度为30°,轴向速度最大达到0.60 m/s;优化后的气液分离器结构适用于含气体积分数区间为15%~30%,最佳分离效率为92.6%。研究结果可为同向出流气液分离器的工程应用提供理论指导。