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。     

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。     

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。     

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。     

测定除油旋流器粒级效率的多元回归法

粒级效率是评价除油旋流器分离性能的重要指标,由于油滴对剪切非常敏感,不能采用固液分离所用的粒级效率测量方法。通过介绍固液分离中粒级效率测量方法,提出了采用具有不同中粒径油滴测量除油旋流器粒级效率的方法。根据粒级效率的定义,推导出除油水力旋流器总分离效率和入口油滴粒度分布的函数关系式,利用该式进行多元线性回归,可以求得除油旋流器的粒级效率曲线。通过对公称直径25mm无涡流探测管旋流器测试结果的具体分析,表明该方法的回归线性程度较好。     

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。     

液-液旋流器分离效率预测理论模型

通过分析液-液旋流器内分散相油滴在连续相水中运动所受的Newton阻力、Stokes阻力和Oseen阻力的不同计算公式,在相关假设前提下,建立了油滴的运动方程。根据重相分离和轻相分离对迁移速度影响的分析,得出分散相液滴迁移运动轨迹。考虑到分散相油滴粒径的不均匀性,推导了不同粒径油滴对应的分离效率,建立了粒径与分离效率的关系即粒级效率关系,从而可从理论上预测液-液旋流器的分离性能。     

不同参数下旋流器内油滴运动的模拟研究

利用Fluent软件研究不考虑油滴破碎聚结时,不同粒径和入口位置的油滴粒子运动过程及粒子流的分布规律。求解过程中采用离散随机轨道模型,该模型的速度波动成分被离散为时间函数。结果表明,导叶式旋流器内油滴颗粒存在3种运动轨迹,颗粒受到溢流管处短路流的影响,在进入环形空间后很快向溢流管漂移,并进入内旋流上升得到分离;颗粒摆脱了短路流的影响,向下运动的距离增加,在锥段进入内旋流后随上行流进入溢流管;颗粒受到离心力的作用,随外旋流从底流管逃逸;入口位置对旋流器内颗粒的运动规律和停留时间影响不大;颗粒总体上是均匀分布于各个流道的。     

单点注气液-液旋流器分离效率的实验研究

针对油田后期开发中遇到的污水处理难度大等实际问题,实验研究了气携式液液水力旋流器,由于气泡与油滴结合后形成油气复合体,从而有利于部分油滴向旋流器中心处运移,但气体对旋流器内的流场同时也会产生一定的影响。通过旋流器入口注气和锥段不同位置的单点注气实验,发现气携式液液水力旋流器的分离效率有较为明显的提高,同时,与常规的液液水力旋流器相比,对流场的稳定性要求更高,分流比和溢流口直径均较大,对操作参数的控制应更加严格。     

聚驱污水特性对旋流器分离效率影响的研究

随着聚驱采油技术在我国各大油田的推广应用,聚驱污水处理已成为聚驱采油技术急需解决的重要课题之一。为了深入探讨液-液旋流器在处理聚驱污水时效率较低的原因,在调研分析聚驱污水物理特性的基础上,基于CFD专业软件Fluent的RSM应力模型,模拟研究了聚驱污水区别于水驱污水的特性参数(粘度、油滴粒径、油相体积分数)对液-液旋流器内部流场及分离效率的影响。研究结果表明,旋流器切线速度、油相集中度均随粘度的升高而减小,随油滴粒径的减小而减小;分离效率随粘度升高及油滴粒径减小而降低。     

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。     

新型井下轴流式入口旋流器分析及优选

在国内陆地油田井下油水分离同井注采技术应用中,常规井下旋流器由于径向尺寸较大而经常受到限制,影响分离效率。为此,研发了2种新型井下轴流式入口旋流器,在降低旋流器径向尺寸的基础上,提高旋流器的分离性能。在明确新型轴流式旋流器结构特点、分离机理后,通过数值模拟分析,利用油相体积分布云图阐明不同结构旋流器内油相分布特点,指出循环流对旋流器分离性能的影响。研究速度矢量变化特点,掌握轴流式入口结构的作用及流体分布规律,利用压力降曲线,明确能耗、压力损失的关系。模拟分析结果表明,导流叶片轴流式旋流器切向速度差值为1.2 m/s、轴向速度差值1.5 m/s,溢流压力仅为0.02 MPa,分离效率高、能耗低,为特高含水区块的经济性开发提供技术支持。     

新型轴入式脱水型旋流器的入口结构模拟分析

应用Fluent软件,计算分析了螺旋叶片入口型式对脱水型水力旋流器的分离性能和压力特性的影响。对螺旋叶片的出口角度、圈数以及叶片数量进行优选。通过对比分析发现,在一定范围内减小螺旋叶片出口角度有利于溢流口处油核的形成,提高油水分离效率,但螺旋叶片出口角度过小会增加油滴破碎的机会,反而会降低分离效率,压力损失也相应增大;增加螺旋叶片圈数对入口油滴有一定的聚结作用,但圈数过多聚结作用会减弱,压力损失也相应增大;增加叶片数量可以使流体分布更加均匀,有效减小流场内的紊流作用,提高分离效率。     

轴流导叶式水力旋流器井下油水分离系统方案设计

针对目前井下油水分离系统中存在的问题,设计了一种轴流导叶式水力旋流器与有杆泵组合的井下油水分离系统,并对其工作原理和结构特点进行了分析。与采用切入式水力旋流器的常规井下油水分离系统相比,该系统具有能耗低、结构紧凑、径向尺寸小等特点。     

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。     

脱气除砂三相旋流器溢流管结构数值模拟分析

在溢流管直径Do和溢流管的伸入长度Lo均分别设定为10mm、20mm、30mm的条件下,利用有限元分析软件对脱气除砂三相旋流器溢流管直径、溢流管伸入长度进行数值模拟和比较分析。结合脱气、除砂的分离效率规律和压力分布规律,综合对旋流器分离性能的影响选择最佳结构参数,得到了合理的脱气除砂三相旋流器结构模型。     

油-水旋流器粒级效率数值模拟

在对油-水旋流器的流场模拟基础上,采用RSM湍流模型和Mixture模型对其分离特性和粒级效率进行模拟。结果表明:在旋流器中,不同粒径的颗粒运动轨迹不同,离散相颗粒的分离效率随着粒径的增大而增大;不同粒径的流体质点在同一旋流器中的运动轨迹、速度、分离特性等方面都有较大的差别;旋流器的轴心处会形成油核,且油核的形状与油滴的大小直接相关,旋流器的主要分离过程在圆锥段完成。     

采出液温度对油水旋流分离器内流场及分离性能的影响

为探究油田采出液温度对油水分离旋流分离器(简称旋流器)性能的影响,采用数值模拟与试验验证相结合的方法,研究不同温度下旋流器分离流场内的流动参数、油相分布、油水分离效率的变化规律。结果表明：随着采出液温度升高,分离流场中油水混合物的切向速度、压力、湍动能以及油滴粒子的径向沉降速度均增大,旋流器的分离性能提高;随着采出液温度升高,旋流器轴心处油水混合物中油相体积分数提高13.97百分点,油相体积分布非均匀度降至80%以下,油芯平均直径减小0.16 mm,轴心处的油相富集程度提高,分布均匀;当采出液温度高于70 ℃时,旋流器分离效率达99%以上。