井下离心旋流式高效油气分离器性能模拟试验

现有井下油气分离器效率较低,已不能满足高油气比油井的生产需要,为了解决高含气井中井下多相混抽泵或电潜泵的使用与效率低等问题,开展了井下离心旋流式高效油气分离器的研究。该分离器采用2级串联结构,以水力旋流器为第1级;以对结构进行了优化改造的离心旋转式分离器为第2级。通过试制样机的室内模拟试验,验证了新设计的井下离心旋流式高效油气分离器的分离效率,总分离效率可达95%以上,其对含气体积分数的适应范围由原分离器的0～36%提高到0～50%,能够满足较高含气井井下油气分离的要求。     

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。     

地面旋流油水分离器的数值模拟研究

地面旋流油水分离器的性能对试油求产过程中实时获取准确的原油产出量至关重要。为此,以经典的切向流入式旋流油水分离器为模型基础,对油水分离的流场进行了数值模拟研究,评价了不同工作参数、原油物性条件下的油水分离性能。研究结果表明：随着工作压力的增大,油水分离效率呈现出由0跃升到最大值并基本保持不变而后骤降的规律。随着排量的增加,油水分离效率基本持续稳定在最优值而后突然下降,当油水比和原油黏度在一定范围内,油水分离效率随油水比和黏度的增加平缓下降;当超出此范围时,油水分离效率陡然下降。该装置的最佳工作压力范围为1.2～4.1 MPa,日处理量控制在45 m³以内,适用于油水比低于25%、原油黏度低于50 mPa·s的工况。     

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。     

直流式旋流分离器的结构分析与优化

为研究中心体对直流式旋流分离器分离性能的影响,通过在分离器内部设置中心体,利用数值模拟的方法,对分离器内部旋流场、压力场、速度场及分离效率进行了分析。分析结果表明:增设中心体能够占据分离器内部分离死区,增强内部流场的稳定性,减少二次涡流的影响,尤其能够提高对微小液滴的分离效率;中心体直径的增大能够提高分离器的分离效率,当中心体直径与筒体直径比值大于0. 5时,液滴的分离效率显著提高,但也会造成较大的压降损失;通过研究不同气速下分离器分离效率与压降变化的规律,提出不同工况下中心体直径的取值范围,当入口气速高于10 m/s时,中心体直径与筒体直径比值取0. 5,当气速较低时,应结合现场工况对分离效率和压降的要求,增大中心体直径。所得结论可为直流式旋流分离器的优化设计及现场应用提供指导。     

井下油水旋流分离器

井下油水旋流分离器一般由圆筒旋流器、同心缩径段、细锥段和平行尾段四部分组成。单级水力旋流难以实现彻底分离,多级组合可以提高分离效率或处理流量。在井下油水分离器的底部或顶部安装电动潜油泵,将从井底采出的液体送入井下油水分离器分离,特别适用于埋藏深的高产油藏。     

2种结构油水旋流分离器流场数值模拟研究

采用雷诺应力模型(DSM)和SIMPLEC算法,对筒锥型和圆筒型油水旋流分离器的内部流场进行了数值模拟计算,得到这2种结构旋流分离器的内部切向速度和轴向速度分布。分析研究得出如下结论:(1)数值模拟计算值与实验值存在少许差异,但两者非常接近,数值模拟可为旋流分离器结构研究提供可靠依据;(2)筒锥型和圆筒型旋流分离器零轴向速度皆位于r=(0.3~0.35)D处,而筒锥型旋流分离器z=218mm处,流动分成上、下2部分;(3)圆筒型旋流分离器没有筒锥型旋流分离器的分离空间,靠近底流口的切向速度仍较高,使流体中的颗粒绕轴心旋转不易流入轴心处分离。     

新型井下固液水力旋流分离器及其钻井提速技术

钻井液中固相含量的多少对钻井速度的快慢有着重要的影响,随着固相含量的增加,机械钻速降低明显。然而,随着井深的增加! 钻井液中添加的固相含量也会增加,这成为影响深井钻井速度的重要原因之一。为解决钻井液中固相含量对钻井速度影响的问题,研发出了适用于钻井过程的新型井下固液水力旋流分离器,该装
置通过离心沉降原理降低钻井液中的固相含量,从而达到减少重复破碎,提高机械钻速的目的。并对该装置的提速效果进行了现场试验。结果表明,该装置提速效果显著! 经济效益可观,且装置结构简单,能够满足现场应用的需要。为深井提速技术提供了又一可行及可选方案。     

旋流分离器结构筛选方法初探

建成了一套室内实验装置，在此基础上，摸索出一种室内模拟制备油田含油污水的方法，并进行了旋流分离器结构筛选的正交实验方案设计和经验。实验结果表明，正交实验方法是可以用于旋流分离器的结构筛选。     

国内外液-液水力旋流分离器研究进展

首先从液-液水力旋流器结构与工作原理出发,综述了液-液水力旋流分离器的国内外研究进展,重点对液-液水力旋流分离器的试验模拟技术研究现状、液-液水力旋流分离器数值模拟研究概况以及液-液水力旋流器在油田的发展状况等进行了详细介绍。最后对液-液水力旋流器的数值模拟技术提出了几点认识和建议。     

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。     

油水分离旋流器流场和分离性能的数值模拟

深入研究了液-液水力旋流器的流动机理,并采用LRR应力模型对油水分离旋流器的油水两相流场进行了数值模拟。通过数值计算得到了水力旋流器内流体流动的流线图、等压线以及速度矢量图,并且研究了不同参数(分流比、进口压力以及溢流管直径)对分离效率的影响。计算结果与理论分析一致,证明了模型和算法的正确性。研究成果为前人试验和理论总结提供了有力的理论支持,同时为进一步研究水力旋流器的分离机理、流场特性以及结构优化设计提供了一条有效的途径。     

不同湍流模型在旋流器数值模拟中的应用

水力旋流器内的流场非常复杂,而旋流器结构及操作上的相对简单又在一定程度上使人们忽视了其流场特性及分离机理研究的复杂性。为了在数值模拟时能够恰当地选择湍流模型,总结了国内外学者在利用CFD进行数值模拟时,采用标准κ-ε模型、RNGκ-ε模型、代数应力模型和雷诺应力模型以及离散相模型对水力旋流器流场的数值预报结果,并且简要分析了各湍流模型的特点,对今后需要深入开展的工作做了阐述。     

油水分离用水力旋流器理论模型及数值模拟

深入研究了液 -液水力旋流器的流动机理和分散油相的流动特点及处理方法 ,并采用计算流体力学的原理和方法 ,建立了研究液 -液水力旋流器的物理模型、修正的三维k -ε模型 (即RNGk -ε模型 )和分散油相的代数滑移混合模型ASM。以SIMPLER算法为基础 ,研究了数值计算方法并做了实例计算。通过数值计算得到了液 -液水力旋流器内流体流动的速度矢量图、流线图和油相及水相等浓度分布图。计算结果与理论分析一致 ,证明了模型和算法的正确性 ,为进一步研究旋流器的结构优化、粒子跟踪和旋流器特性参数对分离效率的影响及旋流器性能预测等打下了良好基础     

双锥双入口型水力旋流器分离效率实验研究

在室内建立双锥双入口型水力旋流器分离效率评价装置,利用正交试验设计采出液预处理室内实验,探索双锥双入口型水力旋流器分离效率与操作参数的关系,确定最佳操作条件以提高双锥双入口型水力旋流器的分离效率。同时,将Designer Expert软件数值模拟结果与正交试验结果进行对比,结果基本吻合。最后,研究分离介质物性参数随操作参数的变化,并分析其对水力旋流器分离效率的影响。     

油气藏数值模拟核心技术进展

通过综合分析SPE油藏数值模拟国际学术研讨会文献，阐述了模型技术、网格技术、粗化技术、求解技术、精细模拟及全油藏整体模拟的发展现状及其在油气田开发生产中所起的作用，论述了当前国际油藏数值模拟发展的新领域、新方向。     

电潜泵井下油水分离系统方案设计

电潜泵井下油水分离系统能使高含水原油在井下直接分离 ,分离出的水可直接注入另一注水层或废弃油层 ,分离后含少量水的原油被举升至地面。这种系统可节约举升混合液和大量注水的能量 ,减少污水的处理量 ,降低生产成本 ,延长油井生产周期 ,提高采收率。介绍了井下油水分离系统的组成、工作原理及结构特点 ,并以某油区的生产数据为例 ,对井下油水分离系统进行了设计计算 ,其中包括水力旋流器结构尺寸的选定 ,电潜泵的设计计算 ,以及配套电动机的选型。分析与计算表明 ,各参数选取合适 ,所采用的水力旋流器能满足处理性能要求 ,是一种较为合理的设计方案。     

油水分离用水力旋流器分离性能曲线与实验

描述了水力旋流器性能的评价指标,运用流体力学的流场模拟和油滴的模拟技术,从理论上计算旋流器的流量-效率曲线、流量-压降曲线及粒径-效率曲线,并与实验数据做比较,得出结论：(1)理论计算结果与实测值的关系曲线变化趋势一致,因此可以采用流场模拟的方法预测旋流器的分离性能;(2)利用流量-压降曲线和流量-效率曲线可确定单根旋流管的处理能力及处理效果,相应得到并联旋流管的根数,或根据分离要求及系统所能提供的能量得到处理能力;(3)采用粒径-效率曲线可预测等概率粒径的大小,从而为是否对来液采取处理措施提供依据;(4)利用流场数值模拟方法预测旋流器的性能,可节省投资并缩短开发周期。