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。     

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。     

油水旋流分离器流场数值模拟研究

以大涡模型为基础,对双锥形液-液旋流分离器进行数值模拟,研究液-液旋流分离器内部流场的压力分布、速度分布和湍动能分布规律。模拟结果表明,静压的分布基本符合组合涡流场的压力分布规律;轴向速度沿径向几乎呈轴对称分布,在轴心区域径向速度梯度比较大,说明在旋流器中心附近产生的内旋流场是分离的有效区域;在轴截面50 mm处湍动能的分布呈现出两头翘、中间凹的结构,亦称"浴盆"结构。比较发现,模拟结果与试验结果较接近,这为进一步研究旋流器分离机理及结构优化设计奠定了基础。     

GLCC数值模拟中湍流模型选取研究

数值模拟是研究深水管柱式气液旋流分离器分离性能的有效方法,其中湍流模型选取是否得当将直接影响数值模拟的准确性。研究比较了Euler模型、Mixture模型及RSM模型3种不同的湍流模型对深水管柱式旋流分离器内流场数值模拟结果的影响。对比了3种湍流模型的切向速度与轴向速度场分布,发现3种模型均能较好地模拟出分离器内两相流的运动规律。将模拟结果同试验测量的油气分离效率以及进、出口处压降进行对比。结果表明:Euler模型和Mixture模型在压降、分离效率方面与试验测量结果相比存在一定误差,而RSM模型模拟的流场更接近于试验测量结果。进行管柱式气液旋流分离器流场数值模拟分析时,采用RSM模型模拟更为可靠。     

内置扭带水力旋流器分离性能研究

普通水力旋流器在分离天然气水合物泥砂混合浆体的过程中,外界不稳定工况易导致天然气水合物浆体分解出天然气气体,加之其与外界环境中的空气结合更易产生空气柱,而空气柱会影响旋流器的分离效率和分离精度。鉴于此,设计了内置扭带水力旋流器。采用Solidworks2018对水力旋流器进行三维建模,利用ICEM CFD对模型进行结构化网格划分,采用有限体积数值模拟方法研究了不同长度的扭带与水力旋流器组合,来对比分析该设备中内部流场的变化对分离除砂效率及分离精度的影响。研究结果表明:扭带的放置消除了空气柱对沉砂口排出砂的阻碍,增强了内旋流效果并提高了分离效率及分离精度;内旋流增强及稳定性提高使未被完全分离的天然气水合物泥砂混合浆体在内旋流区停滞时间延长,将泥砂与水合物进行二次分离,提高了水合物浆体纯度,使得溢流口的水合物含量激增并出现突兀的波峰; 200 mm非变径扭带与水力旋流器组合对天然气水合物的分离效果最好。研究结果可为分离器性能的深入研究提供参考。     

液-液水力旋流器的模拟分析与结构优化

根据计算流体力学的原理和方法,以流场数值模拟为基础,利用大型流体计算软件对液液水力旋流器内流体的运动规律进行了模拟分析。在模拟分析基础上,以提高分离效率为目的对除油水力旋流器的入口形式、溢流出口直径和旋流腔长度进行了优化设计。在实际应用中,应用计算得到的优化结构,可以提高旋流器分离效率6%左右。     

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。     

组合式旋流反应器单体排布方式数值优化

为了增强旋流反应器的处理能力,通常将旋流单体并联到一个组合容器内部使用,但由于混合相在容器内部分布不均单体分离效率将大幅降低。为提高旋流器组整体分离效率,以处理量为20 m~3/h的组合式旋流反应器并联装置为研究对象,采用国际上通用的数值模拟软件对组合容器内部流场进行数值模拟分析,并通过方差分析确定了最佳的旋流单体排布方式。研究结果表明:不同旋流反应器单体之间存在着液相介质分配不均现象,不同位置的旋流器压降及入口处油相体积分数均有较大差异;优化后的排布方式很大程度上降低了各单体入口处油相浓度分布差异,使组合容器内每个旋流器单体工作运行流场均匀稳定。该研究结果可为提高组合容器内旋流器单体的分离性能及改善组合容器的整体分离效率提供参考。     

游梁抽油机井井下油水分离器设计及仿真分析

针对游梁式抽油机井间隙供液的特点,设计了适用于139.7 mm(51/2英寸)套管的井下油水分离器,与游梁式抽油机配套使用,在井下完成油水分离、原油举升和采出水回注工艺。根据游梁抽油机的机构运动规律,推导得出了井下水力旋流器的入口流量波动曲线。将该曲线转换为流体仿真模型的瞬态入口边界条件,数值模拟得出了井下旋流器的三维瞬态流场分布,得到了底流含油浓度波动规律。     

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。     

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。     

油水分离旋流器的模拟分析与结构优化

根据计算流体动力学(CFD)的原理和方法,以流场数值模拟为基础,利用大型流体计算软件对油水分离旋流器内流体的运动规律进行了模拟分析。在模拟分析基础上,以提高分离效率为目的对油水分离旋流器的入口流道形式、溢流出口直径和旋流腔长度进行了优化设计。在实际应用中,应用计算得到的优化结构,可以提高旋流器分离效率8%左右。     

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...     

复合式水力旋流器内部流场的数值模拟

复合式水力旋流器是综合了动态和静态旋流器各自优点的新型水力旋流器.采用修正的RNGK-ε模型,对复合式水力旋流器内部流场进行了数值模拟.计算结果与实验所得数据基本吻合,证明了模型和算法的正确性.其中,轴向速度和切向速度的数值模拟结果和实际测量结果非常接近;在器壁附近的外自由涡区,切向速度的数值计算与实际测量数值基本一致.对径向速度分布规律的模拟将有助于对旋流器的结构及性能的分析,所建立的数学模型和所使用的计算方法为进一步研究复合式水力旋流器的分离机理、流场特性及结构优化设计提供了一条有效的途径.     

螺旋增压式串联旋流器分离性能试验研究

基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)软件Fluent,以螺旋增压式串联旋流器为研究对象,采用Eularian-Eularian方法模拟,分析了不同处理量及分流比条件下旋流器的分离性能,并完成室内及井口分离性能试验设计,开展了旋流器分离性能试验研究。结果表明,处理量在2.4～7.2 m³/h变化时,旋流器的分离效率随着处理量的增大逐渐升高; 处理量大于4.8 m³/h时,分离效率增幅缓慢。分离效率随分流比的增大呈现出先增加后减小的趋势,得出最佳分流比为32%,最佳处理量为4.8 m³/h,试验结果与模拟结果吻合良好。     

油水旋流分离器入口结构优化研究

采用雷诺应力模型CFD数值模拟方法,对涡线形曲面入口、阿基米德螺旋线形入口等9种油水旋流分离器入口结构形式的内流场和分离特性进行了试验研究,得出比较理想的4种优化入口结构形式。进一步的优化设计和性能试验表明,阿基米德螺旋线是一种较好的入口结构形式,采用这种入口结构形式优化设计的油水旋流分离器试验研究结果表明,阿基米德螺旋线和旋流腔之间实现了平滑过渡,从而得到较稳定的流场和较高的分离效率。     

油水旋流分离器流动机理和分离性能研究

采用雷诺应力模型CFD数值模拟方法．对油水分离器内的流动机理和分散油相的流动特点及处理方法进行研究。得出了分散油相等浓度分布云图和用于判断旋流器分离性能的流量-效率曲线、流量-压力降曲线、分流比-效率曲线和粒级效率曲线。利用试验对曲线进行验证，结果表明，理论计算与实验数据曲线在一定范围内变化趋势一致，根据曲线可对旋流分离器的性能作出判断，并确定处理能力及是否对来液采取必要措施来提高分离效果等。     

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。