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。     

液-液水力旋流分离器结构筛选实验研究

对四段式旋流分离器的结构尺寸对性能的影响进行了实验研究,结果表明减小溢流孔径可提高分离效率,但会增加压力降;入口尺寸对旋流分离器性能的影响非常明显,随着人口截面的长宽比增加,旋流分离器的压力降减小,但分离效果也降低;旋流分离器入口当量直径越大,压力降越低,效果越差。随着小锥段角度增大,旋流分离器的压力降增大;小锥角变化对18μm以上的油滴的分离效果基本相同,对小于18μm以下油滴的分离效果有较大的影响。减小直径、延长尾管段能够提高旋流分离器的分离效率;但压力降相应增大。     

液-液旋流分离器性能的模糊综合评价研究

通过对用于油水分离的液 液水力旋流分离器的性能进行分析 ,得出影响其性能的主要因素为效率、能耗、底流口含油浓度、溢流口的含水率、分割粒径和流量调节比。同时还提出了一种新的旋流分离器性能模糊综合评价模型 ,并应用该模型对三种结构的旋流分离器进行了评价。结果表明 ,该方法准确可行 ,大大方便了旋流分离器的评价和选型     

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。     

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.     

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。     

基于相似分析和人工神经网络的管柱式气液旋流分离器压降预测模型

为了全面预测管柱式气液旋流分离器的分离性能,对其气液相流动现象进行相似分析,获得表征气液相流动的关键相似准数。在此基础上,结合大量试验数据,运用MATLAB神经网络工具箱,建立3层BP神经网络模型。通过输入表征结构参数、操作参数和液相物性参数的相似准数,模拟输出溢流压降。结果表明,将相似准数作为参数对神经网络进行训练可提高神经网络的泛化能力,其预测值与试验值吻合良好,平均误差小于15%。将相似理论与人工神经网络相结合是预测管柱式气液旋流分离器分离性能的有效方法。     

液-液分离旋流器结构选型计算

在前期对液-液旋流分离器流量压降特性实验研究的基础上,分析了结构参数、操作参数及物性参数对液-液旋流分离效率的影响;提出了液-液旋流分离器结构设计的设计方法和设计步骤,认为建立性能优良的旋流器模型数据库,是选型设计的基础和前提。     

基于CFD的离心式气-液分离器结构设计及仿真优化

运用CFD技术优化设计了一种新型离心式气一液分离器，以去除气侵钻井液中的小气泡。通过CFD模拟，研究分析了该分离器内湍流状态下的2相流动，以及分层、分离、旋流等复杂现象。模拟结果显示，由于分离器内的运动部件——转鼓旋转，钻井液形成强迫旋流，不同密度的气、液相在离心力作用下发生分离。试验测试结果表明，该分离器试验模型的分离性能显著、稳定，保证了钻井液性能尤其是密度的稳定，从而验证了CFD的有效性。在内流场分析的基础上，对分离器试验模型进行仿真优化，改进了入口方式和转鼓结构。结果表明，切向入口有利于改善来液的流动；分离器增加1个旁通管形成循环支路后，有利于降低背压，使排气管壁上的液滴流回到分离器。     

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。     

溢流率对液-液旋流器内部流场影响的试验研究

溢流率作为影响液-液水力旋流器分离性能的一个重要参数,对水力旋流器的分离效果有着很大的影响。应用激光测试技术测量了在不同溢流率下的轴流式液-液水力旋流器内部流场的变化特点。测试结果表明,溢流率主要是通过改变旋流器内部轴向速度场来影响旋流器的分离效率,旋流器锥段底部是其内部流场稳定性的"薄弱区",极易受溢流率的影响,对此段结构应做进一步改进。     

轴流式气液旋流分离器分离性能试验研究

操作参数和结构参数对轴流式气液旋流分离器的分离性能具有较大影响,试验考察了体积流量、入口含液质量浓度以及柱段长度等参数对分离器分离性能的影响,找出了其影响规律和特点,并进行了初步的理论分析。研究结果为该类型气液旋流分离器的优化设计提供了依据。     

新型油水分离装置——水力旋流器试验

研究确定了水力旋流器的几何结构及各部分尺寸。试验研究了水力旋流器样机入口形式及各参数(流量Q_i、分流比F等)对分离性能的影响,并确定了压力降△Pd与流量Q_i的关系。试验用水力旋流器的分离效率达95％。     

结构及操作参数对旋流器轴向速度场的影响——液-液水力旋流器速度场研究之四

在研究旋流器轴向速度分布规律的基础上,分析了短路流与循环流的形成原因,试验研究了改变操作参数,即改变入口流量Ｑｉ与分流比Ｆ对轴向速度场的影响。认为短路流与循环流是由旋流器结构决定的,很难完全消除,它们干扰了旋流腔和大锥段的流场,在一定程度上也影响了分离精度。试验结果表明,加大入口流量Ｑｉ与分流比Ｆ,并将其控制在一定范围内,便可提高分离效率。这项研究对水力旋流器分离机理的认识与实际应用均有重要意义     

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。     

井下水力旋流器入口结构参数试验研究

Three different inlets of hydrocyclone are studied in combination with the construction of a downhole system and hydrocyclone. By comparing the relationship between the inlet structure & dimensional parameter of hydrocyclone and separation efficiency & pressure loss, the highest efficiency is obtained from the inlet of an involute curve with increasing depth-width ratio from the three types, in which the separation efficiency and pressure loss all drops slowly, for the length of the channel decreases, while it drops rapidly in the other two. The flow guiding ability of the inlet affects the separation efficiency greatly, so the corresponding involute type of inlet of hydrocyclone fits for downhole oil-water separation is optimized, which serves as a basis for the structural design of downhole hydrocyclone.     

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。     

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。     

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。     

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。