水力旋流除砂器内液-固两相流动试验与数值模拟

海上油田注水工艺中,水力旋流除砂器除砂性能的好坏直接影响后续过滤器的正常运转。鉴于此,通过试验和数值模拟对TP-Ⅱ-250型水力旋流除砂器内液-固两相流动进行了研究。研究结果表明,RSM模型和DPM模型用于模拟液相湍流流动和固相流动具有很高的计算精度;压降随着进料流量的增加而增加,流体流动与壁面的摩擦以及短路流现象是造成压损的2个重要原因;切向速度和轴向速度是影响水力旋流除砂器颗粒分离的2个主要流速分量;TP-II-250型水力旋流除砂器能将70μm以上的颗粒全部捕集,并且颗粒粒径越小,越容易逃逸,但是对于微小颗粒而言,由于发生团聚和附着作用,其分离效率也能达到较高;除砂效率随着入口进料流量的增加呈现先增加后降低的趋势,进料流量范围为56~62 m3/h时,除砂效率最高。所得成果为水力旋流除砂器更好地应用于海上油田注水工艺提供了依据。     

水力旋流除砂技术

中原油田采油三厂文明寨油田属极复杂小断块油田,曰产液量约5000m~3。由于所辖油区油层埋藏浅,胶结疏松,储油岩层主要由长石岩质粉砂岩、细砂岩、不等粒砂岩或岩泥组成,经过多年的高速开发,近年来采出液中含砂量高达2‰～3‰。采出液含砂的粒径在0.084mm以下的细砂占总量的61％,平均粒径为0.054mm。出砂日益严     

旋流除砂器气—固两相流场模拟分析及结构优化研究

旋流除砂器在油气测试现场应用中存在小颗粒固体除砂率低的问题,鉴于此,文章采用计算流体动力学软件(CFD)Fluent中的雷诺应力模型(RSM)和离散相模型(DPM)对旋流除砂器内部的流场特性和运动轨迹进行模拟分析,通过对旋流除砂器敏感性参数模拟分析得出：除砂率随着入口流速和工质颗粒直径的增大而增大,且当流速达到10 m/s,颗粒粒径达到5μm时,该型除砂器的除砂率即可达到80%以上,然后基本维持稳定。通过对除砂器结构优化改进,模拟研究发现：将除砂器的圆形入口改为方形入口可以显著提高该型除砂器对小于5μm粒径颗粒的除砂率,且可以有效减小除砂器顶部由于高流速、大粒径造成的颗粒堆积现象,对提高该型设备的现场适用性具有较高意义。     

旋流除砂器的结构设计

该文结合对多种旋流除砂器的结构设计和实践，提出了一种新的结构形式。经实践证明可以提高旋流除砂器的运行寿命，减少了易损部分的更换次数，基本上解决了旋流除砂器无法长期运转的缺陷。     

旋流除砂器的结构设计

该文结构对多种旋流除砂器的结构设计和实践，提出了一种新的结构形式。经实验证明大大提高了旋流除砂器的运行寿命以及减少了易损部份的更换次数，基本上解决了旋流除砂器无法长期运转的缺陷。     

天然气井口旋流除砂器应用探讨

天然气井出砂问题日趋严重,在天然气井口安装除砂器,可保证井口下游地面设备正常运行。旋流除砂器用于井口除砂,占地面积小、安装方便、运行费用低、使用方便灵活,能够连续可靠地完成分离任务。本文对我国现有气井旋流除砂装置、超高压旋流除砂装置、强制流式天然气井口除砂器以及国外典型井口除砂器的应用现状及特点进行了探讨,指出了天然气井口除砂器应向高压、高效、环保、稳定、自动化方向发展。     

高效旋流除砂器的试验研究

从分析旋流器结构参数对旋流器性能的影响入手，对旋流器的锥角进行了重点选择和试验，从而找出提高分离能力的锥角的最佳值的相应的其它结构参数。所研制的高效肇流除砂器，其分离能力可提高３０－５０％，既除砂又除泥；在不增加设备情况下，实现了提高钻井液净化能力目的。该设备壳体聚氨酯橡胶衬里和铸铁外壳的双层结构，以及新型的底流口调节固定装置，使寿命延长、操作简便、直观。     

旋流除砂器锥套磨损率的计算

在总结一般工业用水力旋流器工作过程和高分子材料磨粒侵蚀机理研究成果的基础上,建立了一套水力旋流器(旋流除砂器)锥套磨损率的准理论计算方法。计算结果与矿场实验实测值基本相符。此方法可用于预测锥套的使用寿命,对旋流除砂器的设计与使用具有指导意义。     

结构紧凑的井口除砂器

在世界许多的油气田中，油气井出砂是一个生产问题。这个问题同油气井的产水加剧、部分储层的松散特性和部分重油与高粘油的性质直接相关。因此，许多油气井生产作业人员目前正面临着产出井液中含有大量砂子这个问题的困扰。伴随而来的问题是，设备受到冲蚀，固体颗粒沉积...     

入口颗粒对旋流除砂器壁面磨损的影响研究

基于计算流体动力学方法,采用Fluent软件中的雷诺应力模型和颗粒随机轨道模型,选取旋流除砂器常见工作状态,数值模拟研究了颗粒入口速度在5～15 m/s、质量浓度在10～30 kg/m3变化时对旋流除砂器壁面磨损的影响,得到了旋流除砂器内壁磨损分布规律。模拟结果表明,旋流除砂器壁面磨损分布并不均匀,入口环形空间以及底流口附近磨损率较大。颗粒入口速度和质量浓度的变化对旋流除砂器壁面磨损整体分布影响较小,但入口速度的变化会改变各磨损区域内磨损最严重点的位置,入口环形空间壁面磨损位置变化最为明显,而颗粒质量浓度的变化则对壁面磨损最严重点的位置影响较小。颗粒入口速度和质量浓度的增大都会使旋流除砂器最大磨损率增大,入口速度对旋流除砂器最大磨损率的影响比质量浓度更大。     

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。     

Numerical analysis of hydroabrasion in a hydrocyclone

The velocity profiles and separation efficiency curves of a hydrocyclone were predicted by an Euler–Euler approach using a computational fluid dynamics tool ANSYS-CFX 14.5. The Euler–Euler approach is capable of considering the particle–particle interactions and is appropriate for highly laden liquid–solid mixtures. Predicted results were compared and validated with experimental results and showed a considerably good agreement. An increase in the particle cut size with increasing solid concentration of the inlet mixture flow was observed and discussed. In addition to this, the erosion on hydrocyclone walls constructed from stainless steel 410, eroded by sand particles (mainly SiO₂), was predicted with the Euler–Lagrange approach. In this approach, the abrasive solid particles were traced in a Lagrangian reference frame as discrete particles. The increases in the input flow velocity, solid concentration, and the particle size have increased the erosion at the upper part of the cylindrical body of the hydrocyclone, where the tangential inlet flow enters the hydrocyclone. The erosion density in the area between the cylindrical to conical body area, in comparison to other parts of the hydrocyclone, also increased considerably. Moreover, it was observed that an increase in the particle shape factor from 0.1 to 1.0 leads to a decrease of almost 70 % in the average erosion density of the hydrocyclone wall surfaces.     

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。     

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。     

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。     

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.     

基于CFD的折流杆换热器流场仿真系统研究

基于计算流体动力学原理,建立了换热器流体流动和传热过程的控制方程组,应用算子分裂法,将换热器控制方程分裂为基本的对流、扩散、Stokes问题;采用8~20节点三维等参单元,推导出有限元离散化方程组。编制了流体流动和传热的数值仿真系统程序,应用仿真系统进行传热数值模拟计算和实验验证,通过对比两者的Nu与Re的关系,可以看出仿真系统的计算值和实验测量值非常接近。实验证明,采用编制的折流杆换热器数值仿真系统进行传热模拟计算是切实可行的。     

除水型油水分离旋流器试验研究

对除水型油水分离族流器进行了从含有水分杂质的油中脱除水分的试验研究。用正交设计试验得出了这种旋流器的结构及操作参数的优化数据，并对底流率以及进口雷诺数与其分离性能指标之间的关系作了研究。结果表明，各结构参数与操作参数对不同性能指标的影响敏感程度是不同的，以不同指标参数作为目标函数时旋流器应具有不同的最优结构与操作参数组合；底流直圆管长度适当增大，可以使旋流器脱水过程各项分离指标得到改善；随着底流率的增大，使旋流器脱水率和油损率均增大，而脱水因子则减小；旋流器进口雷诺数对其脱水因子、除水率和油富集因子等分离性能指标没有显著的影响。     

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。     

Method for calculation of separation indexes of suspensions in a cylindrical cocurrent hydrocyclone

Translated from Khimicheskoe i Neftyanoe Mashinostroenie, No. 4, pp. 20–21, April, 1991.