分离腔结构对井下旋流器分离性能的影响研究

为得到水力旋流器的最佳分离效果,采用数值模拟方法,通过改变入口进液速度和分流比,对导锥式旋流器和倒锥式旋流器的流场特性及分离性能进行了对比分析,获得了相同操作参数下两种结构的速度场、浓度场(溢流口油相体积分数)及压力场分布特性。分析结果表明:当入口进液速度为0. 3～1. 5 m/s时,导锥式旋流器具有较高的分离性能,此时压降比不高于1. 5,溢流口油相集中,随入口进液速度增大分离效率由97. 5%上升到99. 2%;当进液速度为1. 5～3. 5 m/s时,倒锥式旋流器分离高效且稳定,此时压降比不高于1. 5,溢流口油相集中,随入口进液速度增大分离效率由98. 0%上升到99. 7%;倒锥式旋流器的零轴向速度包络面有扩充作用,且倒锥结构可减缓流场中混合液速度;导锥式旋流器最佳分流比为20%,倒锥式旋流器最佳分流比为30%。研究结果可为同井注采工艺中油水分离器选型提供参考。     

油滴聚并破碎行为对水力旋流器分离性能的影响

为研究离散相油滴聚并破碎行为对旋流器分离性能的影响,以轴入导锥式旋流器为研究对象,将单一的混合模型与加载了群体平衡模型(PBM)的混合模型模拟结果进行对比。模拟结果显示:耦合模型模拟结果可以确定出油滴的破碎位置主要发生在螺旋流道及旋流器的近壁区域,并在轴心油核区油滴粒度分布较大,出现明显的聚并现象;耦合模型得出的分离效率随着入口进液量的提高呈现出先升高后降低的趋势,单一混合模型模拟得出的分离效率随着进液量的增加逐渐升高;两种模拟方法得出的速度场分布几乎无差别,但随着溢流分流比的增大分别呈现出极大值点不同的先升高后降低的趋势。所得结论可为提高水力旋流器数值模拟的准确性提供参考。     

微孔注气式旋流器分离性能试验研究

为了满足油田三次开采后水处理的高要求,设计了新型水力旋流器——微孔注气式旋流器。针对影响该旋流器分离性能的因素进行了试验研究,分别在大锥段注气和小锥段注气的2种注气方式下,研究了该旋流器的含气体积分数和分流比对分离效率的影响,以及分流比与压降比的关系,并进行了对比。结果表明:旋流器的最佳分流比为25%,最佳含气体积分数为30%,旋流器的压降比随着分流比的增加而加大;大锥段注气时,旋流器的最高分离效率为85.4%,平均分离效率为84.0%;小锥段注气时,旋流器的最高分离效率为89.2%,平均分离效率为87.3%。最后指出小锥段注气为最佳注气方式。     

采出液含砂对轴入倒锥式水力旋流器性能的影响

为研究井下旋流器在含砂工况下的应用并得到最佳分离效果,基于计算流体动力学方法,采用雷诺应力模型,以轴入倒锥式水力旋流器为研究对象,开展采出液含砂对旋流器的流场特性及分离性能影响的数值模拟分析,分析了含砂体积分数的变化对旋流器速度场、压力场、浓度场及分离效率的影响并开展了试验验证。研究结果表明:随着含砂体积分数的逐渐增加,旋流器的油水分离效率呈现出先增大后减小的趋势;在含砂体积分数小于1. 0%时,分离效率随着含砂体积分数的增加而增大;在含砂体积分数为1. 0%时,分离效率达到最大值98. 74%;随着含砂体积分数的继续增加,分离效率随之逐渐降低,在含砂体积分数达到7. 0%时,旋流器分离效率降低到97. 01%。研究结果可为油水分离水力旋流器的现场应用提供参考。     

高含水原油对水力旋流器预分离性能的影响

简述了高含水原油经水力旋流器分离时出现乳化的原因, 讨论了影响水力旋流器高含水原油预分离性能指标, 并对影响高含水原油预分离性能的重要参数———旋流器入口流量、分流比、压降和溢流口直径等分别进行了试验。试验结果表明, 当水力旋流器的流量、分流比和压降比控制在一定范围内时, 选择适当溢流口直径才能同时提高分离效率和脱水效率, 使高含水原油预分离后溢流的含油浓度满足生产要求, 底流口污水的含油浓度也满足后续除油工艺要求。     

水力旋流器在应用中若干问题的探讨

水力旋流器作为一种新型,高效的分离设备,有着广阔的应用前景,笔者结合水力旋流器室内实验和现场试验,对水力旋流器在矿场应用中若干个问题进行探讨,得出结论：随着水力旋流器入口流量的增加,操作压力的提高,乳化加剧;能耗主要取决于水力旋流器的入口流量和压降;旋流管直径的选择要综合考虑能耗和分离效率之间的关系,在入口含量浓度一定的情况下,分流比的大小决定了溢 流含油浓度的大小和底流口流水含油的多少,分流比越大,分离效率越高,则底流口中水的含油就越低,而油中含水则就高。     

水力旋流器内部流场数值模拟及分离性能分析

在分析水力旋流器基本组成与工作原理的基础上,采用计算流体力学(CFD)技术进行了水力旋流器的仿真模拟,分析了分流比、进口体积分数及溢流管壁厚对水力旋流器分离性能产生的影响。结果表明:分离性能随着分流比的升高而升高,但其升高的幅度由具体旋流器结构而定;随着体积分数的增加,旋流器对0.07～0.10mm粒径的分离效率呈简单的单调下降趋势;在相同操作条件下,旋流器溢流管壁厚的增加可以使分离效率提高,能耗降低。     

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。     

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％。     

油-水分离用水力旋流器试验

用有机玻璃制成的试验用油-水分离水力旋流器（主直径D＝0．038m）是由旋流腔、大锥体段、小锥体段与圆柱段组成。在自行设计的试验台上进行了水力旋流器试验，试验用污水是用自来水加原油配制而成。入口污水含油浓度为400ppm，入口污水流量为1～6m3／h。试验结果表明，水力旋流器的压力降随入口流量的增加而增加（当入口流量增加到3m3／h，分离效率也随流量的增加而增加），当人口流量增加到5m3／h时，压力降达0．170MPa（分离效率可高达97％）；当分流比在2％～5％时，出口净化水的含油浓度可降至15ppm。