螺旋管内油水分离流场数值模拟分析

利用Fluent软件,采用Realizablek-ε模型对不同流速、不同开孔条件下螺旋管内部流场进行了数值模拟分析。入口流速较高时,螺旋管内油水界面为向内侧管壁倒伏的"V"字形,"V"字形内侧为油相,外侧为水相;螺旋管横截面上流体速度与压力沿径向由内侧管壁向外侧管壁逐渐增大。根据模拟结果提出了螺旋管开孔优化设计方法:在高入口流速下,螺旋管外侧管壁开孔位置应选择在螺旋管横截面水平位置及其上、下一定角度处(同时开孔),从而提高油水分离效率;在保证管内压力为正值的前提下,可考虑在内侧管壁开孔释放分离出的油。为降低系统压损,应尽量降低入口流速。     

一种新型导叶式油水分离器

油井开采后期,含水率越来越高,对井下油水分离器提出了更高的要求。现阶段的离心式油水分离器分离效率并不理想,为进一步提高分离效率,提出了一种新型导叶式油水分离器。该分离器利用放置在流道内的叶轮部件,在分离器内形成旋转流场,在离心力的作用下,轻质油聚集在管道中心形成油芯,重质流体靠近壁面,通过引出口将油芯排出,从而达到离心分离的目的。采用可视化的试验方法,借助高速摄像机,以水和白油为工作介质,研究了叶片入口角度为40°、45°和55°时,不同流速和水相出口压力对分离段内油水运动轨迹和分离效率的影响。试验结果表明:叶片出口角度55°时的分离效果优于40°和45°;在含油率一定的情况下,流速低于1.17m/s时分离器有较高的分离效率,当流速超过1.17 m/s时,水相出口含油率显著增加;在高流速下,提高分离器水相出口压力能够明显提高分离效率。研究结果可为油水分离器的进一步优化设计提供参考。     

高效沉降分离池分离特性的数值模拟

针对某油田的含油污水,选用RNGk-ε模型,基于ANSYS14.0平台的FLUENT软件对高效沉降分离设备的内部构件、不同入口速度、停留时间进行模拟分析,进而研究其分离特性和流动规律。模拟结果表明:1无内部构件的高效沉降分离池中会存在严重的涡流和动力不足的问题,须设置平板和斜板改善分离设备内部流场,促进油滴聚结合并,从而提高油水分离效率;2不同入口速度下,进口速度越小,涡流区长度相对较小,所需的停留时间越长,但油水分离效果相对较好;3当沉降分离设备高度Y=0.5m处的油相体积平均分数超过0.95,即为油水分离最佳界面。     

深水水下分离器的试验研究

为了解深水水下分离器的工艺性能和分离效果,对其进行了室内试验研究。根据相似理论,制作了分离器试验样机。在给出试验流程和试验条件后,确定了3个试验目标,即气相逃逸量、液相流动和油水分离效率。试验结果表明,入口预分离构件内部形成较为稳定的气相流场,气相的分离效率在90%以上;布液管起到了布液和改变流向的作用;整流构件对液相流速进行了规整,分离器的油水分离效果和稳定性较佳,在重复性试验中,水中含油质量浓度和油中含水体积分数均稳定在较低的范围内。     

一种管道式油滴聚并装置的性能研究

为了探讨管道式油滴聚并装置的性能特征,采用室内试验和计算流体力学方法,对装置内的流型变化特性进行了研究。试验研究中,为了获得管道式油滴聚并装置的最优油滴聚并方式,加工了3种聚结板结构。研究结果表明:当入口混合流速低于0. 5 m/s时,能够实现流型的转换;当入口混合流速高于0. 5 m/s时,分散相油滴经过管道式油滴聚并装置后能够增大。通过对不同聚结板结构参数、操作参数和物性参数的研究发现:在高入口流速下,平板式聚结板的聚并效果最优;当入口流速增大至将近3 m/s时,管道式油滴聚并装置内的油滴仍然有增大的效果;当聚结板的间距为20 mm时,油滴聚并效果最优;当聚结板的长度在1 m左右时,油滴聚并效果最优。管道式油滴聚并装置具有将小油滴聚并成大油滴的功能,可配套油水分离器使用从而提高分离器的分离性能。     

基于双旋流的油泥分离器数值模拟

针对兴中油泥含油量高、含渣量低的特点,提出一种新型的双层旋流器结构来进行油-水-颗粒的三相分离.采用数值模拟的方法进行研究,选择混合模型和k-e模型对单层旋流器和3种不同进口型双层旋流器的分离效果进行模拟,分析各旋流器的结构对压力分布、油水分布和油泥颗粒分布效率的影响.结果表明:入口流量为40 m3/h,即入口流速为6...     

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。     

油水预分离设备的模拟设计及优化

目的 石油开采及运输过程中产生的含油污水中大多含有泥-砂等固体颗粒,为了提高油、水、砂混合液的分离速率,设计了一种一体化的油、水、砂预分离设备,并对其进行实际能力测试。方法 基于正交试验使用数值模拟方法对设备的旋流油水分离单元进行了结构参数优化,并探究了最佳操作条件,通过实例验证模拟的结果是否准确、设计的设备尺寸是否可行。结果 通过正交试验模拟优化出的旋流器主直径为66.5 mm,溢流口直径为4.6 mm,底流口直径为14 mm,大锥角为20°。在该尺寸下进行了最佳操作条件的探究,当油相体积分数为10%时：模拟得到最佳入口流速为15 m/s,溢流分流比为15%,除油效率为83.1%;实例试验的最佳入口流速为15 m/s,溢流分流比在15%～20%之间,除油效率为79%。结论 数值模拟的结果与实验结果基本一致,优化的设备能够满足油水分离预处理的要求,具有良好的应用前景。     

除油旋流器操作参数对分离效率影响的数值模拟

利用计算流体动力学Fluent软件模拟分析用于油水分离的水力旋流器内油滴的运动轨迹,分析入口油滴粒径、分流比、入口流量对旋流器分离效率的影响。采用雷诺应力模型和离散相模型对油水两相进行数值模拟,入口油滴粒径分别为10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm,分流比分别为2%、2.6%、3.9%、5%、5.8%、7%,入口体积流量分别为3.5m3/h、4.3m3/h、5.2m3/h、6.1m3/h、6.9m3/h。数值模拟结果表明,数值模拟结果与实验结果基本吻合;油滴的分离区域主要集中在圆柱段、大锥段以及小锥段上半部分;随着油滴粒径的增大,旋流器分离效率增加;随着分流比和入口体积流量的增大,分离效率都表现为先增大后基本不变;最佳分流比随着入口油滴粒径的减小而增大。     

新型螺旋除砂器分离效率研究

为了使螺旋除砂器能够在不同工况下保持较高的分离效率,对其结构参数与分离效率间的关系进行研究。依据工程流体力学中的伯努利方程建立了螺旋除砂器相关结构参数的数学模型,借助FLUENT流体仿真软件对其内部流场进行仿真,并利用数据拟合的方法对结果进行分析。通过对仿真云图8个不同标记点的模拟数据的处理,得到混合流体流速在4.15~4.52 m/s之间时,最大分离效率为5%,随着流体速度的增大,分离效率也会有所提高,当流体速度增大到6.79 m/s时,模拟分离效率能达到95%以上。研究结果表明,混合流体流速V分别与螺旋除砂器总高H、螺旋管中径D间为线性递增关系,而与螺旋管管材内径d间存在线性递减关系,为螺旋除砂器的设计制造提供了理论依据。