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。     

新型气-液-固复合分离器压力特性实验研究

针对油田油气开发的复杂性,结合多种分离技术的特点,提出开发一种新型气-液-固分离器,并简要介绍其结构和工作原理。根据模拟分析结果,利用该分离器对气液混合液进行了分离实验研究,了解了操作参数的变化对旋流器内部流场及分离效率的影响;同时验证了数值模拟结论的合理性。实验结果表明,新型气-液-固分离器具有体积小、处理能力大和脱气效率高的优点,具有良好的应用前景。     

地面除气系统影响因素实验研究

根据现有重力式分离器和离心式分离器结构,应用CFD技术对其内部流场模拟,通过正交实验方法设计了不同工况下的数值模拟方案,应用极差分析法和方差分析法对影响除气效果的各因素进行研究。分析认为,影响除气效果的主要因素是气泡直径和钻井液黏度。根据数值模拟得到最理想的分离器结构和工况组建了室内实验台架。将实测数据与数值模拟结果进行了对比,分析结果表明,数值模拟得到的除气效率变化趋势与实测结果总体一致,验证了数值模拟方法的可行性。     

新型高效离心式气液分离器设计与试验研究

针对常规离心式分离器进行结构改进,开发出新型离心式气液分离器。通过试验证明,该分离器解决了在一定压力下气液分离经常出现的气、液夹带现象,改善了气液分离用离心式分离设备气、液2相流的流场,使分离器对于气、液2相混合流中粒径在3~8μm以上的液体组分分离效率达到90%以上。     

潜油电泵井下气液分离器数值模拟

针对目前潜油电泵井下气液分离器处理气体能力有限的问题,基于计算流体动力学方法,运用ＲＳＭ
湍流模型对气液分离过程中气液分离器内部两相流流场开展了数值模拟,同时对气液分离器入口含气率进行了敏
感性分析,而且在数值模拟的基础上经过计算得出同一液量不同进气量情况下气液分离器的分离效率。模拟结果
和入口含气率敏感分析表明,气液分离器的分离片的数量偏少,导流片的分离导流能力不足,而且分离片和导流片
的位置不合理以及导流片距分离头的距离太大;分离器分离效率随入口含气率增加而增大,当入口含气率为７０％
时分离效率为５５．２％,气液分离器的分离效果不理想。     

柱状气液分离器分离效果的数值模拟分析

为了降低海管输送压力,减轻FPSO终端生产水处理负担,在采油平台新增一套油气水处理流程,流程中的气液分离器采用GLCC+立式分离器的设计。为探究处理量及液位控制等因素对其分离效果的影响,建立了新增系统中气液分离器的三维模型。借助ANSYS FLUENT的Mixture多相流模型对分离器内流场进行数值模拟,分析了在不同处理量工况下和液位控制对分离效率的影响。研究结果表明:将分离器液位控制在80～100 cm,可以保证在平台采取各种增产措施的处理量工况下,液相出口的含气体积分数在2%以下,避免对下游油水分离设备产生影响,同时,气相出口携液体积分数控制在5%左右,含油体积分数在0. 5%以下;分离器气相出口气体的洁净度未达到气浮选装置气源气的要求。研究结果可为海上采油平台油气水处理设备的选型、设计及工作参数的优化提供参考。     

井下螺旋分离器内气液两相流场的数值模拟

根据井下螺旋分离器中气液流场的分散、流动状态以及力学特征,选取颗粒轨道模型作为气液两相流计算模型,运用流体力学软件FLUENT对不同螺旋结构下的气液两相流场进行数值模拟及可视化处理与分析。结果表明,分离器螺旋圈数越多,颗粒越易分离;螺旋结构相同时,颗粒直径越大越易分离,并确定了螺旋分离器的最佳螺旋结构。     

斜板式气液分离器的内流场CFD模拟

基于计算流体动力学(CFD),应用ANSYS-CFX软件,采用RNGk-ε模型,对卧式分离器和斜板式气液分离器内部流场进行数值模拟计算,得到了两种分离器内部流场速度矢量分布规律和气体浓度分布规律,发现斜板式气液分离器比卧式分离器分离效率有很大提高。同时分析比较了流场模拟结果,发现分离器的上筒尾部、出气管、连通管,集液筒这四处存在涡流。     

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。     

轴流式气-液旋流分离器分离特性

针对内部设有中心体的轴流式气-液旋流分离器,根据液滴在分离器内部旋流场的受力情况,建立分离器分离效率模型。实验发现,当液滴直径大于10 μm时,通过理论模型求得的液滴粒级分离效率与实验值吻合较好;在一定气速范围内,减小导流叶片出口角、增加中心体直径以及减小排气管直径均能够提高分离效率,即对于一定结构的分离器,存在相应的临界气速能够使分离器的分离效率达到最大值,随气速继续增大,分离效率呈下降趋势。根据实验结果提出分离器在不同工况下的设计准则,当气速高于临界气速时,为保证分离器分离效率,维持较低压降,设计导叶出口角为45°,中心体直径与筒体直径比为0.5,排气管直径与筒体直径比为0.85,分离器长度与筒体直径比为3。当入口气速低于临界气速时,可根据理论模型对分离器结构参数进行调整。     

螺旋式井下油气分离器设计与分析

螺旋式井下油气分离器是一种利用离心分离和紊流化使气泡聚合的原理 ,最大限度地利用套管截面积来降低油气进泵前的回流速度 ,增强“回流效应”分气作用的新型油气分离器。介绍了它的工作原理 ;推导了螺旋结构参数的设计计算公式 ;分析了各种参数对分离效果的敏感性 ;给出了设计实例。从分析及试验结果可以看出 ,螺旋式井下油气分离器特别适用于产量大、气油比较高且又无法连续自喷的油井 ,是“下喷上抽”举升方式的新型高效井下分离器     

螺旋入口构件对立式分离器分离性能影响的数值模拟

立式分离器的入口构件同时具有降低入口流体对内部流动的不利影响和促进入口流体初步分离的作用。设计了2种螺旋入口构件,应用FLUENT软件的欧拉多相流模型及k-ε湍流模型,分析了不同操作条件及结构形式下立式分离器内气-液两相流动的特点与分离特性。研究结果表明,加入螺旋入口构件的立式分离器可进一步分离粒径较小的油滴,可在入口流量大的工况下依旧保持较高的分离效率;单层、双层螺旋入口构件均可提高分离效率,两者效果差距不大,但单层螺旋结构更为简单和紧凑。     

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。     

移动式多级分离的管线气液分离装置

针对目前气液分离器存在的问题,研制了移动式多级分离的管线气液分离装置。该装置采用四级分离装置逐级进行油气分离和油雾中的油滴分离,通过研制无压干涉浮子控制器来提高气液分离效率,达到自动控制分离过程的目的。该装置采用不受压力干涉的液位控制器,能根据液位的变化自动打开、关闭气路或液路,动作灵敏可靠;装置采用拖车式结构,机动性强,且当气液分离位置固定时,可以只安装气液分离单元,降低运行成本。实际应用表明,该装置操作简单,排出气体中不含有液体,可实现油气的彻底分离。     

双梯度钻井关键工具及井筒压力动态变化规律

为了解决注空心球双梯度钻井中分离器的分离效率不高的问题,对井筒压力的动态变化规律进行了研究。设计了能够对空心球实现高效分离的过滤分离器,并通过数值模拟与室内试验进行了验证,过滤分离器最高分离效率可以达到98.5%。建立了空心球分离进入环空时所产生的波动压力数学模型,结合该模型并考虑空心球的体积分数、钻井液排量、分离器位置以及机械钻速的动态变化,进一步建立了井筒压力动态变化的数学模型。基于钻井数据进行了算例计算和影响因素分析。研究结果表明:在分离器位置处,井筒压力分布存在明显拐点,而环空中钻井液密度分布存在突变;通过动态调节空心球体积分数和分离器位置等关键参数可以灵活调节环空中轻质钻井液的密度大小、液柱长度以及随钻井底压力的大小,从而实现对随钻井底压力的实时预测。研究结果可以为窄压力窗口条件下的安全钻进提供理论基础与技术支撑。     

强吸气液分离器的设计和应用

气液分离器是石油天然气行业常用的设备,分离器的分离效果对于气田处理工艺有着非常重要的影响,传统的分离器分离原理单一,分离效果不很理想。文章介绍了强吸气液分离器的结构、试验结果和应用情况。强吸气液分离器是一种采用全新分离原理的分离设备．利用一个螺旋型通道,使气体从上至下或从下至上形成一种有序的强制旋流运动,在离心作用、吸附作用、聚结作用和重力作用下,使气液得到有效分离。经过试验．分离效果达到要求,已在国内推广使用。     

基于正交试验的仰角式油水分离器结构参数优化

针对仰角式油水分离器结构进行了初步设计。为了提高分离器油水分离效率,引入正交试验法对其结构参数进行改变和重新配置,设计了8因素5水平的正交方案,得到50种不同的结构组合模型。采用Fluent 12.0软件对50组模型进行数值模拟,选取其中的25组进行直观分析,得到最优方案A;通过数值计算数据的极差分析以及结构参数对油水分离效率的影响分析,选取各因素平均油水分离效率最高的水平组合,得出最优方案B;将A、B两方案进行比较分析,最终确定仰角式油水分离器的最优结构参数组合为B方案。采用相同的数值模拟方法,得出优化后的分离效率比优化前提高4.972%,表明正交试验法在该型分离器结构参数的优化方面具有一定的工程实践意义。     

新型柱式气液旋流分离器数值计算

应用CFD技术对新型柱式气-液旋流分离器内气、液2相的分离过程进行了数值计算。结果表明：气、液2相介质由斜切入口进入柱式旋流器后,在离心力、重力和浮力的共同作用下呈螺旋运动,并迅速发生分层和分离;在旋流器的轴平面上,密度场、气相和液相的体积分数分布都存在一个＂U＂形过渡区;该分离器能有效脱除天然气中的液相成分。