摘要：针对油水分离中小粒径油滴难以分离的情况,设计了一种水力聚结器,借助析因筛选设计及响应曲面优化设计,结合有限体积法,并以综合考虑油滴粒径尺寸、体积占比及平均粒径等多因素提出的一种聚结效率计算方法作为评判指标,对其进行结构参数显著性分析及结构优化设计。以优化前、后的水力聚结器为模型,在相同工况下开展聚结性能模拟测试。测试结果表明,显著性较高的参数依次为锥段长度L2、尾管长度L3以及内心底径d,根据得到的结构参数与聚结效率间的最优回归方程,确定出最佳结构参数值,即锥段长度为678.63 mm,尾管长度为99.89 mm,内心底径为10 mm。优化后的聚结器出口处平均粒径由524.7μm增加至550.9μm,聚结效率由14.26%提高至14.55%,聚结性能得到明显提升,验证了优化结果的准确性及可行性。研究结果可为旋流分离设备设计提供参考。

摘要：为解决天然气井井下气相夹液及超高气液比气液分离器分离效率低等问题,设计了一种适用于高气液比井下的气液分离装置。通过数值模拟研究及正交试验法确定了分离器较优结构模型,并分析了不同进口速度、气液比以及分流比对其分离效率的影响。研究结果表明:影响分离器分离效率因素的主次程度依次为聚集挡板角度>聚集挡板间距>聚集挡板数,在27 m^(3)/d的流量下,75.9 mm内径的井下气液分离装置的最优结构为聚集挡板数18个,聚集挡板间距40 mm,聚集挡板角度45°,且当气液比为7∶1、装置进口速度为15 m/s、分流比为7∶1时,分离效率达93.6%;将装置第一级设置为聚结螺旋轴入式旋流分离可使气液分离效率得以提升。所得结论可为天然气井井下气液分离器的设计提供技术参考。

摘要：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h_(2)>溢流管伸入长度h_(1)>溢流口直径d_(1)>底流口面积S>锥体直径d_(2)>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。

摘要：为了分析离散相油滴在水力聚结器内的运移轨迹以及聚结器流场特性对油滴聚结的影响,采用PBM-DPM耦合数值模拟方法获得了聚结器内速度场及油相体积分数的分布规律,掌握了聚结器旋流腔为油滴碰撞聚结的主要发生区域,但在螺旋流道及聚结内芯的近壁区域受较大时均速度梯度影响油滴出现明显的破碎现象。数值模拟结果表明:聚结器内部流场呈外部为准自由涡、内部为强制涡的复合涡旋流场特性,且沿内涡区流出的油滴较外涡区运动的油滴在聚结器内的停留时间更长,时间差值约为0.029 s;内涡区含油体积分数较高,增大了油滴间的碰撞概率,因此内涡区的油滴粒径较大,同时也受到更高的流场阻力,致使在油滴运动过程中速度衰减明显高于外涡区油滴。针对水力聚结器试验样机开展了聚结性能试验,对比了聚结器出口及入口的粒度分布,得出试验工况下聚结器可将入口处平均粒径为92μm的油滴增大到298μm。研究结果可为进一步揭示旋流聚结机理及设计出通过多场耦合作用来提高油水分离性能的新型设备与方法提供思路。

摘要：为研究气液旋流分离器的气液分离性能,解决油气产出液中潜在高含气导致泵气锁的问题。基于旋流分离理论,设计了一种新型螺旋气液分离器。在不同气液比条件下对其内部流场进行研究。研究结果表明:随着分流比的增加,旋流器的内壁面和底流口附近的含气体积分数显著降低,同时旋流器溢流压力损失逐渐增大,而底流压力损失逐渐减小,溢流压力损失增加的速率与底流压力损失减小的速率基本相同;分流比的增加使气液分离器的除气效率逐渐提高,底流含气体积分数逐渐减小。综合分析气液比分别为1∶1、1∶2、1∶5以及1∶8的4种工况,得出了其最佳溢流分流比分别为58%、39%、22%以及15%。研究结果可为高含气油井的井下气液分离装置设计提供依据,同时可为现场应用及操作提供指导。

摘要：采用多级并联微旋流器的方式实现井下油水分离,不仅可以提高采出液含油体积分数,同时能够满足高处理量要求。在井下工作时,若油水分离设备与套管间形成的油套环空流场结构不合理,会导致每级微旋流器组得到的流量不均匀,影响多级并联微旋流器分离装置的整体分离性能。基于数值模拟和响应面Box-Behnken试验设计方法,构建了分离装置和套管形成的油套环空流体域的结构参数与流量不均匀系数、最大压力损失间的数学模型,并对模型的有效性进行了验证。分析结果表明:当每级入口间距为400 mm、每级入口角度为90°、总级数为3级、出入口面积比为0.5时,优化后的流量不均匀系数从0.02653减小到0.01289,降幅达51.41%;与初始结构对比,当雷诺数在3000~8000范围内变化时,优化结构的流量不均匀系数在各种工况下比较稳定,最大可减小0.04708,最小为0.01125;优化后的结构呈现了较好的流量均匀分配性能及适应性。所得结果可为井下多级并联微旋流器的设计及应用提供参考。

摘要：目前关于螺旋气液分离器的研究大多侧重于低含气体积分数条件下的分离性能,高含气体积分数下的分离性能研究相对较少。为此,对比了螺旋气液分离器在低含气和高含气条件下的质量分数场变化规律,并对其在低含气和高含气条件下底流出口含气体积分数、脱液效率、脱气效率以及切向速度场进行了分析。研究结果表明:入口含气体积分数在不断上升过程中,当达到50%时,气相几乎均匀分布在整个气液分离器,气液分离器当中已经没有明显的液相集中区域;当达到70%时,底流含气体积分数最高达到了49.5%,底流出口携气严重,同时脱液效率由最初的96.9%下降到55.4%,脱气效率由43.9%提高到80.8%。研究结果可为螺旋气液分离器在高含气条件下的模型结构优化设计提供理论依据。