螺杆泵转速对油水旋流分离管流场特性的影响

旋流分离器在井下采油螺杆泵作用下会发生复杂的振动现象,对旋流分离器内部流场造成一定影响。为研究螺杆泵不同转速下旋流分离器内部流场的变化规律,以同井注采工艺中螺杆泵作用下的旋流分离管柱为研究对象,针对振动壁面旋流分离管柱结构及工作特点,基于计算流体动力学方法、计算固体力学方法以及流固耦合理论,建立流固耦合力学模型;利用流固耦合分析方法,对双螺杆泵转动条件下井下旋流分离管柱内速度场、油相分布、涡量及湍动能等流场特性进行分析。分析结果表明:随着螺杆泵转速升高,分离器内切向速度和轴向速度强度逐渐减弱,径向速度的不对称性逐渐加剧,转速的周期性变化还会造成径向速度场分布的偏移;螺杆泵不同转速下旋流分离器内部涡量分布不同,随着转速升高,溢流管以及锥段部分附近相关流场的涡旋明显增强;旋流器溢流口附近油相体积分数会随着螺杆泵转速的升高而减小;不同螺杆泵转动状态下,大颗粒油滴的分布不同。所得结果可为螺杆泵井下旋流分离同井注采系统的设计及螺杆泵的转速设定提供参考。

基于响应面法的井下油水分离微型旋流器结构参数优化

针对微型旋流器分离性能受结构参数影响较大的问题,基于数值模拟方法和Box-Behnken设计,采用二阶多项式基函数构建微型旋流器底流口直径等5个主要结构参数与分离效率及压力损失间的数学关系模型,并对优化前、后的微型旋流器开展数值模拟和室内试验。通过对模拟数据进行方差分析验证了数学关系模型的精度,等高线图明确了结构参数之间的交互作用以及对分离效率及压力损失的影响程度。结果表明,底流口直径、小锥角、溢流口直径是影响微型旋流器分离效率和压力损失的重要结构因素;优化后的微型旋流器的结构参数为L_(1)=9.554 mm,D_(d)=2.184 mm,D_(o)=2.977,θ=9.39°,θ_(2)=2°,相较于初始结构分离效率提高了3.7%。研究结果可为高性能井下油水分离微型旋流器的设计提供参考。

采出液中固相颗粒对三相分离器性能的影响

为研究采出液中固相颗粒对气液固三相分离器性能的影响,基于计算流体力学软件Fluent,模拟分析三元驱采出液内所含的固相颗粒粒度及含量变化对三相分离旋流器处理固相体积分数分布、速度场和除砂分离效果的影响。结果表明:入口固相颗粒粒度变化对其径向速度影响较大,呈线性影响关系,颗粒粒径越大,流向旋流器器壁的径向速度越大,粒径不同对切向速度和轴向速度影响较小;固相含量增加,旋流器固相质量分离效率呈先增大后减小的趋势。

旋流器磨损研究进展

介绍了旋流器磨损方面的研究进展,包括利用数值模拟、现场及实验室试验对水力旋流器壁面磨损位置、影响磨损的关键部位的结构参数和操作参数,以及为提高旋流器使用寿命对内衬材料和自身结构进行的改进,并对减缓旋流器壁面磨损的发展趋势作了简要分析。研究表明:旋流器不同位置的磨损率不同,可根据该情况设置耐磨层,在旋流器易磨损部位采用耐冲击磨损较佳的内衬材料,通过材料的差异化提高旋流器耐磨性能或者在旋流器靠近壁面位置引入其它结构而改变该区域流体流动情况,减缓旋流器壁面磨损。随着人们对旋流器壁面磨损的不断开发,其在石油、化工等行业得到了越来越广泛的应用,减缓旋流器壁面磨损,提高其耐磨性能,对工程应用具有实用意义。

内嵌小锥结构固液分离旋流器磨蚀的数值模拟

为提高旋流器耐磨性能,延长旋流器使用寿命,提出了一种新型旋流分离器。基于CFD,应用ANSYS软件中RSM模型和DPM模型,对其壁面磨损及内嵌小锥磨损进行模拟研究,并和普通旋流器做了对比分析。模拟结果表明:对于内嵌小锥结构固液分离旋流器,由于内嵌小锥的设计,不仅磨损程度大幅度降低,磨损范围也明显减小,体现出内嵌小锥结构固液分离旋流器具有重要的工程实用价值。

分流比对内嵌小锥式固液旋流器性能的影响

基于Fluent数值模拟,借助内嵌小锥式固液旋流器研究了分流比对旋流器分离效率、内部流场和压力特性的影响规律,结果显示:综合效率随着分流比的增加呈现先增大后减小的趋势,其中30%为最佳分流比,此时综合效率最高且质量效率和简化效率都在90%以上;研究还发现,切向速度、轴向速度和径向速度均呈增加趋势,其中轴向速度受分流比影响程度最大。

固相颗粒对内嵌固液旋流器分离性能影响的数值模拟

基于Fluent软件中RSM模型,利用内嵌固液旋流器开展了固相颗粒粒径以及含量的数值模拟,也对旋流分离器内固相颗粒体积分布、速度场以及分离效率进行了研究。通过对数据的处理可以看出:旋流器除砂效率随着颗粒粒径的增大而提高;同一位置径向速度随着粒径的增大而增大,切向速度和轴向速度基本不随粒径而改变;且随固相含量的增加,旋流器分离效率呈先增大后减小趋势,在固相含量高于70g/L时旋流器分离效率高于95%。该研究对两相旋流分离器结构设计和改进具有参考价值。

固体颗粒密度对多相耦合油水旋流分离性能的影响

为进一步提高油田采出液油水分离效率,提出了一种多相耦合分离方法,向油水混合液中加入第3相介质固体颗粒,提高旋流器分离性能。采用离散相模型,在不同固体颗粒密度条件下,对旋流器内的固体颗粒分布等进行数值模拟分析。结果表明:加入固体颗粒可以提高旋流器的油水分离效率,最大可提高2.88%。