海上油田大处理量井下油水分离技术研究及应用

海上油田部分生产井产液量大、含水高,导致平台水处理压力大、海管外输容量受限等问题,影响到油田提液稳产。针对油田减少产出水的需求开发了单级大排量管式井下油水分离器,以海上油田H井为例,开展了管式油水分离器油水分离性能的室内实验研究,并采用Fluent软件以数值模拟方法分析了管式井下分离器入口含油率、分流比和入口流量对分离性能的影响;结合H井注采参数设计要求,确定目标井的管式井下油水分离器结构参数,并设计与井况相适应的“采下注上”的罐装泵式工艺管柱,以解决海上油田大处理量工况需求。研究表明,管式井下油水分离器可实现高效油水分离,分离出的水中含油率低于950 mg/L;罐装泵工艺结构紧凑、功能完善,能满足海上油田大处理量需求;现场试验中井下处理量最高达到2000 m^(3)/d,并可将高含水油井产液中60%以上的含水直接在井下分离并回注,高峰期日减少产出水超1200 m^(3)/d。本项研究可为油水旋流分离技术在海上油田的应用及实践提供借鉴。

一种旋流+膜联合油水分离器流场数值模拟

相对于单原理油水分离方法而言,利用旋流+膜联合原理进行油水分离是一种新的油水分离方式。为提高井下油水分离性能,探讨一种联合原理的油水分离器。建立旋流+膜联合油水分离器的物理数学模型,并用数值模拟的方法计算其中的流场分布规律,针对不同分流比、入口流速和入口含油体积分数对其性能进行系统研究。结果表明:分流比的变化影响第一级和第二级出油口相汇流动规律,应用时应进行性能核算从而保证两级分离的效果;随着入口流速的增大,旋流+膜分离性能逐渐更优,若流速过低,则旋流+膜分离性能较差;随着入口含油体积分数增大,旋流所分离的油相占比减小,留给膜分离的油相占比增大,即含油体积分数较大时,旋流+膜联合油水分离的应用更有必要。

基于“旋流+亲油疏水膜”工艺的井下油水分离实验研究

文中综合旋流+膜分离技术于一体,设计了一种井下“旋流+亲油疏水膜”分离装置。对这种装置进行了样机实验和相关性能研究,确定了膜的最优结构形式、膜与旋流复合的最优形式。研究结果表明:当将亲油疏水膜与旋流耦合时,膜外不用安装罩时油水分离效果更优;当将旋流油水分离的出油口与膜分离后的出油口连接在一起时,在出水口分流比较小时膜的存在对于促进油水分离效果较明显,出水口分流比较大时膜对于促进油水分离效果较不明显。

柱形旋流器入口结构对油水分离影响的数值模拟

通过数值模拟,分析了入口结构对油水在柱形旋流器中分离性能的影响。数值模拟时,油水两相流动采用Fluent中的混合模型,相间的相对运动采用代数滑移模型,湍流影响则使用修正的RNG K-ε湍流模型。获得了入口形状、入口方式和入口位置对柱形旋流器油水分离性能的影响。这些结果为优化柱形旋流器结构奠定了基础。

新型管道式导流片型油水分离器结构优化初探

介绍了一种用于油水分离的新型管道式导流片型分离器,与切向入口旋流器相比结构更为紧凑,空闻利用率更高,更适合于井下油水分离。通过室内实验,对其油水分离性能的影响因素一流速、导流片和除水孔的结构进行了初步研究,得到了流速对油水分离性能影响的规律;并对导流片和除水孔结构进行了优化。实验结果为进一步研究新型管道式导流片型油水分离器提供了方向,对促进其在海上油田井下油水分离系统中的推广应用具有重要意义。

柱形旋流分离器内溢流管结构优化分析

通过数值模拟，分析了溢流管插入深度对油水在柱形旋流分离器中分离性能的影响。计算时，油水两相流动采用FLUENT中的混合模型，相间的相对运动采用代数滑移模型，湍流影响则使用修正的RNGK-ε湍流模型进行模拟。通过计算，获得了内溢流管不同插入深度时柱形旋流器分离器油相体积分布、压力分布、油水分离效率等结果。这些结果为进一步优化柱形旋流器结构，推进柱形旋流器在石油工业中的应用提供一定的指导。

操作参数对柱形旋流器油水分离性能的影响

为了判断柱形旋流器的结构设计是否满足实际生产需要,从操作参数的角度研究了油水混合物流速和分流比对柱形旋流器油水分离性能的影响。基于柱形旋流器内部的流动特征,分析了油滴分离的临界条件,得到了油滴从溢流口流出的临界粒径计算公式。分析结果认为,随主管路中油水混合物流速的增加,从溢流口流出的累积油相体积先增大后减小;在溢流口流量一定的前提下,溢流口含油体积分数先增大后减小,理论分析与试验得到的结果一致。

双同向旋流场中液液变质量流动压降特性研究

轴流式井下旋流油水分离器是一种可用于油井中进行油水分离的新型分离器,在室内对影响其压降的因素(入口流量、分流比、含油率等)进行了试验研究。结果表明,与压降相关的无量纲参数Eu主要与Re_m、F和导流片结构有关。当导流片结构一定时,Re_m为主控参数。采用无量纲参数分析法还得到了压降的计算关系式,该关系式综合考虑操作参数、物性参数等对压降的影响,适用范围更广,为轴流式井下旋流油水分离器在井下应用时的压降预测提供了指导。

轴流式旋流油水分离器分离性能影响研究

轴流式旋流油水分离器具有结构紧凑和性能稳定等优点。为了得到各参数对其分离性能影响的规律,利用数值试验方法对影响其性能的因素进行了较为系统的分析研究。研究结果表明:长径比在9左右,出水口切向开设较优,油相密度在950 kg/m^3以内、油相平均粒径大于0.10 mm时,分离器分离性能较优,而出水筒大小对分离器分离性能影响不大。切向开设的出水口既能节省径向空间,又能够降低油水分离后的水中含油体积分数,在设计井下油水分离器时,出水管与外筒相切开设,相切的方向与螺旋流动的旋向一致。上述各参数对分离性能影响的大小排列为:油相粒径>油相密度>长径比>出水口开设方式>出水筒直径大小。研究结果可为油水分离器的设计及应用提供指导。

轴流式井下旋流油水分离器压降比性能研究

在室内试验装置上对轴流式井下旋流油水分离器的压降比性能开展了相关试验研究。试验结果表明,压降比仅与分流比相关,与入口流量、入口含油率(<20%)、导流片结构无关;压降比与分流比的关系呈指数关系而非线性的。研究结果对新型油水分离器的工程设计和实际井下应用的自动控制具有重要意义。

一种改进型T型管气液分离室内试验研究

T型管多分叉结构在油田中广泛存在,但将其作为一种气液分离器在生产中的应用还不太常见。文中通过对其出气口、出液口结构进行改进,利用室内实物试验,研究得到了在不同条件下其分离性能的变化规律。结果表明,通过对出气口改进,能够降低出气口气体携液能力;当入口混合流速低于1.5 m/s时,气、液两相在T型管内部形成气液界面,当控制气液界面在下水平管上表面和上水平管下表面之间变动时,分离后的气中不含液、液中不含气;当气液界面和入口混合流速都在最佳范围区间内变动,改变入口含气率,T型管的分离性能不变,研究结果为促进T型管在气液分离领域内的工业应用提供了指导。

新型两级气浮旋流设备结构优化与性能研究

为使现有的两级气浮旋流设备作用效果更佳,利用流体分析软件Fluent6.3.26对其进行结构优化和性能研究。研究结果表明,在一定的入口流量下,存在最优一级旋流管径,该管径可使一级油水分离效果最优;两级气浮旋流设备中罐的旋流流场由弯头决定,当弯头的轴向位置离罐底较高时,可使含油污水充分经过气浮作用而得到净化;弯头离轴心的最佳径向位置约为半径的0.36倍,这样可使油水分离性能最佳;当两级气浮旋流设备的最佳入口流速小于2 m/s时,可使油水分离性能最优。现场试验结果表明,新型两级气浮旋流设备能将污水中含油体积分数降到20.00×10^(-6)以下,说明新型两级气浮旋流设备能够进行有效的污水处理,这对我国自主研发气浮旋流处理含油污水技术具有积极的促进作用。

导流片型油水旋流分离器的入口结构优化

导流片型油水旋流分离器是一种新型井下油水分离器,为了提高其进行超大处理量油水分离时的性能,对导流片进行了结构优化研究。加工了两种结构的导流片,并在室内搭建了试验系统,对油水两相流经导流片的流动规律开展了试验研究。研究结果表明:在相同的入口工况下,油滴经流线型导流片后破碎程度小、平均直径大、迁移运动后所形成的油核较细,油水两相流经流线型导流片所产生的压降要远低于直板型导流片所产生的压降。因此,在超大处理量时,应优选流线型导流片作为井下油水旋流分离器的起旋结构。

带孔插入密封检测工具缝隙流动规律研究

带孔插入密封检测工具对密封筒的定量验封对于油田实现分层注水具有重要意义,而定量验封需要研究验封时的缝隙流动流量、密封筒破损当量直径和压降之间的关系。本文利用室内试验对缝隙流动流量、压降和当量直径之间的关系进行了系统研究。研究结果表明,入口到上出口的压降随分流比的增大而增大,入口到下出口的压降随分流比的增大而减小;压降与缝隙流动的流量也有关,当流量增大,压降增大;压降随密封筒的破损当量直径增大而减小。本文的研究为石油工业分层开采定量验封提供了指导,对提高分层开采效率具有重要理论指导意义和应用价值。

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。

井下油水分离的国内外研究现状

针对井下油水分离技术开展了广泛的文献调研,总结了国内外井下油水分离的现状、工业应用现状和未来发展趋势,为我国井下油水分离的研究提供参考。

挤扩支盘桩试验研究进展

在挤扩支盘桩越来越受到重视的背景下,综述了挤扩支盘桩的试验研究进展。介绍了实物试验和数值试验两类方法的研究现状,并深入分析了两类方法的优缺点。最后提出实物试验与数值模拟两种方法相结合,形成优势互补,是目前高效开展挤扩支盘桩研究的一种切实可行的方法。

海上井下轴入式旋流油水分离器入口结构优化及应用

轴入式旋流油水分离器经过现场检验是一种性能稳定可靠的井下分离器,为了进一步提高其分离性能,利用室内实验对其入口结构进行了优化研究。研究结果表明,在同样的工况下,叶片角度小更有利于形成较大的切向速度,更有利于油水旋流分离,分离效率更高;当变化入口流速,叶片安装角度的影响呈现相同的规律;室内实验对比还发现,安装导流叶片的中心棒末端椭球体长细比的增大有利于形成更细的油核,研究结果为入口结构的优化奠定了基础,为其在井下油水分离中的应用提供了指导。

基于FLUENT的紧凑型油水分离器性能模拟研究

为解决我国高含水老油田的高效油水分离问题,本文基于旋流分离原理设计了一种紧凑型油水分离器,并采用计算流体力学的方法,研究了旋流器中的流场分布和操作参数对分离器性能的影响。研究发现:旋流场中的切向速度分布呈现典型的涡分布特征,轴向速度分布呈现三峰分布,使得密度小的油滴迁移运动富集在管道中心区域,更有利于油相的聚并从而提高油水分离效率。通过研究发现,当增大出水口分流比时,出油口含油率逐渐增大;增大入口含油率时,相同的分流比下,出水口含油率增大。研究结果为新型油水分离器的现场应用提供了指导。

轴入式旋流油水分离器的分水结构优化研究

轴入式旋流油水分离器经过现场检验是一种性能稳定可靠的井下分离器,为了进一步提高其分离性能,本文利用室内实验和计算流体力学方法对其分水结构进行了进一步优化。研究结果表明,将切向开孔分水改进为切向设置出水管后,在同样的工况下,切向出水管的分水方式对旋流场的影响小、油水分离效率更高;通过室内实验对比发现,优化分水结构后的旋流油水分离器性能更稳定、分离效率更高,且对于变化的入口含水率,分离性能均很好,研究结果为我国大处理量井下油水分离提供了指导。