油井采出液管式旋流预分水设备的放大设计

旋流分离设备逐渐成为油田解决高含水问题的关键技术之一,但放大后性能降低成为制约其工程化应用的主要因素。对比研究了直接理论设计、压力主导型相似放大设计和流量主导型相似放大设计3种放大设计方法;以处理量为1.0 m^(3)/h的管式旋流预分水设备室内样机为原型,分别采用上述3种设计方法设计了处理量为10.0 m^(3)/h的工程样机;通过数值模拟详细对比了流动特性,并开展了现场试验研究。结果表明,流量主导型相似放大设计方法所得设备不仅离心加速度最大而且轴向衰减率最小,最大切向速度衰减率仅为25.39%。该方法设计的工程样机在油田现场的运行效果与室内样机基本一致:当采出液含水率在75%~90%范围内时,在确保分水率大于50%的前提下,可以将水出口的含油质量浓度控制在1321 mg/L以下。综合来看,流量主导型相似放大设计方法具有计算周期短、实施方便等优点,可为旋流分离设备的放大设计提供理论指导。

网格类型对水力旋流器内湍流模拟的适应性分析

网格单元的选用对数值模拟结果的准确性和计算周期有至关重要的影响,前者决定模拟结果是否有效,后者决定模拟成本高低。为深入研究不同网格类型对水力旋流器内强旋转湍流特性数值模拟结果的影响,以实验测量数据为基准,比较分析了5种网格类型对水力旋流器内流动模拟的适应性。研究结果表明:六面体核心网格模拟结果与实验测量值的吻合程度最好,相对误差小于10%,且计算耗时最少;四面体网格因其截断误差是一阶量,导致计算精度最低,但计算耗时相对较少;结构化六面体网格和多面体-六面体核心混合网格计算精度较高,但两者计算耗时较长,特别是划分结构化六面体网格时人工参与量大;多面体网格计算精度较好,收敛速度快且计算耗时仅占同等情况下结构化六面体网格的一半左右。因此,对于水力旋流器内流场模拟而言,六面体核心网格和多面体网格的性价比较高。

大流量容器式多管轴向旋流分离系统内流量分配特性研究

水力旋流分离设备具有结构简单、分离效率高等优点,广泛应用于油水分离领域。在现场大处理量条件下,容器式多管水力旋流分离系统存在流场分布不均、分离效率达不到预期的现象。因此在综述轴向水力旋流器工作原理及设计准则的基础上,针对容器式多管结构设计了2种不同的排布方式,利用计算流体力学软件进行全尺寸流场模拟,并分析了该分离系统的流量及压力分配特性。结果表明:在相同处理量下,多管的排布方式对容器式多管水力旋流分离系统的流量分配特性有一定影响,在均布式和三角式2种排布方式下,远离旋流分离系统总入口的旋流管中的流量普遍高于总入口附近旋流管中的流量。在保证罐状外壳的前提下,三角式系统在流量分配和低能耗等方面优于均布式系统,且有效地提高了容器内空间的利用率,为自主研发高效、紧凑的水力旋流分离系统奠定了基础。