水力旋流除砂器内液-固两相流动试验与数值模拟

海上油田注水工艺中,水力旋流除砂器除砂性能的好坏直接影响后续过滤器的正常运转。鉴于此,通过试验和数值模拟对TP-Ⅱ-250型水力旋流除砂器内液-固两相流动进行了研究。研究结果表明,RSM模型和DPM模型用于模拟液相湍流流动和固相流动具有很高的计算精度;压降随着进料流量的增加而增加,流体流动与壁面的摩擦以及短路流现象是造成压损的2个重要原因;切向速度和轴向速度是影响水力旋流除砂器颗粒分离的2个主要流速分量;TP-II-250型水力旋流除砂器能将70μm以上的颗粒全部捕集,并且颗粒粒径越小,越容易逃逸,但是对于微小颗粒而言,由于发生团聚和附着作用,其分离效率也能达到较高;除砂效率随着入口进料流量的增加呈现先增加后降低的趋势,进料流量范围为56~62 m3/h时,除砂效率最高。所得成果为水力旋流除砂器更好地应用于海上油田注水工艺提供了依据。     

旋流除砂器锥套磨损率的计算

在总结一般工业用水力旋流器工作过程和高分子材料磨粒侵蚀机理研究成果的基础上,建立了一套水力旋流器(旋流除砂器)锥套磨损率的准理论计算方法。计算结果与矿场实验实测值基本相符。此方法可用于预测锥套的使用寿命,对旋流除砂器的设计与使用具有指导意义。     

集输系统不停产旋流除砂器优化设计

油田含砂污水的固液处理一般采用水力旋流分离器.为降低分离成本和提高分离效果,对固液分离设备--水力旋流分离器的优化设计进行了探讨.文章介绍了优化设计的基础计算依据、计算方法、结构参数和数学模型.实际应用表明,在集输系统密闭除砂装置中使用优化的旋流除砂器,不但除砂效率高,分离粒度细,而且生产工艺先进,设备结构紧凑,运行费用低.     

旋流环流式除砂器度试验

旋流环流式除砂器突破了普通水力型液固水力旋流器的结构形式，即在其内部增设一个圆柱形筒体，液体可由内筒底部旋转而上，直接从顶部溢流口排出。     

旋流除砂器的结构设计

该文结合对多种旋流除砂器的结构设计和实践，提出了一种新的结构形式。经实践证明可以提高旋流除砂器的运行寿命，减少了易损部分的更换次数，基本上解决了旋流除砂器无法长期运转的缺陷。     

旋流除砂器的结构设计

该文结构对多种旋流除砂器的结构设计和实践，提出了一种新的结构形式。经实验证明大大提高了旋流除砂器的运行寿命以及减少了易损部份的更换次数，基本上解决了旋流除砂器无法长期运转的缺陷。     

旋流除砂器气—固两相流场模拟分析及结构优化研究

旋流除砂器在油气测试现场应用中存在小颗粒固体除砂率低的问题，鉴于此，文章采用计算流体动力学软件(CFD)Fluent中的雷诺应力模型(RSM)和离散相模型(DPM)对旋流除砂器内部的流场特性和运动轨迹进行模拟分析，通过对旋流除砂器敏感性参数模拟分析得出：除砂率随着入口流速和工质颗粒直径的增大而增大，且当流速达到10 m/s,颗粒粒径达到5μm时，该型除砂器的除砂率即可达到80%以上，然后基本维持稳定。通过对除砂器结构优化改进，模拟研究发现：将除砂器的圆形入口改为方形入口可以显著提高该型除砂器对小于5μm粒径颗粒的除砂率，且可以有效减小除砂器顶部由于高流速、大粒径造成的颗粒堆积现象，对提高该型设备的现场适用性具有较高意义。     

稠油旋流除砂影响因素

稠油携砂给地面生产设施及外输管道带来严重安全隐患,而稠油的高黏特性造成油砂分离困难。优化旋流器结构,探索旋流器高效除砂的进料条件范围对实现高黏稠油旋流除砂具有重要意义。为此,利用数值模拟方法,研究了不同稠油黏度、含水率和旋流器几何结构下的除砂率和压降。结果表明：油水混合液黏度对砂粒分离效率影响显著,远大于旋流器结构对除砂效果的影响;旋流器结构参数中的入口直径、溢流口直径、锥段长度对旋流场和除砂率影响最显著;控制分流比可减少油相从底流口流出,减少资源浪费,但在高黏低含水率条件下调控分流比才具有效果和意义。该研究结果可为稠油旋流除砂器结构优化和旋流除砂工艺设计提供借鉴。     

旋流除砂器的工作原理

在油气田生产过程中使用较广泛的排尘除砂设备是旋流除砂器,其分离过程是含砂气体进入除砂器经过旋流除砂,净化气体通过排气管排出,而砂粒杂质等通过排尘口排出。研究不同工况下操作参数和结构参数对旋流除砂器分离效率及处理量的影响作用。     

天然气井口旋流除砂器应用探讨

天然气井出砂问题日趋严重,在天然气井口安装除砂器,可保证井口下游地面设备正常运行。旋流除砂器用于井口除砂,占地面积小、安装方便、运行费用低、使用方便灵活,能够连续可靠地完成分离任务。本文对我国现有气井旋流除砂装置、超高压旋流除砂装置、强制流式天然气井口除砂器以及国外典型井口除砂器的应用现状及特点进行了探讨,指出了天然气井口除砂器应向高压、高效、环保、稳定、自动化方向发展。     

涡流探测管对除油旋流器分离性能的影响

由室内模拟试验可知，在相同流量、相同入口和底流口压力、相同分流比条件下，带涡流探测管的旋流器溢流口压力高。采用具有一定粒度分布的油水乳液结合激光粒度仪和等动量取样系统的粒级效率测试方法，对有涡流探测管和无涡流探测管除油旋流器的粒级效率进行了测试。测试结果表明，对于不稳定乳液，有涡流探测管旋流器的分离效率比无涡流探测管旋流器的分离效率高；对于稳定乳液，两者的分离效率基本相同，油滴中粒径在１０～２５μｍ范围内，有涡流探测管旋流器的分离效率略高一些。两种旋流器的最佳分流比都是１５％，分割直径ｄ５０为１０μｍ，分离极限为３０μｍ。     

基于CFD的水力旋流器流场模拟研究

介绍了一种利用CFD软件进行水力旋流器流场模拟的方法,展示了对旋流器流场最重要的几个物理量的模拟结果,即静压力、切线速度、密度以及空气柱等的分布情况。通过对以上几个主要参数的模拟结果分析,发现模拟结果基本满足(准)自由涡运动规律;对于具体结构的旋流器,可以利用模拟结果较准确地得出旋流器的结构参数n,为旋流器设计提供可靠的设计依据,亦可研究不同工况下水力旋流器的处理效果。     

A Comparative Study of the Flow Field of High Viscosity Media in Conventional/Rotary Hydrocyclones

The flow fields inside conventional and rotary hydrocyclones were simulated respectively.In these simulations, water only and oil-water mixture,with distinctly different viscosities,were used as continuous phases.Simulation results agreed well with the experimental measurements.Simulation results showed that the conventional hydrocyclone could effectively separate sand from water,but could not separate sand from high viscosity water/oil emulsion.This showed that the viscosity of continuous phases influenced greatly both the separation efficiency and the flow field distribution in the conventional hydrocyclone.For high viscosity oil/water sand dispersion(mixture),the rotary hydrocyclone has better separation performance than the conventional one,with a more favorable flow field distribution.     

脱油型水力旋流器空气核的稳定性分析

空气核是水力旋流器处于工作状态下的一种重要流场特征,也是水力旋流器实现正常工作及有效分离的主要标志。空气核的稳定性极大程度地影响着水力旋流器的有效分离。对空气核的成因进行了简要描述,并分析了空气核的存在对水力旋流器分离性能的影响,同时对空气核的流动形态及其能耗损失等方面作了必要的研究。研究结果表明,为了使旋流器保持稳定,要合理控制空气核的大小、位置及流动形态分布。     

动态水力旋流器结构参数的优选设计

简要描述了动态水力旋流器的结构组成及工作原理。在深入开展动态水力旋流器的分离机理和性能试验研究的基础上,进一步证实了只要合理地优化选取其结构参数,即可获得良好的分离效果。重点介绍了动态水力旋流器主要结构参数的优选设计过程,通过对油水分离用动、静态水力旋流器进行对比分析,进一步证实了动态水力旋流器在油水分离方面存在的优势。其成功研制为今后深入进行分离机理、流场测试及分离性能的研究奠定了基础,也为其在油田含油污水处理方面的推广应用起到了一定的指导作用。     

Hydrocyclones for De-oiling Applications—A Review

Abstract

The de-oiling hydrocyclone is a device for liquid–liquid separation and production water cleanup. Significant progress has been made in the development of such a device since its first introduction and use in the late 1970s. The present article is a literature review of development and research work performed so far on de-oiling hydrocyclones. It reviews the performance parameters affecting the de-oiling hydrocyclone operation; namely, the inlet oil concentration and drop size distribution, the turn-down ratio, the pressure drop ratio, the flow split, and the geometrical parameters. The article addresses work done to elucidate the internal flow structure and performance of de-oiling hydrocylones in both experimental and computational fluid dynamics areas. Challenges and remaining research issues are also identified.     

组合式预分离水力旋流器试验

在单体预分离水力旋滤器现场试验获得成功的基础上，对两种不同型式（列管式和筒式）组合预分离水力旋流器的现场性能试验和对比试验结果进行了讨论，重点对筒式组合水力旋流器的分离性能进行了研究。摸索出了较为合理的操作参数（处理量、分流比及压力降等），并对预分离水力旋流器的现场应用工艺流程进行了初步探讨。     

液液旋流分离器内流动偏心现象的试验研究

旋流分离器中空气柱(旋流中心)溢流端偏心反映了旋流分离器内流动的不对称性。通过试验研究表明，旋流分离器的操作参数对溢流端旋流中心的偏移的影响并不显著，而主要决定于旋流分离器的输入结构形式，随输入结构形式不对称性的增加，流动偏心的程度也在增加。揭示了液液(除油型)旋流分离器内流动不对称性对分离效率的影响，这对进一步提高旋流分离器分离效率具有重要的指导意义。     

复合式水力旋流器内部流场的数值模拟

复合式水力旋流器是综合了动态和静态旋流器各自优点的新型水力旋流器.采用修正的RNGK-ε模型,对复合式水力旋流器内部流场进行了数值模拟.计算结果与实验所得数据基本吻合,证明了模型和算法的正确性.其中,轴向速度和切向速度的数值模拟结果和实际测量结果非常接近;在器壁附近的外自由涡区,切向速度的数值计算与实际测量数值基本一致.对径向速度分布规律的模拟将有助于对旋流器的结构及性能的分析,所建立的数学模型和所使用的计算方法为进一步研究复合式水力旋流器的分离机理、流场特性及结构优化设计提供了一条有效的途径.     

新型井下轴流式入口旋流器分析及优选

在国内陆地油田井下油水分离同井注采技术应用中,常规井下旋流器由于径向尺寸较大而经常受到限制,影响分离效率。为此,研发了2种新型井下轴流式入口旋流器,在降低旋流器径向尺寸的基础上,提高旋流器的分离性能。在明确新型轴流式旋流器结构特点、分离机理后,通过数值模拟分析,利用油相体积分布云图阐明不同结构旋流器内油相分布特点,指出循环流对旋流器分离性能的影响。研究速度矢量变化特点,掌握轴流式入口结构的作用及流体分布规律,利用压力降曲线,明确能耗、压力损失的关系。模拟分析结果表明,导流叶片轴流式旋流器切向速度差值为1.2 m/s、轴向速度差值1.5 m/s,溢流压力仅为0.02 MPa,分离效率高、能耗低,为特高含水区块的经济性开发提供技术支持。