双场耦合破乳脱水装置中乳化油液滴聚结与破碎的数值分析

针对依靠单一的破乳方法或手段,难以对乳化油进行有效地脱水净化处理的问题,运用一种集成电场破乳和旋流离心脱水于一体的双场耦合破乳脱水装置,使油中液滴在电场中聚结增大,在旋流离心场的作用下快速实现油-水分离。由于乳化油中液滴在双场耦合装置中的动态聚结和破碎,对装置的油-水分离性能影响较大,且过程复杂,通过电聚结核函数和破碎核函数,建立群体平衡模型,模拟了双场耦合脱水装置中乳化液滴的聚结和破碎。计算结果表明：外加电压对液滴聚结产生重要影响,随着电压升高,液滴平均粒径和分离效率先增大,随后保持稳定;当U=11 kV时,相对于无电场条件,液滴平均粒径增大了60%,分离效率提高了27.5%;较低的入口流速虽对液滴聚结有利,但降低了油-水在装置中的分离效果,因此存在最佳入口流速。计算结果对装置参数设计与选择具有较好的指导意义。     

电场和剪切场耦合作用下双液滴聚结数值模拟

静电聚结设备中的液滴行为属于电流体动力学研究的重要内容,采用相场(phase-field)法,将电场与剪切场进行双向耦合,建立电场和剪切场协同作用下双液滴运动、聚结数值模型,采用微观实验对数值模型的准确性进行验证,研究双液滴的运动、聚结规律及毛细数、电毛细数、剪切强度和液滴粒径等因素对双液滴聚结速率的影响。研究结果表明,电场和剪切场协同作用下双液滴的动态行为分为不聚结、聚结和聚结后破裂3种类型;电场和剪切场协同作用比单一场作用下的聚结效率提高63% ~94% ;毛细数、电毛细数及雷诺数对双液滴聚结时间的影响规律较好地符合Holliday函数,一定范围内三者的增大均能明显提高双液滴聚结效率。本研究为复杂湍流场中液滴的电聚结和新型静电聚结设备的优化提供了理论基础。     

基于CFD-DEM耦合模型的岩屑运移数值模拟分析

为了提高大位移水平井钻井过程中井眼环空的岩屑颗粒运移效率,文中以岩屑颗粒运移速度作为评判运移效率指标,采用CFD-DEM耦合模型进行数值模拟,分析了钻杆偏心度、钻井液入口流速、钻杆转速和岩屑粒径对岩屑颗粒运移速度的影响规律。模拟仿真结果得出：钻杆偏心度的增大将导致悬浮层岩屑颗粒平均运移速度降低,其中偏心度大于0.50时,岩屑颗粒更易形成岩屑床;岩屑粒径的增大将使得沉降速度增大,从而导致岩屑颗粒运移速度降低,岩屑粒径超过1.5mm时,岩屑颗粒运移速度降低较为明显;提高钻杆转速,对岩屑颗粒运移速度的提升效果较小,但会使得岩屑滞留量减少;增大钻井液入口流速,能够使得岩屑颗粒运移速度同比例增大。为了减少岩屑床的形成,增大井眼清洁程度,应增大钻杆转速与钻井液入口流速,减小岩屑粒径。文中所建立的耦合模型也可为岩屑颗粒运移的研究提供一定的理论指导。     

三元复合驱油体系对常规电场脱水的影响

三元复合驱采出液处理技术对提高三元复合驱采油经济效益及三元复合驱采油技术的可行性具有重大意义，因此国内各油田相继开展了这方面的研究工作。其内容大都集中在乳状液性质驱油体系对乳状液稳定性影响和破乳剂的研究方面。由于研究手段等原因，而对脱水工艺研究较少，使原油处理设备的选型存在一走盲目性。目前国内使用的电场脱水器按使用电流来分，主要有交流、直流、交直流三种类型，而交流电脱水器又有高频和低频之分。选用电场脱水器时应考虑的最主要因素是乳状液的电导率和稳定性，其次是运行成本、工程造价和便于维护等。本文以克…     

脉冲电场下液滴极化变形的数值模拟

为深入探究脉冲电场下的电脱水机制,基于COMSOL技术,采用电场和流场耦合的相场方法,建立了在脉冲电场下油包水乳状液液滴极化变形的二维模型,研究了液滴极化变形的影响规律。研究结果表明:随着电场强度的增加,液滴振荡变形的幅值增大,液滴变形度曲线上升沿的过冲现象逐渐减弱,下降沿的过冲现象逐渐增强;随着液滴界面张力的减小,液滴抵抗电场极化变形的能力大幅降低,其极化变形程度以及随脉冲电场的振荡幅度显著增大;随着电场频率增加,乳状液容性负载变化,液滴受到的偶极聚结力小幅增大,极化变形程度提高,液滴变形周期缩短;随着液滴粒径的增大,施加于液滴两端的电场力增大,液滴内外压差减小,液滴的变形度及振荡幅度增大。研究结果可为脉冲电场静电破乳机理的深入研究提供理论依据。     

加热炉出口管线内气液流场的数值模拟研究

采用欧拉-欧拉模型对加氢精制装置加热炉出口管段内的气-液两相流进行了三维CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟,重点研究了现有管线结构下气-液两相的浓度场及速度场分布并提出了管线布置优化方案。研究结果表明：现有管线布置方案由于气、液惯性力不同,两相流体经过多个弯头在三维空间连续改变流动方向,在管线中形成了螺旋流动;通过对布置方案进行优化,部分消除了沿径向旋转的驱动力,减少了螺旋流。研究结果可为加热炉出口管线布置方案优化提供指导。     

超声破乳-离心分离耦合工艺净化回收炼油厂乳化污油

针对中国石化中科（广东）炼化有限公司的炼厂乳化污油,当采用常规的长时间沉降切水回收后掺炼时,严重影响了常减压装置的安稳运行及其换热网络平衡。在实验基础上,设计出1套超声破乳-离心分离耦合主体工艺、处理量为400 L/h的乳化污油净化回收中试装置。运行结果表明:该装置连续稳定运行37 d,共处理炼厂高度乳化的清罐污油110 t,得到净化油72 t,乳化污油油料回收率为98.0%~98.4%;所得净化油的含水质量分数均小于0.1%,含盐质量浓度不超过15 mg/L,灰分低于0.04%,均达到净化油品质相应指标要求,净化油与蒸馏水的混合液无再次乳化现象发生,实现了乳化污油高品质回收。     

一种油水分离聚结构件结构数值分析

各大油田中的油水分离设备多为重力式油水分离器,聚结构件是影响油水分离效率的主要因素.从实际使用经验上看,板式聚结构件不仅可以显著提高油水两相的分离效果,而且占据设备的有效分离体积极小.不同类型的板层具有不同的效果特点,若逐一开展试验,研究费用过高、周期过长,无法满足生产需要.近年来,计算流体力学已成为工程设计中的重要工...     

原油乳化及乳液稳定性的影响因素和破乳技术研究进展

随着油田开发的不断深入,原油含水不断增加,再加上多次采油技术的运用,原油乳化现象日益严重,原油破乳难度逐渐增加.本文详细综述了二元复合驱技术中典型聚合物和表面活性剂、酸化酸压措施、稠油降黏剂、各种措施和地层矿物相互作用产生的固体颗粒、铁等导电颗粒,以及集输工艺对原油乳化的影响规律,同时综述了化学法、物理法、物理-化学耦...     

井下油水分离漩流器数值仿真分析

应用计算流体力学软件FLUENT对井下油水分离器中的漩流器（核心部件）进行了三维数值模拟,在建立模型时运用RSM湍流模型和基于欧拉法的MIXTUER两相流模型。数值模拟得到了漩流器的速度场、压力场和油水相分布等数据,对井下油水分离器的设计具有指导意义,并为进一步研究漩流器分离性能提供了参考依据。     

双场耦合分离装置锥段结构对油-水分离的影响

单一的工艺方法很难实现乳化油的高效破乳脱水,通过在旋流离心装置内嵌入高压电场,得到双场耦合分离装置,实现乳化油脱水净化处理。双场耦合装置的锥段结构对其分离性能产生重要影响,于是考察了四种不同锥段结构对乳化油油水分离的影响。结果分析表明,复合曲锥型耦合装置相对于直面双锥型耦合装置、双球面相切型耦合装置和双椭圆相切型耦合装置：静压力分布更大,能耗更低;油中液滴受到离心力更大且滞留时间长,分离更彻底;在轴心区域涡度较大,流场更稳定,装置的油水分离效率可达97.0%,展现出良好的油水分离性能,为双场耦合分离装置结构的选型设计提供了指导。     

油品脱水用碟式离心机的流场及分离性能

研究对象为油品脱水用碟式离心机,通过CFD模拟研究了碟式离心机碟片上螺旋型筋条对碟片间两相三维流动的影响规律。结果表明,同一径向位置上,相邻两碟片间液流的周向速度在平行于转轴的面内呈抛物线分布,接触碟片表面处流体跟随碟片旋转,远离碟片处流体的周向速度大于碟片的周向速度;螺旋型筋条能够有效地减小这种滞后性,而且能够有效地减小碟片间流动的湍流强度;不同碟片间的分散相体积分数分布不一,顶层和底层中的高,中间层内的低;同一碟片间,中性进料孔和定距筋条附近有水相浓集现象。螺旋型筋条能够有效地提高分散相分布的均匀性和分离效率,研究发现,螺旋型筋条的碟片结构能使碟式离心机实现航空煤油的高精度分离。     

喷嘴孔径对PDC钻头井底流场影响的数值分析

根据实际PDC钻头结构．建立了2个不同孔弪四喷嘴PDC钻头模型,研究了喷嘴孔径对井底漫流特性的影响及漫流层高度和最大漫流速度。分析了流场的总体特点．得出了喷嘴孔径对PDC钻头井底流场的各种影响。     

液固两相流盲三通冲蚀特性数值分析

盲三通内特殊的"气垫"结构可以在节省空间的同时提升管道的抗冲蚀性能。为了分析液固两相流环境下弯管和盲三通内的流场分布,并对比其抗冲蚀性能,分析冲蚀机理,运用CFD-DPM方法对相同直径弯管和盲三通内的流场进行了数值计算。通过对几何模型进行网格无关性验证来确定最佳的网格数量,选用Realizable k-ε湍流模型、McLaury冲蚀预测模型和Forder壁面反弹恢复模型来计算冲蚀速率。分析结果显示:盲三通的最大冲蚀速率明显低于弯管;弯管的主要冲蚀部位位于中心区域的外侧壁面,盲三通的冲蚀区域主要位于相贯线附近和出料管底部;在盲三通内存在缓冲涡,可以阻止固体颗粒对壁面的直接撞击,从而减轻对管道的冲蚀;随着流体流速的增加,冲蚀逐渐加重,且流速较高时,冲蚀速率增加幅度越大;随着颗粒质量流量的增加,冲蚀速率呈线性增加,增长斜率随长径比的增大而减小。所得结果对于管道的设计选用及长周期安全运营有一定的参考价值。     

海洋油田原油乳化液高频/高压交流电脱水实验

采用自行设计的矩形波高频/高压脉冲交流电源和静电聚结器,以取自海洋油田原油配制的含水率分别为5%和20%的2种W/O型原油乳化液为研究对象,对原油乳化液进行了高频/高压静态电脱水实验,与工频/高压交流电源的脱水效果作对比,并测量了乳化液在施加电场前后的电导率。结果表明,相比工频交流电场,高频/高压脉冲交流电场对原油乳化液具有更好的破乳脱水效果;W/O型原油乳化液最佳脱水频率范围在1400~1500 Hz;高频/高压脉冲电场对W/O型乳化液的电导率参比值有明显影响,乳化液在电场作用后的电导率明显高于施加电场前的电导率,同时电导率参比值随电场强度和频率的变化也会发生变化,因此也可以作为评价原油乳化液脱水效果的指标。     

动态旋流器流场数值模拟

采用Reynold应力模型对动态旋流器内流场进行数值模拟。结果表明，对速度场的分布规律和切向速度分布的涡结构做出了正确的预测，模拟值与文献实验数据基本吻合，证明该模型和算法的可行性。所建立的数学模型和使用的计算方法为深入探讨动态水力旋流器的流场特性、分离机理及结构优化设计提供了有效的途径。     

电场作用下原油氧化脱硫研究

Oxidative desulfurization (ODS) of Azeri crude oil was studied under the electric field.By means of orthogonal experiments,the optimum conditions for desulfurization of crude oil were identified,while the effect of oxidative desulfurization under the electric field was compared with that of the single oxidative desulfurization method.The test results showed that the desulfurization reaction taking place under the electric field would be better than the traditional method.The desulfurization rate of crude oil could reach up to 77.06% at 115 ℃ at a distilled water amount of 10 m%,a desulfurizer dosage of 200 μg/g,and a demulsifier dosage of 50 μg/g.     

岩屑床破坏工具流场的数值模拟

岩屑床破坏器是一种有效的斜井岩屑床破坏工具，具有水力和机械双作用破坏、清除岩屑床的特点。为了对岩屑床破坏器产生的钻井液流场有一个全面、准确的了解，应用计算机流体动力学（CFD）分析软件对其流动进行了数值模拟研究，给出了湍流模型、模型数值解法、模型的网格划分及边界条件，并从速度场、压力场、流线图三方面对数值模拟结果进行了分析，这为岩屑床破坏器的结构优化设计、制造及现场应用提供了必要的理论技术支持。     

旋转钻头射流方式对井底流场影响的数值剖析

为研究射流方式对旋转钻头井底流场的影响,对三维、旋转、非对称布置多个喷嘴的钻头进行了多种射流方式的数值对比模拟,并进行了详细的数据分析和讨论。模拟结果表明,射流方式对漫流层厚度影响不大但对井底的清岩能力有明显影响,同角度倾斜射流产生的井底结构在计算范围内比其它射流方式要好。