井下气液螺旋分离器数值模拟及结构优化

发布时间：2020-05-07 00:50

【摘要】：随着我国气田开采的深入,气田中的含水率逐渐提高。在我国某些气田已经进入高含水开采的阶段,导致气水分离的问题越来越严重。目前气井排水采气过程大多为将井筒内的积液开采至地面,在地面对气液进行分离,再将分离的液体汇聚起来经泵加压后注入地层,这种模式虽然能有效解决气井积液问题,但是需要复杂的地面气液分离回注系统,不仅提高了设备成本,造成地面空间的浪费,而且加大了举升,水中的矿物盐还会腐蚀油管以及相关器件。本论文提出了一种采用螺旋分离器在气井井下对气液进行分离的技术,将分离出的水直接回注到地层。作为气井开采中至关重要的设备,井下气液螺旋分离器的优劣对天然气的开采具有重大影响,因此提升井下气液螺旋分离器的研究设计水平,提高螺旋分离器的分离效率以及螺旋叶片的过载能力,对国内外气井的开采具有重要意义。本文以一种井下气液螺旋分离器作为研究对象,并对其进行了 CFD数值模拟以及结构优化,具体的内容和相关的研究成果主要分为以下几个方面。(1)本文以一种井下气液螺旋分离器作为研究对象,并运用CFD软件对螺旋分离器内连续相气体流场以及气液两相流流场进行数值仿真模拟,研究了井下气液螺旋分离器螺旋结构参数与螺旋分离器压力损失、内部流场以及分离效率之间的联系。依据数值模拟结果,并综合制作成本、能量损耗以及分离效率等多方面因素,优化设计出最佳螺旋结构:螺距等于60mm,螺旋圈数等于12圈。(2)文中通过优化螺旋分离器结构从而增加紊流效应,以此提高同性粒子液滴颗粒发生碰撞聚合的可能性,从这个角度设计出一款椭圆气液螺旋分离器。应用CFD技术对其气液两相流分离过程进行数值模拟,依据数值模拟结果优化设计出最佳椭圆外管短轴长度,结果表明:当椭圆短轴长度为60mm时,分离效率最高,分离粒径为10μm的液滴颗粒分离效率在94%以上。(3)基于ANSYS/CFD软件,采用流固耦合数值分析方法对井下气液螺旋分离器在不同入口流体流速的情况下进行数值仿真模拟,得出入口流体流速与螺旋叶片塑性变形之间的关系,以及入口流体流速与流体对螺旋叶片冲击力之间的关系,并通过数值分析的手段给出入口流体流速与流体对螺旋叶片冲击力二者之间的数学函数关系式。(4)针对井下气液螺旋分离器螺旋叶片过载能力不足的问题,设计一款双螺旋叶片电磁分离器,目的是让螺旋叶片的过载能力随着气液流速的改变而动态变化,以此来提高井下气液螺旋分离器螺旋叶片的过载能力,从而提高其分离效率;本文介绍其工作原理,应用CFD/ANSYS技术数值模拟得出设计优化后的螺旋叶片的变形情况。结果表明:当流体入口流速为30m/s时,相较于设计前的螺旋叶片,最大变形量从2.98mm下降到0.018mm,变形有着明显的降低。
【图文】：

井下气液螺旋分离器数值模拟及结构优化

图１－１邋Ｍａｘｉｍｉｚｅｒ气液分离器逡逑２）旋流式气液分离器逡逑旋流式气液分离器具有机械结构简单、分离效率高、体积小的优点

井下气液螺旋分离器数值模拟及结构优化

管柱式状气液旋流分离器
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE931.2

【参考文献】