稠油在柱状旋流分离器中分离特性的数值模拟
发布时间：2020-12-29 10:02
针对特高含水时期中国油田在稠油集输方面面临的挑战,构建了低剪切强度的旋流场,利用柱状旋流分离器进行油水预分离,同时采用数值模拟的方法进行研究。选择混合模型与RNG k-ε模型对稠油的旋流分离特性进行数值模拟,分析稠油的分散相粒径、油品黏度、密度、底流比及入口流速等参数对柱状旋流分离器底流口含油率和压降的影响。结果表明:稠油在柱状旋流器内的分离特性与其他油品不同,其分散相粒径对底流口含油率影响显著,但对压降影响不大;油品密度、黏度对底流口含油率存在不同影响,并在所选黏度的研究范围内存在最佳分离黏度区（750～830 mPa·s）;入口流速增大,底流口含油率降低;底流比对压降的影响并不显著,模拟结果与已有实验结果具有一致性。（图9,表1,参24）
【文章来源】：油气储运. 2020年03期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
柱状旋流分离器底流口含油率与分散相粒径的关系曲线
压降是柱状旋流器另一个重要参数，其直接决定了油田井口背压对正常采油工作及分离之后外输压力的影响。分散相粒径对压降并无明显影响（图3）。分散相粒径对底流口含油率的影响可以解释为：单个油滴，分散相粒径越大，在分离器内受到的轴向浮升力越大，越有利于促进其沿着分离器轴向向上运动，降低油滴从底流口排出的几率；同时，分散相粒径的增大也增大了分散相微粒之间聚并的几率，而在旋流分离器中分散相颗粒的聚并有利于中心油核的形成，从而提高分离效果。至于分散相粒径对压降并不产生影响的原因可以从已有成果的理论公式[19-21]中推导：
油品黏度对底流口含油率的影响与密度不同，分离器的分离效果并不随着油品黏度的升高而单纯变差，即此次研究范围200～1 600 mPa·s之间存在一个最优黏度区，使得分离器在指定工况下的分离效果达到最优。以0.4 mm的分散相粒径为例，绘制底流口含油率对油品密度和黏度的等值线图（图5）。可以看出，最佳分离效果区域为：密度860～880 kg/m3、黏度750～830 mPa·s。分析上述现象的原因：对于一个油的微团而言，黏性决定了其变形的难易程度，黏性越大，受到旋流场剪切而产生的变形难度越大，从而更加能够防止因微团形变过大而导致的微团破碎，这是有利于分离的；但黏度的增加也增大了微团整体在旋流场中运动的阻力，削弱了微团运动的动能，这是不利于分离的。因此在上述两种相反的黏性作用机制下，必定存在一个最优的黏度范围，使得分离效果达到最优。图5 柱状旋流分离器底流口含油率对密度、黏度的等值线图
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下旋流气液分离器研究进展[J]. 杨兆铭,陈建磊,何利民,韩云蕊,罗小明,吕宇玲. 油气储运. 2019(08)
[2]二级旋流气液分离装置设计与流场特性模拟[J]. 杨兆铭,陈建磊,韩云蕊,何利民,罗小明. 过程工程学报. 2018(06)
[3]旋流式井下油水分离同井注采技术发展现状及展望[J]. 刘合,高扬,裴晓含,郑国兴,郑立臣. 石油学报. 2018(04)
[4]柱状旋流器在油水分离领域的研究进展[J]. 杨兆铭,何利民,罗小明,吕宇玲,韩云蕊. 石油机械. 2018(03)
[5]除油旋流器操作参数对分离效率影响的数值模拟[J]. 舒朝晖,杨拓,周宇,张强. 石油化工设备. 2015(05)
[6]油水分离技术[J]. 吴应湘,许晶禹. 力学进展. 2015(00)
[7]旋流分离器流场模拟研究方法优化选择[J]. 陈建磊,何利民,罗小明,魏彦海. 过程工程学报. 2013(05)
[8]柱状旋流分离器零轴速面分布特性模拟分析[J]. 陈建磊,何利民,罗小明,王鑫,王立满,杨东海. 化工学报. 2013(09)
[9]柱状旋流分离器旋转涡核边界分布特性[J]. 陈建磊,何利民,罗小明,吕宇玲,韩梦媛,杨东海. 中国石油大学学报(自然科学版). 2013(04)
[10]旋流分离器油水分离效率的模拟研究[J]. 周宁玉,高迎新,安伟,杨敏. 环境工程学报. 2012(09)
硕士论文
[1]两级一体化油水分离旋流器的流场与分离性能研究[D]. 梁冰.东北石油大学 2018
[2]特高含水老油田成本管理问题研究[D]. 刘美杰.中国石油大学（华东） 2013
本文编号：2945454
【文章来源】：油气储运. 2020年03期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
柱状旋流分离器底流口含油率与分散相粒径的关系曲线
压降是柱状旋流器另一个重要参数，其直接决定了油田井口背压对正常采油工作及分离之后外输压力的影响。分散相粒径对压降并无明显影响（图3）。分散相粒径对底流口含油率的影响可以解释为：单个油滴，分散相粒径越大，在分离器内受到的轴向浮升力越大，越有利于促进其沿着分离器轴向向上运动，降低油滴从底流口排出的几率；同时，分散相粒径的增大也增大了分散相微粒之间聚并的几率，而在旋流分离器中分散相颗粒的聚并有利于中心油核的形成，从而提高分离效果。至于分散相粒径对压降并不产生影响的原因可以从已有成果的理论公式[19-21]中推导：
油品黏度对底流口含油率的影响与密度不同，分离器的分离效果并不随着油品黏度的升高而单纯变差，即此次研究范围200～1 600 mPa·s之间存在一个最优黏度区，使得分离器在指定工况下的分离效果达到最优。以0.4 mm的分散相粒径为例，绘制底流口含油率对油品密度和黏度的等值线图（图5）。可以看出，最佳分离效果区域为：密度860～880 kg/m3、黏度750～830 mPa·s。分析上述现象的原因：对于一个油的微团而言，黏性决定了其变形的难易程度，黏性越大，受到旋流场剪切而产生的变形难度越大，从而更加能够防止因微团形变过大而导致的微团破碎，这是有利于分离的；但黏度的增加也增大了微团整体在旋流场中运动的阻力，削弱了微团运动的动能，这是不利于分离的。因此在上述两种相反的黏性作用机制下，必定存在一个最优的黏度范围，使得分离效果达到最优。图5 柱状旋流分离器底流口含油率对密度、黏度的等值线图
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下旋流气液分离器研究进展[J]. 杨兆铭,陈建磊,何利民,韩云蕊,罗小明,吕宇玲. 油气储运. 2019(08)
[2]二级旋流气液分离装置设计与流场特性模拟[J]. 杨兆铭,陈建磊,韩云蕊,何利民,罗小明. 过程工程学报. 2018(06)
[3]旋流式井下油水分离同井注采技术发展现状及展望[J]. 刘合,高扬,裴晓含,郑国兴,郑立臣. 石油学报. 2018(04)
[4]柱状旋流器在油水分离领域的研究进展[J]. 杨兆铭,何利民,罗小明,吕宇玲,韩云蕊. 石油机械. 2018(03)
[5]除油旋流器操作参数对分离效率影响的数值模拟[J]. 舒朝晖,杨拓,周宇,张强. 石油化工设备. 2015(05)
[6]油水分离技术[J]. 吴应湘,许晶禹. 力学进展. 2015(00)
[7]旋流分离器流场模拟研究方法优化选择[J]. 陈建磊,何利民,罗小明,魏彦海. 过程工程学报. 2013(05)
[8]柱状旋流分离器零轴速面分布特性模拟分析[J]. 陈建磊,何利民,罗小明,王鑫,王立满,杨东海. 化工学报. 2013(09)
[9]柱状旋流分离器旋转涡核边界分布特性[J]. 陈建磊,何利民,罗小明,吕宇玲,韩梦媛,杨东海. 中国石油大学学报(自然科学版). 2013(04)
[10]旋流分离器油水分离效率的模拟研究[J]. 周宁玉,高迎新,安伟,杨敏. 环境工程学报. 2012(09)
硕士论文
[1]两级一体化油水分离旋流器的流场与分离性能研究[D]. 梁冰.东北石油大学 2018
[2]特高含水老油田成本管理问题研究[D]. 刘美杰.中国石油大学（华东） 2013
本文编号：2945454
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