超高压除砂器旋流筒结构对除砂性能的影响
发布时间：2022-02-10 07:09
超高压油气井产出物携带大量的液体及泥砂,不仅影响油气输送而且会对连接设备造成冲蚀磨损,每年都要耗费大量的人力、物力进行防治和研究。为了解决这类问题,本文设计了能进行气液固三相分离的双锥式除砂器,以多相流分离理论为指导,采用CFD数值模拟仿真软件FLUENT研究了该分离器的流场特性,分析影响其分离性能的因素。主要的研究内容和结论如下:（1）本文首先比较了三类三相旋流分离器,选出适合超高压工况的旋流分离器模型。再应用Solid Works软件建立初始模型、Mesh软件进行网格划分、Fluent软件数值模拟。（2）采用Mxiture模型分析了气液相流场分布规律,并比较超高压与常压工况时流场主要物理量的不同。发现超高压工况时,流体在旋流分离器内加速效果更明显,静压梯度更大,有利于分离。（3）在气液两相模拟的基础上加入DPM模型对气液固三相流场进行模拟。分析了单个颗粒与颗粒组的运动轨迹,发现不同粒径、不同入射位置的颗粒运动轨迹都不相同,且在初始模型内部发生了短路流、返混等不利于分离的现象,需要对分离器进行优化。（4）分析比较了5种旋流筒结构的除砂器流场分布情况,发现同等高度的旋流筒其锥度对分离性...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
采出液中固体杂质基于上述原因，本课题分析研究一类气液固旋流分离器，这类设备能将油气井开采出来的多相组分有效分离，回收利用有价值的油气资源，降低固体杂质对设备的危害，
作或介质黏度较大的情况下，过滤分离器会产生滤饼，需要及时清洗处理，耗费人力和物力，若没及时发现或者处理容易发生设备堵塞，严重时可能造成作业停歇。旋流分离器的发明，很好的解决了这类技术的弊端，其设备体积小，成本低，操作维护简单，可实现连续高效的分离效果[26]。最早要实现三相分离，有学者提出将气液与液液旋流分离器串联起来使用。这种组合式三相旋流器的核心思路是对混合流体进行逐级分离，在一级分离器内将气-液-固三相中密度最小的气相首先分离出去，而后在二级分离器内对液固两相进行分离[27]。其结构如图1-2所示。这种组合式三相分离器存在运行不稳定、运行费用高、不能满足生产要求等缺陷。图1-2组合式三相旋流分离器1987年，瑞士科学家Bendarsiki.S设计出了一种新型的三相旋流分离器，可同时对油-水-固三相进行分离，其结构形式如图1-3（a）所示。这种旋流分离器在船舱污水处理中发挥了很好的作用，但是在别的领域的应用中并没有起到理想的效果[28]。但也为后续新型三相分离器的设计提供了理论基矗1994年，J.J.Seureau[29]等对Bendasiki设计的分离器进行了多组对比实验，最终成功的对其进行了优化并在此基础上设计了一种新型的液液固旋流分离器，其结构形式如图
西安石油大学硕士学位论文61-3（b）所示。后来，波兰大学的Maritime教授针对砂粒捕集困难的问题设计出了带有集砂筒的新型分离器，这种分离器在底流管处设计了一定数量的孔使得密度大的重相介质被甩进筒外进行分离，其结构形式如图1-3（c）所示。但该结构也存在严重缺陷，孔的大小和多少对分离效果有很大影响。图1-3新型三相旋流分离器2005年，大连理工大学的郑娟也使用串联的设计，但是并没有分离装置，而是设计成了一个整体，如图1-4所示。从结构上看，此旋流分离器与Maritime设计的液液固三相旋流器结构相似，但实际上集砂筒位置的调整很大程度上影响了分离效果。从原理来看，与多级分离的逐级逐相分离不同，郑娟所设计的分离器是一次性对三相进行分离。首先在进料口的设计上，该分离器并没有选择常规的水平射入方式而是选择了倾斜射入形式，这种形式的选择使混合流体拥有了更大的初速度，也为接下来的分离过程提供了更大的离心力。当混合流体以较高的速度进入分离器内，由于受到离心力的作用密度大的固体杂质首先被分离出混合流体，并沿着离心力的方向向内壁移动，最终受内壁约束落入砂箱被捕集。气液两相则因为密度差的原因沿轴向产生相对运动，密度较小的气相沿轴向向上运动并最终在排气管被捕集，而密度较大的液相则沿轴向向下运动并最终在排液管被捕集。这种旋流器拥有操作方便，节约空间等优点，但由于固体杂质在运动时易随液体从排液管流出，所以固相的分离效率并不理想。2010年，大庆油田的武海平[31]等人对常规的圆柱旋流分离器进行了结构上的调整与优化，与常规的圆柱旋流分离器相比武海平设计的分离器在中心部位多加了隔离筒与纺锤体，在底部则多加了一个侧向出口，该新型分离器如图1-5所示。这种新型分离器在进行分离工作时会首
【参考文献】：
期刊论文
[1]140MPa超高压油气井地面测试技术[J]. 陈华良,刘兴华,张洋. 油气井测试. 2016(06)
[2]三相分离旋流器内流场及分离性能的研究[J]. 袁惠新,李双双,付双成,黄津. 流体机械. 2015(01)
[3]油-水-气三相旋流器分离验证及气-液腔结构优化[J]. 郑小涛,龚程,徐红波,喻九阳,林纬,徐成. 武汉工程大学学报. 2014(10)
[4]FLUENT软件在油气储运工程领域的应用[J]. 金俊卿,郑云萍. 天然气与石油. 2013(02)
[5]高压气井轴向旋流除砂装置[J]. 孟波,李志忠,唐苏新,魏凤燕,隋志成,付海荣,黄兴伟. 油气田地面工程. 2011(03)
[6]中国石油发展现状、问题与前景分析[J]. 李莹莹. 中国能源. 2010(12)
[7]相关参数对水力旋流器效率的影响[J]. 谢葆春. 建材世界. 2010(05)
[8]无压给料三产品重介质旋流器选煤工艺在峰峰集团的应用[J]. 周娟华. 选煤技术. 2010(03)
[9]底流口直径和锥角对旋流器流场的影响[J]. 高淑玲,魏德洲,韩聪,胡瑞彪. 东北大学学报(自然科学版). 2010(05)
[10]固液旋流器分离效率影响因素分析[J]. 傅进军. 科学技术与工程. 2009(18)
硕士论文
[1]气液固三相分离旋流器流场分析与结构优选[D]. 赵文君.东北石油大学 2016
[2]循环回流型动态旋风分离器的设计与性能研究[D]. 任印天.大连理工大学 2014
[3]基于CFD的三相分离装置工作性能仿真与参数分析[D]. 张晶.中南大学 2014
[4]管柱式气液固三相旋流分离器的性能研究[D]. 钟秋月.大连理工大学 2013
[5]液滴在旋流分离器内的运动规律研究[D]. 尹兆娟.中国石油大学 2010
[6]用于气—水—砂三相分离的水力旋流器的实验研究[D]. 郑娟.大连理工大学 2005
本文编号：3618468
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
采出液中固体杂质基于上述原因，本课题分析研究一类气液固旋流分离器，这类设备能将油气井开采出来的多相组分有效分离，回收利用有价值的油气资源，降低固体杂质对设备的危害，
作或介质黏度较大的情况下，过滤分离器会产生滤饼，需要及时清洗处理，耗费人力和物力，若没及时发现或者处理容易发生设备堵塞，严重时可能造成作业停歇。旋流分离器的发明，很好的解决了这类技术的弊端，其设备体积小，成本低，操作维护简单，可实现连续高效的分离效果[26]。最早要实现三相分离，有学者提出将气液与液液旋流分离器串联起来使用。这种组合式三相旋流器的核心思路是对混合流体进行逐级分离，在一级分离器内将气-液-固三相中密度最小的气相首先分离出去，而后在二级分离器内对液固两相进行分离[27]。其结构如图1-2所示。这种组合式三相分离器存在运行不稳定、运行费用高、不能满足生产要求等缺陷。图1-2组合式三相旋流分离器1987年，瑞士科学家Bendarsiki.S设计出了一种新型的三相旋流分离器，可同时对油-水-固三相进行分离，其结构形式如图1-3（a）所示。这种旋流分离器在船舱污水处理中发挥了很好的作用，但是在别的领域的应用中并没有起到理想的效果[28]。但也为后续新型三相分离器的设计提供了理论基矗1994年，J.J.Seureau[29]等对Bendasiki设计的分离器进行了多组对比实验，最终成功的对其进行了优化并在此基础上设计了一种新型的液液固旋流分离器，其结构形式如图
西安石油大学硕士学位论文61-3（b）所示。后来，波兰大学的Maritime教授针对砂粒捕集困难的问题设计出了带有集砂筒的新型分离器，这种分离器在底流管处设计了一定数量的孔使得密度大的重相介质被甩进筒外进行分离，其结构形式如图1-3（c）所示。但该结构也存在严重缺陷，孔的大小和多少对分离效果有很大影响。图1-3新型三相旋流分离器2005年，大连理工大学的郑娟也使用串联的设计，但是并没有分离装置，而是设计成了一个整体，如图1-4所示。从结构上看，此旋流分离器与Maritime设计的液液固三相旋流器结构相似，但实际上集砂筒位置的调整很大程度上影响了分离效果。从原理来看，与多级分离的逐级逐相分离不同，郑娟所设计的分离器是一次性对三相进行分离。首先在进料口的设计上，该分离器并没有选择常规的水平射入方式而是选择了倾斜射入形式，这种形式的选择使混合流体拥有了更大的初速度，也为接下来的分离过程提供了更大的离心力。当混合流体以较高的速度进入分离器内，由于受到离心力的作用密度大的固体杂质首先被分离出混合流体，并沿着离心力的方向向内壁移动，最终受内壁约束落入砂箱被捕集。气液两相则因为密度差的原因沿轴向产生相对运动，密度较小的气相沿轴向向上运动并最终在排气管被捕集，而密度较大的液相则沿轴向向下运动并最终在排液管被捕集。这种旋流器拥有操作方便，节约空间等优点，但由于固体杂质在运动时易随液体从排液管流出，所以固相的分离效率并不理想。2010年，大庆油田的武海平[31]等人对常规的圆柱旋流分离器进行了结构上的调整与优化，与常规的圆柱旋流分离器相比武海平设计的分离器在中心部位多加了隔离筒与纺锤体，在底部则多加了一个侧向出口，该新型分离器如图1-5所示。这种新型分离器在进行分离工作时会首
【参考文献】：
期刊论文
[1]140MPa超高压油气井地面测试技术[J]. 陈华良,刘兴华,张洋. 油气井测试. 2016(06)
[2]三相分离旋流器内流场及分离性能的研究[J]. 袁惠新,李双双,付双成,黄津. 流体机械. 2015(01)
[3]油-水-气三相旋流器分离验证及气-液腔结构优化[J]. 郑小涛,龚程,徐红波,喻九阳,林纬,徐成. 武汉工程大学学报. 2014(10)
[4]FLUENT软件在油气储运工程领域的应用[J]. 金俊卿,郑云萍. 天然气与石油. 2013(02)
[5]高压气井轴向旋流除砂装置[J]. 孟波,李志忠,唐苏新,魏凤燕,隋志成,付海荣,黄兴伟. 油气田地面工程. 2011(03)
[6]中国石油发展现状、问题与前景分析[J]. 李莹莹. 中国能源. 2010(12)
[7]相关参数对水力旋流器效率的影响[J]. 谢葆春. 建材世界. 2010(05)
[8]无压给料三产品重介质旋流器选煤工艺在峰峰集团的应用[J]. 周娟华. 选煤技术. 2010(03)
[9]底流口直径和锥角对旋流器流场的影响[J]. 高淑玲,魏德洲,韩聪,胡瑞彪. 东北大学学报(自然科学版). 2010(05)
[10]固液旋流器分离效率影响因素分析[J]. 傅进军. 科学技术与工程. 2009(18)
硕士论文
[1]气液固三相分离旋流器流场分析与结构优选[D]. 赵文君.东北石油大学 2016
[2]循环回流型动态旋风分离器的设计与性能研究[D]. 任印天.大连理工大学 2014
[3]基于CFD的三相分离装置工作性能仿真与参数分析[D]. 张晶.中南大学 2014
[4]管柱式气液固三相旋流分离器的性能研究[D]. 钟秋月.大连理工大学 2013
[5]液滴在旋流分离器内的运动规律研究[D]. 尹兆娟.中国石油大学 2010
[6]用于气—水—砂三相分离的水力旋流器的实验研究[D]. 郑娟.大连理工大学 2005
本文编号：3618468
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