【摘要】：隨著我國氣田開采的深入,氣田中的含水率逐漸提高。在我國某些氣田已經(jīng)進(jìn)入高含水開采的階段,導(dǎo)致氣水分離的問題越來越嚴(yán)重。目前氣井排水采氣過程大多為將井筒內(nèi)的積液開采至地面,在地面對氣液進(jìn)行分離,再將分離的液體匯聚起來經(jīng)泵加壓后注入地層,這種模式雖然能有效解決氣井積液問題,但是需要復(fù)雜的地面氣液分離回注系統(tǒng),不僅提高了設(shè)備成本,造成地面空間的浪費(fèi),而且加大了舉升,水中的礦物鹽還會腐蝕油管以及相關(guān)器件。本論文提出了一種采用螺旋分離器在氣井井下對氣液進(jìn)行分離的技術(shù),將分離出的水直接回注到地層。作為氣井開采中至關(guān)重要的設(shè)備,井下氣液螺旋分離器的優(yōu)劣對天然氣的開采具有重大影響,因此提升井下氣液螺旋分離器的研究設(shè)計水平,提高螺旋分離器的分離效率以及螺旋葉片的過載能力,對國內(nèi)外氣井的開采具有重要意義。本文以一種井下氣液螺旋分離器作為研究對象,并對其進(jìn)行了 CFD數(shù)值模擬以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化,具體的內(nèi)容和相關(guān)的研究成果主要分為以下幾個方面。(1)本文以一種井下氣液螺旋分離器作為研究對象,并運(yùn)用CFD軟件對螺旋分離器內(nèi)連續(xù)相氣體流場以及氣液兩相流流場進(jìn)行數(shù)值仿真模擬,研究了井下氣液螺旋分離器螺旋結(jié)構(gòu)參數(shù)與螺旋分離器壓力損失、內(nèi)部流場以及分離效率之間的聯(lián)系。依據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果,并綜合制作成本、能量損耗以及分離效率等多方面因素,優(yōu)化設(shè)計出最佳螺旋結(jié)構(gòu):螺距等于60mm,螺旋圈數(shù)等于12圈。(2)文中通過優(yōu)化螺旋分離器結(jié)構(gòu)從而增加紊流效應(yīng),以此提高同性粒子液滴顆粒發(fā)生碰撞聚合的可能性,從這個角度設(shè)計出一款橢圓氣液螺旋分離器。應(yīng)用CFD技術(shù)對其氣液兩相流分離過程進(jìn)行數(shù)值模擬,依據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果優(yōu)化設(shè)計出最佳橢圓外管短軸長度,結(jié)果表明:當(dāng)橢圓短軸長度為60mm時,分離效率最高,分離粒徑為10μm的液滴顆粒分離效率在94%以上。(3)基于ANSYS/CFD軟件,采用流固耦合數(shù)值分析方法對井下氣液螺旋分離器在不同入口流體流速的情況下進(jìn)行數(shù)值仿真模擬,得出入口流體流速與螺旋葉片塑性變形之間的關(guān)系,以及入口流體流速與流體對螺旋葉片沖擊力之間的關(guān)系,并通過數(shù)值分析的手段給出入口流體流速與流體對螺旋葉片沖擊力二者之間的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系式。(4)針對井下氣液螺旋分離器螺旋葉片過載能力不足的問題,設(shè)計一款雙螺旋葉片電磁分離器,目的是讓螺旋葉片的過載能力隨著氣液流速的改變而動態(tài)變化,以此來提高井下氣液螺旋分離器螺旋葉片的過載能力,從而提高其分離效率;本文介紹其工作原理,應(yīng)用CFD/ANSYS技術(shù)數(shù)值模擬得出設(shè)計優(yōu)化后的螺旋葉片的變形情況。結(jié)果表明:當(dāng)流體入口流速為30m/s時,相較于設(shè)計前的螺旋葉片,最大變形量從2.98mm下降到0.018mm,變形有著明顯的降低。
【圖文】：

圖１－１邋Ｍａｘｉｍｉｚｅｒ氣液分離器逡逑２）旋流式氣液分離器逡逑旋流式氣液分離器具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、分離效率高、體積小的優(yōu)點(diǎn)

管柱式狀氣液旋流分離器
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE931.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2652142