油水分離技術(shù)是油田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)中關(guān)鍵的生產(chǎn)環(huán)節(jié),油水重力分離法是最經(jīng)濟(jì)適用的油水分離方法之一,其分離效率取決于油滴之間的相互作用。但是以往對(duì)重力場(chǎng)下油水分離的研究總是集中于油滴群在反應(yīng)器內(nèi)的宏觀動(dòng)力學(xué)行為,對(duì)于微觀下油滴與油滴相互作用機(jī)理研究尚不徹底。因此,本文運(yùn)用多物理場(chǎng)耦合軟件COMSOL對(duì)重力場(chǎng)下雙油滴之間的相互作用進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,并對(duì)關(guān)鍵影響因素進(jìn)行了分析。本文基于Cahn-Hilliard方程的相場(chǎng)方法建立了油滴在重力場(chǎng)上浮過(guò)程行為模型。首先,從微觀角度研究了單油滴上浮過(guò)程中的油滴終速度和變形度影響因素。結(jié)果表明,油滴粒徑越大,變形越大,終速度隨粒徑的增大逐漸趨于定值;且油水密度差越大、連續(xù)相黏度越小、油滴黏度越小,油滴的終速度越大,越容易分離,而油水的界面張力則對(duì)油滴的變形度有較大影響。其次,在共直線雙油滴上浮聚結(jié)過(guò)程行為模型中,從微觀角度分析了上油滴尾流對(duì)下油滴的影響,揭示了雙油滴的聚結(jié)原理。研究了影響雙油滴聚結(jié)的眾多因素,模擬表明減小雙油滴的初始間距、油滴黏度、連續(xù)相黏度、油水兩相界面張力,增大粒徑和油水兩相密度差可以降低油滴聚結(jié)時(shí)間。最后,在并行雙油滴上浮聚結(jié)過(guò)程行為模型中,從微觀角度研究雙油滴的聚結(jié)和排斥現(xiàn)象,當(dāng)雙油滴間距比S0.5,雙油滴發(fā)生聚結(jié),隨著距離的減小,油滴黏度、連續(xù)相黏度的減小,兩相密度差的增大均會(huì)促進(jìn)油滴的聚結(jié)。當(dāng)雙油滴間距增大時(shí)雙油滴發(fā)生先吸引后排斥的運(yùn)動(dòng)特性,隨著粒徑的增大、油滴黏度的增大、連續(xù)相黏度的減小、密度差的減小雙油滴的排斥作用越明顯,到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)雙油滴被分離的橫向距離越遠(yuǎn)。當(dāng)雙油滴間距比S5時(shí),雙油滴不再發(fā)生相互影響。本文利用數(shù)值模擬手段,從微觀分散相雙油滴相互影響的過(guò)程揭示了重力場(chǎng)下油水分離原理,可為油田重力油水分離器的設(shè)計(jì)、工況設(shè)置等提供理論基礎(chǔ),指導(dǎo)油田的高效開(kāi)發(fā),同時(shí)也豐富了油水兩相流研究理論,為更為復(fù)雜的油水兩相流體系提供參考。
【學(xué)位單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TE624.1
【部分圖文】：

研究對(duì)象示意圖

密度：條件SOL 多物理場(chǎng)耦合軟件，兩相流過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)行求解，網(wǎng)格形式可分為形網(wǎng)格能比四邊形網(wǎng)格更結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，所以模擬過(guò)格數(shù)目的確定一定要合理確的描述，但網(wǎng)格如果過(guò)在保證計(jì)算精度和考慮尺寸。同時(shí)為了提高計(jì)算球形油滴與水相的界面處

不考慮相間和壁面的傳質(zhì)和傳熱。圖 2.1 研究對(duì)象示意圖2.3.2 兩相流控制方程油滴上浮運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的研究，首先要了解油水兩相流運(yùn)動(dòng)的基本方程。假設(shè)油水均為不可壓縮、不互溶的牛頓流體，且在流動(dòng)過(guò)程中油水兩相間不存在化學(xué)反應(yīng)和傳熱傳質(zhì)，對(duì)于二維情況，油水兩相流體的控制方程可以表現(xiàn)為：運(yùn)動(dòng)方程：（2-1）連續(xù)方程：（2-2）N-S 方程表示動(dòng)量守恒，而連續(xù)相方程則表示質(zhì)量守恒。運(yùn)動(dòng)方程公式左側(cè)對(duì)應(yīng)的是流體的慣性力，右側(cè)分別表示為流體中的壓力、粘性力、表面張力和重力作用。為了成功追蹤在重力作用下，連續(xù)相和分散相油滴的界面隨時(shí)間的運(yùn)動(dòng)變化，可使基于Cahn-Hilliard 方程的相場(chǎng)方法控制分散油滴界面的破裂、變形和聚結(jié)過(guò)程，其表達(dá)式為：相場(chǎng)方法的控制方程可表達(dá)為（2-3）式中： ——相場(chǎng)參數(shù)；——控制方程擴(kuò)散尺度的遷移系數(shù)(m3s/kg)；

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2826578