油水分離技術是油田開發(fā)生產(chǎn)中關鍵的生產(chǎn)環(huán)節(jié),油水重力分離法是最經(jīng)濟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。但是以往對重力場下油水分離的研究總是集中于油滴群在反應器內(nèi)的宏觀動力學行為,對于微觀下油滴與油滴相互作用機理研究尚不徹底。因此,本文運用多物理場耦合軟件COMSOL對重力場下雙油滴之間的相互作用進行數(shù)值模擬計算,并對關鍵影響因素進行了分析。本文基于Cahn-Hilliard方程的相場方法建立了油滴在重力場上浮過程行為模型。首先,從微觀角度研究了單油滴上浮過程中的油滴終速度和變形度影響因素。結果表明,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油滴的變形度有較大影響。其次,在共直線雙油滴上浮聚結過程行為模型中,從微觀角度分析了上油滴尾流對下油滴的影響,揭示了雙油滴的聚結原理。研究了影響雙油滴聚結的眾多因素,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時間。最后,在并行雙油滴上浮聚結過程行為模型中,從微觀角度研究雙油滴的聚結和排斥現(xiàn)象,當雙油滴間距比S0.5,雙油滴發(fā)生聚結,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促進油滴的聚結。當雙油滴間距增大時雙油滴發(fā)生先吸引后排斥的運動特性,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,到達穩(wěn)定狀態(tài)時雙油滴被分離的橫向距離越遠。當雙油滴間距比S5時,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程揭示了重力場下油水分離原理,可為油田重力油水分離器的設計、工況設置等提供理論基礎,指導油田的高效開發(fā),同時也豐富了油水兩相流研究理論,為更為復雜的油水兩相流體系提供參考。
【學位單位】：東北石油大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TE624.1
【部分圖文】：

研究對象示意圖

密度：條件SOL 多物理場耦合軟件，兩相流過程中的運動狀態(tài)行求解，網(wǎng)格形式可分為形網(wǎng)格能比四邊形網(wǎng)格更結構較簡單，所以模擬過格數(shù)目的確定一定要合理確的描述，但網(wǎng)格如果過在保證計算精度和考慮尺寸。同時為了提高計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 研究對象示意圖2.3.2 兩相流控制方程油滴上浮運動狀態(tài)的研究，首先要了解油水兩相流運動的基本方程。假設油水均為不可壓縮、不互溶的牛頓流體，且在流動過程中油水兩相間不存在化學反應和傳熱傳質(zhì)，對于二維情況，油水兩相流體的控制方程可以表現(xiàn)為：運動方程：（2-1）連續(xù)方程：（2-2）N-S 方程表示動量守恒，而連續(xù)相方程則表示質(zhì)量守恒。運動方程公式左側(cè)對應的是流體的慣性力，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間的運動變化，可使基于Cahn-Hilliard 方程的相場方法控制分散油滴界面的破裂、變形和聚結過程，其表達式為：相場方法的控制方程可表達為（2-3）式中： ——相場參數(shù)；——控制方程擴散尺度的遷移系數(shù)(m3s/kg)；

【參考文獻】

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本文編號：2826578