發(fā)布時間：2022-02-10 07:09

　　超高壓油氣井產(chǎn)出物攜帶大量的液體及泥砂,不僅影響油氣輸送而且會對連接設(shè)備造成沖蝕磨損,每年都要耗費大量的人力、物力進行防治和研究。為了解決這類問題,本文設(shè)計了能進行氣液固三相分離的雙錐式除砂器,以多相流分離理論為指導(dǎo),采用CFD數(shù)值模擬仿真軟件FLUENT研究了該分離器的流場特性,分析影響其分離性能的因素。主要的研究內(nèi)容和結(jié)論如下:（1）本文首先比較了三類三相旋流分離器,選出適合超高壓工況的旋流分離器模型。再應(yīng)用Solid Works軟件建立初始模型、Mesh軟件進行網(wǎng)格劃分、Fluent軟件數(shù)值模擬。（2）采用Mxiture模型分析了氣液相流場分布規(guī)律,并比較超高壓與常壓工況時流場主要物理量的不同。發(fā)現(xiàn)超高壓工況時,流體在旋流分離器內(nèi)加速效果更明顯,靜壓梯度更大,有利于分離。（3）在氣液兩相模擬的基礎(chǔ)上加入DPM模型對氣液固三相流場進行模擬。分析了單個顆粒與顆粒組的運動軌跡,發(fā)現(xiàn)不同粒徑、不同入射位置的顆粒運動軌跡都不相同,且在初始模型內(nèi)部發(fā)生了短路流、返混等不利于分離的現(xiàn)象,需要對分離器進行優(yōu)化。（4）分析比較了5種旋流筒結(jié)構(gòu)的除砂器流場分布情況,發(fā)現(xiàn)同等高度的旋流筒其錐度對分離性... 

【文章來源】：西安石油大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

采出液中固體雜質(zhì)基于上述原因，本課題分析研究一類氣液固旋流分離器，這類設(shè)備能將油氣井開采出來的多相組分有效分離，回收利用有價值的油氣資源，降低固體雜質(zhì)對設(shè)備的危害，

作或介質(zhì)黏度較大的情況下，過濾分離器會產(chǎn)生濾餅，需要及時清洗處理，耗費人力和物力，若沒及時發(fā)現(xiàn)或者處理容易發(fā)生設(shè)備堵塞，嚴重時可能造成作業(yè)停歇。旋流分離器的發(fā)明，很好的解決了這類技術(shù)的弊端，其設(shè)備體積小，成本低，操作維護簡單，可實現(xiàn)連續(xù)高效的分離效果[26]。最早要實現(xiàn)三相分離，有學(xué)者提出將氣液與液液旋流分離器串聯(lián)起來使用。這種組合式三相旋流器的核心思路是對混合流體進行逐級分離，在一級分離器內(nèi)將氣-液-固三相中密度最小的氣相首先分離出去，而后在二級分離器內(nèi)對液固兩相進行分離[27]。其結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。這種組合式三相分離器存在運行不穩(wěn)定、運行費用高、不能滿足生產(chǎn)要求等缺陷。圖1-2組合式三相旋流分離器1987年，瑞士科學(xué)家Bendarsiki.S設(shè)計出了一種新型的三相旋流分離器，可同時對油-水-固三相進行分離，其結(jié)構(gòu)形式如圖1-3（a）所示。這種旋流分離器在船艙污水處理中發(fā)揮了很好的作用，但是在別的領(lǐng)域的應(yīng)用中并沒有起到理想的效果[28]。但也為后續(xù)新型三相分離器的設(shè)計提供了理論基矗1994年，J.J.Seureau[29]等對Bendasiki設(shè)計的分離器進行了多組對比實驗，最終成功的對其進行了優(yōu)化并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一種新型的液液固旋流分離器，其結(jié)構(gòu)形式如圖

西安石油大學(xué)碩士學(xué)位論文61-3（b）所示。后來，波蘭大學(xué)的Maritime教授針對砂粒捕集困難的問題設(shè)計出了帶有集砂筒的新型分離器，這種分離器在底流管處設(shè)計了一定數(shù)量的孔使得密度大的重相介質(zhì)被甩進筒外進行分離，其結(jié)構(gòu)形式如圖1-3（c）所示。但該結(jié)構(gòu)也存在嚴重缺陷，孔的大小和多少對分離效果有很大影響。圖1-3新型三相旋流分離器2005年，大連理工大學(xué)的鄭娟也使用串聯(lián)的設(shè)計，但是并沒有分離裝置，而是設(shè)計成了一個整體，如圖1-4所示。從結(jié)構(gòu)上看，此旋流分離器與Maritime設(shè)計的液液固三相旋流器結(jié)構(gòu)相似，但實際上集砂筒位置的調(diào)整很大程度上影響了分離效果。從原理來看，與多級分離的逐級逐相分離不同，鄭娟所設(shè)計的分離器是一次性對三相進行分離。首先在進料口的設(shè)計上，該分離器并沒有選擇常規(guī)的水平射入方式而是選擇了傾斜射入形式，這種形式的選擇使混合流體擁有了更大的初速度，也為接下來的分離過程提供了更大的離心力。當混合流體以較高的速度進入分離器內(nèi)，由于受到離心力的作用密度大的固體雜質(zhì)首先被分離出混合流體，并沿著離心力的方向向內(nèi)壁移動，最終受內(nèi)壁約束落入砂箱被捕集。氣液兩相則因為密度差的原因沿軸向產(chǎn)生相對運動，密度較小的氣相沿軸向向上運動并最終在排氣管被捕集，而密度較大的液相則沿軸向向下運動并最終在排液管被捕集。這種旋流器擁有操作方便，節(jié)約空間等優(yōu)點，但由于固體雜質(zhì)在運動時易隨液體從排液管流出，所以固相的分離效率并不理想。2010年，大慶油田的武海平[31]等人對常規(guī)的圓柱旋流分離器進行了結(jié)構(gòu)上的調(diào)整與優(yōu)化，與常規(guī)的圓柱旋流分離器相比武海平設(shè)計的分離器在中心部位多加了隔離筒與紡錘體，在底部則多加了一個側(cè)向出口，該新型分離器如圖1-5所示。這種新型分離器在進行分離工作時會首

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3618468