溢流管結(jié)構(gòu)對三相分離器分離效率的影響

2014-05-03 趙立新東北石油大學(xué)

　　針對柱狀氣-液-固三相旋流分離器(GLSC)內(nèi)部復(fù)雜的流場分布，借助CFD軟件，研究了溢流口處氣相體積分?jǐn)?shù)和側(cè)向出口處固相體積分?jǐn)?shù)的分布趨勢。通過數(shù)值模擬方法，得到了GLSC的氣相、固相分布特點，分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)中溢流管直徑Do和溢流管伸入長度Lo對GLSC分離性能的影響。在試驗過程中，驗證了結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變對于GLSC分離性能的影響。研究表明，入口流量為1.1m3/h時，該GLSC具有較好的分離效果。

1、前言

　　油田采出液中除原油外，還含有大量的伴生氣(主要成分為天然氣)、水以及砂子、鹽類和懸浮顆粒等雜質(zhì)。為解決雜質(zhì)對油田輸送和生產(chǎn)過程中的不利影響，必須在工藝中盡早對油井采出液進(jìn)行凈化處理。

　　目前，國內(nèi)通用的脫氣除砂工藝中，以先脫出開采液中的伴生氣為首道工序，剩余液體輸送至大罐進(jìn)行自然沉降、過濾。此種方法進(jìn)行清砂時，不但設(shè)備需要停產(chǎn)，影響油田生產(chǎn)，且勞動強度大，影響操作者的身體健康。且近年來，隨著油田的不斷開發(fā)，油井出砂越加嚴(yán)重，極大降低了油田集輸脫水系統(tǒng)的效率。隨著水力旋流器在原油開采過程中的逐漸使用，眾多國外公司，如Krebs、Chevron公司都曾成功設(shè)計出用于油井除砂的旋流器，并取得較好的應(yīng)用效果。鑒于水力旋流器在油田除砂過程中的成功應(yīng)用，設(shè)計并提出了一種用于油田生產(chǎn)過程中采出液處理的氣-液-固三相旋流分離器(GLSC)。運用計算流體動力學(xué)(CFD)軟件對分離器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)與操作參數(shù)的優(yōu)選，并通過室內(nèi)試驗，驗證了數(shù)值模擬所得出的結(jié)論。

　　溢流管是影響分離器性能的重要因素，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認(rèn)為分離過程中出現(xiàn)的短路流和循環(huán)流現(xiàn)象都與溢流管的結(jié)構(gòu)形式有很大關(guān)系。所以，溢流口的結(jié)構(gòu)形式是影響水力旋流器分離性能的主要結(jié)構(gòu)因素之一。對溢流管進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，是優(yōu)選旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)的重要步驟。

2、工作原理

　　當(dāng)氣-液-固三相混合液通過雙切向入口進(jìn)入旋流器時(如圖1所示)，由于切向入口的作用，使混合液在離開雙切向入口進(jìn)入旋流腔時，產(chǎn)生強烈的旋轉(zhuǎn)運動。因混合液中各相介質(zhì)具有不同的密度，在混合液旋轉(zhuǎn)運動過程中，依靠離心力的作用完成旋流分離。內(nèi)錐結(jié)構(gòu)的存在，有利于裝置在進(jìn)行旋流分離時氣核的形成、舉升，便于三相介質(zhì)中氣相的優(yōu)先排出，為固、液兩相的有效分離做好準(zhǔn)備。在內(nèi)錐上打孔(圖2)，有利液相(主要為油水混合物)進(jìn)入底流管，排出旋流器。合液中所存在的細(xì)小固相顆粒，沿旋流腔壁面，做向下的螺旋運動，最終從側(cè)向出口排出旋流器，實現(xiàn)混合液中氣-液-固三相介質(zhì)的離心分離。

GLSC結(jié)構(gòu)簡圖