复合式油气水分离器研究

油气水的高效分离是陆上和海上油田在油气生产、输送、存储中关注的问题,复合式分离方法是近期的发展方向."十五"期间中国海洋石油总公司与中国科学院重大科技合作项目中列入了该研究课题.本文回顾了自2001年开始的五年来中国科学院力学研究所在新型复合式分离器研制方面开展的研究工作以及取得的进展.首先通过文献总结、专利调研和国内现场考察,提出了集重力、离心、膨胀于一体的复合式分离方法,采用以实验为主,结合数值模拟计算的研究路线.2003年力学所建成了模拟油气水分离的实验装置.2004年对离心和重力膨胀的关键部件--螺旋管、梯型管等进行了不同粘度、不同流速、不同油水配比条件下的油水分离实验.得到了螺旋管回转半径、开孔数量、孔径、方向,T型管垂直管的高度、数量、管径等对分离效果的影响.配合直管和螺旋管的数值模拟,得到了上述重要分离部件的设计准则,然后按工业使用分离器处理量的1/10缩尺比例,2005年设计制造了高效的复合式油水分离器.3月底,长4.5m、宽2.2m、高2.5m,全部由不锈钢制成的样机在力学所安装完毕.在粘度1～1500Mpa s,油水混合液流速变化范围为0.2～1.5m/s,油水配比为10%～90%范围内进行了分离器的实验室样机试验,达到了分离后油中含水率小于1%的当代国际先进水平.目前将设计全尺寸的复合式分离器,用于陆上油田工业现场试验以考核它的最终指标.     

油水分离的数值模拟

本文用数值模拟的方法研究油水混合物在直管和螺旋管中的分离情况.计算使用Fluent大型商用软件,采用Euler-Euler法和Euler模型,求解支配油水分离两相流动的连续方程和动量方程.湍流模型采用多相流中混合型κ-ε模式.基本方程的离散和求解采用SIMPLE算法.计算表明,本文所用方法可以成功地模拟油水两相在直管中受重力作用的分离过程,以及螺旋中受重力与离心力同时作用时的分离过程.     

高效油气水分离器

本文提出了集离心、重力、膨胀多种分离原理于一体的高效分离器方案和实施途径,介绍了新建成的模拟油气水多相分离的实验装置,和开展的油水重力沉降分离,螺旋管离心分离,T形管气液分离等系列实验.     

过程成像技术在多相混输计量方面的应用

油、气、水三相混输的流量计量和流态识别等问题仍然是石油工业中亟待解决的重要问题.本文主要讨论基于过程成像的多相计量技术的发展现状、技术特点及其在多相计量方面的应用前景,分析、比较了现有典型的基于过程成像的多相计量技术.     

海洋油气开发中的多相流技术

系统阐述了海洋油气开发中经常遇到的多相流动问题,如确定油藏量和油藏的分布与变化规律的多相渗流问题,油井中产液的变质量多相流问题,油井和立管的竖直与倾斜管多相流问题,油气水在管线中的水力与热力规律问题,输送管道系统提升泵和增压泵的性能、分离器的效率,混相流量的计量等问题.文中还介绍了中国科学院力学研究所在油气水多相增压、多相计量、多相分离、稠油除砂、倾斜井多相流态等方面的研究工作.重点阐述了集离心、膨胀、重力分离原理为一体的新型油气水高效分离器的性能和特点,以及用γ射线硬场层析成像方式来实现油气水混相流量测量方案.     

旋流除砂技术在海上采油平台的应用研究

本文描述了海上平台采用旋流除砂需要重视和解决的技术问题,介绍了为研究这些问题而建立的可模拟实际工况的实验设备和在该设备上所进行的油砂分离试验和各种油水配比条件下的液固分离试验.试验结果表明,通过二级分离,对大于80目的砂粒,除砂效率能达到95%.     

油气水复合式分离器样机实验

本文介绍了油气水分离技术方面的研究工作,分析了复合式油气水分离器的核心部件螺旋管和T型管对分离器性能的影响和作用,以及螺旋管侧壁开孔的大小、数量和位置的影响.通过试验得出适当增加h/d的值,如h/d≈20,直管直径为DN40,高度900,在大粘度下分离效果更好.联合实验表明,对一定配比的油水混合液(含水率60～80%)经T型管、螺旋管分离后,油中含水可小于1%.     

海洋石油工业中的多相流测量问题

针对海洋中的吸力式桶型基础,通过静荷载下单桶模型试验,得到了在竖向荷载、横向荷载下的载荷位移曲线,以及竖向和横向耦合加载情况下的极限承载力组合.结果表明,竖向荷载下桶基呈土体滑移破坏形式;垂向荷载下桶基呈桶拔出破坏形式;两种载荷组合下,存在一个极限状态线,该线以内,基础不破坏;当垂向载荷超过一定值时,桶基破坏由拔出破坏形式转变为土体滑移破坏形式.