国内外液-液水力旋流分离器研究进展

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国内外液一液水力旋流分离器研究进展刘洪郭清胡攀峰朱愚王锐4陈锦华4陈辛4,,,,,, ( 1重庆科技学院 2西南石油大学 3西南油气田分公司重庆气矿 4四川石油管理局 )

刘摘

洪等.国内外液一液水力旋流分离器研究进展.钻采工艺，0 73 ( ) 7 2 0,0 3:8—8,7 18要：首先从液一液水力旋流器结构与工作原理出发，综述了液一液水力旋流分离器的国内外研究进展，

重点对液一液水力旋流分离器的试验模拟技术研究现状、一液液水力旋流分离器数值模拟研究概况以及液一液水力旋流器在油田的发展状况等进行了详细介绍。最后对液一液水力旋流器的数值模拟技术提出了几点认识和建议。

关键词：水力旋流器；数值模拟；油水分离器；究进展研中图分类号：T 1. 6 E9 2 0文献标识码：A 文章编号： 10 7 8 2 0 )3~ 0 8一o 06— 6 X(0 7 0 0 7 4

九十年代以来，我国东部大部分油田都进入中、高含水开采期，出液含水量高达 8%一9%以采 0 0上，油气集输工艺过程中必然需要油水的预分离在

来料入口

溢流

和含油污水的净化，传统的水处理设备已不能满足现阶段生产发展的要求。二十世纪八十年代以来， M. . hw等人首次将旋流技术应用在石油工 T Te业的液一液分离领域，创了油田地面分离技术的开

底流口

l入口段收缩段

分离段

出口 段

图 1液一液水力旋流器原理图

新篇章。一液液分离水力旋流器作为一种新型的油田含油污水处理设备，受到了石油工业的青眯，多年来的科研和现场应用结果表明，旋流分离技术应用于油水分离领域存在着技术上的可行性、济上的经必要性以及工程应用的广阔前景。一

液体混合物从入口沿切向流进入口段后，产生高速旋转。由于混合物中轻重组分的密度不同，在离心力的作用下，重组分将向旋流器回转壁面处运动，在壁面附近浓集，旋转过程中，渐向底流并在逐

出口运动，最终排出旋流器。与此同时，

轻组分将向旋流器中心轴处运动，形成中心核，向入口方向流并动，溢流出口排出。这样就实现了轻重组分的分从离。

、

液一液水力旋流器结构与工作原理液一液水力旋流器是依靠流体的旋转产生离心

力来达到分离不同物质的目的，构如图 1所示。结

用于油水分离的旋流器分预分和除油两种，两者均处理以水为连续相的油水混合物，离机理相分

旋流器主体是由入口段、收缩段、分离段和出口段四个回转体顺序连接而成。在入口段有一个或多个切

同，都是在离心力场内依靠油水密度差实现油水分离。预分旋流器一般应用于高含水原油预分离及井下油水预分离系统中，目的是为尽量减少原油含水率，同时得到允许含油浓度范围内的污水，分流比一般控制在 1%以内。除油旋流器一般应用于油田 0 各环节含油污水的处理，由于含油污水只含有几百至几千 m/的原油，流比较小，为 1~%。 gl分常% 3

向入口，以输入待分离的液体混合物。入口段的用 顶面上有一个溢流出口，以排出较轻的组分。出用口段的尾部是底流出口，用于排出较重的组分。 液一液水力旋流器的工作原理包括三个部分： 首先，籍切向输入流体的静压力产生旋转运动；继而，在该旋转运动中完成待分离物料的空间规律性分布；最后，经特殊的结构设计完成分离。收稿日期：2 0 0 6—1 2—1 4

基金项目：重庆市自然科学基金项目“合集成化的油气井压裂智能决策研究”综。

作者简介：刘洪 (9 2, 17一)博士，03年毕业于西南石油学院；事油气田开采理论与方法等方面的科研教学工作。地址：4 04 ) 20现从 ( 00 2重庆市渝中区石油路 1号重庆科技学院石油工程学院，电话：2 0 3—8 0 24 8 0 2 7 E—m i l be@v .i .o 9 95 0、9 9 85, al i rt i s a tm:u t p n

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第3 O卷

第3期

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二、内外液一液水力旋流器国技术研究概况旋流分离技术在工业部门的应用已有 10多年 0

长圆柱几何结构相比，锥管结构可以给出稳定

的、直径细小的反向流核芯，而且允许在极小的溢流孔径下工作。实验所得到的最好结果是在没有涡流探测管 ( o e n e) V￣ xf dr的情况下。长的圆柱尾管是构成 i

的历史，但对于液一液分离领域的开发研究工作则是从 16英格兰海南岸的“ oryC no”轮 9 7年 Tr ayn海 e

旋流器整体所必须的部件，圆柱尾管里小粒径的在液滴移向轴线上的反向核芯。 发展的步伐逐渐加快。18 9 3年 C la om n和 T e hw

遇难事件后才开始的。在 7 0年代英国 Su a p n ot m t h o大学的 M. .hw首先将研制的水力旋流器应用于 TTe油一水分离，从 18并 9 0年的国际旋流器会议开始， 陆续公布他们的研究成果。此后，hw的研究成果 Te

发表文章公布了一些概括出的关系式和级效率曲线 (粒径测试采用库尔特计数器， oleC ut )尽 Cut one, r r管这篇文献中优化的斯托克斯数 S( tksN m— t Soe u br和雷诺数 ( enlsN m e)间的关系式 e) R yo u br之 d被后来发现是错误的。液一液水力旋流器装置的工

转让给 B oo公司，公司生产出了具有 WN V r i tl该 V r i色的旋流管组合模块而开始商业性应 otl特 o用-。到 8年代末， 3 J 0其他人又在 T e hw的旋流器基础上对旋流器的操作性能、流场分布、结构优化等方面进行大量的研究， Cnc如 ooo和 A oo m c等公司。 从此水力旋流器逐渐成为工业应用的新型设备。 1 .液一液水力旋流器试验模拟技术研究尽管在理论分析方面和计算流体力学( F ) C D方面水力旋流器研究稳步向前发展，水力旋流器研但

作可采用计算机控制，例如，一个 3段式水力旋流器装置采用计算机在线控制，果超声探针探测到人如口有一油流段塞，自动控制将油流切换到污油罐可

去。尽管计算机控制在操作上是令人满意的，但在旋流器本身仍没有被验证的情况下，应用被油田该所接受还需要很长时间。 ‘

究基本上仍以实验为基础。L A的出现使稳态和 D紊流情况下高涡旋速度场的无侵入式测量成为可能，而且该技术已从 7 0年代早期的一维测量发展到

今天的三维测量。实验架设计的关键因素是独立控

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