国内外液-液水力旋流分离器研究进展(4)

和大港油田，目前正着手把初步的研究成果转向产品化。2 .液一旋流分离技术数值模拟研究概况液

研究液一液水力旋流器内流动规律和分离机理

最为活跃和有效的方法还是流场的紊流数值模拟。 由于大容量高速计算机的广泛应用和数值分析的发展，使得人们对于各种与工程有关的湍流流动进行数值模拟成为现实，有力地推动了水力旋流器内流体流动数值计算研究的发展。 水力旋流器内的运动为复杂的两相紊流运动，

测结果与计算值吻合。贾志刚根据贴体坐标下的有限体积法，采用涡

粘系数修正后的各向异性模型，对油水分离的水力旋流器流场进行数值模拟，计算结果较好地反映了 流动特征。B y n等人用代数应力模型和随机轨 os a道模型对旋风分离器中的两相湍流作了数值计算， 并预测了分级效率曲线，其研究思想和计算方法对水力旋流器的两相流场数值模拟有重要参考价值。

仅水相而言，对三维螺旋流动现象的精确描述应是一

组三维椭圆型偏微分方程组，Ⅳ一J即 s方程。当

前，复杂流场的紊流直接模拟 ( N ) D S还有待各种技术的进一步发展。然而，们主要关心的是紊流的人

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第3 0卷

第 3期

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DRL IG& P OD C" E H O O Y ILN R U 1ONT C N L G I

戴光清、建明等人分别采用修正模型系数的模型李

构件的扰动问题。

和各向异性模型，对不同工况下水力旋流器 ( 8 D= 0 m的三维液相速度场和压力场进行了数值模拟； m) 并用二维激光多普勒测速仪进行了实测验证，实测结果与计算值基本一致。说明在三维条件下对旋流器流场进行数值计算，与二维条件下相比，计算结果将大有改善。 近来，陆耀军、周力行等人 _“采用标准 k 0。、—模型、 N —模型和雷诺应力模式 R M模型 R Gk S

对液一液旋流管中的单相强旋湍流进行了数值模拟。结果表明 3种模型中以 R M模型的预报结果 S

将水力旋流器与其它现有和计划中的分离装置进行了对比，认为水力旋流器投资和运行成本在离心机、过滤器、聚结器和 I F G等所有列出的分离方法中成本是最低的。 在某些场合，作者的经验已经超过了十年之操

久。旋流器采用了硬质合金材料，如钨铬钴合金，很少有磨蚀的问题。因而，根据 C o的报道单个旋流 hi器的寿命已经超过了 5年。该作者还指出，有几仅个毫米直径的溢流孔并没有频繁地发生堵塞，是但一

旦发生就需要对整个系统进行维护。

最为合理，不仅对切向速度分布的 R n i涡结构 ak e n和轴向速度分布的近轴回流区作出合理预报，而且揭示了雷诺应力的各向异性特性。他们还在不考虑相间相互作用的条件下，水相采用 I k湍流模对/ i S型，油相采用随机轨道模型，拟了两组不同粒径的模

陆上油田储层压力通常较低，需要用泵进行操作，这样每口井的流量就比较低，以减少投资额。但除油水力旋流器也还是被引进到陆上油田使用，尽

管发展速度比海上慢得多。除油旋流器采用类型合适的低剪切泵，结果是完全令人满意的。

油滴群在两种典型液一液旋流分离管中的运动轨

迹，揭示了不同粒径油滴在旋流管中的分离过程。液一液水力旋流器的紊流数值模拟是一项正在发展的研究课题，最终目标是建立一种能够预测其水力旋流器分离性能的可靠计算方法，使得旋流器的优化设计和性能预报等工作无需实验或只需少量实验就能在计算机上实现。而真正实现这一目的， 尚需进一步的深入研究。 3 .液一液水力旋流器在油田的发展液一液水力旋流器的油田现场实验始于 18 93~

三、论和认识结() 1旋流器的原理和结构都十分简单，但影响其性能的因素多达十几种，且其内部的流场相当复杂。要想真正深入研究水力旋流器，实验和理论就必须同步进行、互相促进。实验研究一方面可以检验理论分析结果的正确性；另一方面可以得到一些经验或半经验的计算式，以满足生产实践的需要；而理论研究可以指导着实验的开展，实验工作更具使目的性，带动实验研究更快发

展。同时，理论研究可

18, 8 94年 1 5年第一批永久装置在北海和巴斯海 9

以获得对水力旋流器内部流动机理的正确认识以及对其性能进行合理预报。唯由此，才能筛选出更优的旋流器结构来，大限度地满足实际生产和工程最应用的需要。

峡。到 18年末， 95北海的一套有 4 2根旋流管的装置成功处理量将近 1 ri。尽管海上现场测量 5m/ n a是非常困难的，但是 18年一份关于巴斯海峡的旋 95流分离器工作性能的报告显示，除了在非常高的流量下性能骤降的严重事故之外，工作情况是非常令人鼓舞的。关于性能下降最初归因于液滴的破碎或气体在涡流核释出，但后来发现是由于分流比下降到了临界分流比 Fr以下所引起的。将同样结构 ci t旋流器的实验室和现场测得的级效率曲线进行对比，两者吻合的很好。同时也发现在扰动期间，高含油情况下有较大的油滴粒径，因此仍可维持分离的进行。18年， e rm创新性的贡献再次表明了 97 M l u d 在大流量时分离效率下降，以及在低流量、低旋转时分离也失效。他也论及了在入口含油达到 1%时泵送操作的情况 (要求充分分离 )以及基于两个出口 压降比、D P R的控制策略。 液滴粒径测量作为改善现场分离效果的助手最终被采纳，论这一问题的文章也给出了管道系统讨

() 2尽管液一液水力旋流器的结构比较简单，

但进行数值模拟计算时，它存在许多特殊性：①液一 液水力旋流器的长径比大、圆柱段直径和底流口直径比大，这使得网格划分较为困难；②液一液水力旋流器有进料口、流口和底流口，溢边界条件的设定较为困难；③旋流器内的流体流动复杂，存在内旋流、 外旋流、短路流等，要准确的捕捉这些流动现象，必须采取有效的处理措施。

() 3利用数值模拟技术，以得到旋流器流动可的普遍规律，同时用于旋流器的结构选型和尺寸优化，但数值模拟计算得到的结果与实际的结果可能存在偏差，因为在数值模拟时很难考虑到实际流体

的复杂物性和粒径分布等参数，这些偏差并不影响在结构优化中的应用。(下转第 8 ) 7页

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实际试验证明，温度区间控制在 1OE~10E范围 l￣ 4q

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