多相除砂器结构优化及分离特性研究

论文摘要

本文以多相流与相分离理论为指导,同时借鉴液固水力旋流器和旋风除尘器在理论和实际应用中的研究方法及研究成果,密切结合油气生产过程中油井产出液的物性特征,并针对当前多相除砂器切实存在的主要问题,以期在多相除砂器结构改进和分离性能方面做一些探索性工作,最终开发出一种新型实用且节能环保的多相除砂器。气液固多相流实验模拟装置是多相除砂分离器试验研究的重要组成部分,该装置对数据的准确性和有效性起到至关重要的作用。结合现有装置的不足和缺陷,在文献调研的基础上,本文研制了新型气液固多相流实验模拟装置。该装置依照“先分相计量,后在线混合”的技术原则,利用可靠性好的压缩机、单相泵、单相计量仪表等常规仪器设备,以及创新设计的加砂和混合方式,不仅能更准确地计量气液固三相流量,而且还便于控制调节气液固各相介质流量。鉴于影响多相除砂分离器性能的重要结构参数在于柱体直径(D),而其它结构参数相对影响较小这一特点,本文试验研究工作共分两部分,一是选取某一初始结构形式在宽范围操作参数下进行试验以优化运行参数,二是在第一部分研究工作的基础上再对其它结构组合进行试验研究,以得到分离性能优良的结构形式。初始试验分为入口气液比一定、改变入口总流量和入口总流量一定、改变气液比量两部分。试验结果表明,气液比和入口总流量的改变对粒级效率、总分离效率、d50以及压降等性能指标影响较为明显,且以上两种参数与性能指标的相关性有规律可循。另外还发现多相除砂分离器在低流量下总分离效率较低,在高气液比下d50数值较大,由此得出多相除砂分离器应在高入口流量和低气液比的参数范围内运行。第二部分实验研究工作内容主要是针对12种结构形式在优化后的参数范围内进行试验筛选,从而得出性能优良的结构组合。结构筛选试验表明,12种结构形式中结构5在粒级效率、总分离效率及d50等几项性能指标上表现最为理想,尤其是该结构对100μm以内的颗粒分离效率相对其它结构优势明显,而对粒径大于100μm的颗粒的分离效率也超过90%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 旋流分离技术研究现状
• 1.2.1 水力旋流器（液固）研究进展
• 1.2.2 旋风分离器（气固）研究进展
• 1.2.3 多相除砂器研究进展
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 旋流分离器的基本结构和分离理论
• 2.1 水力旋流器的基本结构和分离理论
• 2.1.1 水力旋流器基本结构
• 2.1.2 水力旋流器内流体运动基本形式
• 2.1.3 水力旋流器分离原理
• 2.1.4 水力旋流器数学模型
• 2.2 旋风分离器的基本结构和分离理论
• 2.2.1 旋风分离器基本结构
• 2.2.2 旋风分离器分离原理
• 2.2.3 旋风分离器分离机理
• 2.3 多相除砂器的基本结构和分离理论
• 2.3.1 多相除砂器基本结构
• 2.3.2 多相除砂器分离原理
• 2.4 本章小结
• 第3章 新型气液固多相流实验模拟装置
• 3.1 气液固多相流实验模拟装置的主要功能
• 3.2 气液固多相流实验模拟装置实例比较分析
• 3.2.1 实验装置一
• 3.2.2 实验装置二
• 3.2.3 实验装置三
• 3.3 新型气液固多相流实验模拟装置
• 3.3.1 实验装置结构和实验流程
• 3.3.2 加砂管内部压力与管路流量控制关系
• 3.3.3 实验介质计量与在线控制
• 3.3.4 操作步骤
• 3.4 本章小结
• 第4章 实验系统和实验方法
• 4.1 实验台的搭建和工艺流程
• 4.1.1 实验系统工艺流程
• 4.1.2 实验台模块介绍
• 4.1.3 实验仪器设备介绍
• 4.1.4 在线采集系统
• 4.1.5 实验步骤
• 4.2 实验样机结构
• 4.3 实验介质
• 4.3.1 空气
• 4.3.2 水
• 4.3.3 砂
• 4.4 实验方法
• 4.4.1 多相除砂器清水实验
• 4.4.2 加砂管内部压力与管路流量控制关系摸索试验
• 4.4.3 数据采集与处理
• 4.4.4 实验用砂处理
• 4.5 性能评价指标
• 4.5.1 总分离效率
• 4.5.2 分级效率
• 4.5.3 压降
• 4.5.4 分离粒度
• 4.6 本章小结
• 第5章 结构筛选和分离性能研究
• 5.1 初始结构试验研究
• 5.1.1 试验参数选取
• 5.1.2 试验结果分析
• 5.2 全部结构在优选参数范围内试验内容
• 5.2.1 预选结构形式汇总
• 5.2.2 参数选取
• 5.2.3 试验结果分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢