敬加強(qiáng),黃婉妮,宋學(xué)華等:基于Fluent的井下油水分離和潤滑過程中新型潤滑元件設(shè)計(jì)分析
敬加強(qiáng),黃婉妮,宋學(xué)華等:基于Fluent的井下油水分離和潤滑過程中新型潤滑元件設(shè)計(jì)分析
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#文章信息#
基于Fluent的井下油水分離和潤滑過程中新型潤滑元件設(shè)計(jì)分析
敬加強(qiáng) 1,2 ,黃婉妮 1 ,宋學(xué)華 3 ,羅佳琪 1 ,宋揚(yáng) 1 ,戢慧 4 ,羅遒漢 1 ,王思汗 5
1 西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院,四川 成都 610500; 2 油氣消防四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610500; 3 新疆油田公司工程技術(shù)研究院,新疆 克拉瑪依 834000; 4 新疆油田分公司吉慶油田作業(yè)區(qū),新疆 吉木薩爾 831700; 5 中國石油天然氣管道工程有限公司,河北 廊坊 065000
引用本文: 敬加強(qiáng), 黃婉妮, 宋學(xué)華, 等. 基于Fluent的井下油水分離和潤滑過程中新型潤滑元件設(shè)計(jì)分析[J]. 化工進(jìn)展, 2021, 40(11): 5929-5938.
DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-2256
文章摘要
為解決含水稠油采輸時油水分離和降黏減阻的問題,采用Fluent軟件對井下油水分離和潤滑過程進(jìn)行數(shù)值模擬,并設(shè)計(jì)出一種新型的潤滑元件,使其能就地安裝,形成高質(zhì)量油水環(huán)狀流,有效控制采出液的含水率,提高含水稠油井采收率,并降低后續(xù)原油處理成本。固定入口流速為0.6m/s,分流比為0.5,進(jìn)行潤滑元件結(jié)構(gòu)的單因素分析。結(jié)果表明:流體在溢流口處徑向速度極小,說明形成的油核幾乎不存在偏心現(xiàn)象,軸向速度的存在有利于形成清晰的油水界面,從而利于形成高質(zhì)量的油水環(huán)狀流,經(jīng)過元件的流體分離出部分水后軸向速度也得到了提升,有利于提高原油采收率。進(jìn)行與仿真模擬相同工況下的室內(nèi)實(shí)驗(yàn),通過改變流速觀察潤滑元件的壓降值與流型的變化情況。結(jié)果表明:合理的入口流速范圍內(nèi),采用雷諾應(yīng)力模型(RSM)與混合多相流模型(Mixture)計(jì)算模擬潤滑元件內(nèi)部流場情況具有較高的可信度。
1
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.1
工作原理
圖1 油水混合液流線
1.2
導(dǎo)流葉片準(zhǔn)線參數(shù)設(shè)計(jì)
圖2 導(dǎo)流葉片準(zhǔn)線
1.3
幾何模型建立
圖3 模型結(jié)構(gòu)
1.4
網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證
圖4 網(wǎng)格劃分
表1 網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證
1.5
數(shù)值模型
1.5.1 湍流模型
式中,
D
ij
r
為湍流擴(kuò)散項(xiàng);
D
ij
r
為分子擴(kuò)散項(xiàng);
P
ij
為應(yīng)力產(chǎn)生項(xiàng);
G
ij
為浮力產(chǎn)生項(xiàng);
為壓力應(yīng)變項(xiàng);
為湍流耗散項(xiàng);
F
ij
為系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生項(xiàng)。
1.5.2 多相流模型
1.6
邊界條件設(shè)定
1.7
速度分析
圖5 溢流口速度分布
2
單因素分析
2.1
外出口角度
圖6 不同外出口角度的內(nèi)部流場分布
2.2
導(dǎo)流葉片厚度
圖7 不同導(dǎo)流葉片厚度的內(nèi)部流場分布
2.3
中間棒直徑
圖8 不同中間棒直徑的內(nèi)部流場分布
2.4
旋流腔長度
圖9 不同旋流腔長度的內(nèi)部流場分布
2.5
中心錐長度
圖10 不同中心錐長度的內(nèi)部流場分布
3
室內(nèi)實(shí)驗(yàn)
圖11 實(shí)驗(yàn)流程
1—儲油罐;2—儲水罐;3—球閥;4—過濾器;5—油泵;6—水泵;7—油流量計(jì);8—水流量計(jì);9—止回閥;10—三通;11—靜態(tài)混合器;12—壓差表;13—潤滑元件;14—透明管段;15—分離罐;16—空氣壓縮機(jī)
表2 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)安排
3.1
入口流速對壓降的影響
圖12 壓降-入口流速模擬值與實(shí)驗(yàn)值對比
3.2
入口流速對流型的影響
圖13 流型-入口流速模擬云圖與實(shí)驗(yàn)圖像對比
4
結(jié)論與建議
作者簡介
第一作者: 敬加強(qiáng) ,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)榉浅R?guī)原油降黏減阻、復(fù)雜油氣流動保障、油氣儲運(yùn)工程安全。
通信作者: 黃婉妮 ,博士研究生,研究方向?yàn)橛蜌饧斚到y(tǒng)多相流。
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