水下主動式高效旋流分離機理研究

《水下主動式高效旋流分離機理研究》是依託浙江大學，由陳家旺擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：水下主動式高效旋流分離機理研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：陳家旺
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

深水油氣田水下生產系統是各國石油公司進軍深水油氣開發的關鍵技術之一，在實現油氣長距離輸送、減少油氣田開發成本、環境保護等方面具有無可比擬的優勢。本課題研究的對象是水下生產分離器分離出的生產水處理環節- - 主動式旋流分離，套用其可控的離心場達到含油污水的高效分離。套用計算流體動力學、有限元分析和模型樣機試驗等方法，進行針對水下主動式高效旋流分離的強制渦流形成控制機理研究，強制渦流前推穩定機理研究，適應入口濃度壓力波動的高效分離機理研究, 深水環境壓力及內外壓差適應控制機理研究，通過本課題的研究使分離後的生產水含油率＜100ppm滿足回注地層的要求。該研究將為該類型油水分離器的水下套用奠定理論基礎和必要的技術支持，提高我國在深水油氣田開採領域的裝備研發水平，推動我國深水研究事業的發展。

結題摘要

深水油氣田水下生產系統是實現長距離能源輸送和減少油氣田開發成本方面具有無可比擬的優勢。本課題研究的對象是深水油氣田水下生產系統油氣水砂處理的最後環節——主動旋流油水分離，套用其可控的強離心場達到高效分離。設計了一種新型的靜螺旋柵式除油型動態旋流器。該油水分離器不僅運用了經典的靜態旋流器的旋流筒的結構，並在旋流筒的入口處設計了一個靜止的螺旋柵結構，同時該旋流器的旋流筒是在電機的驅動下實現高速旋轉。當油水混合物以一定的壓力經過螺旋柵的螺旋通道進入旋轉筒時，能夠獲得高切向速度。而高速旋轉的旋轉筒也將利於維持油水混合物在旋流筒中的切向速度流場，彌補油水混合物在旋轉筒中的能量損失。課題組設計了一套完整的實驗裝置，為了提高該油水分離器旋轉筒內部徑向上的壓力差，在該實驗裝置的出油口設計了一個泵用於降低出油口的壓力。 課題組實現了對動態旋流器強制渦流形成控制機理的研究、強制渦流前推穩定機理的研究以及旋轉筒轉速對分離效率的影響的研究。然後通過理論推導和CFD仿真研究得到了入口濃度、入口流量和壓降比對旋流器分離效率和分流比的影響情況。研究結果顯示，旋流器分離效率對入口流量變化是非常敏感的，而對入口濃度的變化不是太敏感。當入口流量很小的時候，分離效率還是不錯的，但是分流比也比較低。當入口流量不斷增加，分離效率開始會有一點點波動，當入口流量很大的時候，分離效率會顯著地下降。而入口濃度比較小的時候，對分離效率的影響非常不明顯。當入口濃度大於一定值的時候，分離效率會直線下降。壓降比隨著入口壓力的增加先很明顯地降低然後逐漸趨於平穩，而隨著出油口壓力的增加成線性關係不斷降低。而旋流器的分離效率隨著壓降比的增加先明顯地增加然後趨於平穩，而旋流器的分流比隨著壓降比的增加成線性關係不斷降低。為了讓旋流器的綜合性能達到最優，旋流器的壓降比應該保持在1.3左右。此外，為了適應深海壓力環境，課題組不僅為旋流器部分設計了系統的密封方案，通過仿真研究了深海壓力是否對旋流器的分離性能有影響。結果顯示，只有旋流器的壓降比一定，環境壓力對旋流器的分離性能基本不會產生任何影響。 根據理論和仿真的情況不斷改進所設計的實驗裝置，並作了實驗研究。實驗中還存在著一些缺陷，使得所的到的實驗數據與仿真的數據存在一定的差距。但實驗結果能夠很好地驗證前面理論和仿真的結果。理論和仿真所得到的操作參數能夠很好地用於實驗中的實際操作。