原油从地下采出时,将油层中部分砂粒一起携带到地面上来。尽管井下采取了多种防砂措施,但由于原油粘度大(特别是稠油),都不可避免地使部分细砂进入地面集输系统,给整个集输系统造成极大危害,因此开展原油井口除砂工艺技术研究具有重要意义。随着国内外稀油资源的逐渐枯竭,稠油资源必将逐渐得到开发利用,目前使用的原油除砂用水力旋流器在稠油中的除砂效率显著下降,使得稠油除砂工艺技术的发展更是迫在眉睫。 本文设计了两台水力旋流器和一台离心旋流器,分别为66mm旋流器、75mm旋流器和120mm离心旋流器,并通过数值模拟计算与实验相结合的方法对机器的生产能力、能耗损失以及分离性能进行了详细的研究: 应用FLUENT软件,分别选用RSM模型和RNG k-e模型对66mm旋流器和120mm离心旋流器进行数值模拟计算,得到机器内的流场和压力场信息,计算结果与实验结论吻合。根据数值计算结果分析能耗损失机理,提出结构优化方案。 对66mm旋流器和75mm旋流器分别进行了砂水分离实验,得出了生产能力及分离性能与进口压力的关系曲线,并通过绘制级效率曲线得出分割粒度等重要工艺指标,实验结果表明两种旋流器的生产能力均随着进口压力的增加而增加,在实验进口压力范围内,其分离性能也随着进口压力的增加而增加;组成66mm旋流器和75mm旋流器溢流串联系统,并进行性能测试,得出系统的分离性能和级效率曲线,实验结果表明串联系统具有更高的分离性能。 对120mm离心旋流器进行砂水分离实验,通过正交分析得出影响该离心旋流器进出口压差的各因素之间的主次关系依次为:电机频率、进口流量、分股比;得出了影响该离心旋流器分离效率的各因素之间的主次关系依次为:电机频率、进口流量、分股比:在增加物料粘度至400cp后,对该离心旋流器进行分离性能测试,得出分离性能与各影响因素的关系曲线。与砂水分离实验结果相比,该离心旋流器在增加粘度后仍然具有较高的分离性能,结果表明该结构的离心旋流器可作为稠油除砂工艺中的可靠设备。