用CFD确定物性参数对井下油水分离效率的影响
基于FLUENT的两种油气分离器分离效率分析
基于FLUENT的两种油气分离器分离效率分析吴昊【摘要】针对某型发动机的2种不同结构的油气分离器,采用FLUENT对流场进行数值模拟.使用RNG k-ε模型计算连续相气体,得到油气分离器内部的流场速度分布.使用离散相模型(Discrete Phase Model,DPM)计算液态油滴,追踪离散项的运动轨迹,从而计算得到分离效率.探讨影响油气分离效率的因素,同时进行试验验证.结果可为油气分离器的后续优化设计提供参考.【期刊名称】《计算机辅助工程》【年(卷),期】2016(025)002【总页数】5页(P52-56)【关键词】发动机;油气分离器;分离效率;连续相;离散相【作者】吴昊【作者单位】湖北三江船艇科技有限公司,湖北孝感 432000【正文语种】中文【中图分类】TK413.3当发动机工作时，气缸内会有气体经过活塞环由气缸窜入曲轴箱内.这些离开气缸的“旁通气体”会将滞留在活塞和缸套表面的油膜和油滴带入气流中，通过进气系统进入燃烧室再次燃烧.但是，由于机油不能完全燃烧，不仅会对排放指标产生负面影响，而且还会造成机油储量减少，即所谓的“烧机油”，因此，必须将机油从曲轴箱气体中分离出来.[1-2]发动机常用的油气分离器主要有2种：一种为迷宫式分离器，一种为离心式分离器.迷宫式油气分离器主要利用油滴的惯性和撞击实现分离：混合气体在迷宫内流速降低，粒径较大的机油油滴撞击壁面后沉积，实现分离目的，缺点是粒径较小的油滴容易逃逸.离心式油气分离器依靠混合气体在分离器内高速流动产生的离心作用，将粒径较大的油滴甩到壁面上，其分离效果相对较好，但受整体结构和流速的影响较大.[3]由文献[4-8]可知，随着计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)理论和计算机硬件技术的发展，CFD在油气分离器的设计研究方面得到广泛的应用.但是，对于2种分离器在相同条件下的分离效果的对比分析研究较少.在某型发动机开发过程中分别设计迷宫式分离器和离心式分离器，采用CFD方法，分别对这2种油气分离器进行流动特性和分离效率的数值模拟研究.同时，进行台架试验测试并充分对比，由此选出最优方案，并对影响分离效率的因素进行分析.研究结论可为油气分离器的后续优化设计提供依据.油气分离器的数值模拟是气液两相流计算.常见的算法由欧拉-欧拉法和欧拉-拉格朗日法2种.欧拉-拉格朗日法具有计算速度快、资源要求低等特点，并能够准确描述离散粒子的运动轨迹，因此本次研究采用欧拉-拉格朗日法.分析流见图1.连续相控制方程的通用格式为式中：φ为通用变量，可以代表各种求解变量；Γ为广义扩散系数；S为广义源项. 离散项运动轨迹方程为式(2)右边第一项为离散粒子的单位质量曳力，第二项为重力，第三项为其他作用力.本次计算中只考虑重力，忽略其他力的影响.2.1 几何模型与网格迷宫式分离器和离心式分离器的CFD模型分别见图2和3.曲轴箱上有2处通风口，分别通过入口1和2进入分离器，然后再经过出口流出.由于分离器内部通道较为复杂，故网格以四面体为主.网格尺寸最大为2 mm，最小为0.5 mm.网格划分完毕后，再导入FLUENT中进行光顺，并转换为多面体网格，以提高计算速度.2.2 边界条件以标准状态的不可压空气作为连续项气体，气流入口速度为4 m/s，出口真空为-20 000 Pa，其余采用默认设置，同时考虑重力加速度的影响.分离器中的流动是具有强烈各向异性特点的旋转流动.[9]标准k-ε模型不适用于模拟旋转流动，雷诺应力模型完全抛弃涡黏性假设.完全求解雷诺应力微分输运方程，并考虑壁面对雷诺应力分布的影响，更适合求解分离器流场，但计算资源要求高.RNG k-ε模型则相对于标准k-ε模型有所改进，计算精度相对较高，且对计算资源要求较小.因此，本次计算采用RNG k-ε模型.3.1 连续相流场计算结果迷宫式分离器的内部流场及其某平面的流线分别见图4和5.从图4中可以看到：该迷宫式分离器内部大部分区域气流运动较为平顺，但局部气流较为紊乱.图5中可以看到局部产生的涡流.离心式分离器的内部流场及其出口位置的平面流线分别见图6和7.从图6中可以看到：大部分气流沿壁面螺旋流动，但气流在出口附近出现紊乱.从图7可以看出：气流在出口位置的运动方向与在分离器内的旋转运动方向并不相切，气体需要偏转很大角度才能由出口流出.分析认为这是由于出口位置设置不合理造成的，会在局部造成一定的堵塞，从而增加阻力，不利于流通性.压力损失是衡量油气分离器设计性能的重要指标，较大的压力损失会使“旁通气体”流出困难.2款分离器进出口压力均由FLUENT生成，见表1.由表1可以看出：2款油气分离器的进出口压降均未超过100 Pa，由文献 [10]可知已属于较好的水平；迷宫式分离器的压降明显低于离心式，分析认为这与出口位置设置不合理有一定关系.3.2 油气分离效率研究资料表明，分离器内的油滴颗粒粒径范围主要集中在1～10 μm范围内，因此选择0.2，0.5，1.0，2.0，4.0，6.0，8.0，10.0和12.0 μm这9种状态的油滴粒径进行分析.在入口处创建油滴颗粒的面射流源，均匀喷射，颗粒初始速度与气流速度相同.油滴密度设为880 kg/m3.入口和出口处均采用逃逸条件，即油滴颗粒进入入口后不再返回，流至出口处则停止追踪.在壁面处采用捕捉条件，即油滴颗粒碰撞壁面后被吸附，停止运动并被分离出来.根据入口颗粒数和逃逸颗粒数得出2种分离器的分离效率，即分离效率计算结果分别见表2和3.从计算结果来看，二者的分离效率基本随着油滴粒径的增加而增大.这是因为大粒径的油滴颗粒质量大，更容易受惯性力的影响，因此随流性差、易分离；小粒径的油滴颗粒因质量小，更易受外部作用的影响，因此随流性强、容易逃逸.当油滴颗粒粒径达到8 μm时，分离效率已超过80%.对比2种分离器的分离效率，可以发现离心式分离器对6 μm以下颗粒的分离效率低于迷宫式分离器，而对6 μm以上颗粒的分离效率高于迷宫式分离器，且随着粒径的增加分离效率差异愈明显.从图4和6中可以看出：离心式分离器的流场较迷宫式更为平顺流畅，行程更短.由于粒径小的颗粒随流性好，因此在离心式分离器中油气更容易随气流流出，分离效果更差；离心式分离器内气流速度明显高于迷宫式分离器，而离心力的大小与速度的平方成正比，因此大粒径的油滴颗粒更容易甩到壁面而被捕捉，分离效果更好.另一方面，由图4和6还可知：2种分离器内部均存在涡流.小粒径的油滴有可能在涡流内旋转运动，既没有随气流流出，也没有被捕捉，而是悬浮在流场中，可在一定程度上保证分离效率.为验证分析结果的准确性，选取1台发动机，先后使用迷宫式分离器和离心式分离器，在测功台架上以8 500 r/min工况进行30 h测试.每次试验前加注定量的机油，试验期间每隔5 h检查一次油量，并补充添加至规定量.根据试验统计，使用迷宫式分离器的发动机一共添加约2.6 L机油，使用离心式分离器的发动机一共添加约2.3 L机油.试验结果表明：离心式分离器的分离效率更高，与分析结论相吻合.1)离心式分离器内部流场更为平顺，而迷宫式分离器的压力损失则更小.2)离心式分离器的出口位置可以进一步优化，以减小压力损失.3)2种分离器对于粒径在8 μm以下的油滴颗粒分离效率均不高，其中迷宫式分离器的效率略高于离心式；对于粒径在8 μm以上的油滴颗粒则均具有超过80%的分离效率，其中离心式分离器的分离效果明显高于迷宫式.结合试验结果，离心式分离器的总体性能优于迷宫式分离器.HUANG K, JIANG S L, YUAN Z C. Design and matching of oil gas separator in the vehicle engine[J]. Automobile Technology, 2012(3): 32-35.LIU Y H, HAO Z Y, JIA W X. Optimization design of labyrinth air/oil separato r based on CFD technology[J]. Small Internal Combustion Engine and Moto rcycle, 2008, 37(3): 50-53.SUN P F. Development of new centrifugal oil-gas separator for engine[J] . Journal of Zhejiang Water Conservancy and H ydropower College, 2014, 26(1): 79-81.ZONG J J, NI J M, QIU X J, et al. Study on peformence of air/oil separator in crankcase ventilation system[J] . Chinese Internal Combustion Engine Engi neering, 2010, 31(2): 86-91.WANG F Z, ZHU T. Simulation on the efficiency of labyrinthian oil-air separator in a GDI engine[J]. Automotive Engineering, 2012, 34(7): 604-608.WANG H G, LIU S. Application and comparison of different turbulence mo dels in 3D numerical simulation of the cyclone separator[J]. Journal of Engi neering for Thermal Energy and Power, 2003, 18(4): 337-342.DING N, XIN X, ZHANG X M, et al. Numerical simulation of oil-air separator in the vehicle engine[J]. Shanghai Auto, 2014(3): 41-44.。
三相卧螺离心机油水分离的CFD分析
文章编号：1005 -0329(2017)06 -0026 -06三相卧螺离心机油水分离的CFD分析姜杰，温冬，肖泽仪(四川大学，四川成都610065)摘要：采用计算流体动力学（CFD)方法和计算软件FLUENT对分离含油废水的三相卧式螺旋卸料沉降离心机油水 分离进行数值模拟。
基于离心机转鼓结枸与流体流动方式的简化进行物理建模，对离心机油水分离稳态进行分析，确定 排水孔宽度以及溢流口轴向宽度对离心机油水分离效率的影响。
模拟结果表明:在油相溢流口附近，油水两相的粘度差 和速度差分在力，分水相跟随油相溢流。
适当调节排水孔宽度增大该处流量可以离心机的油水分离效率;增大溢流口轴向宽度可以流体溢流速度，减小油水两相的力，水相跟随油相溢流、离心机的油水分离效率。
模拟方法和结果可以为三相卧螺离心机的结枸设计。
关键词：离心分离;多相流;数值模拟;模简化;含油废水;分离效率中图分类号：TH123 ;TQ051.8 文献标志码： A d〇i：10. 3969/j. issn. 1005 -0329. 2017. 06. 006 CFD Analysis for Three-phase Decanter Centrifuge for Oily Wastewater SeparationJIANG Jie，WEN Dong，XIAO Ze-yi(Sichuan University，Chengdu 610065，China)Abstract ：The numerical simulation for the oil/water separation in the drum of a three-phase decanter centrifuge in separating oily wastewater was performed by using CFD. Based upon the simplification of the fow field and the drum structure，a physcal model for simulation was built，and the analysis under the steady-state of oil/water separation was carried out，and then the definite relation of the oil/water separation efficiency to the oil overflow mouth axial width and the water width was observed. The simulation results showed that viscosity and velocity differences between oil and water near the overflow mouth produced friction stress，which could further cause water following oil overflow near the water-oil interface. The proper adjustment of the drain hole width could improve flow rate，which would improve oil-water separation efficiency. Increasing overflow mouth axial width could slow the overflow velocity of the fluid and then reduce the friction stress between oil and water and therefore water following oil overflow， which would improve the oil/water separation efficiency. The simulation method and results might be considered as a practical effort for structural design of a three-phase decanter centrifuge.Key words ：centrifugation; multiphase flow; numerical simulation; model reduction; oily wastewater; separation efficiencyi 前言三相卧式螺旋卸料沉降离心机利用液-液- 固三相的密度差异以及两相液体的 相溶，通离心作用对三相 物进行有效分离，具动、以及分离效率 ，广用于 、化、、和[1，2]，油厂含油废水的处理和食用 油的分离等[3,4]。
井下油水旋流分离器的数值计算及优化设计
井下油水旋流分离器的数值计算及优化设计李莹【摘要】：将油井举升系统与油水旋流分离技术相结合,形成同井注采系统,是油田进入高含水期后提高经济效益的一项新技术。
其核心设备水力旋流器是一种利用两相流的密度差,在离心力场中将分散相从连续相中分离出来的一种设备。
水力旋流器结构简单、无相对运动部件,具有分离效率高、价格低廉、操作维修方便。
采用CFD软件中最精细的雷诺应力湍流模型,基于控制体积法,应用PC-SIMPLE算法,对油水分离旋流器内部流场进行了数值模拟。
通过对单相流数值模拟得到旋流器内部流场的速度分布特性和压力分布特性。
对油水两相流数值模拟得出了油滴粒径、流量及分流比的变化对分离效率的影响。
在流场模拟中考虑了分散油相的流动特性,用计算两相流的湍流数学模型和处理分散油相的方法,研究油水分离旋流器的结构参数对流场和分离性能的影响,对入口、圆柱段及溢流管进行了结构优化。
为了验证数值计算结果,对优化后旋流器进行了分离特性实验研究,优化后的旋流单管基本上达到了设计要求的处理能力和除油效率,其分流比也在合适的范围之内。
最后介绍了电潜泵井下油水分离系统的结构和工作原理,将优化设计后的旋流器引入系统,并对系统进行了方案设计,包括电潜泵的设计计算以及配套电动机的选型。
【关键词】：井下油水分离数值模拟结构优化水力旋流器电潜泵【学位授予单位】：中国石油大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2008【分类号】：TE934【DOI】：CNKI:CDMD:2.2008.199606【目录】：∙摘要4-5∙Abstract5-8∙第一章绪论8-16∙ 1.1 概述8∙ 1.2 国内外研究现状8-11∙ 1.2.1 国内外研究新进展8-10∙ 1.2.2 水力旋流器的理论发展10-11∙ 1.3 计算流体动力学(CFD)简介11-14∙ 1.3.1 CFD 概述11-12∙ 1.3.2 CFD 在水力旋流器研究中的应用12-14∙ 1.4 本论文的研究内容及研究方法14-16∙ 1.4.1 本论文的研究内容14∙ 1.4.2 本论文的研究方法14-16∙第二章水力旋流器的基础理论研究16-44∙ 2.1 水力旋流器的基本结构及工作原理16-17∙ 2.2 水力旋流器的特性参数及影响因素17-23∙ 2.2.1 分流比17-18∙ 2.2.2 分离效率18-21∙ 2.2.3 处理量21∙ 2.2.4 几何参数对水力旋流器性能的影响21-22∙ 2.2.5 操作参数对水力旋流器性能的影响22-23∙ 2.3 旋流器速度场分布规律及影响参数研究23-32∙ 2.3.1 切向速度的分布规律及影响参数23-27∙ 2.3.2 轴向速度的分布规律及影响参数27-30∙ 2.3.3 径向速度场分布规律研究30-32∙ 2.4 旋流器中分散相液滴的向心运动32-44∙ 2.4.1 液液旋流分离器分散相液滴受力分析32-38∙ 2.4.2 油水液液旋流分离器分散相油滴自由径向运动方程38-40 ∙ 2.4.3 油水液液旋流分离器可分离分散相油滴直径40-44∙第三章双锥型油水分离器的数值模拟44-69∙ 3.1 油水分离器的数值模拟方法及湍流模型44-49∙ 3.1.1 直接数值模拟(DNS)44∙ 3.1.2 大涡模拟44-45∙ 3.1.3 Reynolds 平均法45-47∙ 3.1.4 两相流模型47-49∙ 3.2 数值模拟计算建模过程49-54∙ 3.2.1 几何模型50∙ 3.2.2 物理模型50-52∙ 3.2.3 RSM 湍流模型52-54∙ 3.3 单相流场的数值计算结果及分析54-64∙ 3.3.1 流体迹线的数值模拟55∙ 3.3.2 速度场分布特性55-62∙ 3.3.3 压力场分布特性62-64∙ 3.4 两相流场的数值计算结果及分析64-67∙ 3.5 小结67-69∙第四章油水分离旋流器结构优化69-83∙ 4.1 油水分离旋流器结构的单要素优化69-81∙ 4.1.1 CFD 分析前处理69-70∙ 4.1.2 入口流道型式研究70-76∙ 4.1.3 圆柱段优化76-77∙ 4.1.4 溢流管优化77-81∙ 4.2 室内试验及结果分析81-83∙第五章电潜泵井下油水分离生产系统设计83-88∙ 5.1 基本结构83∙ 5.2 工作原理83-84∙ 5.3 井下油水分离系统方案设计84-88∙ 5.3.1 水力旋流器设计84∙ 5.3.2 电潜泵的设计84-87∙ 5.3.3 配套电动机的选择87-88∙结论88-89∙参考文献89-92∙攻读硕士学位期间取得的学术成果92-93 ∙致谢93。
含气条件对井下油水分离旋流器性能影响的数值模拟
含气条件对井下油水分离旋流器性能影响的数值模拟蒋明虎;宫磊磊;徐保蕊;赵立新【摘要】为探究气体对井下油水旋流器性能的影响规律,针对新型螺旋流道倒锥式旋流器,采用Fluent软件对气液比分别为0.01、0.03、0.05、0.08、0.10时旋流器的油相分布进行模拟分析.通过对比分析发现:不含气时旋流器的分离效率为89.31％;在结构参数和分流比不变的条件下,旋流器分离效率随气液比的增加呈降低趋势,气液比为0.10时,分离效率为36.90％;气液比越大,溢流口的油相体积分数越小,底流口的油相体积分数越大;溢流口和底流口的压力损失随气液比的增大而递减.【期刊名称】《化工机械》【年(卷),期】2014(041)005【总页数】4页(P629-632)【关键词】旋流器;井下分离;气液比;分离效率;油相体积分数【作者】蒋明虎;宫磊磊;徐保蕊;赵立新【作者单位】东北石油大学机械科学与工程学院;东北石油大学机械科学与工程学院;东北石油大学机械科学与工程学院;东北石油大学机械科学与工程学院【正文语种】中文【中图分类】TQ051.8井下油水分离旋流器利用不互溶介质间的密度差进行离心分离，重质相由底流口排出，轻质相由溢流口排出[1]。
旋流器本身无运动部件，混合液在入口压力的作用下进入旋流器并高速旋转[2, 3]。
井下油水分离旋流器工作时，进入旋流器的采出液含有一定量的伴生气，气相的存在既改变了设备内的流动与分离条件，也增加了相间混合和湍流程度[4]，对旋流器的分离性能产生一定影响。
为探究气体对井下油水旋流器性能的影响规律，针对新型螺旋流道倒锥式旋流器，笔者采用Fluent软件对气液比分别为0.01、0.03、0.05、0.08、0.10时旋流器的油相分布进行模拟分析。
笔者的主要目的是研究气液比对旋流器的油相分布、分离效率和压力损失的影响及其变化规律。
1 旋流器模型笔者选用新型螺旋流道倒锥式旋流器，初始模型旋流腔主直径50mm，主相水密度ρ1=998.2kg/m3，粘度μ1=1.003mPa·s，油相密度ρ2=889kg/m3，粘度μ2=1.06Pa·s，模型的计算采用雷诺应力算法[5, 6]。
石油钻采分离器的工艺参数优化及其对分离效果的影响
石油钻采分离器的工艺参数优化及其对分离效果的影响石油钻采分离器是石油开采过程中用于分离原油、气体和水的装置。
在石油开采过程中，分离器的性能对于提高产量、改善油品质量和减少环境影响具有重要意义。
因此，对于石油钻采分离器的工艺参数进行优化，并研究其对分离效果的影响具有重要的工程实践意义。
首先，让我们了解一下石油钻采分离器的工艺参数。
在实际应用中，涉及到分离器的工艺参数包括：分离温度、分离压力、液位控制和分离时间等。
这些参数的优化对于实现高效的原油分离至关重要。
优化分离温度是石油钻采分离器中的重要工艺参数。
温度对于不同组分的挥发性不同，因此适当的提高分离温度可以促使挥发性较高的组分蒸发出来，从而实现不同组分的分离。
然而，温度过高可能会导致油品质量下降和设备的能耗增加。
因此，在实际操作中，需要找到适当的分离温度以达到最佳的分离效果。
另一个重要的工艺参数是分离压力。
分离器中的气体和液体组分受到压力的影响，对于一些高沸点组分的分离尤为重要。
增加分离压力可以降低液体的沸点，促进挥发组分快速蒸发出来。
然而，过高的压力可能会导致系统能耗增加和设备成本的提高。
因此，在实际应用中，需要找到适当的分离压力以达到最佳的分离效果。
液位控制是石油钻采分离器中一个重要的工艺参数。
液位对于分离器的分离效果有着直接影响。
如果液位太高，会导致液体组分滞留在分离器中，影响分离效果；而如果液位太低，可能会导致气体组分无法充分蒸发出来。
因此，准确控制液位对于分离效果的优化非常重要。
最后一个工艺参数是分离时间。
分离时间是指在分离器中停留的时间。
过短的分离时间可能导致组分无法充分分离，从而影响产量和品质。
而过长的分离时间则会造成设备的能耗增加。
因此，在实际应用中，需要找到适当的分离时间以达到最佳的分离效果。
这些工艺参数的优化对于石油钻采分离器的分离效果有着重要的影响。
在实际应用中，通过实验和模拟计算方法，可以得到不同工艺参数下的分离效果。
然后，可以采用响应面法、遗传算法等优化方法，寻找到最佳的工艺参数组合。
原油脱水站油水分离效果的影响因素和改善措施
石油是我国工业生产中的主要能源资源，是化工生产中的主要原料，可以说，石油工程是国家战略性基础产业，关系到国民经济的发展，对于我国经济的稳步前进具有重要影响。
目前，我国的石油勘探体系已逐步成熟，但是在油田开发的某些环节，一些施工工艺仍然存在一些不足，如果不加强技术应用质量管理，极易影响到石油产出量及质量[1]。
现阶段，在油田开发进入高含水开发期后，采出液中存在较多的阴离子型聚合物，影响到原油站油水分离效果，要想保证原油产量，就必须明确油水分离效果的影响因素，解决上述问题。
1 原油脱水站油水分离效果的影响因素1.1 采出液成分在油井采出液中，含有较多的阴离子型聚合物，比如岩石碎屑、黏土颗粒以及腐蚀性产物，这些物质会吸附在原油中，阻碍油水微粒的聚合，液水相黏度增加，采出液中油珠上浮速度比较慢，从而影响到油水分离效果。
同时，在处理过程中，原油采出液中极易混入落地污油、清罐油泥、反排污水等污渍，使得采出液中的杂质含量进一步提升，采出液成分变得更为复杂。
在油水分离时，游离水脱除器和电脱水器的运作会受到阻碍，导致电脱水器跨电场，而且经处理的石油水含量超标，无法达到预期的处理要求。
1.2 破乳剂功效在油水分离中，破乳剂是一种较为重要的化学制品，具有清水效果，能够降低游离水脱除器颌沉降罐放水的含油量，其效用的发挥是保证电脱水器的运行稳定性的基础。
破乳剂效用的发挥，与其自身效用及投放时间有关，一般来说，如果投放时间越早，对于采出液的破乳效果越好。
在面对采出液杂质含量高引起的油水分离难度难度大的问题，如果能够研制出兼具清水、破乳脱水功能的破乳剂，就能够有效解决这个问题。
1.3 游离水脱除器和电脱水器的运行参数在油水分离中，油珠和水珠的聚并效果和运动（上浮，或沉降）速率是两项较为关键的指标，在游离水脱除器和电脱水器的进液温度越高的情况下，油水聚并和上浮效率会升高，继而使得油水分离效果比较好。
除此之外，游离水脱除器和电脱水器的处理负荷也会影响到采出液的油水分离效果，二者成反比，及负荷越高效果越差。
流体物性对井温测井的影响分析
流体物性对井温测井的影响分析作者：张迪来源：《中国石油和化工标准与质量》2013年第07期【摘要】井筒内流体温度是个复杂的温度场，影响井温测量的因素也较多。
本文主要研究井筒内流体测试温度与产液量、含水等流体物性因素的关系，通过对井下测试数据的分析加以验证，这对认识井内温度变化规律的掌握，以及对于流体根据井温的定量分析等有着重要的意义。
【关键词】测试温度流体物性产量含水井温曲线在测井资料中作为一个辅助的项目，在环空找水测井过程中应用较普遍，但其作用及井温的准确性常被忽视，或只起到了判断是否产液等简单的作用。
事实上井温测井在资料分析上起着举足轻重的作用。
井筒内流体温度与多种因素有关。
由于井筒内温度的复杂性，我们为了深入了解、综合分析井下及地层状态，所以更准确的录取井下真实情况就显得极为重要[1]。
1 流体与仪器间温度传递数学模型的建立2 实例计算与分析流体与仪器接触时间的长短与相对速度有关，由于在同一井无法改变井的产液量即流体的速度，并且由于改变产液量，井内流体其他参数也将改变，所以改变仪器的测井速度以达到改变相对速度。
设定v=600m/h为标准测井速度便可推算出其他测井速度所模拟的产液变化。
利用井下检测装置分别测出葡74-68井各深度取样点不同测井速度下测得的温度会出相应曲线。
见图1。
从图中可以看出：在井下流体参数不变的情况下，测井速度低，所测得的流体温度误差越小，对于温度异常段反应越清晰明显；测井速度高，所测得的温度变化越不明图1 不同产液量对温度剖面的影响并且，若生产油井的产液量不同，则井下温度剖面是不同的。
产液量越低，温度剖面与地温梯度线的分开距离就越小，相反，产液量越高，温度剖面与地温梯度线的分开距离就越大。
这是由于产液量越小，则流体在井筒内流速越小，流体与井壁的换热也就越充分，井筒内的热流体向周围地层传递的热量就多：而产液量越大，则情况相反，向周围地层传递的热量相对就要少一些，从而导致了产液量较小的井筒流体温度低于产液量较大的井筒流体温度。
油井酸化返排液油水分离效率的影响因素
2 实验设计2.1 实验仪器及材料实验仪器：分析天平，感量0.1 mg ；恒温水浴锅，工作温度范围为室温至150 ℃，控温精度±1 ℃；实验室小型电破乳仪器；离心机，转速0～3 000 r/min 。
实验材料：蒸馏水；渤海油田酸化返排液油相；盐酸、碳酸氢钠、六水氯化铁、无水氯化钙，均为分析纯。
2.2 实验方法(1)机械杂质含量。
取现场返排液进行沉降，取下层油样进行离心，将滤出固体用汽油清洗、烘干、研磨，制成固体粉末。
将上层油样与蒸馏水按照油水体积比3∶2混合，以3 000 r/min 搅拌15 min ，在温度60 ℃条件下静置30 min ，制备成含水率为40%的油包水乳状液。
取400 mL 油包水乳状液，分成4份，分别加入不同质量的固体粉末，经高速搅拌后在温度60 ℃条件下静置30 min ，采用电脱水装置进行板间电场强度测定。
(2)pH 值。
取300 mL 酸化返排液油相，分为3份，记做样品A 、样品B 、样品C 。
用质量分数2%盐酸、质量分数5%碳酸氢钠缓冲溶液调节pH 值后，在恒温水浴60 ℃下静置1 h 使其充分反应。
然后通过电脱水装置测定溶液pH 在1～10条件下的电场强度。
(3)进液温度。
量取300 mL 酸化返排液油相，分成3份，记为样品A 、样品B 、样品C ，分别在温度为60、80、100、120 ℃条件下进行板间电场强度测定。
(4)高价阳离子。
量取80 mL 酸化返排液油相，分别加入20 mL0 引言酸化是海上油田一项重要的增产措施，返排液处理是油井酸化施工中的一个重要步骤，酸化返排液是否能实现有效油水分离，对于保证油田的正常生产及外输原油质量具有重要意义。
酸化工艺虽然在海上油田已应用较为成熟，但由于受海上平台的空间限制，生产流程较短，酸化返排液经沉降罐分离后进入电脱水器掉电现象频发，严重影响了油井酸化返排液的油水分离效率[1-3]。
为此，开展了油井酸化返排液油水分离效率的影响因素研究，明确了导致酸化返排液进入电脱水器后电脱水困难的主要原因。
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油矿场 机械 方 面的研 究工 作 。
２ 一 ■ 论文广场 ４
一
２ ０第 备 石１ 化 设 ０与 工 油年
１ 卷 ３
１ ． ５物性 参 数 为 了 使 仿 真 数 据 更 具 有 实 际 应 用 性 和 指 导 性 ，本 文 采 用 汉 诺 威 （ 国 ） 东 部 的 Ｅ ｄ ｎ ｅ 德 ｌｉｇ ｎ 油 田在 １ ９ 年 进 行 井 下 油 水 分 离 试 验 的 安 装 井 ９７ Ｅ ｄｎ ｅ 一 ８ 井 下 数 据 为 仿 真 数 据 ，如 表 １ ｌ ｉｇ ｎ ５ 的 ］ 所 示 。旋 流 分 离 器 来 流 分 散 相 颗 粒 的粒 径 分布 取 白 文 献【，如 图２ ６ 】 。
［ 关键词］水力漩流器；生产液粘度 ；油水比；分 离效率
油水 分 离 系 统 （ ＤＯＷ Ｓ ）是２ 世 纪 ９ 年 代 出现 ０ ０ 的一 种 新 型 采 出 水 处 理 技 术 ，其 作 用 是 将 油 和 水 在 井 底 分 离 后 ，在 同一 井 的 其 它 地 层 或 者 是 同一 地 层 的不 同位 置 实 现 底 水 回 注 。ＤＯＷ Ｓ 统 有 水 系 力漩 流 型和 重 力分 离 型两 种 结构 ［。水力 漩流 型 在 】 ］ 油 水 处 理 量上 明 显 地优 于 重 力 型 ，分 流 器 的 核 心 分 离 器 部件 是 液一 液 式 水 力漩 流 器 。漩 流 器 作 为 种 分 离器 件 应 用 于石 油 工 业 已经 多年 ，但 由于 其 工作 时 内部 流 场 的 复杂 性 ， 因此 对 旋 流 器 的 分 离 理论 一 直 没 有 统 一 的认 识 。本 文 通 过 研 究 井 下 油水 分 离所 用 的旋 流 器 物 性 参 数 （ 产 液 粘 度 和 生
为３４ ５ 个 。 ６２５
近壁 处 的湍 动 能和湍 流 扩散 率 。 １ 多相 流模 型 的选 择 ． ３
混 合 模 型 （ ｘｕ ｅ是 一 种 简 化 了 的多 相 流 模 Ｍｉｔｒ） 型 ，用于 模拟 各相 有 不 同速度 的多相 流 。 １ ． 流模 型 的选择 ４湍
（ ）入 口边界条件 ：进料 口设置为速度入 口。 ａ （ ） 出 口边 界 条件 ：考 虑 到实 用性 ，把 底 流 ｂ 口和 溢 流 口设 定 为压 力 出 口， 出 口流 动 按 充 分 发 展 处理 ，各 流动 参数 的法 向梯度 为零 。
图１ 旋流 器几何结构示意图
１ ． ２网格 与 边界 条件 在三 维计算 中，六 面体网格优于 四面体网格［ ３ １ 。 在 壁 面 处 ， 因为 要 满 足 无 滑 移 边 界 条 件 ，所 以壁 面 附近 运用 边 界层 技 术将 网格加 密Ｈ。本 文 采用 非 １ 结 构 网格 划 分 ，总 网格数 为 ４ ３ ５ ２ ７ ６个 ， 总节 点数
表 １ 油 水 混 合 物 中各 成 分 的物 性 参 数
２物性参数对分离效率 的影响
２１ 度对 分离 效率 的影 响 ．粘
争
６ ６ ６ ５ ５ ５ ４ ４ ４ ３ ３ ３
８ ２ ８ ４ ０ ６ ２ ８ ４ ０ ５ １ ７ ４ ８ ４ １ ７ １ ７ ４ ０
曲所 带 来 的应 力 张 量 的 急剧 变 化 ， 非 常适 合模 拟
类 似 旋 流 器 之 类 设 备 的带 有 高速 旋 转 流 动 的 复 杂
流场 。
●●●●●●●●●●●● ● ’ ’● ● ●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●－●●●●●●●●●●● ＿ ● ● ● ● ＿● ● ●●＿‘●●●－●●●●●●●●●●●●●●‘●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●
［ 摘
要］用Ｃ Ｄ Ｆ 专业软件 Ｆ Ｕ Ｎ 对液一 ＬＥ Ｔ 液旋 流器 内部流场进行模拟计 算，分析 了井 下油水分 离所用 的旋 流器物性参数 （ 生产
液 粘 度 和 油 水 比 ）对 分 离 效 率 的影 响 ， 为 井 下 油 水 分 离采 油 系统 调 节 工作 状 态 提 供 理 论 依 据 。
（ ）壁 面边 界 条 件 ：认 为 壁 面不 可 渗 漏 ，无 ｃ 滑 移 条 件 ，并 利 用 壁 面 函数 方 程 来 计 算 剪 应 力 、
其 ＯＦ Ｅ ０ Ｌ ＵＮＴ 提供 的ＲＳ Ｔ ｅＲ ｙ ｏｄ ｔ ｓ Ｍ（ｈ ｅｎ ｌｓＳｒ ｓ ｅ Ｍｏ ｅ） 型 ， 充 分 考 虑 了 由于 流 体 旋 转 或 流 线弯 ｄ １模
一
油 水 比 ）对 分 离 效 率 的影 响 ，为 井 下 油 水 分 离 采 油系 统调 节工 作 状态 提供 理 论依 据 。
１计 算 模 型 及 说 明
１１ 流器 几 何构 型 ．漩
作 为 一 种 安 装 在 井 下 的 液 一 液 式 水 力 漩 流 器 ，在几何构 型上与普通 型漩 流器有较 大 的差别 ［ ２ ］ 。 本 文仿 真所 用 的旋 流器 直径 为 ：Ｄ ４ ｍｍ，结构 示 ＝０ 意 图如 图１ 所示 。旋 流器 的几何尺 寸 由Ｃ ｌ ｎＴ ｅ ｏ ｍａ —ｈ ｗ 旋流 器模型 关系式确 定 ，进 口为双 切线入 口。
第６ 期
． ３一 ２
用Ｃ Ｄ Ｆ确定物性参数对井下油水分离效率的影响
罗然 ，张伟 ，王家辉 ，何进
（． １西南石油大 学机 电工程 学院 ，四川 成都 ６ ０ ０ ） １ ５ ０ （ ． 采 院 四Ｊｌｌ 石 油 取心 科 技 有 限 公 司 ， 四川 广汉 ６ ３ ３ ２钻 Ｉｌ ／庆 １ ０） ８ （． ３川庆钻探工程 公司地 质研 究院 ，四川 成都 ６ ０ ５ ） １ ０ １ （． ４ 中国石油西南油气 田 ，四川 成都 ６ ０ ５ ） １ ０ １