过滤式除砂器的设计研究

摘要

随着油气田开采速度的加快，一些油气田迅速进入其生产寿命的中后期，需要采用压裂等增产措施，从而导致产出气的含液、含砂量增加。气井出砂除了造成能源浪费和严重的环境污染之外，还会给实际生产带来工艺设备损坏、气田减产、设备工作效率降低等诸多问题。 为解决油气井采出物含砂量大的问题，前人们先后研究出了多种除砂方法，也研发了多种配套设施。其中部分设备具有较好的分离效果，但是在效益和性能等方面有些不尽人意。因此，本文针对以上问题，研究分析气固两相流机理及除砂器内流动规律，设计出过滤式除砂器模型，并对其进行优化研究。 本文首先介绍了气固分离理论基础及颗粒层过滤分离原理，过滤式分离器装置中的关键过滤设备——过滤颗粒层的特点、分离过程及分离性能，为过滤式除砂器的设计、优化提供了理论依据。在此基础上根据文献提出将过滤分离与旋流分离相结合的思路，设计了过滤式除砂器模型结构，对其简化后进行软件模拟，研究过滤器的分离性能。 基于计算机流体力学软件Fluent对除砂器模型进行几何建模，将颗粒层过滤作为多孔介质模型进行处理，采用DDPM模型对过滤式除砂器进行分析，并在模拟中使用多粒径的固体颗粒，以便更真实的模拟实际分离过程，由此得到分离效率，验证了设计的有效性。对过滤式除砂器的结构参数进行单因素分析，优化设计，并进一步验证过滤式除砂器设计的可靠性。 对优化后的过滤式除砂器进行模拟，针对不同物性参数的研究，进一步分析出了参数变化对除砂器分离性能的影响规律，对实际生产中工况的选择奠定了一定的理论基础，为日后生产实践中设计更高效的过滤式除砂器提供了参考依据。

目录

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景意义

1.2 除砂工艺概述

1.3 国内外除砂工艺研究现状

1.4 主要研究内容

第二章 气固分离理论基础及除砂器设计

2.1 气固分离机理

2.2 固体颗粒运动规律

2.3 分离器分离效率

2.4 过滤式除砂器的设计

第三章 除砂器的数值模拟基础

3.1 控制方程

3.2 湍流模型

3.3 多相流物理模型

3.4 数值模拟的方法和分类

3.5 压力和速度耦合求解算法

第四章 过滤式除砂器内气固两相数值模拟与分析

4.1 过滤式除砂器几何模型的建立

4.2 网格划分

4.3 网格无关性验证

4.4 计算结果收敛判断

4.5 边界条件和物性参数

4.6 过滤式除砂器的模拟分析

4.7 分离效率

第五章 过滤式除砂器结构参数优化与模拟分析

5.1 圆柱段高度与直径之比对除砂器分离性能的影响

5.2 锥角对除砂器分离性能的影响

5.3 入料口宽高比对除砂器分离性能的影响

第六章 物性参数对过滤式除砂器分离效率的影响

6.1 入口流速对除砂器分离性能的影响

6.2 粒径对除砂器分离性能的影响

6.3 多孔介质填充颗粒粒径对除砂器分离性能的影响

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果