海上大流量井下油水分离系统设计及实验研究

摘要

随着技术的不断进步，海上油田已进入大规模开发阶段。但海上油田存在着单井产量大、原油含水率高的特点，而这与海上平台有限的水处理能力构成矛盾，制约了海上油田的开采。井下油水分离技术是解决该问题的一种有效方法。本文以9-5/8时套管完井的大流量井下油水分离系统为研究对象，目标处理量为700m3/d。
　　对DOWS结构形式及分类进行了介绍，并详细分析了各种类型的优缺点。根据装置处理量大的特点，对其整体结构进行了设计，完成了油水分离器子系统中水力旋流器及流道块的设计。
　　对第一级双锥水力旋流器和第二级单锥水力旋流器进行了数值模拟。根据模拟结果得到最佳操作参数;选取双锥水力旋流器入口流量120m3/d，分流比0.5;单锥水力旋流器入口流量60m3/d，分流比0.4;总分流比0.7。对于双锥、单锥水力旋流器串联结构，得出其在相同总分流比、不同分分流比时的压降规律。
　　为提高旋流器油水分离效率采用加入破乳剂的方法。通过实验得出破乳剂浓度在0.08％时，破乳速度最快，浓度在0.4％-0.6％时，破乳效果最好;随温度的升高，破乳剂的破乳效果逐渐提高;在破乳剂浓度在0.08％-0.8％时，油水乳状液中的油滴粒径在1Omin内可增大10倍左右。
　　搭建了可用于对DOWS分离性能进行地面实验的实验台架，并制定实验方案，为后续实验提供了条件。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 本研究的背景及意义

1．1．1 技术背景

1．1．2 研究意义

1．2 井下油水分离系统的发展历史与研究现状

1．2．1 井下油水分离系统的分类

1．2．2 旋流分离式DOWS的国外研究历史与现状

1．2．3 旋流分离式DOWS的国内研究历史与现状

1．2．4 旋流分离式DOWS的发展趋势

1．3 主要研究内容

1．4 主要研究方法

第二章 井下油水分离器设计

2．1 引言

2．2 井下油水分离系统方案设计

2．2．1 井下油水分离系统方案分类

2．2．2 本设计方案

2．3 油水分离器子系统设计

2．3．1 油水分离器子系统结构设计

2．3．2 水力旋流器设计

2．3．3 流道块设计

2．4 本章小结

第三章 井下油水分离系统分离性能仿真研究

3．1 引言

3．2 计算流体力学(CFD)及FLUENT简介

3．3 水力旋流器数值模拟方法

3．3．1 几何模型与网格划分

3．3．2 湍流模型

3．3．3 多相流模型

3．3．4 边界条件

3．3．5 离散格式

3．3．6 求解方法

3．4 双锥水力旋流器模拟结果与分析

3．4．1 模拟参数设置

3．4．2 内部流场分析

3．4．3 不同流量对流场的影响

3．4．4 不同分流比对流场的影响

3．4．5 油水分离效果分析

3．5 单锥水力旋流器模拟结果与分析

3．5．1 模拟参数设置

3．5．2 内部流场分析

3．5．3 不同流量对流场的影响

3．5．4 不同分流比对流场的影响

3．5．5 油水分离效果分析

3．6 双锥与单锥水力旋流器串联模拟及分析

3．6．1 几何模型及模拟条件设置

3．6．2 模拟结果分析

3．7 本章小结

第四章 井下油水分离系统用破乳剂实验研究

4．1 引言

4．2 原油乳状液概述

4．3 原油破乳剂概述

4．4 实验目的

4．5 实验仪器

4．5．1 Malvern激光散射粒度分析仪

4．5．2 Turbiscan LAB稳定性分析仪

4．6 实验材料与油水乳状液制备

4．6．1 实验材料

4．6．2 油水乳状液的制备及检测

4．7 实验步骤

4．8 实验结果分析

4．8．1 浓度对破乳效果的影响

4．8．2 温度对破乳效果的影响

4．8．3 破乳剂作用下油滴粒径的变化规律

4．9 实验结果在DOWS装置中的应用

4．10 本章小结

第五章 井下油水分离系统地面实验装置设计

5．1 引言

5．2 实验流程及装置

5．2．1 实验流程

5．2．2 动力系统

5．2．3 油水分离系统

5．2．4 测量及控制系统

5．3 拟定实验方案

5．3．1 实验目的

5．3．2 实验步骤

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论与成果

6．2 论文展望

参考文献

附录

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介