【天然气携砂除砂问题综述6600字】

——IV—超高压旋流分离器是具有分离油，气，水，砂多功能为一体的分离器。在进行除砂任务时，从气井采出来的混合物进入旋流筒内，进行旋流分离（也是利用了离心力）。去除砂石之后的流体会向下游的方向流去，而被分离出来的砂石则跟着同样被分离出来的油水混合物进入集砂筒。随着油，水的进一步累积，当油和水挤满了集砂筒后，那么油和水就会从溢流管流出去。当设备工作一段时间之后就要给设备排砂，首先要保证除砂筒内不会再有物质进入，然后等旋流筒内的压力降低，当压力低于其许用值后，就可以启用喷水头以及控制阀，具有很大压力的水从集砂筒射入旋流筒内，那么就能顺利地排出分离后的砂石了，超高压旋流除砂器整体结构紧凑，很容易安装和运输，最重要的是，此设备可以在超高的压力以及具有强腐蚀的环境中进行正常的排砂工作。旋流筒是可以自由拆装的，工作时，旋流筒是在除砂筒的里面，和气井旋流除砂器不同，超高压旋流除砂器能够在介质流量进行变化时进行相应的更换。从高压喷头喷出的高压水进入集砂筒，从而可以进行正常地排砂工作。那么排砂的效率就比较高，人工的使用强度就低。但是，对于此设备，集砂筒和除砂筒是连在一起成为一体的，所以，单独一台设备是无法保证井口的能够正常连续地进行工作。1.8影响除砂效率的因素下图是旋流器具体的工作示意图：图2-3旋流器涡旋流动示意图根据其工作原理可以得知，旋流器是依靠离心力进行分离工作的，而混合流体进入旋流器入口的速度又会影响着旋流腔内部离心力的大小。不同粒径大小的颗粒的质量不同，那么所受到的离心力也不相同。所以，可以进行合理猜测：改变混合流体进入旋流器的入口速度，或者改变进入分离器的粒径大小，那么相应的分离效率也会随之改变。本次模拟中，利用ICEM画出的网格图如下所示：图2-4网格图运动轨迹如下图所示：图2-5运动轨迹图切向速度分布如图所示：图2-6切向速度分布图负值表示切向速度与几何模型的坐标轴方向相反。由切向速度分布图可知，径向来看，在旋流器轴心和器壁处速度较低，在截面中心的速度较高；轴向来看，混合液体轴向进入分离器内，经导叶加速后，流体切向速度大幅增加，直至大椎结束段，切向速度达到峰值，轴向速度分布如图所示：负值表示轴向速度与几何模型的坐标轴方向相反，负值代表朝向水流口方向，正值代表朝向油流口方向。由图可知，轴心处轴向速度最大，随着半径的不断增大，轴向速度先降低后升高，轴向速度存在零值点，流动也可分为两部分——上旋流和下旋流。上旋流位于旋流器轴心附近，使富油液体从溢流口排出，下旋流位于外侧，使绝大部分的水从底流口排出。上旋流轴向速度峰值位于溢流口，图2-7轴向速度分布径向速度如下所示：图2-8径向速度合速度：由图可知，轴向来看，合速度峰值位于大锥末端，说明导叶和大锥角结构具有较强的加速作用，有助于流体快速提高流速；若不考虑油滴破碎的影响，流道收缩度越大，分离性能越好；径向来看，在旋流器轴心和器壁处速度较低，随着径向位置不断增加，合速度先增大后减小。在溢流管下游轴心处存在一个细长梭形的低速区，从而沿径向产生较大的速度梯度，有助于油相的径向运移。混合流体进入旋流器，经导叶加速后，流速显著提高，由于导叶的转向作用，速度方向发生变化，速度矢量开始出现波动，导叶出口处波动较为剧烈，说明此处湍流强度较高，流动情况比较复杂。经小锥段后，由于流动截面积发生变化，速度方向杂乱，还有部分流体直接从溢流口流出。在此次模拟中，天然气的密度设为231.8kg/m³，粘度设为kg/。砂石的密度设为2650kg/m3，气砂之比为百分之一。1.8.1不同的入口速度对于除砂器分离效果的影响通过保持流体的颗粒直径为5μm，然后改变混合流体进入分离器的速入口度，当混合流体的速度改变后，流量也就会相应地发生变化，从而通过软件模拟得到分离器的分离效率，将得到的结果以折线图的形式表示出来。根据软件模拟出来的结果，可以很清楚地看到：当砂石的粒径不发生变化保持一定数值时，可以发现随着流体的入口速度不断增大，分离器的分离效率也是在不断提高的。但是这种增加并不是一种线性的变化规律，分离器的分离效率并不是随着流体的入口速度的增加而一直增加。1.8.2不同的砂粒粒径对于除砂器分离效果的影响通过保持混合流体进入分离器的入口速度为41.28m/s不变，此时相应的混合流体的流量是9.198Kg/s，然后对砂石颗粒的粒径进行改变：从5μm开始，每次增加5μm，一直改变粒径到30μm为止，除砂器的分离效率并不是一个固定的值。当处于不同的生产条件下，除砂器的用途是不一样的，所用来分离的颗粒的性质也会有所不同。颗粒的尺寸大小是属于除砂器的物性参数的，而由于分离器的分离效率与要分离的介质有关，随着颗粒尺寸的变化进行相应的改变，所以，颗粒的尺寸大小也会对除砂器的除砂效率造成影响，通过改变进入除砂器的分离尺寸这个重要参数就能够改变分离器的分离性能。1.8.3不同的砂石浓度对于除砂器分离效率的影响当混合流体中固体砂石颗粒的浓度不同时，那么除砂器进行除砂工作的分离性能也就有所不同，所以固体颗粒的含量浓度会影响着除砂器的分离效率。此次模拟中，设定混合流体的入口速度为41.28m/s以及同条件下砂石颗粒的粒径保持不变，进行模拟实验。图2-11不同浓度对于除砂器分离效率的影响由得到的数据所绘制的图表可以看出，当其他条件保持不变的时候，对于砂石颗粒粒径相同的情况来说，当砂石颗粒的浓度增加时，除砂器的分离效率先是增加的，然后会减小。而且当砂石的浓度从百分之一的气砂比增加到百分之二的气砂比的时候，分离器的分离性能有很大的提升；但是当砂石的浓度从百分之二增加到百分之三的时候，分离器的分离效率却下降了。基于上述所言，在分离器入口处的砂石浓度比较小的时候，那么随着砂石颗粒浓度的增加，除砂器所能够捕捉到的砂石颗粒也就变多，所以分离性能就会呈现出增长的趋势；然而当砂石颗粒浓度过大的时候，比如超过了其临界值，那么除砂器的除砂效率就反而会下降。通过此模拟，可以得知并不是一次性进入分离器的砂石颗粒越多，除砂效率就会越高，只有在粒径较小的时候这个结论才会成立，比如说此案例中的百分之二的砂石颗粒浓度就是最合适的。所以在气田上实际运用除砂器进行除