组合管束强化气液相分离技术及液位自适应调节技术研究

作     者：窦晓冉 

作者单位：中国石油大学(华东) 

学位级别：硕士

导师姓名：梁法春

授予年度：2020年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：拼接式分离器 两相流 相分离 液位自调节 

摘      要：近年来,石油消费需求在全球范围内逐步增加,导致陆地的油气资源日益衰竭,海洋油气田在石油工业当中的地位愈发重要。海洋环境开发有其特殊性,要求气液分离器能够具备简洁性、紧凑性和高效性等特点,管式分离器在这种需求下应运而生。故本文设计了一种结构简单紧凑且高效的新型管式气液分离器,对于油气的运输与处理,提高最终采收率,保证生产安全稳定地运行都意义重大。本文自主设计了可以拆卸和拼接的新型管式气液分离器,将多根T型管经过串联后再并联组成一种双排环形可拼装的管束式气液两相分离器,以竖直方向的管束是否对齐为区分设计出两种实验样机。利用分离器可拆卸、拼接的独特结构,改变立管数目,实现从一组立管逐步增加到四组立管的组装,得到八组分离器结构。开展气液两相流的相分离实验,分析拼装后的新型分离器的工作特点、工作范围和工作误差。通过实验对比发现,无论是对齐式组合管束分离器还是错位式组合管束分离器,均为四组双排立管工作范围最大,前者气相处理量为5.52-13.16m/h,液相处理量为0.056-1.97m/h,气液相计量误差均小于±2.5%;后者气相处理量为5.52-13.89m/h,液相处理量为0.056-2.13m/h,气液相计量误差均小于±2.4%。因此错位式组合管束分离器四组双排立管分离效果最佳。通过实验对新型分离器的预分离入口开展气液相分离特性研究。通过改变气液相流量,用摄影机对入口管中的流型、预分离入口的分离情况和柱状旋流分离区的旋流情况进行记录,依据分离现象分析气液相流量对预分离入口的分离性能的影响。通过实验研究T型三通分离特性,分析不同流型、不同气液流量下T型分离器的分离特点。自主设计出一套气液两相流液位控制器,以实现液位自调节,并通过实验研究其工作过程、影响其调节效率的因素和液位反馈机制。液位自适应调节器的工作范围为:气相处理量为4-8m/h,液相处理量为0.52-2m/h。当气液流量比在4～5的时候,液位自适应调节器的调节效率更高;在气液流量比10时,液位自适应调节器的效率较低。根据数值模拟、实验室样机实验结果,设计加工了一套新型管式分离器,并在海六站现场进行了现场实验,结果表明:作为一级气液两相分离器,在气体处理量范围10000m/d-40000 m/d、液体处理量范围1500 m/d-6000 m/d、压力范围0.1MPa-0.8MPa、温度范围30℃-60℃时,新型管式分离器均可以满足分离效率为油出口含水率在30%以内的要求,满足现场一级分离器的标准。