压力脉动条件下气液旋流器流场特性研究

作     者：朱宝锦 

作者单位：东北石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨蕊;吕海宏

授予年度：2023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：气液两相流 流场特性 气泡 聚并破碎 分离效率 

摘      要：油田开采过程中,由于泵存在瞬时的压力脉动,而气液旋流器与泵直接相连接,导致气液旋流器入口的压力周期性变化,旋流器内部流场出现紊乱现象,导致分离性能降低。此外气液旋流器内气液两相的运动对分离性能有重要影响,为了解决由压力脉动引起的分离性能降低问题,本文开展压力脉动条件下气液旋流器内流场特性研究,并分析旋流场内气泡的动力学行为和气液两相流型,对揭示旋流场内气液两相运动规律,指导气液旋流器在压力脉动工况下的设计具有重大意义。运用数值模拟方法,探究气液旋流器在压力恒定和压力脉动工况下的流场特性,压力脉动工况下气液旋流器的分离性能相对于压力恒定工况降低了7.2%。同时分析了压力脉动工况下不同含气率和频率对气液旋流器流场及分离性能的影响规律。含气率从30%提升至60%过程中,进气量的增大导致旋流器的内气核宽度随之增大,壁面压力随之降低,平均分离效率呈现降低趋势。频率从0.5Hz增大到5Hz过程中,气液旋流器的平均分离效率呈现先升高后降低的趋势。运用群体平衡模型分析不同操作参数条件下气液旋流器内不同粒径气泡的分布规律。压力脉动工况提高了10.1mm粒径气泡在轴心处的聚集性,但是同时增大了6.35mm粒径气泡在底流口位置的分布范围,底流液相携气现象明显。随着含气率的变化,10.1mm粒径气泡的体积分数上升,分布范围更广,从而缩小其他粒径气泡的分布范围,并且降低体积分数。频率变化对粒径大于6.35mm的气泡分布影响较大,气泡的聚集性随着频率的增大,呈现先增大后减小的趋势。采用高速摄像系统对气液旋流器内气液两相运动开展可视化实验。气泡在锥段内易受湍流流场强度的影响,气泡间的碰撞概率增大,易发生聚并破碎。根据脉动条件下气泡在旋流场中的运移规律,划分旋流场内的气液两相流型。通过室内实验分析不同工况下的气液旋流器分离性能。含气率从30%增大到60%过程中,周期内分离效率呈下降趋势。频率从0.5Hz增大至5Hz过程中,平均分离效率呈现先增大后减小的趋势。