徐艷 閆月娟 李青燕 李森

（1.東北石油大學(xué)；2.長(zhǎng)慶油田基地第一采氣廠）

繞軸旋轉(zhuǎn)旋流分離器正交試驗(yàn)研究

徐艷1閆月娟1李青燕2李森1

（1.東北石油大學(xué)；2.長(zhǎng)慶油田基地第一采氣廠）

旋流分離器在應(yīng)用于井下油水分離過(guò)程中，要求繞其自身軸線旋轉(zhuǎn)，針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)繞軸旋轉(zhuǎn)旋流分離器進(jìn)行正交試驗(yàn)，研究流量、壁面旋轉(zhuǎn)速度和分流比對(duì)分離效率和系統(tǒng)壓降的影響，得出其主次影響因素和操作參數(shù)最優(yōu)方案，為井下油水分離旋流器在應(yīng)用過(guò)程中的操作參數(shù)選配提供理論依據(jù)，從而指導(dǎo)油井生產(chǎn)。

井下油水分離 旋流器 分離效率 旋轉(zhuǎn)速度

井下油水旋流分離技術(shù)對(duì)降低采出液舉升及地面水處理的費(fèi)用、油井產(chǎn)液量[1]，以及采出液含水率具有非常積極的意義，同時(shí)，對(duì)于延長(zhǎng)老油井的開(kāi)采期有著難以估量的價(jià)值[2]。在井下油水分離過(guò)程中，旋流器與螺桿泵配合使用時(shí)，要求其繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，而旋轉(zhuǎn)效應(yīng)對(duì)其分離性能的影響，在工程上仍沒(méi)有具體的理論指導(dǎo)。

本文采用實(shí)驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)繞軸旋轉(zhuǎn)旋流分離器實(shí)驗(yàn)單體，建立實(shí)驗(yàn)工裝，對(duì)其結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行考察。通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解繞軸運(yùn)動(dòng)旋流分離器最佳工況及合理的工作區(qū)間，即通過(guò)試驗(yàn)摸清繞軸旋流分離器結(jié)構(gòu)參數(shù)及操作參數(shù)對(duì)分離效率的影響，明確操作參數(shù)對(duì)分離效率影響的關(guān)系。為進(jìn)一步完善繞軸旋流器設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，以達(dá)到井下高效分離的目的，也為工藝的實(shí)際應(yīng)用提供可靠的依據(jù)。

1 試驗(yàn)流程

繞軸旋轉(zhuǎn)旋流器，其結(jié)構(gòu)主體與靜態(tài)旋流器分離單體結(jié)構(gòu)相同，設(shè)計(jì)了繞軸旋轉(zhuǎn)旋流分離器室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究工裝。為研究繞軸旋轉(zhuǎn)旋流器操作參數(shù)（流量、旋轉(zhuǎn)速度、分流比）對(duì)分離效率的影響，設(shè)計(jì)安裝了試驗(yàn)流程（圖1），該流程由供液?jiǎn)卧?、?jì)量單元、油水混合裝置、繞軸旋轉(zhuǎn)旋流器、收液?jiǎn)卧M成。試驗(yàn)由注油泵供油，采用螺桿泵供液，然后在油水混合裝置中混合，混合后兩相流體進(jìn)入繞軸旋轉(zhuǎn)旋流器進(jìn)行分離，此時(shí)分別計(jì)量入口和出口的壓力和流量。

2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用了流量、轉(zhuǎn)速、分流比擬水平的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)分析這3個(gè)因素對(duì)旋流器分離特性的影響情況，即流量(A因素)、轉(zhuǎn)速(B因素)、分流比(C因素)均為5個(gè)水平，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 因素水平

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

不考慮各因素之間的交互作用，按正交法安排了25組實(shí)驗(yàn)。正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。其中Ej(j=1,2,…,25)為簡(jiǎn)化分離效率，Tj為Ej的總和，Q為Ej平方和，Ki(i=1,2,…,5)為i水平數(shù)的Ej和，T為方差總和。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果見(jiàn)表4。

從表4中F值和臨界值的比較可以看出，A和C因素對(duì)分離效率影響極顯著，A和B因素對(duì)壓力降影響極顯著；對(duì)分離效率影響順序?yàn)槿肟诹髁浚痉至鞅龋巨D(zhuǎn)速，最優(yōu)方案為A4B5C5；對(duì)壓力降影響順序?yàn)槿肟诹髁浚巨D(zhuǎn)速＞分流比，最優(yōu)方案為A1B1C5。這樣由于兩個(gè)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)實(shí)現(xiàn)方案有所不同，但從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，在研究范圍內(nèi)壓力降極差小于300 kPa，說(shuō)明壓力損失對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行影響較小，因此，操作參數(shù)的最優(yōu)方案及操作區(qū)間可根據(jù)分離效率目標(biāo)選取。

表3 各因素水平和

由于正交表中沒(méi)有A4B5C5方案，而A4B2C5為正交實(shí)驗(yàn)中分離效率最高方案，對(duì)這2個(gè)方案進(jìn)行驗(yàn)證檢驗(yàn)。分別進(jìn)行了10組實(shí)驗(yàn)，分離效率平均達(dá)到90%以上，B因素已在實(shí)驗(yàn)分析中得到，對(duì)分離效率的影響較小，故試驗(yàn)各因素最優(yōu)水平值分別是：入口流量為3.5 m3/h；分流比為15%；轉(zhuǎn)速可在研究范圍內(nèi)任意選取。

表4 方差分析

4 結(jié)論

影響分離效率的主次因素為入口流量＞分流比＞轉(zhuǎn)速，最優(yōu)方案為A4B5C5，其中流量與分流比對(duì)分離效率影響顯著，而轉(zhuǎn)速影響較??；對(duì)壓力降影響順序?yàn)槿肟诹髁浚巨D(zhuǎn)速＞分流比，最優(yōu)方案為A1B1C5，在研究范圍內(nèi)壓力降極差小于300 kPa。由于運(yùn)行過(guò)程中流動(dòng)參數(shù)對(duì)壓力降變化影響較小，因此，在確定最優(yōu)方案時(shí)，可按分離效率來(lái)確定。

[1]岳繼紅，齊春海.井下油水分離技術(shù)最新進(jìn)展[J].油氣田地面工程，2003，22(11)：56-57.

[2]李瑩.井下油水旋流分離器的數(shù)值計(jì)算及優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].東營(yíng):中國(guó)石油大學(xué)，2008.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.06.005

徐艷，2010年畢業(yè)于東北石油大學(xué)，講師，從事石油石化流體機(jī)械工作理論及技術(shù)領(lǐng)域的教學(xué)和研究工作，E-mail：jhfxuyan@yahoo.com.cn，地址：大慶東北石油大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，163318。

2011-05-13)