为 １ ． ９ＭＰ ， ２ ４ ａ 下泵 深度 为 １２ ０ｍ， 沉 没度 为 ３ ２ ７ 平 均 注水 深度 为 ７ ０ｍ， ０ 泵 １ ． １ｍ， ５ 注水层 压 力 为 ７ ９ ．０
ＭＰ ． ａ 对井 下 油水旋 流分 离器 内部 流场进 行数 值模 拟 ， 质物理 参数 ： 的密度 为 ９ ８ ２ｋ ／ ， 力 黏度 介 水 ９ ． ｇ ｍ。动 为 ｌ０ ３ｍＰ Ｓ 体积 比为 ９ ～９ ； 的 密度为 ８ ９ｋ ／ ， ０ ａ・ ， ５ ８ 油 ８ ｇ ｍ。动力 黏度 为 ３０ ０ｍＰ Ｓ ６ ａ・ ． 确定 单体 处 理 量 为 ４ｍ。 ｈ的 井 下 油水 ／
合液 （ 油较 高 的井液 ） 升至 地面 ， 含 举 实现 在 生 产 井筒 内 注水 与采 油 工 艺 并 行． 工 艺 不 但 能控 制 无 效 产 该
液 ， 少 油井产 出水 量 ， 减 有效 缓解 后 续水处 理 压力 ， 且 可使 ９ ％左 右 的特 高含 水 率条 件 下 的生 产井 实 现 而 ８
式， 扩散 项采 用 中心差 分格式 ， 力 一速度耦 合采 用 ＳＭＰ Ｅ算 法 ， 力插值 格式 采用 Ｐ Ｅ Ｔ 压 Ｉ Ｌ 压 Ｒ Ｓ Ｏ！格 式．
１ ２ 分 流 比 的 影 响 ． 在 分 流 比 为 ２ ． 、４ ２ 、４ ４ 、４ ６ 、４ ８ 、 ５ ０ ｏ ２ ． 、 ５ ４ 、 ５ ６ 、 ５ ８ 、 ４ ０ ２ ． ２ ． ２ ． ２ ． ２ ． Ｖ 、 ５ ２ ２． ２． ２．
区域 的漩 流 最剧 烈 ， 入 口区域 网格 加密． 将 单元 网格 的设 置在 轴 向 、 向布置较 稀疏 ， 周 沿 径 向布 置较 密集． 壁 面处 ， 在 为满 足无滑 移边
截面 Ｉ
图 １ 井 下 油 水 旋 流分 离 器 结 构 示 意（ 位 ： ｍ） 单 ｍ
界 条件 ， 在壁 面 附 近运 用 边 界 层技 术 将 网格
和大 小锥段 中心 处油 相体 积分 数最大 ． 在分 流 比为 ２ ． 时 ， ５０ 简化效 率达 到 ９ 以上 ， ８ 底流 管几乎 没有 油
相 ． 分流 比时在 溢 流管截 面 工处径 向位 置油 相 体积 分 数分 布 见 图 ４ 由图 ４可 以看 出 ， 分 流 比大 于 或 各 ． 在
旋 流分离 器 的尺寸 参数口 。见 图 １¨ ． 面 ］截 Ｅ
Ｉ位于 溢流段 ， 距旋 流器 顶端 １ ５ｍｍ． 利 用 Ｃ Ｄ 软 件 包 Ｆｕ ｎ Ｆ ｌｅ ｔ进 行 数 值 模 拟， 采用 六 面体 网格 和少 量 楔 形 网格 的离 散 方 式． 在井 下 油水旋 流分 离器 的漩 流 中 ， 口 入
图 ２ 井 下 油水 旋 流 分 离器 数 值 模 型
渗 漏 ， 滑移 条件 ， 无 并利 用壁 面 函数 方程 计算剪 应力 、 壁处 的湍动 能和湍 流扩 散率 ． 近 多相 流模 型选用 混合
模 型 （ ｘｕ ｅ ． 用有 限体 积法 ， 控制 方程 转化 为代数 方程 ， Ｍｉｔｒ） 采 将 该方 程 的离散对 流项 采用二 阶迎 风差 分格
在高 含水油 井 中井下 油水 旋流 分离器 可 以起到 良好 的分离 效果．
第 ４期
刘兴 华 ： 庆油 田 井 下 油 水旋 流 分 离 器 分 离 性 能 大
■■爨
油相 体 积分 数 ／ ％
翟●●■— ■■●
９ ０
－－－ －－ － －－
＼。
８ ０
７ Ｏ ６ ０
５ ０
大
庆
石
油
学
院
学
报
第 ３ ５卷
Ｖ ｏ ． ３５ １
第 ４期
Ｎｏ ４ ．
２１ ０ １年 ８月
Ａｕ ２ ｇ． ０１１
Ｊ ＯｕＲＮ ＡＬ ＯＦ ＤＡＱＩ ＮＧ ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ ＮＳ ＴＵＴＥ Ｉ ＴＩ
大 庆 油 田 井 下 油 水 旋 流 分 离 器 分 离 性 能
刘 兴 华
（大 庆 油 田装 备 制 造 集 团 ， 龙 江 大 庆 １ ３ １ 黑 ６ ４ １）
摘
要 ： 取 大 庆 油 田长 垣 地 区 高 含水 油 井北 ２ Ｄ —５ 选 一 ４ ３井 为 模 拟 井 ， 据 工 况 建 立 数 值 分 析 模 型 ， 拟 不 同 分 流 根 模
比条 件 下 的 油 相 体 积 分 数 分 布 ， 及 入 口含 油 体 积 分 数 为 ２ ０ ～ ５ ０ 时 的分 离 性 能 ． 果 表 明 ：该 井 最 佳 分 流 比 为 以 ． ． 结 ２ ， 口含 油 体 积分 数 为 ２０ ～ ５０ 时 对分 离 效率 影 响 不 大 ． 场 调 节 采 出 螺 杆 泵 和 注 入 螺 杆 泵 的 配 比为 ２ ， ５ 人 ． ． 现 ５ 经 分 离 系 统 处 理 后 的 液 体 含 油 体 积 分 数 及 简 化 效 率 与 模 拟 结 果 有 一 定 差 距 ， 设 计 的 井 下 油 水 旋 流 分 离 器 能 够 达 到 ８ 但 ５
加 密 ， 终 模 型 的 网格 节 点 数 量 ９ ４ （ 最 ２ ３ ６ 见
图 ２． ）
入 口边界 条件 ： 水两相 流体 均匀混 合 ， 油
在 人 口处 垂 直边界 流入 ； 底流 出 口边界 条件 ： 底 流 出 口按 压 力 出 口处 理 ， 力在 常 温下 为 压 ０ ２ ａ 溢 流 出 口边 界 条 件 ： 流 出 口按 ． ０ＭＰ ； 溢 压 力 出 口处 理 ， 压力 在 常 温下 为 ０ １ ａ ． ０ ＭＰ ； 固壁边 界条 件 ： 面边 界条 件 认 为 壁 面不 可 壁
经济 有效 开采 ， 长油 田开发周 期 ， 延 提高 采收 率． 究 井下 油水 旋 流分离 器 的分 离性 能 ， 于保 证该 工 艺 的 研 对 有 效 实施 具有 重要 意义 ．
针对 大庆 油 田长垣 地 区北 ２ ４ ３高 含水 油井 ［ 在 井 下油水 旋 流分 离器 最佳 结构 型式及 结 构 参 一Ｄ —５ １ ，
数 确 定 的情 况 下 ， 过数 值模 拟优 选 符合 该井 实 际工 况下 的最 佳分 流 比 ， 根据该 井 采 出液 的含油 体积 分 通 并 数 变化 研究 井 下油水 旋 流分 离器 人 口含油 体 积分数 变 化对 分离 效率 的影 响 ．
收稿 日期 ：０ １ ４—１ ； 稿 人 ： 立 新 ； 辑 ： 志 平 ２ １ —０ ６审 赵 编 任 基金 项 目 ： 国石 油科 学 研 究 与技 术 开 发 项 目（０ ０ ０ １） 中 ２ １ － ８ １ 作 者 简 介 ： 兴 华 （９ ７ ）男 ， 程 师 ，主 要 从 事 装 备 制 造 技 术 方 面 的 研 究 刘 １６ ～ ， 工
２ ． 时 ， ６０ 井下 油水 旋 流分 离 器 内部 沿轴 向纵 断 面 的油 相体 积分 数 分布 见 图 ３ 由 图 ３可 以看 出 ， 离器 ． 分 壁 附 近油相 体积 分数 值接 近 ０ 接 近 中心 处 油 相体 积 分数 逐 渐增 高 ， 终 在 中心 处形 成 油 核 ， ， 最 溢流 口附 近
小 于 ２ 时 ， 流 口油 相体 积 分数 有 所降 低 ， 壁 处油 相 体积 分 数值 接 近 ０ 分 流 比愈 接近 ２ ， 核愈 ５ 溢 管 ， ５ 油
集 中， 油相 体 积分 数相 对 较 高 ； 当分 流 比大 于或 小 于 ２ 时 ， ５ 油相 不 能完 全从 溢 流 口排 出 ， 分离 效率 有 所
４ ０
ｌ ＩＩ Ｉ ｌＩ ｌｌ ｌｌ Ｉ
下 降． 综合 考虑 工艺需 要 ， 分流 比应控 制 为 ２ ５ ５／ ９．
１ ３ 入 口含 油体积 分数 的影 响 ．
在其 他模 拟条件 不 变 ， 流 比为 ２ 时 ， 口含油 体积分 数在 ２ ０ 分 ５ 人 ． ％～５ ０ 区间 内变化 时 ， ． 油相 体积
分 数分 布和 溢流管 横截 面 Ｉ 不 同入 口含油 体 积分 数 时 油相 体 积分 数 分 布分 别见 图 ５和 图 ６ 由图 ５和 处 ． 图 ６可 以看 出 ， 随着井 下油水 旋 流分离 器入 口油相 体积分 数增 加 ， 分离性 能有 所提 高 ， 但是 变化 幅度较 小 ， 说 明对 井下 油水 旋流 分离器 的分离效 果影 响很小 ， 同入 口含油体 积 分数 的油相体 积分 数情 况基本 相 同 ， 不
目前 大庆油 田已进人 高含水 开采 期 ， 田采 出液 含 水 率 超 过 ９ ％， 油 ８ 采用 旋 流 分 离技 术 对 油 田采 出 液
进 行处 理 是一种 经 济有效 的方式 ． 于低 含油 污水 处理 用 的油水 分 离旋 流器 ， 对 已完 成 一些旋 流 分离 实验研
究 ＿ ｊ分 析 主要 的结 构型式 （ 流器 结构 、 口数 量 、 口流 道 型 式及 锥 段 型 式 等 ） 结 构 参 数 （ 部 分 尺 ｌ ， 旋 入 入 、 各 寸参 数 、 角及 参数 间 比例关 系等 ） 锥 和操 作参 数 （ 理 量 、 流 比 、 降 比及 入 口压 力 、 力 降 等 ） 液 一 液 处 分 压 压 对 水 力旋 流器 压力 特性 和分 离 性 能 的影 响＿ ． 褚 良银 等研 究 锥 段 结 构 和底 流管 结 构对 分 离 性 能 的影 ３ 如 响 ， 出不 同型 式锥段 和 底流 管与 处理 能力 、 离 修 正效 率 、 得 分 分离 精 度 和 分 流 比 的关 系［ －４． 立 新 等研 １１ 赵 ３ ￣ 究压 降 比的影 响 因素 ， 出旋 流器 大 、 锥 角变 化 与压 降 比的变 化关 系。 ． 得 小 。 王尊 策等 研究旋 流 腔 、 段 长度 ］ 锥 与分 离 性能 的关 系 ， 出标准 结构 并非 适用 于各 种 场合 ， 根 据 实 际 工况 合 理 改 变结 构吲 ． 明虎 等研 究 得 应 蒋 主要 操作 参 数对 分离 性能 的影 响 ， 出处理 量 和分 流 比应该 根据 实 际工况 合理 选择 Ⅲ． 得 ２ ０世 纪 ９ Ｏ年 代末 ， 国分 别在胜 利 、 河 、 庆 、 我 辽 大 渤海 等 油 田开 展 现 场 试 验． 大庆 油 田部 分 区块 油井 开采 接 近甚 至到 达经 济开 采极 限 ， 一些 油井 液油 比很 高 ， 系统 回压 大 ， 输 效 率低 ． 了保 证 原 油产 量 ， 集 为 油 田加 大产 能投 入 ， 致使 大量 产 出水 长程循 环 ， 集输 系统 能 耗增 加 ， 控水 、 油 、 能 、 稳 节 降耗 已成 为提 高大 庆油 田经 济 效益 的主 要难 题． 通过 井下 油水 分离 技术 ， 分 离 出 的水 直 接 回注到 另 一 开采 层 ， 离 出的 油水 混 将 分