为缓解油井采出液高含水的严峻形势，采用占地面积小、处理效率高的油井采出液预分水装置，是一种调整弹性大、投入成本低的解决方案。静态水力旋流器具有体积小、生产成本低、操作方便、无运动部件等优点，在油井采出液预分水领域颇受青睐，其中性能较优的轴向入口水力旋流器备受关注。但是，迄今尚无成熟公开的轴向入口水力旋流器结构尺寸理论设计方法，且可参考的水力旋流器结构主要用于含油污水处理，不能直接移植用于油井采出液预分水场合。

本团队在国家科技重大专项课题的资助下，研发了一种油井采出液预分水用轴向入口水力旋流器，前期借助数值模拟方法确定结构参数后，本文通过与常规切向入口水力旋流器的室内实验，验证轴向水力旋流器高效的分离性能和较低的压降，并探究分流比、含水率和流量对分离性能的影响，确定最优操作参数。

1.实验装置

轴向入口水力旋流器分离原理为：充分混合的油水混合液在压力作用下进入水力旋流器，经起旋元件的导流作用逐渐产生切向速度并进行旋转运动；流经大锥段时，随着旋转半径的减小，油水混合物的旋流强度逐渐增大；小锥段为油水分离提供足够的停留时间。由于油水两相存在密度差，水相向外旋流区运动，并沿着旋流器内壁流向水出口；油相进入内旋流区，并在中心逆向压力的作用下反向流动，从排油管排出。

设计并加工了处理量为1m³/h轴向入口水力旋流器室内样机，与国内外常用的(单)切向入口水力旋流器进行对比实验。

(a)轴向入口水力旋流器

(b)切向入口水力旋流器

图1  两种水力旋流器实验样机的结构示意图

2.实验条件与性能评价方法

 

图2  室内实验装置的工艺流程示意图

3.实验结果与讨论

3.1 油滴粒径分析

 

图3  含水率与D₃₂的关系

图4  入口、油出口、水出口D₃₂分布图

   

（a）切向入口

   

（b）轴向入口

图5  两种水力旋流器入口、油出口和水出口处的样品

3.2 分流比对分离性能的影响

 

（a）流量为1m³/h、含水率为90%

（b）流量为1m³/h、含水率为70%

图6  两种水力旋流器分离性能与分流比之间的关系

3.3 入口油水混合物含水率对水出口处含油浓度的影响

图7  不同入口油水混合物含水率对水出口处含油浓度的影响

3.4 入口油水混合物流量对分离性能的影响

图8  含水率对分离性能的影响

4 结论

（1）与切向入口水力旋流器相比，轴向入口水力旋流器对混合均匀、油滴粒径较小的油水混合物不仅表现出更良好的分离性能，而且油出口的油颗粒聚结长大幅度较大，增大倍数近1.8倍。

（2）在满足分水率要求的分流比范围内，切向入口水力旋流器分离效果差，而且增大分流比不能明显降低水口处的含油浓度；轴向入口水力旋流器不仅满足水出口处的含油浓度要求，而且含油浓度的绝对值更低。轴向水力旋流器压降更低，且压降比与分流比间的线性拟合度较高，便于运行操作调控。

（3）在本文的实验范围内，含水率、分流比和流量对轴向水力旋流器的分离性能均有显著影响。当含水率为90%、分流比为0.45、处理量为1m³/h时，分水率与含油浓度分别为62.9%和432.8mg/L；含水率高于75%时的分离性能良好，最佳分流比和最优处理量分别为0.45和1.50m³/h。

 

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全文下载：白春禄，王春升，陈家庆，尚超，张明，刘美丽，郑晓鹏．油井采出液预分水用轴向水力旋流器的实验．化工进展，网络首发时间：2019-11-15 11:30:50

特别附录：烟台季春盼返校（白春禄供初稿，陈家庆修订稿）

烟台季春盼返校

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