煤层气田地面集输系统分离技术研究及应用

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1、中图分类号：TE862单位代码：11414学号：2012314024题目煤层气田地面集输系统分离技术研究及应用学科专业油气储运工程研究方向多相管流及油气田集输技术博士生陈仕林指导教师宫敬教授二○一七年五月StudyandApplicationofSeparationTechnologyinCBMGatheringandTransportationSystemDissertationsubmittedtoChinaUniversityofPetroleum,Beijinginpartialfulfillmentoftherequirementsf

2、orthedegreeofDoctorofEngineeringByChenShilin(PetroleumStorageandTransportationEngineering)DissertationSupervisorProf.GongJingMay,2017傳士学位论文独创性声明郑重声明：本博士学位论文是作者个人在导师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外》论文中不包含其他个人和集体已经发表或撰Ｍ的研宄成果，也不包含为获得中国石油大学或者其它单位的学位或证书所使用过的材料。对本研宂做出

3、贡献的个人和集体，均已在论文中做Ｔ明确的说明并表示了谢意。作者和导师完全意识到本声明产生的法律后果并承担相应责任。＾＂ｉ－一７Ｓ作者签名＇：＾日期：ｊｆ（］，“导师签名：日期：加）博士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定，使用方式包括伹不限于：学校有权保留并向有关部门和机构送交学位论文的复印件和电子版；允许学位论文被杳阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；可以将本学位论文的

4、全部或部分内容编入有关数据库进行检索。本学位论文作者如需公开出版学位论文的部分或全部内容，必须征得导师书一面同意，且须以中国石油大学（北京）为第署名单位。作者签名：＿＾期导师签名：ｈ日期：摘要摘要随着煤层气开发技术的发展，近年来我国煤层气地面产量显著提高。由于煤层气采用排水降压产气的特殊生产工艺，井口产出的煤层气含水率较高，随着集输管道中压力和温度等条件的变化，管道中会有游离水析出。随着煤层气井口产气时间的延长，煤层中的煤粉也会随产出气进入集输管道。本文主要研究煤层气集输过程中粉尘和水等杂质的高效分离技术，针对不同分离粒径

5、条件，分别进行了旋风分离方法和聚结过滤方法研究。对于粒径10微米以上杂质的分离方法，本文重点研究高效旋风分离方法。通过采用数值模拟和实验测试等方法，对传统顺流型旋风分离器和逆流型旋风分离器的流场分布和分离性能进行了系统分析；创新提出了回流管结构，将常规逆流型旋风分离器和顺流型旋风分离器有机结合在一起，形成了逆顺流两级旋风分离结构，有效利用了流体速度能，在单级旋风压降范围内实现了两级旋风分离。经实验测试，逆顺流两级旋风分离器对于粒径大于10微米颗粒分离效率可达97%。针对煤层气井口产气压力低、流量范围大的特殊情况，在常规旋风分离器内增加旋转叶轮和

6、回流管等创新结构，利用数值模拟方法优化设计了分离器内部结构，提出了内回流型动态旋风分离结构，并进行了实验室分离性能测试。在内回流型动态旋风分离器实验室测试数据分析基础上，优化提出了外回流型二次分离动态旋风分离结构，实现了一个旋转叶轮作用下的二次分离。动态旋风分离器中叶轮的高速旋转可以产生强大的内部旋流场，叶轮与回流管的协同作用显著提高了分离器的分离效率。同时旋转叶轮中心可以产生一定程度负压，降低了入口压力条件，满足了煤层气集输流量范围大、允许装置压降小的工况要求。对于粒径大于2微米的杂质，特别是在含有液滴的情况下，本文重点研究聚结过滤方法。通过

7、对多种材质和规格滤芯的实验测试，分析了影响滤芯过滤性能的影响因素，发现了气液聚结过滤过程中过滤介质厚度和滤材单位面积介质质量等因素对聚结过滤滤芯性能的影响规律，在此基础上提出了适用于煤层气集输的新型可再生复合聚结过滤滤芯结构。经实验测试，新型复合滤芯对粒径大于2微米的液滴过滤效率可达99.99%。经实验室测试，研究提出的逆顺流两级旋风分离方法、内回流型动态旋风分离方法、外回流型二次分离旋风分离方法和可再生复合聚结过滤滤芯能够很好地解决煤层气集输系统中不同工况下的杂质分离问题，相关性能需要在实际生产中进行进一步的验证，这也是本文研究内容中应该继续

8、进行深入研究的部分。关键词：煤层气；旋风分离；回流管；旋转叶轮；聚结过滤-II-ABSTRACTStudyandApplicationofSepara