管道式导流片型分离器油水分离性能研究

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1、作者姓名指导教师学位类别学科专业培养单位国密级中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences博士学位论文簧堂式昱逾丘型盆彦墨浊盔筮盛性自＆班窭昱廑捆：班珏虽生厘科望医力堂班盔压王堂簋±王拦直堂主重型堂院左堂班嚣压2013年04月llllIlllUlllIIlllIIlllIIlY2370155inaVane-typePipeSeparator●__-●-________________．_-----__----_---------_-_———-----—————__-————

2、————————————ByShiShi··yingADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofEngineeringMechanicsInstituteofMechanics，ChineseAcademyofSciencesBeijing，ChinaApril，2013关于学位论文使用权声明任何收存和保管本论文各种版本的单位

3、和个人，未经著作权人授权，不得将本论文转借他人并复印、抄录、拍照、或以任何方式传播。否则，引起有碍著作权人著作权益之问题，将可能承担法律责任。关于学位论文使用授权的说明本人完全了解中国科学院力学研究所有关保存、使用学位论文的规定，即：中国科学院力学研究所有权保留学位论文的副本，允许该论文被查阅；中国科学院力学研究所可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存该论文。(涉密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：导师签名：日期：关于学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导

4、下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。签名：导师签名：日摘要本论文提出导流片式油水分离新概念，研制出导流片型管道式油水分离器，以期解决井下油水分离的工程实际问题。为了解导流式油水两相旋流运动基本规律，论文研究了新型分离器分离机理和影响分离性能的因素，并进行了结构优化设计工作。管道中安装导流片能否形成有效的旋流场是这一新设计的关键，其流场分布规律也是深入了解

5、其分离机理的前提。为此，实验测试了导流片后管道中的流场分布特征，证明了导流片导流能有效的形成旋流场，得到了流场分布规律。论文分析了流场分布规律，对分离器的除水方式进行了研究，并对除水结构进行了优化设计。因流场分布规律与传统水力旋流器的流场分布规律不同，新分离器的油水分离机理也会有差异，在此，论文结合旋流场中油水分离的停留时间和平衡轨道分析方法，建立了工程中常见的来流为分散流型的油水分离计算模型，出油口含油率计算结果与实验对比发现，理论预测与实验符合良好，误差在20％以内，为预测油水分离效果提供了理论基础。管道式导流

6、片型分离器的分离性能影响因素很多，如操作参数、物性参数等，这些参数涉及到分离器如何使用及它的适用范围等。因新型分离器的分离机理与传统的水力旋流器不同，前人关于这些参数对水力旋流器分离效率影响规律的研究成果不一定适用新型分离器。因此，本文系统的开展了相关实验，获得了入口混合流速和相含率、分流比、油相密度和粘度等对分离器分离效率的影响规律，为分离器的实际操作和参数的选取优化提供了参考。此外，压降是井下油水分离系统压力匹配的设计依据，因传统的水力旋流器大部分采用经验模型，不适用于新分离器，本文基于无量纲分析方法，得到了关

7、于压降的主控参数与计算公式，为其工业应用奠定了基础。导流片型管道式油水分离器的结构优化设计是走向工业应用的必要步骤。在众多的结构参数中，如除水筒直径、除水口开设方式、管径等，关键是导流结构和除水结构，论文通过实验与数值计算对导流片的参数(形状、角度和数目)、除水孔的参数(开设方式、形状)等在不同的入口混合流速、相含率、分流比等条件下进行了研究，获得了最优导流片结构和除水孔结构等，得到了新型分离器的定型结构和设计优化方法，为新型分离器的样机设计提供指导。基于上述研究，本文设计了新型分离器在井下应用的样机结构，加工了一

8、套样机，并进行了实验验证。结果表明，新型分离器的应用范围基本上能涵盖所有高含水油井，具有广泛的工业应用前景。关键词：井下油水分离，导流片型管道式分离器，两相旋流场，压降计算，结构优化Abs仃actInvestigationontheperformanceofoil·waterseparationinaVane—typePipeSeparatorShiShi—