同井注采用旋流分离器压力特性研究

同井注采用旋流分离器压力特性研究
吕凤霞;王尊策;柳秀涛
【摘要】The smaller radial dimension and its influence on the loss in energy are considered,when the hydrocyclone is applied to downhole. To study the pressure characteristics of hydrocyclone applied to the injection-production system for the same well, the indoor test process flow is built up. Tests have shown that the pressure loss is increasing and the small cone section is still the main separated section with the accrescent flow and split ratio. The split ratio is lower as small as possible on condition that the technological requirements are fulfilled. In comparison with the inlets with different channel types, when the radial dimension is decreased, the hydrocyclone, which has the inlet of beeline channel type with changing sections,can allocate the energy more reasonably and decrease the unnecessary pressure loss.%考虑旋流分离器应用于井下,径向尺寸受限,影响其能量损耗.针对井下同井注采系统中旋流分离器的结构形式.建立了室内试验工艺流程.通过试验研究发现流量和分流比增加,旋流分离器的压力损失增大,但小锥段仍为主要分离段.仍可保证旋流分离器的分离性能.在满足工艺要求的前提下,分流比越小越好.对比不同流道型式的入口得出,当径向尺寸减小时,渐变截面直线型入口更利于旋流器能量的分配,降低了不必要的压力损失.
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2011(011)015
【总页数】4页(P3553-3556)
【关键词】同井采注;旋流分离器;压力特性;压力损失
【作者】吕凤霞;王尊策;柳秀涛
【作者单位】东北石油大学,大庆163318;东北石油大学,大庆163318;吉林油田分
公司扶余综合服务公司,松原138000
【正文语种】中文
【中图分类】TH314
同井注采技术是为了适应油田高含水期，对原油的生产和采收率的影响越来越严重而产生的一种采油技术［1］。

自20世纪90年代以来，国外的研究人员开始注意到传统工艺在开采高含水油田所存在的问题，并将研究重点转移到低污染、低投入、高产出的采油新工艺上，旋流分离器作为同井注采技术的关键部件越来越受到人们的关注［2］。

旋流分离器溢流出口用来举升采出液，而底流出口用于回注分离出的低含油水，这一过程的成败关键源于分离器内部压力的分布。

因此研究不同的操作参数和结构参数下旋流器内部压力的变化，可为评价同井注采工艺的举升和回注能力提供依据。

1 同井注采工艺管柱
同井注采工艺管柱如图1所示。

该系统由旋流分离装置、空心转子螺杆泵(动力泵)、回注筛管及封隔器等几部分组成，其工作原理是:在动力泵的抽汲作用下采出层中
的采出液经筛管进入泵的吸入端，在动力泵的举升作用下，高压混合液被挤入旋流分离器，混合液在旋流分离器中高速旋转，实现油水分离。

分离出的低含水油经空心杆和油管的环形空间被举升至地面;分离出的低含油水经过空心杆和空心转子注
入地层。

由于该系统应用于井下，对旋流分离器进行实时压力测试存在较大难度，
因此开展室内试验研究压力分布规律。

图1 同井注采工艺管柱示意图
2 室内试验工艺流程
常规油水分离用旋流器径向最大尺寸超过了套管内径，因此试验采用常规型式、短流道入口的静态旋流分离器单体，分别在大锥、小锥和尾管部分开出十一个压力测试探孔，如图2所示。

图2 压力测试探孔位置
图3 所示为室内压力测试工艺流程，动力泵为整个测压系统提供动力，旋流分离器的入口和两出口连接测压仪器，通过压力探针将数据读出。

流量计量可通过电磁或浮子流量计读出。

试验所用的压力探针直径与内孔比值为1.2/0.8=0.67，满足测量要求［3］。

试验中将压力探针插入到不同的测孔里，改变探针在测孔内沿径向的位置，同时从测压器读取压力数据。

该测压器可以通过控制阀门开度读取入口和出口的压力，以消除使用不同的压力表测压所带来的误差。

图3 试验工艺流程图
3 试验结果分析
3.1 操作参数对压力的影响
流量即是旋流分离器的处理能力，流量增加，旋流器各部分的压力均增加，结构尺寸唯一的旋流分离器具有最佳的处理量。

图5—图7为分流比F=3%时旋流分离器在不同流量下与各所测截面压力的关系曲线图。

图4 截面Ⅱ流量与压力关系曲线
图5 截面Ⅵ流量与压力关系曲线
图6 截面Ⅸ流量与压力关系曲线
由此三图可以看出，无论是在大锥段、小锥段和尾管段，随着旋流分离器径向尺寸
的逐渐减小，压力逐渐降低，越靠近旋流器边壁，曲线越平缓，说明压力梯度逐渐下降，旋流分离器中心压力梯度最大。

在大锥段，由于其长度较短，流场发展不充分，每一个截面上的压力梯度沿径向的变化不明显;小锥段是旋流分离器的主要工作区域，流场发展较好，压力曲线表现为燕翅型;而尾管段起到定流场的作用，因此，无论是压力还是压力梯度均小于小锥段。

表1 截面Ⅰ不同分流比压力数据表5.34 8.01 10.7 16 18.7 21.4 24 26.7 F=3% 119 112 110 103 100 97.7 89.2 84.3 80.3 79.3 8 r/mm 27.1 21.6 19.2 -16 -13 -11 -8 -5.3-2.7 0 2.67 3 87.5 92.4 97.3 106 109 113 117 120 F=5% 157 152 148 141 139 136 132 124 113 108 114 124 130 135 144 148 153 155 158 F=8% 188 181 181 169 160 156 151 142 128 114 110 120 146 162 173 179 184 184 186
当流量从1.5 m3/h增加到2.5 m3/h时，压力梯度变化明显，说明流量越大，旋流分离器的旋转强度增加，消耗的能量也增大。

由于燕翅型压力曲线对分离有利，因此可以得出的是流量增加可使分离区域增加，分离效率变好，利于产出液的回注和举升。

表1为截面Ⅰ在流量为1.5 m3/h所测得不同分流比时压力值，当分流比F从3%增加到8%时，各测点的压力明显上升。

从旋流分离器的中心至边壁，压力降逐渐减小，说明在边壁消耗能量较小，旋流强度低，而中心则相反。

3.2 结构参数对压力的影响
图7为流量为1.5 m3/h、分流比为3%时各截面沿径向的压力损失。

从图中可以看出从截面Ⅵ至截面Ⅺ，旋流分离器压力损失变化较大，表明小锥段消耗了较多的能量，而小锥段是旋流分离器的主要分离段，因此提高小锥段的压力损失，降低其他部分的压力损失将有利于提高旋流分离器的分离效果。

图7 不同截面压力损失曲线
由于旋流分离器的能量损耗直接影响到整个井下系统的举升和回注能力，而能量损耗是以压力降的形式体现的。

旋流分离器中的压力损失可分为三部分［4］，第一部分为入口处的压力损失，始终占总体损失的近40%;分离段的压力损失为50%以上，这一段的压力降被认为是有效损失，用来进行离心分离;尾管段的压力损失最小，占10%左右。

而入口处的压力损失对整个系统是没有意义的。

又因井下径向
空间比较小，而地面应用旋流分离器有较大的入口径向尺寸，因此需改变原入口结构型式来降低总体能量损失
图8为三种流道形式在入口流量一定条件下分流比与压降之间的关系曲线。

随着
分流比的改变，图中曲线1(渐变截面直线型入口)较2(等截面直线型入口)和3(渐
变截面型入口)的压力降变化较快，这表明随着旋流分离器回注量的增大，渐变截
面直线入口型式所消耗的能量相对较少，较后两种入口型式更适合应用于井下。

图8 三种流道形式分流比与压降关系曲线
4 结论
1)随着流量的增加，旋流分离器消耗的能量也随之增加，通过对比不同截面的压力损失曲线得出，小锥段仍是分离的主要区域，损失的能量也较大，且压力分布符合燕翅型，因此保证小锥段的分离性能，同时降低其能量损耗将会成为今后旋流分离器的研究重点;
2)分流比增大引起旋流分离器压力损失增大，因此在满足回注和举升要求的前提下，分流比应越小越好;
3)常规地面应用旋流分离器采用渐开线曲线型入口，而试验表明，井下空间较小，采用渐变截面直线型入口更利于合理分配旋流分离器能量，该结果为旋流分离器成功应用于井下提供依据。

参考文献
【相关文献】
1 Schrenkel P，Cox R.井下油、水分离系统的联合工业化研究.李发印，毕研斌，译.国外油田工程，1998;10:8—11
2 宋开利，李晓明，徐文庆，等.井下油水分离采油技术初探.油气采收率技术，2000;7(1)，62—
64
3 李自力.水力旋流器能耗散特性实验研究.石油化工设备，2001;30(2):7—9
4 王尊策，郜冶，吕凤霞，等.液-液水力旋流器入口结构参数对压力特性的影响.流体机械，2003;31(2):16—19。