多相流分离计量技术的应用研究

　　多相流计量技术的研究从20世纪70年代开始受到人们的重视,发展很快,已开发出了多种类型的多相流量计,并得到了广泛的应用。多相流量计量技术从分离原理上可分为分离计量和不分离计量。分离计量所采用的技术方案,关键在于分离装置对气液两相的分离效果。中原油田进入中高含水期后,传统的计量工艺存在气液分离不彻底、计量误差大、自动化程度低等问题。2003年以来,通过在计量站应用多相流分离计量技术,实现了中高含水期油田油井产出物的精确计量,完善了石油多相流混相输送工艺技术。

　　1　多相流计量装置

　　1·1　多相流分离计量装置组成

　　多相流分离计量装置由三大部分组成: GLCC(Gas-Liquid Cylindrical Cyclone)即管柱式旋流气液分离器、控制系统和计量系统。控制系统包括:压力调节阀、液位调节阀、PID调节器、差压液位变送器和压力变送器。计量系统包括:气体质量流量计、液体质量流量计和流量计算机,见图1。

　　1·2　GLCC管柱式旋流气液分离器工作原理

　　GLCC是一个气液两相分离器,由一个倾角向下的管道从切线方向与一个垂直的管道相连,气体和液体分离后分别从直管的顶部和底部排出,气液相混合物是由漩流转动产生的离心力以及重力进行分离,密度大一些的液体沿着直管的管壁到了底端,稍轻的气体到了漩涡的中央,形成一个倒圆锥型的涡流面,从顶部分离出来,从而实现油井产出物的气液分离。旋流分离器按要求具有良好分离效果的关键是:对整个管路系统进行分析、确定其气液流动特性、建立正确的气液分离模型和确定正确的控制方案。

　　2　GLCC流体动力机理模型

　　2·1　GLCC流体动力机理

　　管柱式旋流气液分离器按分离过程分为预分离入口区(段)、漩涡区、气相和液相出口配管等部分。预分离入口区:由于管柱式旋流分离器主要依靠旋流产生的离心力实现气液的高效分离,而入口结构决定了分离器的入口气液相分布及气液相切向入口速度的大小,因此入口结构是影响管柱式旋流分离器分离特性的关键因素之一。管柱式旋流分离器入口区主要由入口管、喷嘴和入口槽三部分组成。

　　由于气液相流速的不同,油气两相或油气水多相流在入口管和喷嘴内可能呈现分层流、段塞流、分散气泡流或环状流等多种流型,实验研究表明,采用向下倾斜的入口管,保证入口管流态呈现分层流,从而改善气液分离效果、扩展管柱式旋流分离器的适用范围。其倾角大小的确定以保证入口管中为分层流并实现初步分离为依据,对气液两相应用的分离器,入口管向下倾斜,在重力作用下有利于形成分层流,实现气液两相的初步分离。