徐艷 閆月娟 李青燕 李森

（1.東北石油大學；2.長慶油田基地第一采氣廠）

繞軸旋轉旋流分離器正交試驗研究

徐艷1閆月娟1李青燕2李森1

（1.東北石油大學；2.長慶油田基地第一采氣廠）

旋流分離器在應用于井下油水分離過程中，要求繞其自身軸線旋轉，針對這一問題，對繞軸旋轉旋流分離器進行正交試驗，研究流量、壁面旋轉速度和分流比對分離效率和系統(tǒng)壓降的影響，得出其主次影響因素和操作參數(shù)最優(yōu)方案，為井下油水分離旋流器在應用過程中的操作參數(shù)選配提供理論依據(jù)，從而指導油井生產。

井下油水分離 旋流器 分離效率 旋轉速度

井下油水旋流分離技術對降低采出液舉升及地面水處理的費用、油井產液量[1]，以及采出液含水率具有非常積極的意義，同時，對于延長老油井的開采期有著難以估量的價值[2]。在井下油水分離過程中，旋流器與螺桿泵配合使用時，要求其繞自身軸線旋轉，而旋轉效應對其分離性能的影響，在工程上仍沒有具體的理論指導。

本文采用實驗方法，設計繞軸旋轉旋流分離器實驗單體，建立實驗工裝，對其結構性能進行考察。通過實驗了解繞軸運動旋流分離器最佳工況及合理的工作區(qū)間，即通過試驗摸清繞軸旋流分離器結構參數(shù)及操作參數(shù)對分離效率的影響，明確操作參數(shù)對分離效率影響的關系。為進一步完善繞軸旋流器設計奠定基礎，以達到井下高效分離的目的，也為工藝的實際應用提供可靠的依據(jù)。

1 試驗流程

繞軸旋轉旋流器，其結構主體與靜態(tài)旋流器分離單體結構相同，設計了繞軸旋轉旋流分離器室內實驗研究工裝。為研究繞軸旋轉旋流器操作參數(shù)（流量、旋轉速度、分流比）對分離效率的影響，設計安裝了試驗流程（圖1），該流程由供液單元、計量單元、油水混合裝置、繞軸旋轉旋流器、收液單元組成。試驗由注油泵供油，采用螺桿泵供液，然后在油水混合裝置中混合，混合后兩相流體進入繞軸旋轉旋流器進行分離，此時分別計量入口和出口的壓力和流量。

2 正交試驗設計

采用了流量、轉速、分流比擬水平的正交實驗設計來分析這3個因素對旋流器分離特性的影響情況，即流量(A因素)、轉速(B因素)、分流比(C因素)均為5個水平，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 因素水平

3 試驗結果分析

不考慮各因素之間的交互作用，按正交法安排了25組實驗。正交實驗設計及實驗結果見表2。其中Ej(j=1,2,…,25)為簡化分離效率，Tj為Ej的總和，Q為Ej平方和，Ki(i=1,2,…,5)為i水平數(shù)的Ej和，T為方差總和。

表2 正交實驗結果

對實驗數(shù)據(jù)進行方差分析，結果見表4。

從表4中F值和臨界值的比較可以看出，A和C因素對分離效率影響極顯著，A和B因素對壓力降影響極顯著；對分離效率影響順序為入口流量＞分流比＞轉速，最優(yōu)方案為A4B5C5；對壓力降影響順序為入口流量＞轉速＞分流比，最優(yōu)方案為A1B1C5。這樣由于兩個指標達到最優(yōu)實現(xiàn)方案有所不同，但從實驗數(shù)據(jù)可以看出，在研究范圍內壓力降極差小于300 kPa，說明壓力損失對系統(tǒng)運行影響較小，因此，操作參數(shù)的最優(yōu)方案及操作區(qū)間可根據(jù)分離效率目標選取。

表3 各因素水平和

由于正交表中沒有A4B5C5方案，而A4B2C5為正交實驗中分離效率最高方案，對這2個方案進行驗證檢驗。分別進行了10組實驗，分離效率平均達到90%以上，B因素已在實驗分析中得到，對分離效率的影響較小，故試驗各因素最優(yōu)水平值分別是：入口流量為3.5 m3/h；分流比為15%；轉速可在研究范圍內任意選取。

表4 方差分析

4 結論

影響分離效率的主次因素為入口流量＞分流比＞轉速，最優(yōu)方案為A4B5C5，其中流量與分流比對分離效率影響顯著，而轉速影響較??；對壓力降影響順序為入口流量＞轉速＞分流比，最優(yōu)方案為A1B1C5，在研究范圍內壓力降極差小于300 kPa。由于運行過程中流動參數(shù)對壓力降變化影響較小，因此，在確定最優(yōu)方案時，可按分離效率來確定。

[1]岳繼紅，齊春海.井下油水分離技術最新進展[J].油氣田地面工程，2003，22(11)：56-57.

[2]李瑩.井下油水旋流分離器的數(shù)值計算及優(yōu)化設計[D].東營:中國石油大學，2008.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.06.005

徐艷，2010年畢業(yè)于東北石油大學，講師，從事石油石化流體機械工作理論及技術領域的教學和研究工作，E-mail：jhfxuyan@yahoo.com.cn，地址：大慶東北石油大學機械科學與工程學院，163318。

2011-05-13)