針對柱狀氣-液-固三相旋流分離器(GLSC)內部復雜的流場分布，借助CFD軟件，研究了溢流口處氣相體積分數和側向出口處固相體積分數的分布趨勢。通過數值模擬方法，得到了GLSC的氣相、固相分布特點，分析了結構參數中溢流管直徑Do和溢流管伸入長度Lo對GLSC分離性能的影響。在試驗過程中，驗證了結構參數的改變對于GLSC分離性能的影響。研究表明，入口流量為1.1m3/h時，該GLSC具有較好的分離效果。

1、前言

　　油田采出液中除原油外，還含有大量的伴生氣(主要成分為天然氣)、水以及砂子、鹽類和懸浮顆粒等雜質。為解決雜質對油田輸送和生產過程中的不利影響，必須在工藝中盡早對油井采出液進行凈化處理。

　　目前，國內通用的脫氣除砂工藝中，以先脫出開采液中的伴生氣為首道工序，剩余液體輸送至大罐進行自然沉降、過濾。此種方法進行清砂時，不但設備需要停產，影響油田生產，且勞動強度大，影響操作者的身體健康。且近年來，隨著油田的不斷開發，油井出砂越加嚴重，極大降低了油田集輸脫水系統的效率。隨著水力旋流器在原油開采過程中的逐漸使用，眾多國外公司，如Krebs、Chevron公司都曾成功設計出用于油井除砂的旋流器，并取得較好的應用效果。鑒于水力旋流器在油田除砂過程中的成功應用，設計并提出了一種用于油田生產過程中采出液處理的氣-液-固三相旋流分離器(GLSC)。運用計算流體動力學(CFD)軟件對分離器進行了結構參數與操作參數的優選，并通過室內試驗，驗證了數值模擬所得出的結論。

　　溢流管是影響分離器性能的重要因素，真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)認為分離過程中出現的短路流和循環流現象都與溢流管的結構形式有很大關系。所以，溢流口的結構形式是影響水力旋流器分離性能的主要結構因素之一。對溢流管進行結構上的優化，是優選旋流器結構參數的重要步驟。

2、工作原理

　　當氣-液-固三相混合液通過雙切向入口進入旋流器時(如圖1所示)，由于切向入口的作用，使混合液在離開雙切向入口進入旋流腔時，產生強烈的旋轉運動。因混合液中各相介質具有不同的密度，在混合液旋轉運動過程中，依靠離心力的作用完成旋流分離。內錐結構的存在，有利于裝置在進行旋流分離時氣核的形成、舉升，便于三相介質中氣相的優先排出，為固、液兩相的有效分離做好準備。在內錐上打孔(圖2)，有利液相(主要為油水混合物)進入底流管，排出旋流器。合液中所存在的細小固相顆粒，沿旋流腔壁面，做向下的螺旋運動，最終從側向出口排出旋流器，實現混合液中氣-液-固三相介質的離心分離。

圖1 GLSC結構簡圖

圖2 排液口分布方式

6、結論

　　(1)通過GLSC的數值模擬，得到了溢流口氣相分布、側向出口固相分布特點。

　　(2)借助于CFD數值模擬分析，研究了不同溢流口直徑和溢流管伸入長度對GLSC分離性能的影響，得出了當溢流管直徑為20mm、溢流管伸入長度為28mm時，GLSC具有較好的氣-固兩相分離效果這一結論。

　　(3)通過室內試驗，驗證了當溢流管伸入長度為28mm時，GLSC具有較好分離效果這一結論，且對流量的變化具有較好的適應范圍。

　　(4)當流量為1.1m3/h時，GLSC達到較好的分離效果。