川西北典型超深气井分离器性能模拟及优化.pdf

天 然 气 勘 探 与 开 发 NATURAL GAS EXPLORATION AND DEVELOPMENT 65 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期川西北典型超深气井分离器性能模拟及优化罗召钱1田兴平1王 轲21.中国石油西南油气田公司川西北气矿2.西南石油大学石油与天然气工程学院摘要川西北超深、超高压气井先后经历工作液和非工作液产出阶段，其产出液的黏度、表面张力和泡沫含量等存在差异，致使分离器的分离效果发生显著变化，严重影响分离器高效运行，还可能造成后续净化处理设施溶剂污染等后果。为此，运用基于 CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）的数值模拟技术，研究产出液在不同阶段的性质及其对分离效果的影响规律，由此给出相应的分离器运行优化建议。以典型井 SYX133 井为例，测试了不同阶段产出液性质和起泡能力，基于均相流和群体平衡模型，分别建立了非工作液产出阶段的气液两相分离数学模型、工作液产出阶段的气液泡沫三相分离数学模型。进而在非工作液产出阶段，研究分离器处理量、进口液滴含量对分离效果的影响；在工作液产出阶段，研究分离器进口泡沫含量、返排液黏度对分离效果的影响。研究结果表明：在非工作液产出阶段，分离器处理量相较于进口液滴体积分数，对分离器出口液滴体积分数的影响更为显著，建议从气井实时工况系统性地控制分离设备处理量。在工作液产出阶段，分离器对泡沫的分离效率最高仅为 33.75%，分离器对液滴的处理效率远高于对泡沫的处理效率，泡沫是分离器分离效率降低的主要原因；同时，返排流黏度对分离效率的影响显著，当返排液黏度从 1.0 mPas 增长至 2.0 mPas 时，分离器总分离效率从 81.06%降低至 51.79%；因此，为使分离效率大于 75%，气井返排液中泡沫占比应小于 20%、黏度应降低至 1.0 1.2 mPas 之间。关键词分离器 数值模拟 泡沫 产液阶段 分离效率 天然气处理DOI：10.12055/gaskk.issn.1673-3177.2023.02.009Simulating and optimizing performances of separators in typical ultra-deep gas wells,northwestern Sichuan BasinLUO Zhaoqian1,TIAN Xingping1,and WANG Ke2(1.NorthwesternSichuanGasDistrict,PetroChinaSouthwestOil&GasfieldCompany,Jiangyou,Sichuan621700,China;2.School of Petroleum Engineering,Southwest Petroleum University,Chengdu,Sichuan 610500,China)Abstract:There are two phases producing both working fluid and non-working fluid one after another in ultra-deep and ultra-high pressure gas wells,northwestern Sichuan Basin.Given their differences in viscosity,surface tension and foam content,both fluids have significant changes in a separation effect of their separators,which seriously affect separation efficiency or even likely cause pollution of solvents during subsequent purification.Thus,properties of the produced fluids at different phases and their impact on the separation were investigated through the CFD-based(Computational Fluid Dynamics)numerical simulation.And some corresponding suggestions were made for optimizing this separation.Taken SY X133 well,a typical well as an example,both properties and foaming ability were tested for the produced fluids at various phases.Dependent on the equilibrium model on homogeneous flow and popula-tion,the gas-liquid two-phase separation mathematical model and the other gas-liquid-foam three-phase separation mathematical mod-el were individually built for two-phase non-working fluid and working fluid.Additionally,the influences of both separators process-ing capacity and inlet droplet content on the separation were studied in the phase producing non-working fluid whereas those of both separators inlet foam content and flowback liquid viscosity on the separation in the phase producing working fluid.Results show that(i)as for one separator,the throughput at the phase producing the non-working fluid has a more significant impact on the droplet volume fraction at the outlet than that of the inlet.It is recommended to systematically control the throughput according to real-time work-ing conditions;and(ii)as to the other separator in the phase producing the working fluid,its separation efficiency for foam is only 33.75%,and the processing efficiency for liquid droplets is much higher than that for foam.Foam is the main reason for reducing this separation efficiency.Meanwhile,the viscosity of flowback fluid exerts an obvious impact on the efficiency.The total efficiency de-creases from 81.06%to 51.79%as the viscosity grows from 1.0 mPas to 2.0 mPas.Therefore,the proportion of foam in the flowback fluid should be less than 20%and the viscosity falls to 1.01.2 mPas in order to make the separation efficiency greater than 75%.Key words:Separator;Numerical simulation;Foam;Liquid-producing phase;Separation efficiency;Natural-gas processing作者简介：罗召钱，男，1980 年生，高级工程师；主要从事天然气开发生产采集技术研究及管理工作。地址：（621700）四川省江油市李白大道南一段 517 号。E-mail：罗召钱等：川西北典型超深气井分离器性能模拟及优化 66 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期0引言四川盆地西北部地区的深层、超深层气井开发过程中经历工作液产出、非工作液产出两个阶段，这两个阶段产出液的黏度、表面张力和泡沫含量等性质存在差异，导致分离工况发生显著变化1-2，严重影响分离器高效运行，其中以 SYX133 井尤为典型。该井投产初期，因压裂、酸化等增产措施而残留在井下的工作液对气井产出液（气田水）性质产生影响，气田水易以泡沫形式进入分离器，而现有分离器对泡沫分离效果不佳；随着天然气开采的进行，工作液排尽后，气井进入非工作液产出阶段，此阶段气井伴随天然气产出的液体为凝析水或地层水，产液量不规律，使得分离器处理量及分离器进口液滴含量波动较大，给处理带来困难，分离效果不佳的气田水持续进入下游集气干线，继而造成后续净化处理设施溶剂污染等不良后果3-4。近年来，随着流体力学的 CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）技术快速发展，越来越多的研究人员开始运用这项技术对气液分离器内部的气液两相流场开展数值模拟研究。马粤5等借助 FLUENT 软件探究了柱状气液分离器液位控制对分离效果的影响，将分离器液位控制在80 100 cm，同时实现分离器气相出口携液率低、液相出口含气率低的目标；刘彩玉6等提出了一种新型同向出流式气液旋流分离装置，对不同结构参数开展了数值模拟研究，完成了结构参数优选；刘永辉7等对潜油电泵井下气液分离器进行数值模拟的结果表明，造成分离效果不佳的主要原因是分离片数量偏少、导流片分离导流能力不足。但上述研究未涉及气井不同产液阶段的分离器性能模拟，不能分阶段指导现场分离器的优化运行。为此，以典型井 SYX133 井为例，研究不同产液阶段的液体性质及其对分离效果的影响规律，分阶段提出气井分离器运行的优化建议。1不同产液阶段产出液性质分析油气田开发初期的增产措施阶段，常会加入大量化学药剂来改善油气井产能，提高油气田采收率8-9。比如在对气井的压裂酸化中，主要加入滑溜水、线性胶及酸液，这些残留工作液使得气井投产初期的采出液性质复杂，此时常规分离器的天然气分离效果差10。因此，本研究视气井产出液中是否包含工作液，而将气井生产过程分为工作液产出阶段、非工作液产出阶段，对典型井 SYX133 井在这两个阶段的采出液性质分别进行分析。1.1工作液产出阶段SYX133 井分离器在工作液产出阶段，排污样品（前端加注缓蚀剂）为白色泡沫液并携带气味。这是由于开井前该井剩余残酸 1 207 m3未排出，残酸中的助排剂促使产层液体发泡，发泡后的液体随气流进入地面气液分离器。对该井的产出水样进行分析，测试了温度 10 60下的水样密度、黏度及表面张力（表 1）。由表 1 可知，随温度的升高，水样的密度、黏度及表面张力均略有降低。表 1SYX133 井水样常压下物性参数测试数据表（工作液产出阶段）温度/密度/(gcm-3)黏度/(mPas)表面张力/(mNm-1)101.0561.6224.80201.0521.5923.50301.0491.5322.20401.0441.5021.10501.0421.4421.00601.0401.4020.20对采出液的起泡能力进行评价。模拟生产管线中流体剧烈搅动的情况，取 100 mL 水样，使用高速搅拌器以 11 000（100）r/min 转速、搅拌 1 min 后立即倒入 500 mL 量筒中，记录初始和静置3 min 时的泡沫体积（表 2）。由表中测试数据可知，100 mL 水样搅拌后的初始泡沫体积为 200 mL、静置 3 min 时的泡沫体积为 50 mL，评价结果为：该井产出液样品（工作液产出阶段）起泡能力强。表 2SYX133 井产出液起泡能力评价表（工作液产出阶段）发泡性能评价项目测试数据初始泡沫体积/mL200静置 3 min 泡沫体积/mL501.2非工作液产出阶段SYX133 井分离器在非工作液产出阶段，排污样品（前端加注缓蚀剂）为黑色浑液并携带气味。测试水样在温度 10 60下的表面张力，结果如表 3 所示。对比工作液产出阶段与非工作液产出阶段的采出液表面张力，发现非工作液产出阶段的采罗召钱等：川西北典型超深气井分离器性能模拟及优化 67 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期表 3SYX133 井水样常压下表面张力测试数据表（非工作液产出阶段）温度/表面张力/(mNm-1)1053.372052.373051.234050.375049.876048.96分离器进气口、出气口直径为 DN150，建立的分离器几何模型如图 1 所示。其中丝网除沫器的几何模型如图 2 所示，丝网除沫器结构尺寸为长 560 mm、宽 360 mm、高 150 mm。分离器的分离流程为：天然气、液滴、泡沫三相混合流体从分离器进气口（也简称“进口”）进入分离器，在分离器中因壁面改变流向和流速，经过气流的不断碰撞，气流中的液滴和泡沫基于生长、聚并和破裂等作用，通过与气相的密度差而实现初次分离；对于粒径较小的难于处理的液滴和泡沫，最后通过分离器出气口（也简称“出口”）处的丝网除沫器来完成分离过程11。出液表面张力（48.96 53.37 mN/m）明显高于工作液产出阶段（20.20 24.80 mN/m）。而表面张力越高，越不利于起泡，故在非工作液产出阶段，不易形成泡沫。表 4SYX133 井产出液起泡能力评价表（非工作液产出阶段）发泡性能评价项目测试数据初始泡沫体积/mL10静置 3 min 泡沫体积/mL0采用相同的起泡能力评价方法，对非工作液产出阶段的产出液进行测试（表 4）。由表 4 可知，100 mL 水样搅拌后的初始泡沫体积为 10 mL、静置3 min 时的泡沫体积为 0 mL，评价结果为：该井产出液样品（非工作液产出阶段）起泡能力弱，远低于工作液产出阶段。上述分阶段的产出液起泡能力测试评价，表明该井投产初期采出液中包含大量泡沫，这可能是导致分离器的分离效率恶化的主要原因。因此在工作液产出阶段，将主要分析进口泡沫含量、返排液黏度对气、液、泡沫三相分离器分离效果的影响；而在非工作液产出阶段，采出气不夹带泡沫，在不含泡沫的情况下，随着气井生产的进行，液滴体积分数上升及产量波动是影响分离效果的主要因素，故在此阶段将主要分析液滴体积分数、分离器处理量对分离效果的影响。2数学模型及计算方法2.1分离器几何模型分离器结构以中国石油西南油气田公司川西北气矿 60104 m3/d 橇装装置储备项目 DN8004 000（DN 为管道的公称直径，mm）分离计量橇为原型，图 1分离器几何模型图图 2丝网除沫器几何模型图2.2控制方程分离器中混合流体是由天然气、液滴和泡沫组成的多相流体系，采用均相流模型能够较准确地模拟其内部流场12-13。其中泡沫的生长、聚并和破裂等作用，采用群体平衡模型（PBE，Population Balance Equation）建立数学模型14-15。质量守恒方程为16-17：（1）式中为质量平均速度，m/s；m为混合密度，kg/m3；t 为时间，s。（2）（3）式中 g、l和 f分别为气相、液相和泡沫相的体积分数，m3/m3；g、l和 f分别为气相、液相和泡沫相的密度，kg/m3；、和 分别为气相、液相和泡沫相的速度，m/s。罗召钱等：川西北典型超深气井分离器性能模拟及优化 68 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期动量守恒方程为18-19：（4）式中 m为混合相的密度，kg/m3；m为混合相的黏度，Pas；为重力加速度，m/s2；为体积力，N/m3；为液相的漂移速度，m/s；为泡沫相的漂移速度，m/s；T 为温度，K。式（4）中混合相的黏度（m）由下式求取：m=gg+11+f f （5）式中 g、l和 f分别为气相、液相和泡沫相的黏度，Pas。式（4）中液相、泡沫相的漂移速度（、）分别为：（6）（7）液相的体积分数方程为：（8）泡沫相的体积分数方程为：（9）2.3网格划分根据图 1 建立的分离器几何模型，采用非结构网格划分方法对模型进行网格划分20。为了充分地再现丝网除沫器对分离器分离效果的影响，对丝网除沫器区域的网格进行加密处理，并对网格进行无关性验证。选取分离器处理量为 60104 m3/d、分离器进口液滴体积分数为 13.9810-4 m3/m3，在该工况条件下，计算分离器出口液滴体积分数随网格数的变化，结果如图 3 所示，当网格数在10104 30.01104之间时，分离器出口液滴体积分数与网格数明显呈正相关，即随网格数的增加而增大；而当网格数增加至 30.01104后，分离器出口液滴体积分数几乎不再随网格数的增加而改变，故兼顾计算精度及计算成本，最终将网格数确定为 30.01104。在网格数确定后，分离器网格划分结果如图 4 所示。2.4边界条件及算法设置模拟计算介质为气、液、泡沫三相混合物，其中气体为连续相，液体和泡沫为分散相。分离器的边界条件，进口采用速度进口、出口为自由出流。湍流模型采用 RNG k-模型，压力速度耦合采用SIMPLEC（SIMPLE-Consistent）算法。液滴直径通常为 60 100 m，本研究按平均液滴直径 80 m 计算。3模拟结果及分析3.1分离器内部流场分析首先对 SYX133 井非工作液产出阶段典型工况（分离器处理量：60104 m3/d，分离器平均液滴体积分数：13.9810-4 m3/m3）下的气液两相分离过程进行分析。如图 5、图 6 所示，分别为液滴体积分数分布云图、天然气体积分数分布云图。由图可知，在分离器底部液滴明显出现了集聚，这主要是由于液滴在密度差作用下从天然气中分离出来，并沉积于分离器底部。如图 7、图 8 所示，分别为压力分布云图、速度分布云图。压力分布是分离器的重要技术指标，由图可知，气液分离器进口速度较高，携带液滴的天然气以较高的速度冲撞分离器底部壁面，实现液滴分离。气液分离器内部尤其是靠近分离器进口、及出口的丝网除沫器附近明显存在循环流区域，循环流的存在会引起速度场紊乱，也会使得更多的液滴碰撞壁面及丝网除沫器以实现分离。图 3网格数对分离器仿真结果的影响关系图图 4分离器数值模拟网格划分图罗召钱等：川西北典型超深气井分离器性能模拟及优化 69 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期含量为 1.8110-4 m3/m3，出口液滴含量为 1.22 10-4 m3/m3，能分离出因粒径较小而未通过重力作用分离的液滴，其捕获液滴份额小于 5%。图 5液滴体积分数分布云图（单位：m3/m3）图 6天然气体积分数分布云图（单位：m3/m3）图 7压力分布云图（单位：Pa）图 8速度分布云图（单位：m/s）丝网除沫器呈网状结构，布置在分离器出口位置，主要通过网状结构的拦截与吸附作用对天然气中粒径较小的液滴进行分离。丝网除沫器液滴体积分数分布云图如图 9 所示，丝网除沫器进口液滴图 9丝网除沫器液滴体积分数分布云图（单位：m3/m3）3.2非工作液产出阶段分离效果影响因素分析根据 SYX133 井非工作液产出阶段的产出液起泡能力评价结果，产出液起泡能力弱，静置 3 min 后难以形成稳定泡沫，因此非工作液产出阶段属于气液两相分离过程，主要分析分离器处理量、进口液滴体积分数对分离效果的影响。本次研究模拟了气液两相分离器在 7 种处理量、5 种进口液滴体积分数情况下的分离过程及分离效果。3.2.1分离器处理量对分离效果的影响在 分 离 器 进 口 液 滴 体 积 分 数 为 13.978 10-4 m3/m3的条件下，模拟计算分离器出口液滴体积分数、分离效率随处理量的变化关系。如图 10所示，随着分离器处理量从 30104 m3/d 增长至 60104 m3/d，分离器出口液滴体积分数从 0.93210-4 m3/m3增长至 1.21810-4 m3/m3，而分离效率从 93.33%降低至91.28%。图 10不同处理量下分离器分离效果图罗召钱等：川西北典型超深气井分离器性能模拟及优化 70 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期表 5 为不同处理量下的丝网除沫器分离效果。从表中可知，随着分离器处理量的增加，重力作用对液滴分离效果减弱，导致丝网除沫器进口水气比增加。通过丝网除沫器进口、出口水气比计算了丝网除沫器处理液滴量，结果显示丝网除沫器处理液滴量与分离器处理量呈正相关，当分离器处理量从 30104 m3/d增长至 60104 m3/d 时，丝网除沫器处理液滴量从0.0910-4 m3/m3逐渐增大为 0.5910-4 m3/m3。表 5不同处理量下丝网除沫器分离效果表分离器处理量/(104 m3d-1)丝网除沫器进口液滴体积分数/(10-4 m3m-3)丝网除沫器出口液滴体积分数/(10-4 m3m-3)丝网除沫器处理液滴量/(10-4 m3m-3)301.020.930.09351.141.010.12401.301.170.13451.371.200.16501.421.210.21551.531.210.35601.801.210.593.2.2分离器进口液滴体积分数对分离效果的影响在分离器处理量为 40104 m3/d 的条件下，模拟计算分离器出口液滴体积分数随进口液滴体积分数的变化。如图 11 所示，随进口液滴体积分数从 5 10-4 m3/m3增长至2510-4 m3/m3，出口液滴体积分数从1.16310-4 m3/m3增长至 1.18710-4 m3/m3，增加值为0.02410-4 m3/m3。对比前述处理量对出口液滴体积分数的影响，当处理量从30104 m3/d增长至60104 m3/d时，出口液滴体积分数的增加值为 0.28610-4 m3/m3（从 0.93210-4 m3/m3增加到 1.21810-4 m3/m3），可见处理量对出口液滴体积分数的影响更加显著，而进口液滴体积分数的影响相对微小。如表 6 所示为不同分离器进口液滴体积分数下的丝网除沫器分离效果，从表中可知随着分离器进口液滴体积分数的增大，重力作用对液滴分离效果减弱，导致丝网除沫器进口液滴体积分数增大。通过丝网除沫器进口、出口液滴体积分数计算了丝网图 11不同进口液滴体积分数下分离器分离效果图除沫器处理液滴量，可见在分离器处理量一定的情况下，丝网除沫器处理液滴量随着分离器进口液滴体积分数的增大而增大。表 6不同分离器进口液滴体积分数下丝网除沫器分离效果表单位：10-4 m3/m3分离器进口液滴体积分数丝网除沫器进口液滴体积分数丝网除沫器出口液滴体积分数丝网除沫器处理液滴量51.271.160.11101.291.160.12151.301.170.13201.321.180.14251.341.180.153.3工作液产出阶段分离效果影响因素分析根据 SYX133 井工作液产出阶段采出液起泡能力评价结果（起泡能力强），同时有现场实际运行过程中该阶段产出大量泡沫相印证，因此工作液产出罗召钱等：川西北典型超深气井分离器性能模拟及优化 71 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期阶段对采出液的分离属于天然气、液滴、泡沫三相分离过程，考虑到返排液黏度会对泡沫的稳定性产生影响，因此在该阶段，主要研究进口泡沫体积分数、返排液黏度对分离器分离效果的影响。3.3.1分离器进口泡沫体积分数对分离效果的影响根据现场分离器实际运行工况，在分离器进口液滴、泡沫总体积分数一定时，模拟了 6 种进口泡沫体积分数（液滴和泡沫占比不同）下的天然气、液滴、泡沫三相分离器分离过程，根据不同进口泡沫体积分数（液滴和泡沫占比不同）下分离器出口液滴、泡沫体积分数模拟结果，计算了分离表 7不同进口泡沫体积分数下分离器分离效率表进口液滴、泡沫总体积分数/(10-4 m3m-3)进口液滴体积分数/(10-4 m3m-3)进口泡沫体积分数/(10-4 m3m-3)进口泡沫占比出口液滴体积分数/(10-4 m3m-3)出口泡沫体积分数/(10-4 m3m-3)液滴分离效率泡沫分离效率总分离效率38.038.0002.294.32%94.32%38.030.47.620%2.25.092.89%33.75%81.06%38.022.815.240%1.910.691.53%30.00%66.92%38.015.222.860%1.517.489.90%23.61%50.13%38.07.630.480%1.026.087.25%14.31%28.90%38.0038.0100%31.516.98%16.98%图 12不同进口泡沫体积分数下分离器总分离效率图器液滴分离效率、泡沫分离效率及总分离效率，如表 7 所示。随进口泡沫体积分数从 0 增长至 38.0 10-4 m3/m3、进口液滴体积分数从 3810-4 m3/m3降低至 0 时，泡沫分离效率从 33.75%降低至 16.98%，液滴分离效率从 94.32%降低至 87.25%，分离器总分离效率从 94.32%降低至 16.98%。结果表明，分离器出口液滴体积分数相对于进口液滴体积分数波动很小，分离器对液滴的处理效率远高于对泡沫的处理效率，泡沫是造成分离器分离效率降低的主要原因，分离器进口泡沫含量对分离器总分离效率的影响如图 12 所示。表 8不同返排液黏度下分离器分离效率表返排液黏度（mPas）进口液滴体积分数/(10-4 m3m-3)进口泡沫体积分数/(10-4 m3m-3)出口液滴体积分数/(10-4 m3m-3)出口泡沫体积分数/(10-4 m3m-3)液滴分离效率泡沫分离效率总分离效率1.030.47.62.25.092.89%33.75%81.06%1.230.47.63.65.488.07%28.68%76.19%1.430.47.65.55.881.95%23.99%70.36%1.630.47.67.76.174.62%19.74%63.65%1.830.47.69.86.467.74%16.17%57.42%2.030.47.611.76.661.40%13.32%51.79%3.3.2分离器返排工作液黏度对分离效果的影响根据工作液产出阶段黏度测试结果（表 1），返排液黏度集中在 1 2 mPas 之间，故模拟了 6 种返排液黏度（1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0 mPas）下的气、液、泡沫三相分离器分离过程，根据不同返排液黏度下分离器出口液滴、泡沫体积分数模拟结果，计算了分离器液滴分离效率、泡沫分离效率以及总分离效率（表 8）。随返排液黏度从1.0 mPas 增长至 2.0 mPas 时，泡沫分离效率从33.75%降低至 13.32%，液滴分离效率从 92.89%降低至 61.40%；分离器总分离效率从 81.06%降低至51.79%（图 13）。结果表明，返排液黏度对液滴和罗召钱等：川西北典型超深气井分离器性能模拟及优化 72 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期泡沫的分离效率影响均显著。这是因为当返排液黏度大时，一则增加了泡沫液膜表面强度，二则表面临近液体也不易流动，液膜厚度变小的速率较慢，从而延缓了液膜破裂时间，增加了液膜稳定性。的主要原因；同时，随返排液黏度从 1.0 mPas 增长至 2.0 mPas 时，分离器总分离效率从 81.06%降低至 51.79%。因此，为使分离效率大于 75%，SYX133 井返排液中泡沫占比应小于 20%、黏度应降低至 1.0 1.2 mPas 之间。参考文献 1 吉雷,王兴,李正贵,等.天然气新型气液分离器性能试验研究 J.热能动力工程,2020,35(3):116-121.JI Lei,WANG Xing,LI Zhenggui,et al.Experimental study on the performance of new gas-liquid separator of natural gasJ.Journal of Engineering for Thermal Energy and Power,2020,35(3):116-121.2 宋晓飞,余波,邓万权,等.含稳流器组合气液分离器分离性能试验研究 J.科学技术与工程,2013,13(29):8748-8750.SONG Xiaofei,YU Bo,DENG Wanquan,et al.Experimental study on separation performance of combined separator with stabilizerJ.Science Technology and Engineering,2013,13(29):8748-8750.3 万长东,王力军.气液两相分离器数值分析及可适应响应面法优化 J.液压与气动,2011(8):19-21.WAN Changdong,WANG Lijun.Numerical simulation and response surface optimization of oil-gas separatorJ.Chinese Hydraulics&Pneumatics,2011(8):19-21.4 马粤,朱红钧,傅剑峰,等.柱状气液分离器分离效果的数值模拟分析 J.石油机械,2019,47(10):49-55.MA Yue,ZHU Hongjun,FU Jianfeng,et al.Numerical simulation analysis of separation performance of columnar gas-liquid separatorJ.China Petroleum Machinery,2019,47(10):49-55.5 刘彩玉,张爽,耿海洋,等.同向出流气液分离器流场分析及结构参数优选 J.石油机械,2020,48(2):90-96.LIU Caiyu,ZHANG Shuang,GENG Haiyang,et al.Flow field analysis and parameters optimization of a co-rotating outflow gas-liquid separation hydrocycloneJ.China Petroleum Machinery,2020,48(2):90-96.6 刘永辉,史智慧,王青华,等.潜油电泵井下气液分离器数值模拟 J.钻采工艺,2016,39(5):48-51.LIU Yonghui,SHI Zhihui,WANG Qinghua,et al.Numerical simulation of downhole gas liquid separator of ESPJ.Drilling&Production Technology,2016,39(5):48-51.7 王瑞,褚雅志,王领,等.组合式气液分离器的结构研究 J.现代化工,2013,33(12):88-91.WANG Rui,CHU Yazhi,WANG Ling,et al.Study on structure of combined gas-liquid separatorJ.Modern Chemical Industry,2013,33(12):88-91.8 冷开齐,刘卫东,丛苏男,等.微乳液驱提高采收率研究进展 J.应用化工,2022,51(8):2390-2395.LENG Kaiqi,LIU Weidong,CONG Sunan,et al.Research progress of enhanced oil recovery by microemulsion 图 13不同返排液黏度下分离器总分离效率图4结论1）典型超深气井 SYX133 井在非工作液产出阶段的采出液表面张力最大可达 53.37 mN/m，表面张力越高，越不利于起泡，故超深气井在非工作液产出阶段不易形成泡沫，与产出液起泡能力评价实验结果一致。2）考虑天然气、液滴、泡沫三相之间相互夹带及泡沫的生长、聚并和破裂作用，基于均相流模型和群体平衡模型，建立了气、液、泡沫三相分离器分离过程 CFD-PBM 耦合数学模型。3）在非工作液产出阶段，模拟研究了分离器处理量、进口液滴体积分数对分离效果的影响，并给出了相应的优化建议。随处理量从 30104 m3/d增长至 60104 m3/d 时，出口液滴体积分数涨幅为 0.28610-4 m3/m3；随进口液滴体积分数从 5 10-4 m3/m3增长至 2510-4 m3/m3，出口液滴体积分数涨幅为 0.02410-4 m3/m3。因此，分离器处理量相对于进口液滴体积分数，对出口液滴体积分数的影响更为显著，建议从气井实时工况系统性地控制分离设备处理量。4）在工作液产出阶段，模拟研究了分离器进口泡沫体积分数、返排液黏度对分离效果的影响，并给出了相应的优化建议。分离器对泡沫的分离效率最高仅为 33.75%，泡沫是分离器分离效率降低罗召钱等：川西北典型超深气井分离器性能模拟及优化 73 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期floodingJ.Applied Chemical Industry,2022,51(8):2390-2395.9 李刚,宋群华,高振东,等.运用聚合物驱油技术提高采收率方法研究 J.当代化工,2022,51(8):1974-1977.LI Gang,SONG Qunhua,GAO Zhendong,et al.Study on improving oil recovery by using polymer flooding technologyJ.Contemporary Chemical Industry,2022,51(8):1974-1977.10 梁文利,代一钦.针对深层页岩气藏的油基钻井液降黏剂研制及应用 J.天然气勘探与开发,2020,43(1):71-76.LIANG Wenli,DAI Yiqin.Viscosity-reducing agent of oil-based drilling fluid used in deeper shale gas reservoirs and its applicationJ.Natural Gas Exploration and Development,2020,43(1):71-76.11 黄龙,邓松圣,陈志,等.气液分离器布液板整流性能数值模拟及优化 J.天然气与石油,2018,36(2):102-107.HUANG Long,DENG Songsheng,CHEN Zhi,et al.Numerical study on rectifying performance and structure optimization for orifice plate in a gas-liquid separatorJ.Natural Gas and Oil,2018,36(2):102-