多杯等流分离器气液两相流动中气泡群流动研究
刘保君1，秦梓钧1，李勇生2，韩洪升1
【摘 要】随着油田的不断开发，气液两相流中的气相对油井的影响越来越明显，气体也是造成抽油机泵效率较低的重要原因。只有降低进入泵的气体的量才能有效的提高泵效率。所以，井下分离器技术的研究是提高泵效的方法之一。实验研究采用理论分析和模型相结合的方法，设计、搭建了一套模拟皇冠型多杯等流气液分离器的实验装置。利用高速摄像机连续记录不同流量下沉降杯内气泡的运动情况，分析气泡及气泡群运动参数，以此为依据，提出气液分离器的结构的改进方案，提高分离器的分离效率。 【期刊名称】当代化工 【年(卷),期】2016(045)006 【总页数】5
【关键词】关 键 词：两相流；多杯等流分离器；气泡群；沉降杯倾角
本文主针对皇冠型多杯等流气液分离器进行模拟实验改进。[1,2]对于此类井下分离器，已经有多人对它的脱气机理及脱气效率问题都进行过研究。而对于沉降杯内部气泡运动情况的可视化研究这方面还没有作过深入的研究。针对该问题,本文设计制作了试验用的分离器模型模拟气泡在沉降杯中的运动情况。通过高速摄像机把模拟分离器模型内流体的运动情况直观清楚的显示出来。研究沉降杯内气体上浮、碰撞、聚并，得到气泡群上升轨迹，碰撞几率等可为油气分离器的优化更新设计提供理论依据。 1 皇冠型多杯等流分离器气液分离原理 1.1 分离器结构
皇冠型多杯等流气液分离器属于重力式分离器。是根据重力原理、浅池原理、多杯等流理论研制的。由特有的多杯结构制造而成。[3]
如图1在一根光滑的钢制中心管上套装多个沉降杯，且保证相邻沉降杯的间距（5~8 mm），沉降杯的底部与中心管外径相同且保证密封，在沉降杯内部的中心管下部均匀分布着进液孔，孔数一般为4~8个（直径0.8~1.5 mm）。[4-6]杯上部设计成齿状，且正好与上一个沉降杯底部的瓦棱状结构相吻合，该结构与水平成45°夹角，用来聚拢上升过程中的气泡，增大碰撞几率并引导气泡滑出沉降杯。
1.2 分离器分离原理
利用多杯多空间来分担井下气液下降速度，使得气体有足够的时间在沉降杯内的液体中上浮，并在上浮的过程中碰撞、聚并成较大气泡，使浮力增加，有利于其上升，而液体在重力的作用下下沉，从沉降杯底部进入中心管，中心管下端密封，上端与抽油泵连接，因此通过减少进入泵的气体量从而达到油气分离的目的。 2 实验部分 2.1 实验模型
本实验模型主要是模拟分离器沉降杯，为满足照片拍摄的需要，模型材料选用有机玻璃材质，如图2所示。 2.2 实验步骤
（1）打开螺杆泵，调节流量。
（2）打开空气压缩机，调节出口压力。
（3）待流量稳定后读取中心管出口处流量计读数，并做记录。
（4）布置照明位置，调整高速相机拍摄位置。调节拍摄参数，进行拍摄。 （5）其他参数不变，只改变流量，拍摄并记录照片。
（6）图像技术处理软件Image Pro Plus 6.0处理，数据分析。 2.3 实验基本数据
在空气压缩机出口压力为2个工程压力时，共对中心管不同流量下的气泡运动情况进行17组图片的拍摄，每组图片至少200张。相关数据见表1。 3 气泡群分析
实验所得到的图片中存在这样一种情况：当中心管内达到一定流量时，多个气泡在倾斜的小管内聚集形成气泡群。它们只是简单的聚集在一起，聚集的时间有长有短，气泡会发生一些变形，但是不发生合并的情况，它们还保留着各自的界面膜，一些边缘气泡还会随液流的扰动被分开，或者又重新聚集到气泡群中来。
3.1 气泡群的形成
如图3所示，气泡群大多位于倾斜管的上壁位置。图中的几幅照片同样来自于同一流速下所得照片序列。
气泡群的形成主要有以下几个因素，首先是小管内的流速要适宜，适宜的流速使得有部分气泡可以进入到小管内，但是速度还没有大到直接将气泡“吸入”中心管内，这种情况下会有多个气泡滞留在小管内，这就给多个气泡碰撞提供了很好的条件，增大了气泡碰撞的几率。其次是即使在内径仅为15 mm的倾斜小管内，速度分布也有差异的，由于井筒内液体流动是从下至上的，因此在斜管内形成两个流速相对较小的位置:斜管进液口的上端和斜管同中心管相连位置的上部，这两个位置流速较小，因此最容易在这两个位置形有徘徊的气泡，
多杯等流分离器气液两相流动中气泡群流动研究
