CWL-M萃取设备在油水分离技术中的应用
从以上的介绍我们看到，由于油井产出液具有复杂的力学、物理、化学性质，导致油水分离成为很复杂的工艺过程.实际工程实践中，人们也试图充分利用这些性质，提出了各种各样的分离手段和方法来解决油田的油水分离问题.但仍然存在油水处理系统过于庞大、工艺流程复杂，难以解决深海海底分离和采油井井底分离等诸多难题.实际上，从力学的角度，要解决这些难题，首先需要解决以下4个主要问题:一是使离散相具有尽可能大的最终沉降速度;二是使油水相间处于游离状态，即使油水乳化液实现充分的破乳;三是使离散相有尽可能大的粒径和粒径分布;四是分离器沿一个方向的截面尺寸要尽可能小并具有较大的日处理量.
实际上，在圆柱管道中使油水混合液产生高速旋流，就有可能同时解决以上4个问题.首先，圆柱管道中的高速旋流的离心加速度可达重力加速度的数百倍到数千倍，可使离散相获得很高的最终沉降速度;其次，破乳剂在强旋流流场中可与油水乳化液充分混合和搅拌，使破乳效果比沉降罐中显著提高，且破乳时间和所需温度还能显著降低;再者，油水乳化液经高速旋流破乳后，粒径很小的油滴经湍流流场的混合和聚并，能形成大颗粒的浮油状态;最后，圆柱型管道的截面尺寸可以控制到很小(通常内径50 ~100 mm)，直径100 mm的圆柱型旋流分离器的每天可处理2 000 m³的油水混合液，可见这种结构的分离器无论是用在深海海底还是采油井井底都不会有任何问题，用于深海平台和超稠油处理就显得更为容易.CWL-M萃取设备在油水分离技术中的应用
力学研究所经过多年的探索，提出了油水处理新途径，创造性地提出了以圆柱型管道旋流器为主，结合T型多分岔管路和动态气浮选组成的新型管道式油水分离技术，它具有处理速度快、效率高、占地面积小等优势，符合目前石油工业对分离系统的发展需求，具有广泛的应用前景(见图10).该技术核心是通过油水混合液在柱型管道旋流器中的高速旋流和在T型管中的动态分层交换实现油水在管道中的快速分离，从而突破了传统的采用大型储罐进行油水分离的作法，使分离效率成倍提高.这种小型、紧凑、高效、快速的分离装置，由于体积小，级数少，占地省，具有经济(可减少甚至取消大型沉降罐设备和加热设施)、节能(可在比传统重力式分离操作温度低约20℃的温度下操作)、简捷(油水处理可通过一级撬装设备实现，可有效减少储罐系统、加热系统、电脱水系统、污水处理系统及消防系统、以及相应的管汇系统和控制系统)、安全(在低压、密闭条件下操作，具有很高的安全度，且工艺流程简单，减少了危险点源)等优点，从而可极大地节省油田原油处理的投资费用，对我国油田的开发和工艺进步能起到积极作用.
5.1柱型管道旋流器
柱型管道旋流器是由水平切向入口、旋流器主体、益流口和底流口所构成的管道式分离设备(图11)。油水两相混合液经水平管道以切线方式进入旋流器内，产生高速旋转运动，而由于油、水两相存在密度差异，各相产生不同的离心力.重质相水在离心力作用下流向旋流器边壁，并由内部压力场的作用向下流动从底流口流出，轻质相油则在旋流器中心处聚集，同样，由内部压力场的作用向上流动从益流口流出，完成油水两相分离.
图12是柱型管道旋流器内油核形状随着分流比的变化关系.可以观察到，当分流比为。时，即进入柱型旋流器的油水混合液全部从底流口流出，虽然在旋流器内部能观察到油核，但是油核形状比较模糊，贯穿于整个柱体，此时油水两相不能得到有效分离;当增大分流比时，油核从溢流口处流出，柱体内部的油核形状清晰可见，油水混合液得到了有效分离，但在底流口液流中仍能观察到少量油滴;继续增大分流比。更多的液样从旋流器溢流口流出，旋流器内部的油核变得更加清晰，并且油核的尾部收结于旋流器的底流口上部，此时底流口液流中看不到油滴的存在;进一步增大分流比，从水平切向进入的大部分混合液携带油核从上面的溢流口排出，旋流管内油核呈细长状.从油核形状分布图中可以看出，柱型旋流器的分流比对其油水分离的性能具有重要的影响。CWL-M萃取设备在油水分离技术中的应用
图13给出了一定的入口含油率，溢流口含油率随分流比的变化关系.可以看出，随着分流比的增加.溢流日液样中的含油率出现先增加后降低的趋势.这是因为在分流比较低时混介液进入柱型旋流器体后，只有很少的一部分液体从溢流口排出，在旋流器中心形成的油核不能尽快从溢流口排出。当适当增加分流比后.有更多的液样通过溢流口排出.从而携带了更多的汕核.所以随石分流比的增大，溢流口液样的含油率也随着增大.然而当分流比增大到一定值后，继续增大分流比，并不能提高溢流口的含油率.只是将混合液中的清水更多地从溢流口排出.从而导致了溢流口液样含油率的降低。
目前自主研制的柱型旋流分离器已经广泛应用或中试于某些油田采油平台等生产现场，其处理效果均优于已有分离技术，达到国际水平。由于柱型分离器具有处理速度快、便于操作、占地面积小、分离效率高等优点，因此具有广泛的应用前景。CWL-M萃取设备在油水分离技术中的应用
5.2导流片型管道式分离器
导流片型管道式分离器是通过对井下油水分离技术和研究现状的调研，分析井下油水分离的需求，探讨适合井下应用的分离器结构形式过程中发展得到的一种新型的分离技术和设备，结构示意图如图14所示.其结构由入口处固定倾斜安装在管道中2片或以上的导流片，导流片沿管道的周向均布，并在管道的轴向依次叠置，导流片安装之后，有一段长度约为管径12倍的稳流直管段，紧邻直管段的是一段逐渐缩径的除水管道，在除水管道上沿管的轴向方向开设有一组以上的除水孔，除水孔的外圆周面与所述除水管道的内壁相切，孔径一般在5mm以内，除水管道和与其同轴的外筒所形成的腔室，腔室上开有与其侧壁相交的出口管道.来液由分离器入口进入，经由安装在管道内的导流片部件，在管道内形成稳定的强旋流场，因而密度较小的相在管道轴心处形成核，密度较大的相在管道壁面周边形成环状，达到两相分离的目的.CWL-M萃取设备在油水分离技术中的应用
图15给出了入口流量为3 m³/h下，导流片型管道式分离器的流场分布.可以看出，不同于传统的锥型分离器，该分离器的轴向速度出现3个峰值，且为同向流动，因此更容易形成稳定的流场结构。同时，切向速度在中心区域呈现近似线性关系，在壁面附近的区域呈现准自由涡分布规律.为了简化分析，可将其分为2个区，以最大切向速度所在的径向位置处为分界点，由于两部分的速度分布并不是严格的强制涡分布和自由涡分布，故称为拟强制涡区域和拟自由涡区域.
图16为三叶片20°的导流片型分离器，在入口含油率8%,混合流量3.53 m³/h的工况下，不同分流比时油核形状.从图中可以看出，随着分流比增大，油核逐渐变粗，当分流比较小时，大部分来流从出油日流出，上出口截面的平均轴向速度大，汕核的平均轴向速度较大，油核迅速从出油口流出分流器:当分流比增大到87%时，在入口来流工况不变的情况卜，大部分来流从除水口流出，小部分来流从出油口流出，出油口的平均轴向速度减小.油核的平均轴向速度减小.停留在分离器中的油增加。
导流片型管道式分离技术的优点是体积小、重量轻、占地少、处理时间短、分离效率高、没有运动
