油田采出水气浮处理用新型微气泡发生器及其分析方法技术

本发明专利技术公开了一种油田采出水气浮处理用新型微气泡发生器及其分析方法，微气泡发生器主体结构包括进水管、上盖板、外壁筒、下盖板、芯体、弹簧支撑座、压缩弹簧、锁紧螺母；芯体上部中心开有反射孔，并以该反射孔为中心向外开有圆周阵列的多条弧形分流槽。结构简单、不易堵塞，即使在低溶解饱和度下也能有效释放出油田采出水中的溶解伴生气而形成大量微细气泡，进而助力后续的气浮净化处理。在分析方法上，本发明专利技术基于计算流体动力学(CFD)数值模拟，对微气泡发生器的内部流场进行模拟，通过压力降和湍动能等参数，分析预测新型微气泡发生器的工作特性和释气效果，并可通过与同类微气泡发生器的CFD数值模拟对比验证本发明专利技术的技术优越性。

Novel micro bubble generator for oil field produced water and gas floating treatment and its analysis method

The invention discloses an oilfield water floating model of micro bubble generator and its analysis method, micro bubble generator main structure comprises a water inlet pipe, the upper cover and the outer wall of the cylinder cover and the lower cover plate, a core body and a spring supporting seat, a compression spring and locking nut; the upper core in the center is provided with holes and reflection. In the reflection hole as the center outward to open a number of curved circle array shunt slot. Has the advantages of simple structure, easy to plug, can effectively release the oil dissolved in water to form a large number of micro gas bubbles dissolved even at low supersaturation, and thus help the subsequent air purification treatment. In the analysis method, the invention is based on computational fluid dynamics (CFD) numerical simulation of internal flow field of the micro bubble generator is simulated by pressure drop and turbulent kinetic parameters, analysis and prediction of new gas release effect characteristics of micro bubble generator, CFD numerical simulation technology verified the superiority of the invention and through with the same kind of micro bubble generator.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种油田采出水气浮处理装置，尤其涉及一种油田采出水气浮处理用新型微气泡发生器及其分析方法。
技术介绍
石油开采过程中必然会相伴产生大量的采出水，尤其目前国内外多数主力油田处于开采的中后期，油井采出液中的含水率甚至高达90％以上。无论是达标排放，还是回注地层，或者是回用做锅炉补给水，这些采出水都必须经过处理，而去除其中的油分和悬浮固体(SS)是处理的主要内容和目标。虽然由于各油田采出水的理化特性不同，相应的处理工艺流程和配套设备也略有不同，但从单元处理技术上来讲，不外乎有重力沉降、离心分离、气浮、粗粒化、过滤、活性炭吸附、膜分离等。其中气浮是一种应用较为普遍的单元处理技术，具有工艺成熟、成本低廉、处理量大等诸多特点，在很多油田的采出水处理工艺流程中得到了广泛应用。例如，辽河油田的“斜板→浮选→过滤”流程，大港油田的“聚结分离→浮选→过滤”流程等，气浮都是其中的关键性单元处理技术。气浮技术是通过某种方法产生大量的微细气泡，并使其与污水中密度接近于水的固体悬浮物(SS)或液体污染物微粒相粘附，形成密度小于水的多相复合体，然后在浮力作用下上浮至水面形成浮渣层，最后通过去除浮渣层而实现固-液或液-液分离。应用气浮技术的前提条件是产生数量足够、粒径大小符合要求的微细气泡，目前的产生方式有溶气析出气泡、引气制造气泡、微孔发泡、剪切接触发泡和电解析出气泡等几种。由于油田采出水的来源和性质较为复杂，往往含有大量的固体悬浮物(SS)或机械杂质，容易使溶气析出气泡配套使用的填料式压力溶气罐或饱和溶气罐(Saturator)发生堵塞而影响正常工作，此外还存在操作复杂和运行维护成本较高等不足，因此与溶气析出气泡相比，引气制造气泡在油田采出水处理中应用相对更为广泛，相应的处理设备包括叶轮旋切气浮设备和射流气浮设备等，前者如TridairHydraulicTM诱导气浮系统、(InducedStaticFlotation)系统、IGF分离器等都属于此类产品，后者如TridairTMMechanicalIGF系统、气浮系统、IGF系统等。令人遗憾的是，叶轮旋切气浮设备和射流气浮设备的最大缺点是所产生的气泡粒径较大，难以将除油效率提升到一个新的高度。因此，就油田采出水气浮处理技术而言，迫切需要结构简单、操作方便和运行维护成本较低且所产生气泡粒径较小的新型微细气泡发生技术。众所周知，由于油田采出水来自地下数百米甚至数千米的地层深处，其中必然含有一些伴生气的溶解组分，到达地面后在经过油气分离器或三相分离器等集输处理设备实施油、气、水多相分离的过程中，虽然大部分溶解的伴生气会随着环境压力的逐渐降低而以微细气泡的形式析出，但到达采出水达标处理环节时其中仍然会残存相当一部分溶解的伴生气。如果能够研制开发一种设备，对该环节的采出水施以剧烈的震荡消能，就可以使残存的这部分低饱和度溶解伴生气在短时间内以微细气泡的形式从采出水中析出。同时，这些微细气泡自采出水中上浮时会携带油粒、固体悬浮颗粒(SS)等并一起浮升至水面，这样就可以化不利因素为有利条件，大大简化采出水的净化处理工艺流程。这种通过对采出水施以剧烈的震荡消能产生微细气泡的方案构思，可以借助传统加压溶气气浮工艺中溶气释放器的结构理念来实现。溶气释放器作为常规加压溶气气浮工艺中的重要设备，通过将填料式压力溶气罐或饱和溶气罐(Saturator)中的溶气水降压消能，使溶解在水中的气体析出，并以微细气泡的形式释放出来。显然，溶气释放器降压消能效果的好坏将直接影响到所产生气泡的微细度和疏密度，进而影响气浮处理效果。最早的溶气释放器采用简单锥阀结构，存在降压消能效果差、生成微细气泡数量少、微细度差等问题，因此新型溶气释放器的研制开发率先受到国外关注，并研制出了多种型号的系列化产品，如英国的WRC型和瑞典的AKA型等加压溶气气浮用喷嘴。国内对于溶气释放器的研究起步较晚，但发展较快，目前体系最成熟、市场占有率最高的溶气释放器为同济大学研制的TV型、TJ型和TS型系列。但客观分析不难发现，这些溶气释放器的适用条件大多需要较高的溶气过饱和度和较高的进水压力，而且容易受机械杂质堵塞的影响。对于油田采出水而言，当其中溶解伴生气的饱和度较低(略高于常温常压时的饱和蒸汽压)、进水压力也较低时，采用常规溶气释放器显然难以释放所期望的大量微细气泡，而且其中必然含有的较多机械杂质也容易堵塞常规溶气释放器，因此迫切需要进一步改进提高目前主流溶气释放器的工作性能。专利CN102491442A中所提出的物理激发器实质上就是一种溶气释放器，主要由进水管、进水节流孔板、激流反射环、反射激荡器、固定承插座、盖板和外壁筒等组成，水流在各部分形成的流道内进行消能降压。专利技术人声称该物理激发器与常规溶气释放器相比有较大的升级改进，能够在较低进水压力和较低溶解过饱和度情况下获得较好的溶气释放效果，虽然进行了油田现场试验，但迄今为止缺乏油田现场工程应用的案例。另外，受设计能力和分析方法所限，该物理激发器在结构设计上存在诸多不足：首先，内部流道过于简单，水流冲击反射孔经流道直接进入稳流区(流向仅改变一次)，降压消能不够彻底，很难实现残存溶解气的完全析出；其次，在正常工作过程中，反射激荡器与盖板之间的缝隙大小始终固定不变，无法实现缝隙大小在不同流量下的自动调节，进而无法保证气泡的均匀析出，造成设备的适应性较差。基于以上原因，有必要研制一款新型的溶气释放式微气泡发生器，并相应建立科学合理的现代设计分析方法，真正实现油田采出水中较低溶解饱和度伴生气的完全释放，生成满足气浮处理工艺要求的微细气泡。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种油田采出水气浮处理用新型微气泡发生器及其分析方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术的油田采出水气浮处理用新型微气泡发生器，包括进水管、上盖板、外壁筒、下盖板、芯体、弹簧支撑座、压缩弹簧、锁紧螺母；所述外壁筒为圆筒状结构，与所述上盖板通过螺纹连接，与所述下盖板焊接，外壁筒下部沿径向方向均匀布置多个出水孔(推荐为12个)，所述芯体置于所述外壁筒、上盖板与下盖板围成的空间中；所述上盖板的下部为内环台阶状结构，中心开有节流孔，所述芯体的上部结构与所述上盖板的下部结构相对应，形成多次直角转向的宽流道，在所述芯体上部开有反射孔，并以该反射孔为中心向外开有圆周阵列的多条弧形分流槽(推荐为4条)，所述节流孔为通孔，所述反射孔为盲孔，所述上盖板的上部对应所述节流孔的部位设置所述进水管；所述压缩弹簧外套在所述弹簧支撑座的上端，并与所述芯体下端的盲孔底面压紧，所述弹簧支撑座的下部旋入所述下盖板的螺纹孔中，且所述弹簧支撑座的下端穿过所述螺纹孔后固定有所述锁紧螺母。本专利技术的上述的油田采出水气浮处理用新型微气泡发生器的分析方法，其工作性能的分析评估和结构合理化设计基于计算流体动力学(CFD)数值模拟来进行，通过分析流场压力降、湍动能，预测新型微气泡发生器的工作特性和释气效果，并通过与同类微气泡发生器的CFD数值模拟对比验证所述油田采出水气浮处理用新型微气泡发生器的技术优越性，同时还用于其他各类微气泡发生器的研制开发。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的油田采出水气浮处理用新型微气泡发生器及其分析方法，具有结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油田采出水气浮处理用新型微气泡发生器，其特征在于，包括进水管(1)、上盖板(2)、外壁筒(3)、下盖板(4)、芯体(10)、弹簧支撑座(6)、压缩弹簧(9)、锁紧螺母(5)；所述外壁筒(3)为圆筒状结构，与所述上盖板(2)通过螺纹连接，与所述下盖板(4)焊接，外壁筒(3)下部沿径向方向均匀布置多个圆形出水孔(8)，所述芯体(10)置于所述外壁筒(3)、上盖板(2)与下盖板(4)围成的空间中；所述上盖板(2)的下部为内环台阶状结构，中心开有节流孔(12)，所述芯体(10)的上部结构与所述上盖板(2)的下部结构相对应，形成多次直角转向的宽流道，在所述芯体(10)上部开有反射孔(11)，并以该反射孔(11)为中心向外开有圆周阵列的多条弧形分流槽，所述节流孔(12)为通孔，所述反射孔(11)为盲孔，所述上盖板(2)的上部对应所述节流孔(12)的部位设置所述进水管(1)；所述压缩弹簧(9)外套在所述弹簧支撑座(6)的上端，并与所述芯体(10)下端的盲孔底面压紧，所述弹簧支撑座(6)的下部旋入所述下盖板(4)的螺纹孔中，且所述弹簧支撑座(6)的下端穿过所述螺纹孔后固定有所述锁紧螺母(5)。

【技术特征摘要】
1.一种油田采出水气浮处理用新型微气泡发生器，其特征在于，包括进水管(1)、上盖板(2)、外壁筒(3)、下盖板(4)、芯体(10)、弹簧支撑座(6)、压缩弹簧(9)、锁紧螺母(5)；所述外壁筒(3)为圆筒状结构，与所述上盖板(2)通过螺纹连接，与所述下盖板(4)焊接，外壁筒(3)下部沿径向方向均匀布置多个圆形出水孔(8)，所述芯体(10)置于所述外壁筒(3)、上盖板(2)与下盖板(4)围成的空间中；所述上盖板(2)的下部为内环台阶状结构，中心开有节流孔(12)，所述芯体(10)的上部结构与所述上盖板(2)的下部结构相对应，形成多次直角转向的宽流道，在所述芯体(10)上部开有反射孔(11)，并以该反射孔(11)为中心向外开有圆周阵列的多条弧形分流槽，所述节流孔(12)为通孔，所述反射孔(11)为盲孔，所述上盖板(2)的上部对应所述节流孔(12)的部位设置所述进水管(1)；所述压缩弹簧(9)外套在所述弹簧支撑座(6)的上端，并与所述芯体(10)下端的盲孔底面压...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈家庆，丁国栋，安杉，蔡小垒，王强强，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，
类型：发明
国别省市：北京;11