Structure Optimization and Performance Evaluation of Downhole Oil–Water Separation Tools: A Novel Hydrocyclone

水力旋流器 入口 体积流量 计算机模拟 表面积体积比 流量(数学) 分离(统计) 计算流体力学 优化设计 响应面法 材料科学 石油工程 机械 色谱法 数学 计算机科学 工程类 模拟 机械工程 化学 几何学 化学工程 物理 统计
作者
Xiaojie Zhao,Kai Zhao,Xuan Zhang,Yang Gao,He Liu
出处
期刊:Journal of Energy Resources Technology-transactions of The Asme [ASM International]
卷期号:146 (2) 被引量:8
标识
DOI:10.1115/1.4064001
摘要

Abstract Based on the principle of cyclone separation and 3D printing technology, a novel variable pitch hydrocyclone structure was proposed for the axial flow hydrocyclone separators of oil wells. The structural parameters of this variable pitch hydrocyclone were optimized via a combined approach of the Plackett–Burman design, response surface design, and computational fluid dynamics. A quadratic polynomial mathematical relationship between significant structural parameters and separation efficiency was established. The effects of the inlet flowrate, split ratio, and oil phase volume fraction on oil–water separation performance were systematically analyzed. A laboratory test system for oil–water swirl separation was constructed to verify the accuracy of numerical simulation results and the efficiency of the optimized structure. The optimal overflow split ratio, inlet flowrate, and oil concentration for the hydrocyclone are 30%, 96 m3/day, and 2%, respectively. The combination of these optimal parameters results in an experimental separation efficiency of 99.38%, which is higher than that of the conventional structure (98.8%). The experimental results are in good agreement with the simulation results.
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