书籍详情
旋流分离及同井注采技术
作者：邢雷、赵立新、蔡萌 等 编著
出版社：化学工业出版社
出版时间：2024-08-01
ISBN：9787122463920
定价：¥168.00
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内容简介
本书系统论述了旋流分离技术的发展过程、研究热点、基本理论、研究方法及应用领域等，结合井下多相介质旋流分离及同井注采技术，简要介绍了同井注采工艺原理、装备技术、应用现状等，着重对旋流分离技术在拓宽同井注采适用范围方面的创新成果开展论述。主要内容包括：旋流分离技术概述、旋流分离理论基础、旋流分离技术研究方法、旋流分离技术的应用、同井注采技术概述、井下油水旋流分离技术、井下气液旋流分离技术、井下水力聚结旋流分离技术、同井注采技术的现场应用。本书可为石油、化工、市政、环保、机械等领域从事非均相介质分离技术研究、开发、生产及应用的相关专业技术人员提供借鉴，也可为高校及研究院所的师生开展非均相介质分离领域相关课题开发、技术研究、方案设计提供一定参考，还可作为相关专业研究生或本科生的教材。
作者简介
邢雷，黑龙江省石油石化多相介质处理及污染防治重点实验室成员、黑龙江省流体机械及工程领军人才梯队成员，大庆市青年五四奖章获得者。中国机械工程学会高*级会员、中国化工学会会员、东北石油大学学报青年编委，担任Physicsoffluids、Separationandpurificationtechnology、Powdertechnology等期刊审稿人。 科研方面，主要从事以旋流分离技术为特色的多相介质分离技术、井下油水分离及同井注采技术、油田水处理技术等方面的研究工作。作为主要完成人参与国家自然基金区域创新发展联合基金重点项目、国家“863计划”课题、黑龙江省自然科学基金（重点）项目等科研项目17项，主持国家自然科学基金青年基金项目、中国博士后科学基金面上项目、黑龙江省自然科学基金项目、大庆市引导性科技项目等科研项目12项。出版学术专著1部，以首要作者/通讯作者累计发表论文50余篇，其中SCI/EI收录论文20余篇，申报国家发明专利72件，已授权33件。指导学生获科技竞赛奖励40余项，其中国家*级奖励20余项，省级奖励10余项。研制的井下油水分离器、气液旋流分离装备等在大庆、吉林、大港等油田获推广应用。 教学方面，承担黑龙江省教育科学规划重点项目1项，黑龙江省高等教育教学改革项目1项，课程思政重点建设课程1门，获东北石油大学教学成果奖1项，主讲《压力容器安全技术》《采油安全工程技术》《旋流分离技术》《石油装备计算流体动力学案例分析课程》《化工机械前沿技术》等本科及研究生课程。
目录
第一章旋流分离技术概述1
第一节水力旋流器研究热点可视化分析 1
一、水力旋流器的发展 1
二、水力旋流器热点关键词分析 2
三、基于可视化分析结果的发展过程分析 6
四、基于可视化分析结果的发展趋势展望 7
第二节旋流分离技术的特点 7
一、旋流分离技术的优点 7
二、旋流分离技术的缺点 8
第三节水力旋流器的结构及工作原理 9
一、固-液分离水力旋流器 9
二、液-液分离水力旋流器 11
三、气-液分离水力旋流器 12
四、气-固分离水力旋流器 14
五、颗粒分级水力旋流器 15
第四节水力旋流器的分类 17
一、按分离介质分类 17
二、按结构特点分类 17
三、按离散相介质浓度分类 19
四、按旋流器尺寸分类 19
五、按安装方式分类 19
六、按分离场域特性分类 20
第五节水力旋流器分离性能评价方法 22
一、质量效率 22
二、简化效率 23
三、综合效率 23
四、级效率 24
五、其他分离效率 25
六、压力降 26
七、压降比 26
第六节旋流分离器分离特性的影响因素 26
一、入口流量特性 26
二、压力变化特性 28
三、分流比变化特性 32
四、结构参数的影响 34
五、其他影响因素 36
参考文献 40
第二章旋流分离理论基础42
第一节涡流运动基本理论 42
一、涡的定量表征 43
二、旋转流基本方程 43
三、自由涡运动 44
四、强制涡运动 46
五、组合涡运动 47
六、源流与汇流 50
七、螺线涡运动 52
第二节旋流分离机理 55
一、离散相液滴的受力分析 56
二、颗粒与流体的相互作用 59
三、旋流聚结机理 62
第三节水力旋流器内的速度场分布 64
一、切向速度 64
二、轴向速度 66
三、径向速度 73
第四节水力旋流器内的压力分布与能量损失 78
一、水力旋流器内的压力分布 79
二、水力旋流器内的能量损失 81
参考文献 84
第三章旋流分离技术研究方法89
第一节数值模拟方法 89
一、湍流模型 89
二、多相流模型 95
三、基于欧拉-欧拉方法的流场特性分析 99
第二节分离性能实验方法 101
一、气-液旋流分离性能实验 101
二、固-液旋流分离性能实验 104
三、液-液旋流分离性能实验 108
第三节流场测试方法 110
一、基于LDV的速度场测试 110
二、基于PIV的速度场测试 113
三、基于HSV的离散相运动行为分析 118
四、基于染色法的流场测试 128
五、其他流场测试方法 130
第四节结构参数优化方法 132
一、试验设计基础 132
二、单因素法 133
三、最陡爬坡法 137
四、正交试验设计 138
五、响应曲面设计 144
六、提升模拟分析效能的快速优化方法 146
参考文献 156
第四章旋流分离技术的应用162
第一节旋流分离技术在化工领域的应用 162
一、旋流分离技术在甲醇制烯烃工艺废水处理中的应用 162
二、旋流分离技术在催化剂颗粒回收中的应用 163
第二节旋流分离技术在食品领域的应用 165
一、旋流分离技术在分离豌豆浆液淀粉中的应用 165
二、旋流分离技术在制备糯米粉中的应用 167
第三节旋流分离技术在生物领域的应用 170
一、旋流分离技术在动物细胞分离领域的应用 170
二、旋流分离技术在微藻提取中的应用 171
三、旋流分离技术在医疗废水处理中的应用 173
第四节旋流分离技术在冶金领域的应用 174
一、旋流分离技术在煤矿选煤中的应用 174
二、旋流分离技术用于铜冶炼炉灰除铅 175
第五节旋流分离技术在环境保护领域的应用 176
一、旋流分离技术在城市污水处理中的应用 176
二、旋流分离技术在海洋平台含油污水处理中的应用 178
第六节旋流分离技术在石油领域的应用 179
一、石油领域内的气-液分离水力旋流器的应用 179
二、海洋平台可燃冰开采中固-液分离水力旋流器的应用 182
三、旋流分离技术在同井注采技术中的应用 184
参考文献 184
第五章同井注采技术概述187
第一节同井注采技术背景 187
第二节同井注采技术发展现状 187
第三节同井注采技术原理及优势 193
第四节同井注采封隔工艺分类 194
一、上采下注封隔工艺 194
二、下采上注封隔工艺 194
三、其他封隔工艺 195
第五节动力系统及注采方式 195
一、双泵抽吸式注采工艺 195
二、单泵增压式注采工艺 196
第六节同井注采技术发展趋势 197
一、面临的挑战 197
二、发展趋势 198
参考文献 200
第六章井下油水旋流分离技术203
第一节轴入式水力旋流器研究现状 203
第二节井下轴入式旋流分离技术 204
一、轴入式水力旋流器结构及工作原理 205
二、轴入式水力旋流器研究方法 205
三、轴入式水力旋流器试验结果分析 205
第三节井下轴入式两级串联旋流分离技术 210
一、井下轴入式两级串联结构及工作原理 210
二、处理量对流场特性及分离性能的影响 211
三、分流比对流场特性及分离性能的影响 213
四、井下轴入式两级串联水力旋流器实验 215
第四节井下微型油水旋流分离技术 217
一、微型水力旋流器结构及工作原理 217
二、微型水力旋流器研究方法 218
三、微型水力旋流器优化结果分析 220
第五节井下螺旋分离技术 222
一、螺旋分离器结构及工作原理 223
二、螺旋分离器内部流场数值模拟与验证 224
三、螺旋分离器油水分离适应性试验研究 236
第六节井下多级螺旋分离技术 244
一、多级螺旋分离器结构设计 244
二、多级螺旋分离器仿真与试验结果分析 245
第七节井下气举式油水分离技术 253
一、气举式水力旋流器结构及工作原理 253
二、气举式水力旋流器研究方法 254
三、气举式水力旋流器实验结果分析 255
第八节高产液量条件下井下多级串接并联旋流分离技术 259
第九节基于3D打印的变螺距式旋流分离技术 261
一、变螺距式水力旋流器结构设计 261
二、操作参数对变螺距式水力旋流器分离性能的影响 261
参考文献 266
第七章井下气-液旋流分离技术269
第一节井下紧凑型气-液旋流分离技术 269
一、紧凑型气-液分离水力旋流器工作原理及结构设计 269
二、紧凑型气-液分离水力旋流器室内实验性能研究 271
三、倒锥长度对紧凑型气-液分离水力旋流器分离性能影响规律分析 271
第二节超低产液量条件下井下微型气-液旋流分离技术 277
一、微型气-液分离水力旋流器工作原理及结构设计 277
二、微型气-液分离水力旋流器分离性能测试实验方法 277
三、不同操作参数对微型气-液分离水力旋流器分离性能影响规律分析 279
第三节同井注采井筒内油气水三相旋流分离技术 281
第四节高气液比条件下井下气-液旋流分离技术 283
一、适用于螺杆泵井高气液比条件下的旋流分离技术 283
二、适用于抽油机井高气液比条件下的旋流分离技术 284
第五节适用于脉动条件下的井下气-液旋流分离技术 285
参考文献 287
第八章井下水力聚结-旋流分离技术289
第一节水力聚结技术 290
一、水力聚结装置及工作原理 290
二、水力聚结装置的性能分析 290
第二节水力聚结-旋流分离机理分析 299
第三节水力聚结-旋流分离装置 301
第四节水力聚结-旋流分离装置的性能验证 301
参考文献 311
第九章同井注采技术的现场应用316
第一节同井注采技术现场应用现状 316
一、同井注采工艺管柱设计方案 317
二、工艺初期现场试验及问题分析 319
三、工艺管柱内部的结构优化研究 320
四、现阶段工艺系统的形成 324
五、油田现场试验效果分析 326
第二节同井注采工艺动力泵组的参数选择及适用性拓展 332
一、注采泵的参数选择及设计 332
二、不同套管尺寸下的同井注采工艺 337
第三节同井注采工艺内配套监测及封隔系统 339
一、同井注采工况远程在线监测系统平台开发 339
二、井下注采封隔工艺 343
参考文献 345
第一节水力旋流器研究热点可视化分析 1
一、水力旋流器的发展 1
二、水力旋流器热点关键词分析 2
三、基于可视化分析结果的发展过程分析 6
四、基于可视化分析结果的发展趋势展望 7
第二节旋流分离技术的特点 7
一、旋流分离技术的优点 7
二、旋流分离技术的缺点 8
第三节水力旋流器的结构及工作原理 9
一、固-液分离水力旋流器 9
二、液-液分离水力旋流器 11
三、气-液分离水力旋流器 12
四、气-固分离水力旋流器 14
五、颗粒分级水力旋流器 15
第四节水力旋流器的分类 17
一、按分离介质分类 17
二、按结构特点分类 17
三、按离散相介质浓度分类 19
四、按旋流器尺寸分类 19
五、按安装方式分类 19
六、按分离场域特性分类 20
第五节水力旋流器分离性能评价方法 22
一、质量效率 22
二、简化效率 23
三、综合效率 23
四、级效率 24
五、其他分离效率 25
六、压力降 26
七、压降比 26
第六节旋流分离器分离特性的影响因素 26
一、入口流量特性 26
二、压力变化特性 28
三、分流比变化特性 32
四、结构参数的影响 34
五、其他影响因素 36
参考文献 40
第二章旋流分离理论基础42
第一节涡流运动基本理论 42
一、涡的定量表征 43
二、旋转流基本方程 43
三、自由涡运动 44
四、强制涡运动 46
五、组合涡运动 47
六、源流与汇流 50
七、螺线涡运动 52
第二节旋流分离机理 55
一、离散相液滴的受力分析 56
二、颗粒与流体的相互作用 59
三、旋流聚结机理 62
第三节水力旋流器内的速度场分布 64
一、切向速度 64
二、轴向速度 66
三、径向速度 73
第四节水力旋流器内的压力分布与能量损失 78
一、水力旋流器内的压力分布 79
二、水力旋流器内的能量损失 81
参考文献 84
第三章旋流分离技术研究方法89
第一节数值模拟方法 89
一、湍流模型 89
二、多相流模型 95
三、基于欧拉-欧拉方法的流场特性分析 99
第二节分离性能实验方法 101
一、气-液旋流分离性能实验 101
二、固-液旋流分离性能实验 104
三、液-液旋流分离性能实验 108
第三节流场测试方法 110
一、基于LDV的速度场测试 110
二、基于PIV的速度场测试 113
三、基于HSV的离散相运动行为分析 118
四、基于染色法的流场测试 128
五、其他流场测试方法 130
第四节结构参数优化方法 132
一、试验设计基础 132
二、单因素法 133
三、最陡爬坡法 137
四、正交试验设计 138
五、响应曲面设计 144
六、提升模拟分析效能的快速优化方法 146
参考文献 156
第四章旋流分离技术的应用162
第一节旋流分离技术在化工领域的应用 162
一、旋流分离技术在甲醇制烯烃工艺废水处理中的应用 162
二、旋流分离技术在催化剂颗粒回收中的应用 163
第二节旋流分离技术在食品领域的应用 165
一、旋流分离技术在分离豌豆浆液淀粉中的应用 165
二、旋流分离技术在制备糯米粉中的应用 167
第三节旋流分离技术在生物领域的应用 170
一、旋流分离技术在动物细胞分离领域的应用 170
二、旋流分离技术在微藻提取中的应用 171
三、旋流分离技术在医疗废水处理中的应用 173
第四节旋流分离技术在冶金领域的应用 174
一、旋流分离技术在煤矿选煤中的应用 174
二、旋流分离技术用于铜冶炼炉灰除铅 175
第五节旋流分离技术在环境保护领域的应用 176
一、旋流分离技术在城市污水处理中的应用 176
二、旋流分离技术在海洋平台含油污水处理中的应用 178
第六节旋流分离技术在石油领域的应用 179
一、石油领域内的气-液分离水力旋流器的应用 179
二、海洋平台可燃冰开采中固-液分离水力旋流器的应用 182
三、旋流分离技术在同井注采技术中的应用 184
参考文献 184
第五章同井注采技术概述187
第一节同井注采技术背景 187
第二节同井注采技术发展现状 187
第三节同井注采技术原理及优势 193
第四节同井注采封隔工艺分类 194
一、上采下注封隔工艺 194
二、下采上注封隔工艺 194
三、其他封隔工艺 195
第五节动力系统及注采方式 195
一、双泵抽吸式注采工艺 195
二、单泵增压式注采工艺 196
第六节同井注采技术发展趋势 197
一、面临的挑战 197
二、发展趋势 198
参考文献 200
第六章井下油水旋流分离技术203
第一节轴入式水力旋流器研究现状 203
第二节井下轴入式旋流分离技术 204
一、轴入式水力旋流器结构及工作原理 205
二、轴入式水力旋流器研究方法 205
三、轴入式水力旋流器试验结果分析 205
第三节井下轴入式两级串联旋流分离技术 210
一、井下轴入式两级串联结构及工作原理 210
二、处理量对流场特性及分离性能的影响 211
三、分流比对流场特性及分离性能的影响 213
四、井下轴入式两级串联水力旋流器实验 215
第四节井下微型油水旋流分离技术 217
一、微型水力旋流器结构及工作原理 217
二、微型水力旋流器研究方法 218
三、微型水力旋流器优化结果分析 220
第五节井下螺旋分离技术 222
一、螺旋分离器结构及工作原理 223
二、螺旋分离器内部流场数值模拟与验证 224
三、螺旋分离器油水分离适应性试验研究 236
第六节井下多级螺旋分离技术 244
一、多级螺旋分离器结构设计 244
二、多级螺旋分离器仿真与试验结果分析 245
第七节井下气举式油水分离技术 253
一、气举式水力旋流器结构及工作原理 253
二、气举式水力旋流器研究方法 254
三、气举式水力旋流器实验结果分析 255
第八节高产液量条件下井下多级串接并联旋流分离技术 259
第九节基于3D打印的变螺距式旋流分离技术 261
一、变螺距式水力旋流器结构设计 261
二、操作参数对变螺距式水力旋流器分离性能的影响 261
参考文献 266
第七章井下气-液旋流分离技术269
第一节井下紧凑型气-液旋流分离技术 269
一、紧凑型气-液分离水力旋流器工作原理及结构设计 269
二、紧凑型气-液分离水力旋流器室内实验性能研究 271
三、倒锥长度对紧凑型气-液分离水力旋流器分离性能影响规律分析 271
第二节超低产液量条件下井下微型气-液旋流分离技术 277
一、微型气-液分离水力旋流器工作原理及结构设计 277
二、微型气-液分离水力旋流器分离性能测试实验方法 277
三、不同操作参数对微型气-液分离水力旋流器分离性能影响规律分析 279
第三节同井注采井筒内油气水三相旋流分离技术 281
第四节高气液比条件下井下气-液旋流分离技术 283
一、适用于螺杆泵井高气液比条件下的旋流分离技术 283
二、适用于抽油机井高气液比条件下的旋流分离技术 284
第五节适用于脉动条件下的井下气-液旋流分离技术 285
参考文献 287
第八章井下水力聚结-旋流分离技术289
第一节水力聚结技术 290
一、水力聚结装置及工作原理 290
二、水力聚结装置的性能分析 290
第二节水力聚结-旋流分离机理分析 299
第三节水力聚结-旋流分离装置 301
第四节水力聚结-旋流分离装置的性能验证 301
参考文献 311
第九章同井注采技术的现场应用316
第一节同井注采技术现场应用现状 316
一、同井注采工艺管柱设计方案 317
二、工艺初期现场试验及问题分析 319
三、工艺管柱内部的结构优化研究 320
四、现阶段工艺系统的形成 324
五、油田现场试验效果分析 326
第二节同井注采工艺动力泵组的参数选择及适用性拓展 332
一、注采泵的参数选择及设计 332
二、不同套管尺寸下的同井注采工艺 337
第三节同井注采工艺内配套监测及封隔系统 339
一、同井注采工况远程在线监测系统平台开发 339
二、井下注采封隔工艺 343
参考文献 345
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