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一．題目來源
生產(chǎn)實踐
二.研究目的和意義
由于井眼環(huán)空的循環(huán)液柱壓力低于所鉆地層的孔隙壓力，不可避免地使地層流體（主要是氣體）侵入井眼環(huán)空，并隨鉆井液一起上返，在地層氣體從井底向井口迀移過程中，由于液柱壓力的連續(xù)降低，溶解氣析出，因此氣侵后的鉆井液中的小氣泡特別多，對于切力和粘 度較高的鉆井液，在不采取除氣措施情況下，氣泡可能無 法浮到表面而破裂，或需要較長的駐留時間才能分離。鉆井液液氣分離器是氣侵鉆井液初級脫氣的專用設(shè)備，主要用于清除氣侵鉆井液中直徑大約在φ3～φ25mm的大氣泡。這些大氣泡是指大部分充滿井眼環(huán)空某段的鉆井液中的膨脹性氣體，若不除掉，容易引起井涌，甚至噴出鉆盤表面。因此對于這樣一種很有發(fā)展前景的泥漿氣液分離器的研究有非常重要的意義。
三.讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱
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四．國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向
氣液分離技術(shù)是從氣流中分離出霧滴或液滴的技術(shù)，該技術(shù)廣泛的應(yīng)用于各個工程等工藝過程,用于分離清除有害物質(zhì) 或高效回收有用物質(zhì)。氣液分離技術(shù)的機理有重力沉降、慣性 碰撞、離心分離、靜電吸引、擴(kuò)散等,依據(jù)這些機理已經(jīng)研制出許多實用的氣液分離器。
1、 重力沉降分離
氣液重力沉降分離是利用氣液兩相的密度差實現(xiàn)兩相的重力分離,即液滴所受重力大于其氣體的浮力時，液滴將從氣相 中沉降出來,被分離。它結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、操作彈性大，需要較長的停留時間,分離器體積大,笨重，投資高，分離效果差，只能分離較大液滴,其分離液滴的極限值通常為lOOum,主要用于地面天然氣開采集輸。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，該項技術(shù)已基本成熟。當(dāng)前研究的重點是研制高效的內(nèi)部填料以提高其分離效率。此類分離器的設(shè)計關(guān)鍵在于確定液滴的沉降速度，然后確定分離器的直徑。
2、 過濾分離
通過過濾介質(zhì)將氣體中的液滴分離出來的分離方法即為過濾分離。其核心部件是濾芯,以金屬絲網(wǎng)和玻璃纖維較佳。氣體流過絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)時，大于絲網(wǎng)孔徑的液滴將被攔截而分離出來。若液滴直接揸擊絲網(wǎng),它們也將被攔截。直接攔截可以收集 一定數(shù)置比其孔徑小的顆粒,除液滴直接撞擊絲網(wǎng)外。過濾型氣液分離器具有高效、可有效分離0.1?10um范圍小粒子等優(yōu)點，當(dāng)氣速增大時,氣體中液滴夾帶量增加;甚至，使填料起 不到分離作用,無法進(jìn)行正常生產(chǎn);另外,金屬絲網(wǎng)存在清洗困 難的問題。故其運行成本較高,現(xiàn)主要用于合成氨原料氣凈化 除油、天然氣凈化及回收凝析油以及柴油加氫尾處理等場合。
3. 慣性分離
氣液慣性分離是運用氣流急速轉(zhuǎn)向或沖向檔板后再急速 轉(zhuǎn)向,使液滴運動軌跡與氣流不同而達(dá)到分離。此類分離器主 要指波紋(折)板式除霧(沫)器，它結(jié)構(gòu)簡單、處理量大,氣速度 一般在15?25 m/s,但阻力偏大,且在氣體出口處有較大吸力 造成二次夾帶，對于粒徑小于25 i?ni的液滴分離效果較差，不適于一些要求較高的場合。其除液元件是一組金屬波紋板，其 性能指標(biāo)主要有:液滴去除率、壓降和最大允許氣流量(不發(fā)生再夾帶時),還要考慮是否易發(fā)生污垢堵塞。液滴去除的物理機 理是慣性碰撞,液滴去除率主要受液滴自身慣性的影響。通常用于：（1)濕法煙氣脫硫系統(tǒng)，設(shè)在煙氣出口處,保證脫硫塔出 口處的氣流不夾帶液滴；（2)塔設(shè)備中，去除離開精餾、吸收、解 吸等塔設(shè)備的氣相中的液滴，保證控制排放、溶劑回收、精制產(chǎn) 品和保護(hù)設(shè)備?，F(xiàn)在波紋板除霧器的分離理論和數(shù)學(xué)模型已經(jīng) 基本成熟,對其研究集中在結(jié)構(gòu)優(yōu)化及操作參數(shù)方面來提高脫液效率。國內(nèi)有學(xué)者對除霧器葉片形式作了比較,發(fā)現(xiàn)弧形葉片與折板形葉片的除霧效率相近,弧形除霧器的壓降明顯小于折板形，故弧形葉片除霧器的綜合性能比折板式除霧器要好。
4、 離心分離
氣液離心分離主要指是氣液旋流分離，是利用離心力來分 離氣流中的液滴,因離心力能達(dá)到重力數(shù)十倍甚至更多,故它比重力分離具有更高的效率。其主要結(jié)構(gòu)類型有：
（1) 管柱式旋流氣液分離器 (GLCChGLCC在1995年首次用于多相流量計環(huán)， 經(jīng)過GLCC分離后的氣液兩相分別用單相流量計計量，然后再合并,避免了多相流測量中的問題;GLCC在地面和海上油氣分離、井下分離、便攜式試井設(shè)備、油氣泵、多相流量計、天然氣輸 送以及火炬氣洗滌等具有巨大的潛在應(yīng)用。
（2) 螺旋片導(dǎo)流式氣液分離器(CS)。 1996年國外專家成功研制了螺旋片導(dǎo)流式氣 液旋流分離器,直接在井口將氣液進(jìn)行分離,増加了采油回收率,分離后的氣體和液體用不同的管道輸送各相，降低了多相 流輸送時易出現(xiàn)的斷續(xù)流、堵塞和沉積等典型問題。
（3) 軸流式氣液旋流分離器。 軸流式氣液旋流分離器與切向入口式旋流器 的相比其離心力是靠導(dǎo)向葉片產(chǎn)生的，使旋轉(zhuǎn)流保持穩(wěn)定,并有助于維持層流特性,且阻力損失較小。此分離器結(jié)構(gòu)簡單、過流面積大,中間流道的連接和管柱整體結(jié)構(gòu)形式簡單,能夠與常規(guī)坐封工藝和起下作業(yè)工藝吻合,顯著降低了加工制造難度 和加工成本及現(xiàn)場操作技術(shù)難度,適宜于井下狹長空間環(huán)境的安裝操作，是用于井下氣液分離的理想分離設(shè)備。
我國各個行業(yè)需要進(jìn)行氣液分離的場合眾多，氣液分離的方法設(shè)備也相當(dāng)多,不的方法設(shè)備具有不同的優(yōu)缺點,但各 種方法都具有相當(dāng)?shù)木窒扌?應(yīng)用范圍比較狹窄,具有通用性,并且大多數(shù)分離設(shè)備的分離機理并不十分清楚。在分離器方面目前在200年由中國石油大學(xué)多相流實驗室研制了100mm 軸流式氣液旋流分離器較為先進(jìn),進(jìn)行了性能試驗試驗過程中發(fā)現(xiàn), 短路流和二次流夾帶對于分離器的分離效率影響較大,采用合理的溢流管結(jié)構(gòu)形式可以減少短路流和二次流夾帶, 提高分離效率。開發(fā)高效低阻具有普遍實用性的氣液分離技術(shù)，和多種分離技術(shù)的組合應(yīng)用,以及研究分離機理將是今后氣液分離技術(shù)的研究重點。
五.主要研究內(nèi)容、重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路
主要研究內(nèi)容：
1． 氣液分離器原理；
2． 根據(jù)要處理的鉆井液類型及分離氣泡直徑確定分離器的類型；
3． 泥漿氣-液分離設(shè)計方案論證。
重點研究的關(guān)鍵問題：
4． 離心式氣液分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度計算；
5． 離心式氣液分離器分離性能預(yù)測；
6． 分離器殼體的有限元分析。
解決思路：
1.查閱國內(nèi)外相關(guān)資料，了解基本的工作原理；
2.根據(jù)工作原理和工作方式確定結(jié)構(gòu)組成；
3.查閱國內(nèi)氣液分離器，進(jìn)行型號規(guī)格選擇；
4.依據(jù)給定參數(shù)選擇類型；
5.根據(jù)參數(shù)進(jìn)行計算分析確定結(jié)構(gòu)具體尺寸；
6.畫裝配圖；
7.畫出零件圖。
六.工作的主要階段、進(jìn)度與時間安排
畢業(yè)設(shè)計時間共計12周，具體安排如下：
第7周 查閱資料和翻譯外文資料
第8周 撰寫開題報告，準(zhǔn)備開題報告答辯
第9-10周 確定總體方案
第11周 液氣分離器設(shè)計方案論證
第12周 結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度計算
第13-14周 分離器分離性能預(yù)測并使用Ansys等軟件模擬流場
第15周 設(shè)備參數(shù)計算
第16-17周 分離器各部分裝配圖的測繪
第18周 修改畢業(yè)設(shè)計
七.指導(dǎo)老師審查意見
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