Поплавковый дегазатор
Полезная модель предназначена для отбора на анализ исследуемой газовой смеси при проведении газового каротажа. Поплавковый дегазатор содержит дегазационную камеру, ее крышку, поплавок и аэратор. Дегазационная камера представляет собой коаксиально установленные с помощью элементов крепления друг в друге по вертикали трубы разного диаметра, пропущенные сквозь поплавок: с большим диаметром - верхняя труба, с меньшим диаметром - нижняя труба. Аэратор имеет форму шара и выполнен из керамической крошки. Нижний край нижней трубы оформлен в виде меандра, расположенного по контуру нижнего круглого сечения. В крышку вмонтированы четыре порта: один - для входа и три - для выходов газовой смеси. Технический результат заключается в уменьшение веса, габаритов при снижении стоимости и расширении возможности использования в разных условиях. 1 нез.п. ф-лы, 1 пр., 1 фиг.
Полезная модель относится к газонефтедобывающей промышленности, а именно, к устройствам газового каротажа в процессе бурения нефтяных и газовых скважин, в частности, для отбора на анализ исследуемой газовой смеси при проведении газового каротажа.
Известны конструкции дегазаторов разных типов [авторские свидетельства SU на изобретения 
124384, 269875, 328247, 512446, 535414, 1479035, 1542567 и патенты RU на изобретения 2156152, 2271434, 2276249]. Задача всех дегазаторов заключается в том, чтобы дегазатор улавливал большую часть газов бурового раствора.
Однако значительная часть указанных дегазаторов дает возможность улавливать лишь часть газов, находящихся в свободном и растворенном состояниях в буровом растворе. Серьезные помехи в работе дегазаторов вызывают вязкие растворы.
Дегазаторы поплавкового типа представляют наибольший интерес.
Известен дегазатор бурового раствора поплавкового типа, предназначенный для непрерывного отбора свободного газа из части потока бурового раствора на выходе скважины [http://www.geosferatver.ru/gaz/dp-1/dp-1.php]. Дегазатор изготовлен из тонколистовой нержавеющей стали и содержит корпус, установленный на двух цилиндрических поплавках с возможностью регулировки глубины погружения в буровой раствор. На корпусе смонтированы теплообменник радиаторного типа для конденсации паров бурового раствора внутри корпуса дегазатора и приспособления для его крепления к стенкам емкости. Геометрические характеристики дегазатора обеспечивают его плавучесть в буровых растворах разной плотности. В корпусе дегазатора имеется отверстие для сообщения газосборной камеры с атмосферой, необходимое для выравнивания давления вне и внутри камеры. Для улучшения условий выделения газа из раствора дегазатор снабжен пластинчатыми рассекателями в виде гребенки, установленной внутри корпуса перпендикулярно движению потока. Принцип действия основан на выделении пузырьков газа из поверхностных слоев бурового раствора, проходящего через пластинчатые рассекатели дегазатора, и отводе образующейся газовоздушной смеси за счет разрежения, создаваемого насосом системы транспортировки газовоздушной смеси, установленным в станции геолого-технологических исследований скважин. Объем дегазационной камеры 3 дм3 . Площадь поверхности дегазации 0,1 м2, Регулируемая глубина погружения 35 мм. Длина дегазатора 740 мм, ширина - 390 мм, высота - 230 мм. Масса дегазатора - 6,2 кг.
Известен также поплавковый дегазатор [Померанц Л.И. Газовый каротаж. М., Недра, 1982. С.57], состоящий из корпуса рабочей камеры, выполненного из нержавеющей стали и смонтированного на пенопластовых поплавках, на которых он плавает в потоке промывочной жидкости (ПЖ). Поплавковый дегазатор устанавливается у устья скважины и фиксируется в емкости с помощью растяжек. Монтаж дегазатора на поплавках обеспечивает постоянство положения рабочей камеры поплавкового дегазатора относительно уровня ПЖ в емкости, т.е. постоянство отношения дегазируемого объема ПЖ к объему газовой фазы в рабочей камере дегазатора. Нижняя часть корпуса поплавкового дегазатора открыта спереди. Внутри корпуса перпендикулярно к направлению потока ПЖ смонтированы перегородки с прорезями, благодаря чему происходит дробление потока ПЖ и некоторое увеличение контакта поверхности дегазируемой ПЖ с воздухом в рабочей камере дегазатора. В передней части корпуса имеется козырек с отверстиями для доступа воздуха в рабочую камеру. Сверху на корпусе имеется ловушка-отстойник со штуцером для подачи газовой смеси из дегазатора в газовоздушную линию.
Недостатком вышеописанных аналогов являются не всегда приемлемые увеличенные размеры, что не позволяет осуществлять процесс дегазации в емкостях малых объемов, и низкий коэффициент дегазации 1-2%.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является поплавковый дегазатор с интегрирующим контуром [Померанц Л.И. Газовый каротаж. М., Недра, 1982. С.61-62 и авторское свидетельство SU на изобретение 566223 на эту же модель]. Дегазатор представляет собой дегазационную камеру из нержавеющей стали, подвешенную на стальных поплавках понтонного типа с помощью приспособлений, позволяющих регулировать положение дегазационной камеры по отношению к уровню потока ПЖ в емкости. В нижней части камеры смонтирован блок аэратора, подключенный к переносному блоку компрессора. Блок аэратора представляет собой герметичную камеру с крышкой в виде мембраны из нефтестойкой резины или несколько параллельно подключенных к компрессору трубок из нефтестойкой резины. В мембране и трубках аэратора имеются выполненные с шагом 2 мм 2000 отверстий. В верхней части дегазационной камеры имеется конус с отражателем брызг ПЖ и штуцером для включения аэратора в интегрирующий контур. На конусе смонтирован штуцер для подключения дегазационной камеры к гидравлическому затвору, обеспечивающему поддержание в камере небольшого избыточного давления. Принцип действия данного поплавкового дегазатора заключается в том, что газовая смесь, извлекаемая из ПЖ в камере дегазатора, непрерывно циркулирует по интегрирующему контуру, многократно в виде 
2000 пузырьков барботирует через ПЖ в камере дегазатора и непрерывно обогащается газом, извлекаемым из ПЖ этими пузырьками. По мере возрастания давления в камере дегазатора излишки газовой смеси через гидравлический затвор удаляются из камеры и восстанавливается заданное избыточное давление.
Однако также, как и в вышеназванных аналогах, данный дегазатор отличается повышенными размерами, что не всегда позволяет работать ему с современным оборудованием буровых установок, поскольку размеры данных дегазаторов несовместимы с размерами узлов, в первую очередь, с карманами вибросит буровых установок.
Задачей заявляемой полезной модели является уменьшение веса, габаритов поплавкового дегазатора при снижении стоимости и расширении возможности его использования в разных условиях, включая и емкости буровых установок малых объемов.
Сущность заявляемого решения заключается в том, что в поплавковом дегазаторе, включающем установленную с помощью держателей дегазационную камеру из нижней и верхней частей, имеющую вход и выходы газовой смеси для: сброса избыточного давления, отбора на анализ исследуемой газовой смеси и соединения с входом компрессора; аэратор, расположенный в нижней части дегазационной камеры, дегазационная камера представляет собой коаксиально установленные с помощью элементов крепления друг в друге по вертикали трубы разного диаметра, пропущенные сквозь поплавок: с выступом над поплавком вверх и с большим диаметром - верхней трубы, и расположенной под поплавком - в погружной части с меньшим диаметром трубы - нижней трубы; нижний край верхней трубы выступает за нижнюю грань поплавка с исключением образования горизонтальной щели между трубами в любом рабочем положении; аэратор имеет форму шара и выполнен из керамической крошки, нижний край нижней трубы оформлен в виде меандра по контуру нижнего круглого сечения; дегазационная рабочая камера имеет крышку, в которую вмонтированы четыре порта: один - для входа и три - для вышеназванных выходов газовой смеси.
Технический результат заявляемого решения достигается в том числе и заменой геометрии узлов и материалов поплавкового дегазатора, из которых изготовлены узлы (одни с обновленной, другие с принципиально иной геометрией) комплектующих его деталей в сравнении с наиболее близким аналогом. Заявляемое решение заключается в конструировании поплавкового дегазатора в виде двух круглых вытянутых вертикально тел типа труб, помещенных одной коаксиально другой, друг в друге и с определенным выходом одной трубы за пределы другой в их торцевых частях в средней части дегазатора, где установлен поплавок, а также в наличии аэратора определенной структуры и формы в виде шарообразного пористого керамического тела, а также оформления снизу завершающей части нижней трубы в виде меандра по контуру нижнего круглого сечения.
Заявляемая полезная модель поясняется с помощью Фиг., на которой изображен общий вид дегазатора. На Фиг. позициями 1-14 обозначены:
1 - дегазационная камера;
2 - крышка;
3 - поплавок;
4 - верхняя труба;
5 - нижняя труба;
6 - меандр;
7 - аэратор;
8 - порт входа - для подсоединения к каналу на аэратор;
9 - канал на аэратор;
10 - порт для сброса избыточного давления;
11 - порт для отбора на анализ исследуемого продукта;
12 - порт для соединения с входом компрессора;
13 - держатели;
14 - шток крепления.
Поплавковый дегазатор имеет дегазационную камеру 1 с крышкой 2 и поплавок 3, делящий устройство на верхнюю - над поплавком 3 часть и нижнюю под поплавком 3 - погружную часть. Последний выполнен из формодержащего материала - пенопласта, обернутого стеклотканью, поверх которой нанесена пропитка, предотвращающая агрессивное воздействие ПЖ на материал поплавка 3. Дегазационная камера 1 выполнена в виде вертикальной вытянутой структуры, состоящей из двух коаксиальных вертикально ориентированных труб 4, 5 разного диаметра, верхняя 4 большего диаметра, расположенная над поплавком, нижняя 5 - меньшего диаметра, расположенная в погружной части. Нижняя труба 5 дегазационной камеры 1 выполнена с возможностью захода верхним краем внутрь верхней трубы 4 на часть объема, занимаемого нижней частью верхней трубы 4. На нижнем краю погружной части нижней трубы 5 имеется неоднородность в виде меандра 6, выполненного по окружности в сечении торцевой части нижней трубы 5. Внутри нижней трубы 5 с нижнего края размещен аэратор 7 шарообразной формы, выполненный из керамической крошки с диаметром меньше диаметра нижней трубы 5 дегазационной камеры 1. Между аэратором 7 и боковой стенкой нижней трубы 5 имеется кольцевой зазор. В крышке 2 дегазационной камеры 1 выполнены, по крайней мере, четыре порта 8, 10, 11, 12: один для входа - подсоединения 8 к каналу 9 на аэратор 7 и три выходных соответственно для сброса 10 избыточного давления, отбора 11 на анализ исследуемого продукта, соединения 12 с входом компрессора.
Внутри объема дегазационной камеры установлены держатели 13, обеспечивающие центрирование труб 4, 5 и не позволяющие нарушать симметрию в ориентации элементов внутри дегазационной камеры 1. Шток крепления 14 также служит для осуществления крепления элементов, в частности, крышки 2 дегазационной камеры 1 и выведен вверх за ее пределы.
Поплавковый дегазатор работает следующим образом.
При включении компрессора (на фиг.1 компрессор не показан, поскольку он не входит в число узлов, составляющих заявляемое устройство) начинается отсос (откачка) газовой смеси из дегазационной камеры 1 с ПЖ. В то же время происходит нагнетание газовой смеси или просто воздуха в зависимости от количества газа в ПЖ, в названную дегазационную камеру 1 через столб ПЖ, например, шарообразный аэратор 7 из керамической крошки. Подобное движение газовой смеси из дегазационной камеры 1 в компрессор и из компрессора в дегазационную камеру 1 отмеченным выше путем характерно не только для заявляемого дегазатора, но и для других, ранее существовавших, устройств для дегазации бурового раствора (см. Померанц Л.И. Газовый каротаж. М., Недра, 1982. С.62). Названные конструктивные элементы, образующие цепь: компрессор - порт 8 - аэратор 7 - столб ПЖ - порт 10 - компрессор образуют интегрирующий контур, по которому непрерывно циркулирует газовая смесь, которая обогащается с каждым циклом или обедняется в зависимости от насыщенности ПЖ в данный момент времени. Несмотря на то, что столб ПЖ не является конструктивным элементом, он является важным соединительным звеном в данной замкнутой системе - интегрирующем контуре, обеспечивающем главную работу и функцию устройства. Барботирование ПЖ происходит в нижней трубе 5 дегазационной камеры 1 по всему столбу жидкости, находящемуся в объеме нижней трубы 5.
Отличием заявляемого решения на данном этапе работы поплавкового дегазатора является наличие специально оформленных портов - входного и выходного, установленных непосредственно в крышке 5 дегазационной камеры 1. Поплавковые дегазаторы с подобными крышками не обнаружены в процессе поиска при подготовке заявки. ПЖ, двигаясь по объему, в котором расположен заявляемый поплавковый дегазатор, попадает в зону кавитации аэратора 7 на меандр 6, осуществляя первичное образование пузырьков на ее острых кромках. Компрессор создает давление в аэраторе 7 и, тем самым, заставляет ПЖ подниматься с нижнего края погружной части устройства в верхнюю, где происходит основная дегазация ПЖ, сопровождаемая переливом ее через верхний край погружной части - нижней трубы 5.
Пузырьки газа, содержащиеся в ПЖ, соединяются с большими пузырьками, двигаясь по погружной части вверх, где, при переливе ПЖ через край, происходит их схлопывание с высвобождением газа в верхнюю часть - в верхнюю трубу 4 дегазационной камеры 1. Дегазационная камера 1 через один из портов 12 крышки 2 соединяется с входом компрессора, что обеспечивает непрерывность процесса дегазации. Избыточное давление, не нарушая работы устройства, сбрасывается в атмосферу через порт для сброса избыточного давления 10. Из дегазационной камеры 1 через порт 11 осуществляется отбор газовой смеси на анализ. Входной порт интегрирующего контура 8 служит для подсоединения к каналу 9 на аэратор 7.
Примеры.
Заявляемая полезная модель реализована в экспериментальных образцах, изготовленных на одном из предприятий г.Саратова. Они представляют собой совокупности соответствующих пар труб - нижних и верхних с соответствующими друг другу размерами, например: длина верхней трубы - 160 мм, диаметр верхней трубы - 110 мм, длина нижней трубы 90 мм, диаметр нижней трубы - 135 мм. Материал труб - полипропилен. Толщина поплавка - 50 мм, ширина поплавка - 160-165 мм, длина поплавка - 290 мм и, при необходимости, более. Шаг меандра - 20÷30 мм. Изделия готовятся к практической апробации. Найденные конструктивные усовершенствования практически обоснованы, в образцы внесены описанные выше изменения, которые оправдали их конструктивную целесообразность.
Поплавковый дегазатор, включающий установленную с помощью держателей дегазационную камеру из нижней и верхней частей, имеющую вход и выходы газовой смеси для сброса избыточного давления, отбора на анализ исследуемой газовой смеси и соединения с входом компрессора; аэратор, расположенный в нижней части дегазационной камеры, отличающийся тем, что в нем дегазационная камера представляет собой коаксиально установленные с помощью элементов крепления друг в друге по вертикали трубы разного диаметра, пропущенные сквозь поплавок: с выступом над поплавком вверх и с большим диаметром - верхней трубы, и расположенной под поплавком - в погружной части с меньшим диаметром трубы - нижней трубы; нижний край верхней трубы выступает за нижнюю грань поплавка с исключением образования горизонтальной щели между трубами в любом рабочем положении; аэратор имеет форму шара и выполнен из керамической крошки, нижний край нижней трубы оформлен в виде меандра по контуру нижнего круглого сечения; дегазационная рабочая камера имеет крышку, в которую вмонтированы четыре порта: один для входа и три для вышеназванных выходов газовой смеси.
