Устройство для приготовления пенокислоты

Изобретение относится к устройствам для смешения жидкостей и газов с получением пены и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности для приготовления пены с целью пенокислотной обработки пласта.

Известно устройство для приготовления пены (Тарат Э.Я. и др. Пенный режим и пенные аппараты. Л., "Химия", 1977, с. 17), содержащее корпус со штуцерами подвода жидкости и газа и штуцерами отвода пенной жидкости и газа, а также решетку, расположенную горизонтально и разделяющую корпус на две части. Принцип действия устройства основан на пропускании газа через слой жидкости, при этом поток жидкости проходит над решеткой, а под решетку поступает поток газа, который проходит через отверстия в решетке и через слой газа, создавая пену.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, ограниченные возможности пенообразования, вызванные конструктивными особенностями устройства. Размер отверстий в решетке, как и их количество, имеет предельное значение, ограниченное прочностными характеристиками материала решетки и ее размерами;

- во-вторых, низкая эффективность и качество пенообразования, так как скорость потока жидкости по решетке ограничена необходимостью создания достаточно тонкого непрерывного потока, а скорость и расход газа имеют предельные значения, препятствующие уносу жидкости через штуцер отвода газа.

Также известно диспергирующее устройство для смешивания газа в жидкости (патент RU №2327511, МПК B01F 5/06, опубл. 27.06.2008 г. в бюл. №18), включающее корпус с поперечными диафрагмами, трубопровод для подачи газа с соплом, расположенным непосредственно в корпусе, причем трубопровод перед соплом снабжен сеткой, выполненной в виде пакета вертикальных труб для равномерного распределения потока, а сопло выполнено в виде косого среза трубопровода, сориентированного по направлению потока жидкости, при этом поперечные диафрагмы расположены в отдельном дополнительном корпусе, установленном после сопла по направлению потока жидкости с возможностью продольного перемещения и фиксации относительно корпуса, при этом поперечные диафрагмы снабжены центральным щелевым отверстием, при этом каждое щелевое отверстие последующей диафрагмы смещено на незначительный угол по направлению часовой стрелки или против часовой стрелки.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей (сопло, снабженное сеткой и выполненное в виде пакета вертикальных труб, поперечные диафрагмы, снабженные центральными щелевыми отверстиями, смещенными на незначительный угол и т.д.);

во-вторых, низкая стабильность вырабатываемой устройством пены, обусловленная отсутствием в конструкции устройства элементов подвода стабилизатора пены;

- в-третьих, высокие гидравлические сопротивления, оказываемые поперечными диафрагмами жидкой среде, препятствуют получению пены с высокой кратностью.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для приготовления пены (патент RU №2137534, МПК B01F 3/04, опубл. 20.09.1999 г. в бюл. №26), содержащее емкость с днищем, в которой установлен приводной вал, причем на приводном валу жестко закреплено не менее одной лопасти, на кромке которой, обращенной в сторону, противоположную вращению, расположено не менее одного турбулизирующего винтообразного элемента, причем кромки лопасти и элементов, обращенные в направлении вращения, выполнены заточенными, при этом на валу установлено не менее двух лопастей, причем в случае размещения по длине вала более одной лопасти они размещены на разной высоте по продолжительности вала таким образом, что их проекции на дно емкости не совпадают, причем емкость дополнительно содержит не менее одного входного штуцера для подвода в емкость воздуха, воды, жидкости с пенообразователем и стабилизатора пены, емкость дополнительно содержит штуцер отвода пены, причем турбулизирующий элемент выполнен из твердого материала и ориентирован практически перпендикулярно валу.

Недостатками устройства являются:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей (приводной вал, емкость, лопасти с турбулизирующим винтообразным элементом и т.д.) и, как следствие, трудный монтаж и высокие затраты на изготовление;

- во-вторых, наличие энергетических затрат при приготовлении пены, связанных с необходимостью вращения приводного вала с помощью электродвигателя;

- в-третьих, высокие гидравлические сопротивления, оказываемые жидкой средой вращению приводного вала с лопастями, препятствуют получению пены с высокой кратностью, при этом образуется пена с максимальной кратностью, равной 3;

- в-четвертых, интенсивное перемешивание газа и жидкости в емкости происходит в интервале вращения лопастей, причем между лопастями возникают «мертвые зоны», где не происходит смешивание газа и жидкости, это приводит к низкой интенсифицикации перемешивания газа и жидкости в емкости и, как следствие, низкому качеству пены. Кроме того, стабилизатор пены вводится в емкость струей, что не обеспечивает полный охват стабилизатором пены по всему поперечному сечению емкости, в результате происходит снижение стабильности (устойчивости) получаемой пены, независимо от скорости вращения вала.

Технической задачей предложения является упрощение конструкции устройства, исключение энергетических затрат для приготовления пены с возможностью получения пены с высокой кратностью (до 5), а также повышение качества и стабильности получаемой пены.

Поставленная задача решается устройством для приготовления пенокислоты, содержащим емкость со штуцером подвода жидкости с пенообразователем, штуцером подвода газа, штуцером подвода стабилизатора, а также штуцером отвода пены.

Новым является то, что емкость выполнена в виде трубы, в которую концентрично установлен полый патрубок, причем полый патрубок с одной стороны жестко соединен с трубой, а с другой стороны полый патрубок герметично размещен в трубе, при этом внутренний диаметр трубы в два раза больше наружного диаметра полого патрубка, причем в полом патрубке выполнены отверстия диаметром 1,8 мм, расположенные в шахматном порядке на расстоянии 10 мм друг от друга, а на наружной поверхности полого патрубка в интервале его отверстий по винтовой поверхности выполнена диафрагма и установлены центраторы, штуцер подвода жидкости установлен в трубу до отверстий полого патрубка, а штуцер подачи газа установлен с одного конца полого патрубка, а штуцер выхода пены размещен на другом конце полого патрубка, причем штуцер для подвода стабилизатора установлен в полый патрубок со стороны штуцера отвода пены на расстоянии не менее 1 м от отверстий и выполнен в виде трубки с косым срезом, высотой, равной внутреннему диаметру полого патрубка, и сориентированным в направлении потока пены.

На чертеже изображено предлагаемое устройство для приготовления пенокислоты.

Устройство для приготовления пенокислоты содержит емкость, выполненную в виде трубы 1, в которую концентрично установлен полый патрубок 2, причем полый патрубок с одной стороны жестко соединен с трубой 1 посредством резьбового соединения 3, а с другой стороны полый патрубок герметично посредством уплотнительных колец 4 размещен в трубе 1.

Внутренний диаметр трубы 1 в два раза больше внутреннего диаметра полого патрубка 2 (D=2·d). Например, внутренний диаметр трубы 1: D=100 мм, а внутренний диаметр полого патрубка 2: d=50 мм.

В патрубке 2 выполнены отверстия 5 диаметром: d_o=1,8 мм, расположенные в шахматном порядке на расстоянии l=10 мм друг от друга.

На наружной поверхности полого патрубка 2 в интервале - L отверстий 5 по винтовой поверхности выполнена диафрагма 6 и установлены центраторы 7. Штуцер 8 подвода жидкости установлен в трубу 1 до отверстий 5 полого патрубка 2.

Штуцер 9 подачи газа установлен с одного конца полого патрубка 2, а с другого конца полого патрубка 2 размещен штуцер 10 отвода пены.

Штуцер 11 для подвода стабилизатора пены установлен в полый патрубок 2 со стороны штуцера 10 отвода пены на расстоянии не менее 1 м от отверстий 5 и выполнен в виде трубки с косым срезом 12, высотой h, равной внутреннему диаметру d полого патрубка 2 и сориентированным в направлении потока пены.

Устройство работает следующим образом.

Сначала определяют число отверстий 5 в полом патрубке 2 в зависимости от давления газа, под которым предполагается закачивать пенокислоту в скважину по формуле

N=(0,1·P)·(Q/0,122),

где N - число отверстий 5;

Q - количество воздуха, нагнетаемого в 50 мм полый патрубок, м³/сут;

0,122 - производительность одного отверстия, имеющего диаметр 1,8 мм, м³/сут;

Р - давление на штуцере 9 подвода газа, МПа.

Число отверстий 5, выполняемых в полом патрубке 2 при различных давлениях закачки газа, приведено в таблице.

Например, давление закачки пенокислоты в скважину составляет 7 МПа. Тогда число отверстий 5 диаметром d₀=1,8 мм, расположенных в шахматном порядке на расстоянии l=10 мм, составляет 1350 штук.

Затем собирают устройство, как показано на чертеже, и монтируют предлагаемое устройство на устье скважины следующим образом.

Устройство для приготовления пенокислоты имеет простую конструкцию, легко в монтаже и имеет низкие затраты на изготовление. Также конструкция предлагаемого устройства исключает энергетические затраты на приготовление пены, связанные с необходимостью вращения приводного вала с помощью электродвигателя.

Конструкция предлагаемого устройства исключает энергетические затраты на приготовление пены, связанные с необходимостью вращения приводного вала с помощью электродвигателя.

Через штуцер 8 подвода жидкости с пенообразователем, причем в качестве жидкости подают кислотный раствор (например, 15%-ный водный раствор соляной кислоты (НСl)), а в качестве пенообразователя - поверхностно-активное вещество, например МЛ-81Б, в количестве 1,0% масс. жидкости.

Подачу кислотного раствора с пенообразователем в предлагаемое устройство осуществляют, например, с помощью насосного агрегата марки ЦА-320 из емкости, не показано.

Препарат МЛ-81Б производится промышленностью по ТУ 2481-007-48482528-99 и представляет собой многокомпонентную смесь анионных и неионогенных синтетических поверхностно-активных веществ разного химического строения, взятых в строго определенном соотношении.

Подключают к штуцеру 9 для подачи газа, например, компрессор марки СД-9/101, который подает воздух.

Кислотный раствор с пенообразователем через штуцер 8 подвода жидкости с минимальным расходом насосного агрегата, например 2 л/с, подают в кольцевое пространство 11.

Воздух компрессором через штуцер 9 для подачи газа подается внутрь полого патрубка 2, например, как указано выше под давлением 7 МПа.

В кольцевом пространстве 13 кислотный раствор с пенообразователем поступает на диафрагму 6, выполненную в виде винтовой поверхности напротив отверстий 5 полого патрубка 2, благодаря чему поток кислотного раствора с пенообразователем закручивается по винтовой поверхности и равномерно распределяется по наружной поверхности полого патрубка 2. Откуда через отверстия 5 кислотный раствор с пенообразователем засасывается (увлекается) внутрь полого патрубка 2 под давлением газа (воздуха) в нем. Внутри полого патрубка 2 за отверстиями 5 образуется пенокислота.

Центраторы 7 обеспечивают концентричное расположение полого патрубка 2 относительно трубы 1 и равномерное распределение потока кислотного раствора с пенообразователем в кольцевом пространстве 13.

Наличие диафрагмы 6, выполненной в виде винтовой поверхности напротив отверстий 5 полого патрубка 2, снижает гидравлические сопротивления вследствие равномерного распределения потока кислотного раствора с пенообразователем по наружной поверхности полого патрубка 2, что гарантирует получение пены с высокой кратностью (до 5), что обеспечивает качественную пенокислотную обработку пласта в скважине. Всасывание газом кислотного раствора с пенообразователем из кольцевого пространства 13 в полый патрубок 2 исключает образование «мертвых зон», где не происходит смешивание газа (воздуха) и жидкости, причем внутри полого патрубка 2 за отверстиями 5 вследствие небольшого диаметра полого патрубка 2 (d=50 мм), поэтому происходит интенсивное перемешивание газа и жидкости, вследствие чего повышается качество приготавливаемой пены.

Через штуцер 11 для подвода стабилизатора подается любой известный стабилизатор пены, например КМЦ-600, в количестве 1,0% масс. пены. КМЦ 600 выпускается ТУ 2231-001-351937-80-96.

Благодаря косому срезу 12, высотой h, равной внутреннему диаметру d полого патрубка 2, и сориентированному в направлении потока пены обеспечивается равномерное распределение стабилизатора пены по всему поперечному сечению потока пены в полом патрубке 2, кроме того, размещение штуцера 11 для подвода стабилизатора, выполненного в виде трубки на расстоянии не менее 1 м, обеспечивает ввод стабилизатора в готовую пенокислоту, т.е. кислотный раствор с пенообразователем смешиваются с газом (воздухом) с образованием пенокислоты, что также повышает стабильность пены.

Предлагаемая конструкция имеет простую конструкцию, исключаются энергетические затраты для приготовления пены, приготавливаемая пена имеет высокую кратность (до 5), а также повышается качество получаемой пены.

Устройство для приготовления пенокислоты, содержащее емкость со штуцером подвода жидкости с пенообразователем, штуцером подвода газа, штуцером подвода стабилизатора, а также штуцером отвода пены, отличающееся тем, что емкость выполнена в виде трубы, в которую концентрично установлен полый патрубок, причем полый патрубок с одной стороны жестко соединен с трубой, а с другой стороны полый патрубок герметично размещен в трубе, при этом внутренний диаметр трубы в два раза больше наружного диаметра полого патрубка, причем в полом патрубке выполнены отверстия диаметром 1,8 мм, расположенные в шахматном порядке на расстоянии 10 мм друг от друга, а на наружной поверхности полого патрубка в интервале его отверстий по винтовой поверхности выполнена диафрагма и установлены центраторы, штуцер подвода жидкости установлен в трубу до отверстий полого патрубка, а штуцер подачи газа установлен с одного конца полого патрубка, штуцер выхода пены размещен на другом конце полого патрубка, причем штуцер для подвода стабилизатора установлен в полый патрубок со стороны штуцера отвода пены на расстоянии не менее 1 м от отверстий и выполнен в виде трубки с косым срезом, высотой, равной внутреннему диаметру полого патрубка, и сориентированным в направлении потока пены.