СМЕСИТЕЛЬ ВОДЫ И ГАЗА

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к технологии водогазового воздействия при разработке нефтяных месторождений и может быть использована для получения стабильной мелкодисперсной водогазовой смеси (ВГС).
Основными видами водогазового воздействия являются закачка воды и газа оторочками, а также одновременная закачка воды и газа в виде смеси с мелкодисперсной структурой.
Ключевой проблемой организации закачки ВГС с содержанием газа 50% и более является снижение гидростатического давления на забое нагнетательной скважины по причине уменьшения плотности смеси по ее стволу. Закачка мелкодисперсной ВГС позволяет снизить гидравлические потери на ее транспортировку, что, в свою очередь, позволяет повысить гидростатическое давление на забое, и, как следствие, повысить объемы закачки и эффективность воздействия на нефтяной пласт.
Известен многосопловой регулируемый эжектор, содержащий патрубки подвода высоконапорного и низконапорного газов, форкамеру высоконапорного газа, расширяющуюся по ходу потока камеру смешения, выходной диффузор и дискретные активные сопла, которые размещены равномерно по окружности камеры смешения с образованием вдоль камеры смешения ступеней сжатия (RU № 2047793, МПК F04F 5/04, опубл. 10.11.1995 г.). Данная конструкция эжектора позволяет получать мелкодисперсную ВГС в камере смешения при пропускании через нее потока воды и подаче высоконапорного газа через дискретные активные сопла. Однако данное устройство имеет ограниченные функциональные возможности, так как предназначено для эжектирования потоком газа потоков жидкости, газа или сыпучих сред и не может быть использовано для получения и закачки в пласт мелкодисперсной ВГС.
Известно устройство для эжекции низконапорного попутного нефтяного газа в поток жидкости, находящейся под давлением, выполненное в виде конфузорно-диффузорного перехода, имеющего профиль Вентури со щелью эжекции в области сужения, и содержащее конфузор, диффузор, входной патрубок для подачи газа, расположенный в области сужения и сообщающийся со щелью эжекции с созданием зоны смешения в потоке жидкости (RU № 2508477, МПК F04F 5/04, опубл. 27.02.2014 г.). Данное устройство позволяет увеличить коэффициент восстановления давления при максимальном уровне расхода газа. При этом доля газа в смеси ограничена коэффициентом эжекции устройства. Устройство является достаточно сложным в эксплуатации в плане настройки под изменения давления и расхода газа.
Наиболее близким является устройство для получения мелкодисперсной ВГС, в котором осуществляют смешение воды и газа путем распределения газа по кольцевому воротнику вокруг водяной трубы, в которую газ заходит сквозь множество концентрически расположенных отверстий (http://www.xodusgroup.com/uploads/files/leaflets/10149_Flow_Assurance.pdf).
Недостатком устройства является высокое взаимовлияние потоков воды и газа, что приводит к существенной нестационарности объемного содержания компонент в составе ВГС, и это, соответственно, негативно отражается на эффективности транспорта ВГС и закачки ее в пласт.
Задачей полезной модели является создание простого и удобного в эксплуатации устройства с возможностью гибкой настройки под текущие параметры смешиваемых сред, в частности при изменении давления и расхода.
Техническим результатом является получение стабильной мелкодисперсной структуры водогазовой смеси на выходе устройства с возможностью оперативного регулирования газосодержания смеси при изменении технологических параметров работы.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается смесителем воды и газа, включающим камеру, в которой размещена втулка с закрепленными на ее концах патрубками, один из которых предназначен для подачи воды, другой для отвода водогазовой смеси, а камера содержит патрубок для подачи газа, расположенный под углом 90° к оси втулки, на которой выполнены вдоль ее оси четыре одинаковых паза, расположенных на равном расстоянии друг от друга, и на которую установлен с возможностью вращения вокруг ее оси цилиндр с перфорированными отверстиями различного диаметра, выполненными под углом 30°±2° к его поверхности и расположенными на ней равномерно рядами по длине пазов на втулке, причем отверстия с одинаковым диаметром расположены таким образом, что они совпадают с направлением пазов, ширина каждого из которых больше диаметра наибольших отверстий в цилиндре.
Указанный технический результат достигается благодаря выполнению отверстий для подачи газа под углом относительно направления движения потока воды, что позволяет получить более эффективную диспергацию газа и соответственно обеспечить снижение потерь гидростатического давления на забое нагнетательной скважины. А за счет изменения суммарного проходного сечения отверстий в цилиндре путем его вращения вокруг оси втулки с совмещением ее пазов с отверстиями необходимого диаметра обеспечивается возможность оперативного регулирования газосодержания смеси при изменении технологических параметров работы.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на Фиг. 1 представлена принципиальная схема смесителя воды и газа, а на Фиг. 2 - цилиндр с перфорированными отверстиями.
Смеситель воды и газа (фиг. 1) содержит камеру 1 с патрубком 2 для подачи газа, в которой размещена втулка 3 с закрепленными на ее концах патрубками: 4 - для подачи воды, 5 - для отвода водогазовой смеси. На втулке 3 выполнены вдоль ее оси четыре одинаковых паза 6, расположенных на равном расстоянии друг от друга. На втулку 3 установлен с возможностью вращения вокруг ее оси цилиндр 7 с перфорированными отверстиями 8, выполненными под углом 30°±2° к его поверхности. Уплотнительные кольца 9 установлены между втулкой 3 и цилиндром 7. Перфорированные отверстия 8 на цилиндре 7 (фиг. 2) имеют различный диаметр и расположены равномерно по поверхности цилиндра 7 рядами вдоль оси втулки по направлению пазов на ней с одинаковым диаметром в каждом ряду. Ширина каждого паза 6 на втулке 3 больше диаметра наибольших отверстий в цилиндре 7.
Устройство работает следующим образом. Через патрубок 4 во втулку 3 поступает вода, через патрубок 2 в камеру 1 устройства подается газ, который через отверстия 8 в цилиндре 7 и пазы 6 на втулке 3 впрыскивается в воду. Подача воды и газа осуществляется при давлениях, которые отличаются друг от друга не более чем на 10%. При этом, при попадании в поток воды, струи газа распадаются на отдельные мелкие пузырьки, и на выходе из смесителя образуется водогазовая смесь с мелкодисперсной структурой. Смесь воды и газа по выходному патрубку 5 транспортируется далее в нагнетательные скважины. Диаметры отверстий 8 в цилиндре подбираются исходя из того, что струя газа будет иметь скорость, сопоставимую со скоростью воды. Суммарное проходное сечение отверстий 8 для подачи газа можно изменять путем поворота цилиндра 7 вокруг втулки 3. Изменение суммарной площади сечения отверстий в цилиндре 7 позволяет регулировать скорость истечения из них газа, и, как следствие, степень диспергации смеси. Подбор оптимальных диаметров отверстий 8 в цилиндре 7 осуществляется расчетно-экспериментальным путем.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет получить стабильную мелкодисперсную структуру воды и газа на выходе устройства с возможностью оперативного регулирования газосодержания смеси при изменении технологических параметров работы.