ГАЗОЖИДКОСТНОЙ ДИСПЕРГАТОР

Изобретение относится к устройствам для диспергирования и может быть использовано, например, в нефтяной промышленности для приготовления стабильной мелкодисперсной гомогенной пены.
Известно устройство для получения водогазовой смеси, применяемой при разработке нефтяной залежи, состоящее из струйного насоса с кавитационным узлом и струйным диспергатором /Патент РФ №2266396, Е 21 В 43/20, 20.12.2005./. Устройство работает следующим образом: вода прокачивается через коническое сопло струйного насоса, вызывает подсос газа в кавитационный узел, где происходит первоначальное перемешивание сред. Далее полученная смесь поступает в струйный диспергатор, где происходит окончательное приготовление водогазовой смеси.
Устройство недостаточно эффективно, поскольку требует вести подачу воды в сопло под достаточно высоким давлением, чтобы вызвать подсос газа, что связано со значительными гидропотерями. Кавитационный узел и струйный диспергатор сами по себе являются мощнейшими гидравлическими сопротивлениями при столь высоких расходах, необходимых для работы струйного насоса и кавитационного узла.
3
Кроме того, подсос газа за счет работы струйного насоса не может обеспечить постоянный стабильный режим подачи газовой фазы в кавитационный узел и струйный диспергатор из-за высокого давления в них за счет ранее упомянутых гидравлических сопротивлений. Это приводит к неравномерному характеру насыщения жидкости газовой фазой. Высокие расходы воды, необходимые для работы струйного насоса, сокращают время пребывания порций жидкости и газа в полостях кавитационного узла и струйного диспергатора, что делает невозможным формирование стабильной мелкодисперсной водогазовой смеси. Поэтому данное устройство не позволяет получать стабильную мелкодисперсную водогазовую смесь со средней плотностью от 300 до 700 кг/м.
Устройство сложно в исполнении и весьма чувствительно к выбору режима работы.
Наиболее близким к предлагаемому газожидкостному диспергатору по совокупности существенных признаков является устройство для гомогенизации топливовоздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания /Патент РФ №2209335/, F 02 M 29/14? 27/07/2003./, содержащее корпус кольцевого сечения и не менее двух
турбулизаторов, выполненных в виде остроугольных кольцевых выступов (штуцеров), расположенных на внутренней поверхности корпуса, перекрывающих поток смеси.
Недостатком известного устройства для получения газо-жидкостной смеси является то, что оно эффективно только для получения аэрозоли, т.е. смеси газа и жидкости, где средой является газ, а фазой в виде капель - жидкость. Остроугольные кольцевые выступы при их контакте с жидкой фазой способствуют эффективному механическому дроблению жидкой фазы на более мелкие капли. В плане создания пен, где пузырьки газа распределены в среде жидкости, устройство малоэффективно, поскольку газовая фаза, обладающая значительной упругостью по сравнению с жидкостью, плохо подвержена механической дезинтеграции при контакте с заостренными краями твердой поверхности. При применении устройства-прототипа для приготовления пен не удается диспергировать газовую фазу в жидкости до пузырьков менее 0,5 мм.
Наиболее эффективная диспергация газа в жидкости, по мнению авторов, возможна в условиях интенсивной турбулизации в объеме камеры диспергирования и перемешивания между соседними штуцерами, что невозможно при соосном расположении проходных сечений штуцеров в устройстве-прототипе, где наблюдается стержневой - беспрепятственный - проход смешиваемых сред по центру устройства. Так как получаемый в устройстве-прототипе продукт имеет ярко выраженную четочную структуру: четка газа - четка пены - четка жидкости, - при подаче газа и жидкости компрессором и насосом объемного действия на выходе устройства-прототипа наблюдается пульсирующий характер движения смеси. Таким образом, устройство-прототип недостаточно эффективно при необходимости приготовления стабильной мелкодисперсной гомогенной пены.
Решаемая задача и ожидаемый технический результат заключаются в создании высокоэффективного газожидкостного диспергатора для приготовления стабильной мелкодисперсной гомогенной пены.
Поставленная задача решается тем, что в газожидкостном диспергаторе, включающем корпус кольцевого сечения с установленным в нем набором штуцеров, - проходные сечения в штуцерах выполнены с эксцентриситетом каждый относительно соседнего.
Количество камер диспергирования и перемешивания, образованных соседними штуцерами, предпочтительно не менее пяти.
Вход в корпус оборудован тройником для подачи смешиваемых сред.
Предлагаемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как отличительный признак «проходные сечения в штуцерах выполнены с эксцентриситетом каждый относительно соседнего» в предлагаемой совокупности признаков обеспечивает необходимый технический результат по получению стабильной мелкодисперсной гомогенной пены.
3
За счет эксцентрично расположенных проходных сечений штуцеров исключаются условия стержневого прохода смешиваемых сред через устройство. Напротив, входящий в устройство поток отклоняется от центра каждым из штуцеров, за счет чего в камерах диспергирования и перемешивания, образованных соседними штуцерами, обеспечивается хаотическое турбулентное движение взамно противоположно направленных потоков, а также блуждающих зон повышенного и пониженного давления, что в конечном итоге при переходе смешиваемых сред от камеры к камере и дает эффект образования стабильной мелкодисперсной гомогенной пены с диаметром пузырька газа 5-15 мкм и плотностью от 300 кг/м. На фиг.1 представлено заявляемое устройство. Здесь:
1 - корпус кольцевого сечения с установленным в нем набором штуцеров 2; при этом проходные сечения 3 в штуцерах 2 выполнены с эксцентриситетом каждый относительно соседнего;
количество камер 4 диспергирования и перемешивания, образованных соседними штуцерами 2, предпочтительно не менее пяти;
5 - тройник для подачи газа и жидкости на вход устройства. Предлагаемое устройство работает следующим образом.
За счет части кинетической энергии жидкости и газа, подаваемых через тройник 5 на вход устройства и проходящих через выполненные с эксцентриситетом проходные сечения 3 штуцеров 2, в камерах 4 порождаются зоны интенсивной турбулентности. Эксцентриситет соседних проходных сечений штуцеров исключает условия стержневого прохода смешиваемых сред, обеспечивая условия для создания стабильной мелкодисперсной гомогенной пены. Соответственно исключается пульсирующий характер движения получаемой смеси, имеющий место в утройстве-прототипе.
Пример конкретного осуществления
Опытно-промысловый эксперимент по созданию стабильной мелкодисперсной гомогенной пены предлагаемым устройством был проведен на устье скважины 5667 объединения «Татнефть».
Устройство было выполнено в виде вставного модуля и помещено после тройника, через который подавался воздух компрессором СД-9 и пресная вода насосным агрегатом АЦ-32 при давлении 6 МПа. При этом расход газа в условиях, приведенных к атмосферным, составил 150 л/сек, воды - 2,3 л/сек.
3
На выходе из устройства через пробоотборный вентиль отбирались пробы стабильной мелкодисперсной гомогенной пены в сосуд высокого давления со смотровым окном, через которое с помощью микроскопа с мерной линейкой проводились замеры диаметров пузырьков газа в объеме пены. 5-кратные отборы проб и замеры показали, что размеры пузырьков газа составляют 8-12 мкм. Время начала распада полученной стабильной мелкодисперсной гомогенной пены (плотностью от 300 кг/м) по появлению на дне сосуда высокого давления жидкой фазы составило 27 минут.
Полученная предлагаемым устройством стабильная мелкодисперсная гомогенная пена успешно использована при осуществлении технологических процессов глубокой очистки призабойной зоны скважины 5667 в соответствии с патентом РФ №2266403.