Дегазатор буровой промывочной жидкости

Полезная модель относится к нефтяной и газодобывающей промышленности, а именно к устройствам газового каротажа в процессе бурения нефтяных и газовых скважин для извлечения свободных газов в виде мелких пузырьков, попавших в промывочную жидкость при вскрытии пластов-коллекторов.
Дегазатор центробежный используется для обеспечения работы комплекта газоаналитической аппаратуры газокаротажных станций и станций геолого-технологических исследований.
Бурение скважин сопровождается обогащением промывочной жидкости воздухом или газом, что приводит к резкому изменению ее плотности, реологических и структурно-механических свойств. При этом ухудшается работа насосов и уменьшается их подача, поэтому своевременная и эффективная дегазация промывочных жидкостей является важным условием обеспечения нормального процесса бурения. Основным препятствием для выделения газа из промывочной жидкости являются силы внутреннего взаимодействия. В структурированной вязкой промывочной жидкости пузырьки газа или воздуха не могут преодолеть напряжение сдвига системы и остаются в ней. Образование из поверхностно-активных веществ прочных структурированных пленок на поверхности пузырьков воздуха может вызвать устойчивость газонасыщенной системы даже в сравнительно слабоструктурированных жидкостях.
Известен дегазатор (RU 130231, кл. Е21В21/06, 2013 г), содержащий вертикальный центробежный насос, снабженный газоотводной трубкой и направляющими лопатками на входе потока дегазируемой жидкости, а также вертикальную пустотелую цилиндрическую дегазационную емкость, соединенную с насосом питающей трубой. Газоотводная трубка и дегазационная емкость сообщаются с устройством для откачки газа. Питающая труба выполнена раздваивающейся на два трубопровода, при этом оба трубопровода расположены внутри верхней части дегазационной емкости и имеют форму двойной спирали. Выходные концы трубопроводов размещены в противоположных сторонах внутренней стенки дегазационной емкости и выполнены направленными по касательной к ней. Входы трубопроводов оснащены регулирующими задвижками.
Недостатком известного устройства является его крупные габариты и масса, что затрудняет его использование непосредственно на буровых установках в процессе бурения нефтяных и газовых скважин. Дегазатор не мобильный и не может использоваться в качестве переносного устройства. Его основная задача дегазация всего бурового раствора для технологических целей, а также для выделения отделенных газов для исследовательских целей из состава избыточно газа.
Прототипом полезной модели является дегазатор буровой промывочной жидкости (RU 2276249, кл. Е21В21/06, 2006 г), содержащий корпус с открытым днищем, размещенный в резервуаре для очищенной от газа промывочной жидкости, входной патрубок для загазованной промывочной жидкости, размещенный в средней части корпуса. Отражательное устройство закреплено внутри корпуса над входным патрубком, а пластины, турбулизирующие поток, закреплены на внутренних стенках корпуса под отражательным устройством, выполненным в виде чашеобразной детали с вогнутой параболической поверхностью, обращенной к свободному концу входного патрубка. На наружной поверхности входного патрубка закреплен перфорированный конический рассеиватель.
Конструкция известного устройства также сложная, с большими габаритными размерами и массой. Кроме того, дегазатор имеет склонность к засорению, так как буровой раствор на выходе из скважины содержит выбуренную породу (шлам). Это требует постоянной очистки распыляющего устройства, что препятствует непрерывности контроля за газопроявлениями на выходе из скважины.
Проблемой полезной модели является разработка простой и мобильной конструкции дегазатора буровой промывочной жидкости, позволяющей прокачивать сильно зашламленные буровые растворы, без операций по очистке дегазатора, за счет того, что дегазатор одновременно выполняет функцию насоса.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности работы устройства за счет обеспечения непрерывности процесса дегазации в течение длительного времени.
Поставленная проблема и указанный технический результат достигаются тем, что дегазатор буровой промывочной жидкости содержит корпус с открытым днищем, размещаемый в резервуаре с загазованным буровым раствором. Согласно полезной модели на крышке корпуса закреплен двигатель и вмонтированы отводы газа со штуцерами для подключения к газовоздушной линии. На валу двигателя закреплен фланец, на котором симметрично через 120° по окружности под углом от 5 до 15° относительно оси вращения вала смонтированы полые трубки, ориентированные снизу вверх, выполняющие функцию центробежного насоса. В каждой из трубок в нижней части образованы заборные отверстия, расположенные по ходу вращения двигателя, для забора загазованного бурового раствора из резервуара, а сверху – выпускные отверстия, направленные в сторону стенок корпуса, для выхода дегазированного раствора. Между крышкой корпуса и над центробежным насосом на элементах крепления полых трубок смонтирован перфорированный диск, с возможностью его вращения совместно с насосом. В нижней части корпуса выполнены окна слива для вывода стекающего дегазированного раствора из дегазатора.
Окна слива для вывода стекающего дегазированного раствора из дегазатора выполнены преимущественно прямоугольной формы в количестве четырех и погружены в резервуар с загазованным буровым раствором на 1/3 – 1/2 высоты окна слива.
В крышку дегазатора преимущественно вмонтированы два отвода газа.
В качестве двигателя используют асинхронный двигатель во взрывозащищенном исполнении.
Для более точной установки дегазатора на резервуаре с загазованным буровым раствором он снабжен подвесом, на котором закреплен сектор в виде 1/4 части окружности с центральным отверстием и отверстиями, расположенными по периметру сектора.
Основные отличия заявленного дегазатора является его компактность, относительно малый вес и мобильность. Одновременно дегазатор является насосом, позволяющим прокачивать сильно зашламленные растворы, что обеспечивает непрерывность процесса в течение длительного времени достаточного для работы за весь период бурения скважины. Изменение частоты вращения двигателя привода позволяет менять степень дегазации, что важно при калибровке газоанализаторов, исследующих выделенный газ.
Расположение полых трубок под углом от 5 до 15° обеспечивают снизу забор загазованного раствора из резервуара и выброс дегазированной жидкости сверху. Угол 5-15° является оптимальным и влияет на производительность насоса.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 – представлен дегазатор в разрезе; на фиг. 2 – металлический сектор подвеса.
Дегазатор буровой промывочной жидкости содержит корпус 1 с открытым днищем, размещаемый в резервуаре 2 с буровым раствором. На крышке 3 корпуса 1 закреплен двигатель 4 и вмонтированы два отвода 5 газа со штуцерами 6 для подключения к газовоздушной линии. На валу 7 дегазатора закреплен фланец 8, на котором симметрично через 120° по окружности под углом от 5 до 15° установлены три полые трубки 9, ориентированные снизу вверх, выполняющие функцию центробежного насоса. В каждой из трубок 9 в нижней части образованы заборные отверстия 10, расположенные по ходу вращения двигателя 4, для забора бурового раствора из резервуара 2, а сверху – выпускные отверстия 11, направленные в сторону стенок корпуса 1, для выхода дегазированного раствора. Между крышкой 3 корпуса 1 и над центробежным насосом на элементах крепления полых трубок смонтирован перфорированный диск 12, вращающийся совместно с насосом, образующие дегазационную камеру 13. В нижней части корпуса 1 выполнены четыре прямоугольных окна 14 слива для вывода стекающего дегазированного раствора из дегазатора. Окна 14 слива погружены в резервуар 2 с буровым раствором на 1/3 – 1/2 их высоты. Для более точной установки дегазатора на резервуаре 2 с загазованным буровым раствором он снабжен подвесом 15, на котором закреплен сектор 16 в виде 1/4 части окружности с центральным отверстием 17 и отверстиями 18, расположенными по периметру сектора 16.
Дегазатор буровой промывочной жидкости работает следующим образом.
Дегазатор предназначен для принудительного разбрызгивания промывочной жидкости (ПЖ) на внутреннюю стенку корпуса дегазатора при проведении газового каротажа в процессе бурения скважин на нефть и газ с целью извлечения свободных газов, попавших в ПЖ при вскрытии пластов-коллекторов и находящихся в ПЖ в виде мелких пузырьков. Дегазатор используется для обеспечения работы комплекта газоаналитической аппаратуры газокаротажных станций и станций геолого-технологических исследований. Изделие имеет взрывозащищенное исполнение и предназначено для применения во взрывоопасных зонах согласно ГОСТ 30852.0-2002 и ГОСТ 30852.10-2002 и другим нормативным документам, определяющим применимость электрооборудования во взрывоопасных зонах. Изделие может применяться во взрывоопасных зонах класса 1В.
Дегазатор представляет собой специализированный насос, вал 7 которого вращается с помощью взрывозащищенного асинхронного двигателя 4, имеющего маркировку взрывозащиты «1ExеdIIBT4» и который входит в состав дегазатора.
Дегазатор устанавливают перед виброситами в резервуаре 2 с открытым участком шириной от 175 мм или на открытом участке желоба, оборудованном емкостью, которые обеспечивают перепад уровня ПЖ ±10 мм.
Установку дегазатора производят с помощью подвеса 15 так, чтобы уровень ПЖ не доходил до верхней кромки окон 14 слива на 15 - 40 мм. К стенкам резервуара 2 крепят подвес 15 в виде кронштейна, к которому подвешивают двигатель 4 с помощью сектора 16 так, чтобы уровень ПЖ не доходил до верхней кромки окон 14 слива на 15 - 40 мм.
Электродвигатель 4 вращает ротор с наклонными, относительно оси вращения, полыми трубками 9. Направление вращения двигателя 4 задается в направлении расположения заборных отверстий 10. При работе двигателя 4  под действием центробежных сил происходит переток ПЖ из резервуара 2 через заборные отверстия 10 вверх по трубкам 9 до выпускных отверстий 11. После истечения ПЖ из выпускных отверстий 11, она самотеком стекает по внутренним стенкам корпуса 1 и через окна 14 вытекает в желоб (на фиг. не показано).
Дегазация ПЖ осуществляется в четыре фазы:
- вакуумирование ПЖ при всасывании в полые вращающиеся трубки 9;
- истечение ПЖ из выпускных отверстий 11 вращающихся полых трубок 9;
- удар ПЖ о внутренние стенки корпуса 1;
- вакуумирование от самотека ПЖ в желоб.
Газовая фракция проходит через перфорации диска 12 поступает в дегазационную камеру 13 из которой отсасывается по газовоздушной линии (на фиг. не показано) через штуцер 6. При отсутствии ПЖ в резервуаре 2 двигатель 4 работает на воздухе, выбрасывая остатки ПЖ. Таким образом, происходит очищение дегазатора от ПЖ и подготовка к дальнейшей работе.
В настоящее время дегазатор буровой промывочной жидкости находится на стадии серийного производства.