КАВИТАЦИОННЫЙ ДИСПЕРГАТОР-СМЕСИТЕЛЬ

Полезная модель относится к области техники нефтегазовой отрасли и к области строительства, в частности к устройствам для смешения двух потоков многокомпонентных растворов, диспергирования их твердой фазы, гомогенизации буровых и/или тампонажных растворов, активации лежалых цементов. Полезная модель может быть использована в нефтегазовой промышленности при строительстве и капитальном ремонте скважин, в любых других отраслях для получения коллоидно-монодисперсных систем.
Известно устройство (патент РФ №97652) для диспергирования твердой фазы и получения коллоидно-монодисперсных систем, содержащее корпус с внутренней полостью и подвижную в осевом направлении иглу, турбулизирующую насадку с отверстиями, камеру смешения с боковыми отверстиями, выполненные тангенциально к оси устройства и др.
Недостатком данного устройства является низкая производительность, так как на входе в устройство поток должен быть ламинарным, что соответствует зоне низких скоростей. Кроме того, данное устройство сложно в изготовлении, излишне материалоемкое. И ставится под сомнение эффект снижения кавитационного износа обтекаемого «сердечника - иглы», так как зона развитой кавитации будет именно в этой части гидродинамического диспергатора и, соответственно, наибольшее воздействие кавитационной эрозии будет именно там.
Наиболее близким по технической сущности, взятым авторами за прототип, является Диспергатор гидравлический ДГ-40 (по материалам сайта http://www.exbure.ru/equipment/e_03.html найдено 20.07.2011 года). Устройство содержит корпус, две гидромониторные насадки, расположенные соосно, рабочую камеру, линию подвода рабочей жидкости, сливной патрубок.
Недостатком прототипа, как выяснилось по результатам производственных испытаний, является то, что работа гидромониторных насадок «струя в струю», ломают структуру бентонитовой глины, применяемой в процессах приготовления растворов, но не обеспечивает требуемого измельчения, что не позволяет достигать заданного качества приготовления раствора, кроме того, устройство не генерирует кавитационный эффект для активации лежалых цементов и отсутствует возможность ввода в раствор дополнительных компонентов (бентонита, цемента, химических реагентов и др.)
Задачей разработки является создание полезной модели, обеспечивающей повышение качества бурового и/или тампонажного раствора, а также сокращение затрат времени на производственный процесс.
Техническим результатом является повышение степени диспергирования бурового раствора, прочности цементного камня из активированного цементного раствора, достижение качества приготавливаемого раствора за счет возможности ввода в него дополнительных компонентов при одновременной гомогенизации.
Технический результат достигается, тем, что в корпусе разработанного устройства в месте соединения с рабочей камерой тангенциально установлены генераторы кавитации, а рабочая камера, проходящая через корпус, с одной стороны соединена с всасывающим патрубком, а с другой стороны, между рабочей камерой и выходным патрубком дополнительно установлены последовательно соединенные диффузор и цилиндр, при этом выходной патрубок установлен тангенциально к цилиндру. Генераторы кавитации выполнены в виде плоских щелевых насадок, выходные сечения которых переходят в расширяющиеся с углом раскрытия не менее 30° и открываются в полость рабочей камеры, а входные сечения соединены с полостью корпуса. Кавитационный диспергатор-смеситель содержит как минимум два генератора кавитации.
Установка генераторов кавитации в корпусе устройства тангенциально друг к другу позволяет увеличить турбулентность и интенсивность кавитационных эффектов, исключить разрушение структуры бентонитовой глины.
Выход раствора из предложенного устройства осуществляется, через выходной патрубок установленный тангенциально к цилиндру, что позволяет продолжить процесс гомогенизации и диспергации раствора уже без кавитационных эффектов, для исключения кавитационной эрозии в трубопроводе после устройства.
В результате разрежения в рабочей камере устройства из-за кавитационно-вихревых эффектов, имеется возможность ввода в раствор дополнительных компонентов через всасывающий патрубок.
За счет изготовления рабочей камеры смесителя сменной и из материалов, стойких к кавитационно-эрозионному воздействию, предлагается повысить надежность устройства и, соответственно, увеличить производительность технологического процесса.
Кавитационный диспергатор-смеситель представлен на фиг.1, фиг.2 Устройство включает: линия подвода раствора 1, подводящий патрубок 2; всасывающий патрубок 3; корпус 4; рабочая камера 5; диффузор 6; цилиндр 7; патрубок выхода раствора 8; генераторы кавитации 9.
Принцип действия кавитационного диспергатора-смесителя основан на использовании явлений кавитационного и вихревого эффекта.
Обрабатываемый раствор через подводящий патрубок 2 по линии подвода раствора 1 поступает в корпус 2 разработанного устройства, в котором в месте соединения корпуса 4 с рабочей камерой 5 тангенциально установлены генераторы кавитации 9 (фиг.2), а затем в рабочую камеру 5. Так как рабочая камера 5 выполнена цилиндрической, то кавитационный эффект усиливается вихревым (фиг.1)
Абсолютное давление в жидкости в центре рабочей камеры понижается до значения давления, равного давлению насыщенных паров жидкости при данной температуре, и через всасывающий патрубок 3 возможно эжектирование (ввод) в раствор дополнительных компонентов (бентонита, цемента, химических реагентов и др.). Кавитационные пузырьки, образованные локальным понижением давления жидкости, при повышении давления резко охлопываются. Выполнение генераторов кавитации 9 в виде плоских щелевых насадок, позволяет генерировать кавитацию в любых сложных многофазных растворах для получения стабильных коллоидно-монодисперсных систем. В рабочей камере 5 происходит процесс образования, роста, схлопывания кавитационных каверн, что способствует интенсивному перемешиванию, диспергированию твердых частиц раствора.
Рабочая камера 5, проходящая через корпус 2 с одной стороны соединена с всасывающим патрубком 3, а с другой стороны соединена с диффузором 6, в котором кинетическая энергия частично преобразуется в потенциальную, кавитационный эффект затухает, но вихревой продолжает иметь место и обрабатываемый раствор из цилиндра 7 выводится по патрубку выхода раствора 8, установленному тангенциально к цилиндру 7 (фиг 1).