ПОПЛАВКОВЫЙ ДЕГАЗАТОР

Полезная модель относится к газонефтедобывающей промышленности, а именно, к устройствам газового каротажа в процессе бурения нефтяных и газовых скважин, в частности, для отбора на анализ исследуемой газовой смеси при проведении газового каротажа.
Известны конструкции дегазаторов разных типов [авторские свидетельства SU на изобретения №124384, №269875, №328247, №512446, №535414, №1479035, №1542567 и патенты RU на изобретения №2156152, №2271434, №2276249]. Задача всех дегазаторов заключается в том, чтобы дегазатор улавливал большую часть газов бурового раствора.
Однако значительная часть указанных дегазаторов дает возможность улавливать лишь часть газов, находящихся в свободном и растворенном состояниях в буровом растворе. Серьезные помехи в работе дегазаторов вызывают вязкие растворы.
Дегазаторы поплавкового типа представляют наибольший интерес.
3
2
Известен дегазатор бурового раствора поплавкового типа, предназначенный для непрерывного отбора свободного газа из части потока бурового раствора на выходе скважины [http://www.geosferatver.ru/gaz/dp-1/dp-1.php]. Дегазатор изготовлен из тонколистовой нержавеющей стали и содержит корпус, установленный на двух цилиндрических поплавках с возможностью регулировки глубины погружения в буровой раствор. На корпусе смонтированы теплообменник радиаторного типа для конденсации паров бурового раствора внутри корпуса дегазатора и приспособления для его крепления к стенкам емкости. Геометрические характеристики дегазатора обеспечивают его плавучесть в буровых растворах разной плотности. В корпусе дегазатора имеется отверстие для сообщения газосборной камеры с атмосферой, необходимое для выравнивания давления вне и внутри камеры. Для улучшения условий выделения газа из раствора дегазатор снабжен пластинчатыми рассекателями в виде гребенки, установленной внутри корпуса перпендикулярно движению потока. Принцип действия основан на выделении пузырьков газа из поверхностных слоев бурового раствора, проходящего через пластинчатые рассекатели дегазатора, и отводе образующейся газовоздушной смеси за счет разрежения, создаваемого насосом системы транспортировки газовоздушной смеси, установленным в станции геолого-технологических исследований скважин. Объем дегазационной камеры 3 дм. Площадь поверхности дегазации 0,1 м, Регулируемая глубина погружения 35 мм. Длина дегазатора 740 мм, ширина - 390 мм, высота - 230 мм. Масса дегазатора - 6,2 кг.
Известен также поплавковый дегазатор [Померанц Л.И. Газовый каротаж. М., Недра, 1982. С.57], состоящий из корпуса рабочей камеры, выполненного из нержавеющей стали и смонтированного на пенопластовых поплавках, на которых он плавает в потоке промывочной жидкости (ПЖ). Поплавковый дегазатор устанавливается у устья скважины и фиксируется в емкости с помощью растяжек. Монтаж дегазатора на поплавках обеспечивает постоянство положения рабочей камеры поплавкового дегазатора относительно уровня ПЖ в емкости, т.е. постоянство отношения дегазируемого объема ПЖ к объему газовой фазы в рабочей камере дегазатора. Нижняя часть корпуса поплавкового дегазатора открыта спереди. Внутри корпуса перпендикулярно к направлению потока ПЖ смонтированы перегородки с прорезями, благодаря чему происходит дробление потока ПЖ и некоторое увеличение контакта поверхности дегазируемой ПЖ с воздухом в рабочей камере дегазатора. В передней части корпуса имеется козырек с отверстиями для доступа воздуха в рабочую камеру. Сверху на корпусе имеется ловушка-отстойник со штуцером для подачи газовой смеси из дегазатора в газовоздушную линию.
Недостатком вышеописанных аналогов являются не всегда приемлемые увеличенные размеры, что не позволяет осуществлять процесс дегазации в емкостях малых объемов, и низкий коэффициент дегазации 1-2%.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является поплавковый дегазатор с интегрирующим контуром [Померанц Л.И. Газовый каротаж. М., Недра, 1982. С.61-62 и авторское свидетельство SU на изобретение №566223 на эту же модель]. Дегазатор представляет собой дегазационную камеру из нержавеющей стали, подвешенную на стальных поплавках понтонного типа с помощью приспособлений, позволяющих регулировать положение дегазационной камеры по отношению к уровню потока ПЖ в емкости. В нижней части камеры смонтирован блок аэратора, подключенный к переносному блоку компрессора. Блок аэратора представляет собой герметичную камеру с крышкой в виде мембраны из нефтестойкой резины или несколько параллельно подключенных к компрессору трубок из нефтестойкой резины. В мембране и трубках аэратора имеются выполненные с шагом 2 мм 2000 отверстий. В верхней части дегазационной камеры имеется конус с отражателем брызг ПЖ и штуцером для включения аэратора в интегрирующий контур. На конусе смонтирован штуцер для подключения дегазационной камеры к гидравлическому затвору, обеспечивающему поддержание в камере небольшого избыточного давления. Принцип действия данного поплавкового дегазатора заключается в том, что газовая смесь, извлекаемая из ПЖ в камере дегазатора, непрерывно циркулирует по интегрирующему контуру, многократно в виде ≈2000 пузырьков барботирует через ПЖ в камере дегазатора и непрерывно обогащается газом, извлекаемым из ПЖ этими пузырьками. По мере возрастания давления в камере дегазатора излишки газовой смеси через гидравлический затвор удаляются из камеры и восстанавливается заданное избыточное давление.
Однако также, как и в вышеназванных аналогах, данный дегазатор отличается повышенными размерами, что не всегда позволяет работать ему с современным оборудованием буровых установок, поскольку размеры данных дегазаторов несовместимы с размерами узлов, в первую очередь, с карманами вибросит буровых установок.
Задачей заявляемой полезной модели является уменьшение веса, габаритов поплавкового дегазатора при снижении стоимости и расширении возможности его использования в разных условиях, включая и емкости буровых установок малых объемов.
Сущность заявляемого решения заключается в том, что в поплавковом дегазаторе, включающем установленную с помощью держателей дегазационную камеру из нижней и верхней частей, имеющую вход и выходы газовой смеси для: сброса избыточного давления, отбора на анализ исследуемой газовой смеси и соединения с входом компрессора; аэратор, расположенный в нижней части дегазационной камеры, дегазационная камера представляет собой коаксиально установленные с помощью элементов крепления друг в друге по вертикали трубы разного диаметра, пропущенные сквозь поплавок: с выступом над поплавком вверх и с большим диаметром - верхней трубы, и расположенной под поплавком - в погружной части с меньшим диаметром трубы - нижней трубы; нижний край верхней трубы выступает за нижнюю грань поплавка с исключением образования горизонтальной щели между трубами в любом рабочем положении; аэратор имеет форму шара и выполнен из керамической крошки, нижний край нижней трубы оформлен в виде меандра по контуру нижнего круглого сечения; дегазационная рабочая камера имеет крышку, в которую вмонтированы четыре порта: один - для входа и три - для вышеназванных выходов газовой смеси.
Технический результат заявляемого решения достигается в том числе и заменой геометрии узлов и материалов поплавкового дегазатора, из которых изготовлены узлы (одни с обновленной, другие с принципиально иной геометрией) комплектующих его деталей в сравнении с наиболее близким аналогом. Заявляемое решение заключается в конструировании поплавкового дегазатора в виде двух круглых вытянутых вертикально тел типа труб, помещенных одной коаксиально другой, друг в друге и с определенным выходом одной трубы за пределы другой в их торцевых частях в средней части дегазатора, где установлен поплавок, а также в наличии аэратора определенной структуры и формы в виде шарообразного пористого керамического тела, а также оформления снизу завершающей части нижней трубы в виде меандра по контуру нижнего круглого сечения.
Заявляемая полезная модель поясняется с помощью Фиг., на которой изображен общий вид дегазатора. На Фиг. позициями 1-14 обозначены:
1 - дегазационная камера;
2 - крышка;
3 - поплавок;
4 - верхняя труба;
5 - нижняя труба;
6 - меандр;
7 - аэратор;
8 - порт входа - для подсоединения к каналу на аэратор;
9 - канал на аэратор;
10 - порт для сброса избыточного давления;
11 - порт для отбора на анализ исследуемого продукта;
12 - порт для соединения с входом компрессора;
13 - держатели;
14 - шток крепления.
Поплавковый дегазатор имеет дегазационную камеру 1 с крышкой 2 и поплавок 3, делящий устройство на верхнюю - над поплавком 3 часть и нижнюю под поплавком 3 - погружную часть. Последний выполнен из формодержащего материала - пенопласта, обернутого стеклотканью, поверх которой нанесена пропитка, предотвращающая агрессивное воздействие ПЖ на материал поплавка 3. Дегазационная камера 1 выполнена в виде вертикальной вытянутой структуры, состоящей из двух коаксиальных вертикально ориентированных труб 4, 5 разного диаметра, верхняя 4 большего диаметра, расположенная над поплавком, нижняя 5 - меньшего диаметра, расположенная в погружной части. Нижняя труба 5 дегазационной камеры 1 выполнена с возможностью захода верхним краем внутрь верхней трубы 4 на часть объема, занимаемого нижней частью верхней трубы 4. На нижнем краю погружной части нижней трубы 5 имеется неоднородность в виде меандра 6, выполненного по окружности в сечении торцевой части нижней трубы 5. Внутри нижней трубы 5 с нижнего края размещен аэратор 7 шарообразной формы, выполненный из керамической крошки с диаметром меньше диаметра нижней трубы 5 дегазационной камеры 1. Между аэратором 7 и боковой стенкой нижней трубы 5 имеется кольцевой зазор. В крышке 2 дегазационной камеры 1 выполнены, по крайней мере, четыре порта 8, 10, 11, 12: один для входа - подсоединения 8 к каналу 9 на аэратор 7 и три выходных соответственно для сброса 10 избыточного давления, отбора 11 на анализ исследуемого продукта, соединения 12 с входом компрессора.
Внутри объема дегазационной камеры установлены держатели 13, обеспечивающие центрирование труб 4, 5 и не позволяющие нарушать симметрию в ориентации элементов внутри дегазационной камеры 1. Шток крепления 14 также служит для осуществления крепления элементов, в частности, крышки 2 дегазационной камеры 1 и выведен вверх за ее пределы.
Поплавковый дегазатор работает следующим образом.
При включении компрессора (на фиг.1 компрессор не показан, поскольку он не входит в число узлов, составляющих заявляемое устройство) начинается отсос (откачка) газовой смеси из дегазационной камеры 1 с ПЖ. В то же время происходит нагнетание газовой смеси или просто воздуха в зависимости от количества газа в ПЖ, в названную дегазационную камеру 1 через столб ПЖ, например, шарообразный аэратор 7 из керамической крошки. Подобное движение газовой смеси из дегазационной камеры 1 в компрессор и из компрессора в дегазационную камеру 1 отмеченным выше путем характерно не только для заявляемого дегазатора, но и для других, ранее существовавших, устройств для дегазации бурового раствора (см. Померанц Л.И. Газовый каротаж. М., Недра, 1982. С.62). Названные конструктивные элементы, образующие цепь: компрессор - порт 8 - аэратор 7 - столб ПЖ - порт 10 - компрессор образуют интегрирующий контур, по которому непрерывно циркулирует газовая смесь, которая обогащается с каждым циклом или обедняется в зависимости от насыщенности ПЖ в данный момент времени. Несмотря на то, что столб ПЖ не является конструктивным элементом, он является важным соединительным звеном в данной замкнутой системе - интегрирующем контуре, обеспечивающем главную работу и функцию устройства. Барботирование ПЖ происходит в нижней трубе 5 дегазационной камеры 1 по всему столбу жидкости, находящемуся в объеме нижней трубы 5.
Отличием заявляемого решения на данном этапе работы поплавкового дегазатора является наличие специально оформленных портов - входного и выходного, установленных непосредственно в крышке 5 дегазационной камеры 1. Поплавковые дегазаторы с подобными крышками не обнаружены в процессе поиска при подготовке заявки. ПЖ, двигаясь по объему, в котором расположен заявляемый поплавковый дегазатор, попадает в зону кавитации аэратора 7 на меандр 6, осуществляя первичное образование пузырьков на ее острых кромках. Компрессор создает давление в аэраторе 7 и, тем самым, заставляет ПЖ подниматься с нижнего края погружной части устройства в верхнюю, где происходит основная дегазация ПЖ, сопровождаемая переливом ее через верхний край погружной части - нижней трубы 5.
Пузырьки газа, содержащиеся в ПЖ, соединяются с большими пузырьками, двигаясь по погружной части вверх, где, при переливе ПЖ через край, происходит их схлопывание с высвобождением газа в верхнюю часть - в верхнюю трубу 4 дегазационной камеры 1. Дегазационная камера 1 через один из портов 12 крышки 2 соединяется с входом компрессора, что обеспечивает непрерывность процесса дегазации. Избыточное давление, не нарушая работы устройства, сбрасывается в атмосферу через порт для сброса избыточного давления 10. Из дегазационной камеры 1 через порт 11 осуществляется отбор газовой смеси на анализ. Входной порт интегрирующего контура 8 служит для подсоединения к каналу 9 на аэратор 7.
Примеры.
Заявляемая полезная модель реализована в экспериментальных образцах, изготовленных на одном из предприятий г.Саратова. Они представляют собой совокупности соответствующих пар труб - нижних и верхних с соответствующими друг другу размерами, например: длина верхней трубы - 160 мм, диаметр верхней трубы - 110 мм, длина нижней трубы 90 мм, диаметр нижней трубы - 135 мм. Материал труб - полипропилен. Толщина поплавка - 50 мм, ширина поплавка - 160-165 мм, длина поплавка - 290 мм и, при необходимости, более. Шаг меандра - 20÷30 мм. Изделия готовятся к практической апробации. Найденные конструктивные усовершенствования практически обоснованы, в образцы внесены описанные выше изменения, которые оправдали их конструктивную целесообразность.