Патент на изобретение №2227063

(54) ПЕНОГЕНЕРАТОР

(57) Реферат:

Изобретение относится к технологии получения стабильной пены, предназначенной для управления забойным давлением в условиях аномально низких пластовых давлений. Пеногенератор содержит корпус, в котором расположен пенообразующий элемент, патрубки ввода сред, один из которых размещен по оси корпуса, а другой – на его боковой поверхности, и патрубок отвода пены. Пенообразующий элемент выполнен в виде перфорированной мембраны и лопастей, установленных на приводном валу с возможностью скольжения по поверхности мембраны. Технический результат состоит в возможности получения монодисперсной пены с расчетным размером пузырьков при заданной кратности пены. 2 ил.

Изобретение относится к области бурения и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин, в частности к технологии получения стабильной пены, предназначенной для управления забойным давлением в условиях аномально-низких пластовых давлений.

Устойчивость и срок “жизни” трехфазной пены обеспечивается достижением принципа равновесия пены, монодисперсности газовой фазы для исключения диффузионного переноса в пене, исключением относительного движения фаз за счет гравитационного всплытия в тиксотропном двухфазном пенообразующем растворе.

Из всех механических свойств пены одним из наиболее важных является ее дисперсность. На дисперсность пены существенное влияние оказывают физико-химические свойства раствора, способ смешения фаз, режимы ведения технологического процесса, а также конструкция генератора пены или технологического аппарата.

Между размерами пузырьков и стабильностью пены имеется определенная связь: для данного пенообразователя и условий получения пены существует определенный интервал размера пузырьков, обладающих наибольшей стабильностью. Чем больше в пене одинаковых по размеру пузырьков и чем они меньше по размеру, тем выше качество пены.

Известно устройство для получения пены, состоящее из корпуса, смесителя, рассеивателя газожидкостного потока и сетчатого диспергатора, расположенных соосно, в качестве рассеивателя газожидкостного потока устройство содержит конический диффузор, соединенный со смесителем, а сетчатый диспергатор выполнен в виде съемного конуса с вершиной, направленной навстречу потоку, причем расстояние между вершинами конусов диспергатора и диффузора определяют по формуле (Патент РФ 2121869, 6 МПК B 01 F 3/04, опубл. 20.11.98 в бюл. № 32).

Известное устройство не обеспечивает получение монодисперсной стабильной пены.

Известен также пеногенератор, содержащий корпус, патрубки ввода сред, один из которых размещен по оси корпуса, а другой – на его боковой поверхности и соединен с кольцевой камерой, цилиндрическую вставку, размещенную в корпусе, внутри которой имеется камера ценообразования, сообщенная с помощью отверстий в цилиндрической вставке с кольцевой камерой, сетки с размещенными на них шарообразными элементами, установленные на выходе из камеры ценообразования, и патрубок отвода пены, камера пенообразования снабжена эжекторной вставкой, закрепленной на цилиндрической вставке, патрубок ввода среды, размещенный на боковой поверхности корпуса, соединен с ним тангенциально, а диффузор эжекторной вставки выполнен с отверстиями. Эжекторная вставка выполнена из немагнитного материала, а шары – из ферритового материала, причем шары имеют отверстия. (Патент РФ 2054312, 6 МПК В 01 F 5/04, опубл. 20.02.96 в бюл. № 5).

В известном пеногенераторе отсутствует возможность регулирования процессом пенообразования для получения пены с заданной кратностью, а при дровлении сред в результате хаотического движения шаров пузырьки пены имеют разные размеры, что не обеспечивает монодисперсность и отрицательно влияет на качество получаемой пены, определяемое сроком “жизни”.

Наиболее близким к заявляемому по назначению и совокупности существенных признаков является устройство для насыщения жидкости газом, содержащее корпус, мешалку с приводом, установленный в газоподводящем патрубке барботер, выполненный в виде перфорированного диска и пульсатора, в котором газоподводящий патрубок снабжен телескопической резонансной камерой, расположенной между перфорированным диском и пульсатором. Кроме того, резонансная камера снабжена резонатором, выполненным в виде цилиндра с поршнем, (а.с. 584883, 2 МКИ B 01 F 13/00, опубл. 25.12.1977 в бюл. №47).

В известном устройстве образование пузырьков происходит в процессе отсекания порции газа тангенциальным потоком жидкости, образуемым вращающейся мешалкой, при осуществлении резонансных колебаний столба газа. Мешалка расположена на некотором расстоянии от поверхности перфорированного диска, в результате чего образующиеся пузырьки имеют разные размеры с разными внутренними давлениями, что приводит к малому сроку “жизни” пены и отрицательно влияет на ее стабильность.

В данном устройстве процесс образования пены происходит с высокой поверхностью раздела фаз, что интенсифицирует термомассоперенос и создает условия получения нестабильной пены.

Данное устройство не позволяет обеспечить монодисперсность распределения газовой фазы за счет отсутствия возможности регулирования процессом пенообразования для получения пены с заданной кратностью, а наличие пузырьков разного размера отрицательно влияет на качество получаемой пены, определяемое сроком “жизни”.

Задачей заявляемого технического решения является повышение качества стабильной пены за счет обеспечения ее монодисперсности и получения заданного размера ячейки (пузырька) пены при заданной кратности.

Указанная задача в заявляемом пеногенераторе, включающем перфорированный пенообразующий элемент и газоподводящий патрубок, решается за счет того, что пеногенератор содержит перфорированный пенообразующий элемент, выполненный в виде мембраны, и лопасти, установленные с возможностью скольжения по поверхности мембраны.

Отличием заявляемого устройства является то, что пеногенератор содержит перфорированный пенообразующий элемент, выполненный в виде мембраны, и лопасти, установленные с возможностью скольжения по поверхности мембраны.

Только такая совокупность всех отличительных признаков обеспечивает достижение нового технического результата, заключающегося в возможности получения монодисперсности пены с расчетным размером пузырьков при заданной ее кратности, что позволяет повысить качество получаемой стабильной пены.

В доступных источниках патентной и другой научно-технической информации сведений о технических решениях, содержащих признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемого изобретения и дающие аналогичный технический результат, не выявлено. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию “изобретательский уровень”.

На фиг.1 представлена схема заявляемого пеногенератора в разрезе, на фиг.2 сечение А-А на фиг.1.

Предлагаемый пеногенератор состоит из корпуса 1, в котором расположен перфорированный пенообразующий элемент, выполненный в виде пористой мембраны 2 с капиллярными отверстиями 3. Пеногенератор содержит лопасти 4, установленные на валу 5 регулируемого привода 6. Лопасти 4 установлены с возможностью скольжения по поверхности мембраны 2. Корпус 1 снабжен патрубком 7 для ввода жидкости, газоподводящим патрубком 8 и патрубком 9 для отвода пены. Газоподводящий патрубок 8 расположен по оси корпуса 1. Пеногенератор работает следующим образом. Пенообразующая жидкость с постоянным расходом подается через патрубок 7 в полость устройства над мембраной 2. Газ с постоянным расходом подается через патрубок 8 в полость под мембраной 2. Образование пены происходит в результате дробления газа за счет пропуска его через капиллярные отверстия 3 мембраны 2 и среза развивающегося пузырька вращающейся лопастью 4 при скольжении по поверхности мембраны 2. Вращение лопастей 4 осуществляется от регулируемого привода 6. Образующаяся пена через патрубок 9 подается в циркуляционную систему (на схеме не показана).

Авторами установлено, что монодисперсность получаемой стабильной пены зависит от размеров отверстий 3 в мембране 2 и угловой скорости вращения лопастей 4, которые определяются расчетным путем в зависимости от требуемых показателей пены.

Изменяя скорость вращения лопастей, а также расход газа и пенообразующей жидкости можно получить пену с необходимыми характеристиками.

Заявляемый пеногенератор прошел испытания в лабораторных условиях, где в качестве газовой среды был использован азот, а в качестве пенообразующей жидкости – коллоид-полимерный пенообразующий состав.

Пример.

При диаметре отверстий мембраны, равном 0,000016 м (или 0,016 мм), угловой скорости вращения лопастей 10,859 с^-1, расходе газа 0,0725 м³/с и жидкости 0,01 м³/с, заданной кратности пены, например, равной 7, была получена стабильность пены, равная 22 суткам и более.

Заявляемая конструкция устройства за счет образования одинаковых и ничтожно малых по размеру пузырьков обеспечивает монодисперсность получаемого продукта, что способствует повышению качества пены.

Такое конструктивное выполнение пенообразующего элемента позволяет регулировать процесс ценообразования для получения стабильной пены с заданной кратностью.

Использование пеногенератора в составе закрытой циркуляционной системы позволит получать стабильные пены и осуществлять управление забойным давлением при проведении капитального ремонта скважин и первичном вскрытии пластов в условиях аномально низких давлений с заданной репрессией на пласт и снизить повреждение продуктивности формаций.

Заявляемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает упрощение конструкции, получение стабильной пены при заданной кратности и повышение качества получаемой пены.

Техническая документация для изготовления пеногенератора передана на завод в составе документации на разработку закрытой циркуляционной системы для проведения капитального ремонта скважин с использованием стабильных пен.

Формула изобретения

Пеногенератор, включающий перфорированный пенообразующий элемент и газоподводящий патрубок, отличающийся тем, что пеногенератор содержит перфорированный пенообразующий элемент, выполненный в виде мембраны, и лопасти, установленные с возможностью скольжения по поверхности мембраны.

РИСУНКИ