RU2121869C1 - Foam producing device - Google Patents
Foam producing device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2121869C1 RU2121869C1 RU96110307A RU96110307A RU2121869C1 RU 2121869 C1 RU2121869 C1 RU 2121869C1 RU 96110307 A RU96110307 A RU 96110307A RU 96110307 A RU96110307 A RU 96110307A RU 2121869 C1 RU2121869 C1 RU 2121869C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- foam
- gas
- diffuser
- jet
- dispersant
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к смесительным устройствам, в частности к устройствам для получения пен, используемых при глушении, промывке и освоении нефтяных и газовых скважин. The invention relates to mixing devices, in particular to devices for producing foams used in killing, washing and developing oil and gas wells.
Анализ существующего уровня техники показал следующее. Analysis of the current level of technology showed the following.
Известно устройство для получения пены, содержащее корпус, сопло, смесительную камеру, перфорационную трубу и блок выравнивающих решеток (см. з. РСТ (WO) N 83/02735 от 7.02.83 г. по кл. B 01 F 5/04, опубл. 18.08.83 г). Все элементы расположены соосно. A device for producing foam is known, comprising a housing, a nozzle, a mixing chamber, a perforation tube and a block of leveling gratings (see PCT (WO) N 83/02735 of 02/07/83, class B 01 F 5/04, publ. .18.08.83 g). All elements are aligned.
Недостатком устройства указанной конструкции является ее сложность и громоздкость, а также невозможность получения высококачественной пены. Это обусловлено использованием блока решеток, выравнивающих дисперсность и кратность пены, при этом выходящей из смесителя газожидкостный поток с большой скоростью ударяется в экран, размещенный перед трубой, и диспергированная жидкость неизбежно осаждается, а качественная пена получается лишь на узком участке. A disadvantage of the device of this design is its complexity and bulkiness, as well as the inability to obtain high-quality foam. This is due to the use of a block of gratings that equalize the dispersion and the multiplicity of the foam, while the gas-liquid stream exiting the mixer hits the screen located in front of the pipe with high speed, and the dispersed liquid inevitably precipitates, and high-quality foam is obtained only in a narrow area.
В качестве прототипа взято устройство для получения пены, состоящее из корпуса, смесителя, ряда элементов, рассеивающих газожидкостный поток, и сетчатого диспергатора, состоящего из блока сеток (см. з. Великобритании N 1468249 от 12.08.74 г. по кл. B 01 F 3/04, опубл. 23.03.77 г.). Все элементы расположены соосно. As a prototype, a device for producing foam is taken, consisting of a housing, a mixer, a number of elements that disperse a gas-liquid flow, and a mesh dispersant, consisting of a block of grids (see UK Law No. 1468249 of 08/12/74, class B 01 F 3/04, publ. 23.03.77 g.). All elements are aligned.
Недостатком устройства указанной конструкции является его сложность и громоздкость, а также невозможность получения высококачественной пены. В техническом решении используется эффект удара струи смеси пенообразующей жидкости с воздухом о сетку. В результате неравномерности скоростного потока в трубе газожидкостный поток поступает на сетку неравномерно, а выходящая из устройства пена получается низкого качества. В данном случае под качеством пены понимают ее устойчивость (время жизни), которая зависит от наличия в пене ячеистой структуры. Чем больше в пене одинаковых по размеру пузырьков (равномерная дисперсность) и чем они меньше по размеру, тем выше качество пены. Известное устройство используют в основном при тушении пожаров, где главным показателем является не качество, а количество получаемой пены. Кроме того, использование большого количества сетчатых элементов, расположенных друг за другом, повышает металлоемкость и существенно усложняет конструкцию изделия, а загрязнение или выход из строя первой сетки приведет к выходу из строя всего устройства. The disadvantage of this device is its complexity and bulkiness, as well as the inability to obtain high-quality foam. In the technical solution, the effect of a jet stream blowing a mixture of foaming liquid with air on a mesh is used. As a result of the unevenness of the high-speed flow in the pipe, the gas-liquid flow enters the grid unevenly, and the foam emerging from the device is of poor quality. In this case, the quality of the foam is understood to mean its stability (lifetime), which depends on the presence of a cellular structure in the foam. The more bubbles of equal size in the foam (uniform dispersion) and the smaller they are in size, the higher the quality of the foam. The known device is used mainly for extinguishing fires, where the main indicator is not quality, but the amount of foam obtained. In addition, the use of a large number of mesh elements located one after another increases the metal consumption and significantly complicates the design of the product, and pollution or failure of the first mesh will lead to failure of the entire device.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, сводится к следующему: упрощение конструкции и снижение металлоемкости, улучшение качества производимой пены. The technical result that can be obtained by implementing the invention is as follows: simplification of the design and reduction of metal consumption, improving the quality of the foam.
Технический результат достигается с помощью известного устройства, содержащего корпус, смеситель, рассеиватель газожидкостного потока и сетчатый диспергатор, расположенные соосно, в котором в качестве рассеивателя газожидкостного потока использован конический диффузор, соединенный со смесителем, а сетчатый диспергатор выполнен в виде съемного конуса с вершиной, направленной навстречу потоку, причем расстояние l между вершинами конусов диспергатора и диффузора l определяют по формуле
где
Dдиф - максимальный диаметр конического диффузора, м;
α - угол при вершине конуса диспергатора.The technical result is achieved using a known device comprising a housing, a mixer, a diffuser of a gas-liquid flow and a mesh disperser arranged coaxially, in which a conical diffuser connected to a mixer is used as a diffuser of a gas-liquid flow, and the mesh disperser is made in the form of a removable cone with an apex directed towards the flow, and the distance l between the vertices of the cones of the dispersant and diffuser l is determined by the formula
Where
D diff - the maximum diameter of the conical diffuser, m;
α is the angle at the apex of the dispersant cone.
Анализ изобретательского уровня показал следующее: совокупность конструктивных элементов отличительной части формулы изобретения, дающая вышеуказанный технический результат, не выявлена по имеющимся источникам известности. В то же время известно устройство для получения пены, состоящее из корпуса, сопла и конической перфорированной решетки, вершина конуса которой направлена по ходу движения газожидкостного потока (см. з. Франции N 2575082 от 21.12.84 г. по кл. B 01 F 3/04, опубл. 27.06.84 г.). Для обеспечения необходимой производительности, а также для преодоления давления в скважине в данном случае необходимо применять мощный компрессор и гидронасос. Кроме того, из-за отсутствия каких-либо устройств, диспергирующих струю из сопла, выходящая жидкость в основной массе попадает в вершину конической перфорированной решетки и продавливается через нее без образования пены. Газ, поступающий по каналам, имеет тенденцию проходить через отверстия у основания конической решетки, также не участвуя в образовании пены. Получаемая пена имеет различную кратность и дисперсность и абсолютно непригодна для технологических процессов глушения, промывки и освоения нефтяных и газовых скважин, в связи с чем устройство не взято нами в качестве прототипа. The analysis of the inventive step showed the following: the totality of the structural elements of the distinctive part of the claims giving the above technical result is not identified by available sources of fame. At the same time, a device for producing foam is known, consisting of a body, a nozzle and a conical perforated grate, the top of the cone of which is directed along the gas-liquid flow (see French Law No. 2575082 of 12.21.84 according to class B 01 F 3 / 04, published on June 27, 84). To ensure the necessary performance, as well as to overcome the pressure in the well, in this case, it is necessary to use a powerful compressor and hydraulic pump. In addition, due to the absence of any devices dispersing the jet from the nozzle, the outgoing liquid in the bulk enters the top of the conical perforated grating and is forced through it without the formation of foam. Gas entering the channels tends to pass through openings at the base of the conical grating, also without participating in the formation of foam. The resulting foam has different multiplicity and dispersion and is absolutely unsuitable for technological processes of killing, flushing and development of oil and gas wells, in connection with which the device was not taken by us as a prototype.
Предлагаемое изобретение имеет изобретательский уровень. The present invention has an inventive step.
На фиг. 1 показан общий вид устройства. Устройство состоит из корпуса 1, сопла для подачи жидкости 2, патрубка для подачи газа 3, смесителя 4, конического диффузора 5, сетчатого диспергатора 6, патрубка для отвода пены 7. In FIG. 1 shows a general view of the device. The device consists of a housing 1, a nozzle for supplying
Устройство работает следующим образом:
пенообразующая жидкость под давлением, созданным насосным агрегатом, выходит из сопла 2 в виде струи и смешивается с газовой струей, поступающей из патрубка 3 в смеситель 4. Далее поток газожидкостной смеси направляется в конический диффузор 5, а затем в сетчатый диспергатор 6, а образующаяся пена отводится по патрубку 7.The device operates as follows:
the foaming liquid under the pressure created by the pump unit exits the
Конструкция заявляемого устройства предусматривает получение высококачественной (высокоустойчивой) пены, необходимой для процессов бурения и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин. The design of the inventive device provides for the production of high-quality (highly stable) foam, which is necessary for the processes of drilling and overhaul of oil and gas wells.
Известно, что в струйных аппаратах, по мере удаления от сопла массовый расход движущегося потока непрерывно увеличивается за счет присоединения массы инжектируемой среды, а поперечное сечение движущегося потока непрерывно растет (см. струйные аппараты. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. - М.: Энергия, 1970 ). It is known that in jet devices, as you move away from the nozzle, the mass flow rate of the moving stream increases continuously due to the attachment of the mass of the injected medium, and the cross section of the moving stream continuously increases (see inkjet devices. Sokolov E.Ya., Singer N.M. - M .: Energy, 1970).
На фиг. 2 показана схема скоростного напора в струйном аппарате, где 8 - пограничный турбулентный слой, 9 - ядро, 10 - начальный участок, 11 - основной участок, 12 - переходное сечение, 13 - полюс. В выходном сечении сопла струя имеет равномерное поле скоростей. Частицы рабочей струи, вытекающей из сопла, вместе с частицами инжектируемой среды образуют пограничный турбулентный слой 8, толщина которого растет в направлении течения. По мере удаления от сопла сечение ядра 9 постоянной скорости уменьшается. На некотором расстоянии от сопла ядро постоянной скорости исчезает. Струю можно условно разделить на два участка: начальный 10 и основной 11. Участок струи между выходным сечением сопла и переходным сечением струи 12 - начальный. Последующий участок струи за переходным сечением 12 - основной. Как для основного участка струи, так и для пограничного слоя начального участка отношение скорости в любой точке струи W и осевой скорости струи Wo в этом же сечении является однозначной функцией отношения расстояния данной точки от оси струи к радиусу границы струи:
где
r - радиус ядра струи,
причем граничный радиус любого сечения струи
R = ax,
где
x - расстояние данного сечения от полюса струи;
a - опытная константа свободной струи.In FIG. 2 shows a diagram of the velocity head in the jet apparatus, where 8 is the boundary turbulent layer, 9 is the core, 10 is the initial section, 11 is the main section, 12 is the transition section, 13 is the pole. In the outlet section of the nozzle, the jet has a uniform velocity field. Particles of the working jet flowing from the nozzle, together with the particles of the injected medium, form a boundary turbulent layer 8, the thickness of which grows in the direction of flow. As you move away from the nozzle, the cross section of the
Where
r is the radius of the jet core,
moreover, the boundary radius of any section of the jet
R = ax
Where
x is the distance of this section from the jet pole;
a is the experimental constant of the free jet.
Разрабатывая заявляемое устройство, мы пришли к выводу, если поместить вершину конического диффузора 5 (см. фиг. 1) в точку полюса 13 (см. фиг. 2), а вершину сетчатого диспергатора 6 - в основание конуса диффузора 5, то для выравнивания эпюры скоростей потока на диспергаторе 6 геометрические размеры последних (с учетом математических выражений 1 и 2) должны быть связаны следующим отношением:
В свою очередь равномерное прохождение газожидкостного потока через сетчатый диспергатор дает возможность получения более качественной пены.Developing the claimed device, we came to the conclusion that if you place the top of the conical diffuser 5 (see Fig. 1) at the point of the pole 13 (see Fig. 2), and the top of the mesh disperser 6 - at the base of the cone of the diffuser 5, then to align the plot flow rates on dispersant 6, the geometric dimensions of the latter (taking into account mathematical expressions 1 and 2) should be related by the following relation:
In turn, the uniform passage of a gas-liquid stream through a mesh dispersant makes it possible to obtain better foam.
Пример применения заявляемого устройства для глушения скважины. An example of the application of the inventive device for killing a well.
1. Исходные данные. 1. The source data.
Имеется газовая скважина с аномально низким пластовым давлением (АНПД) глубиной 2000 м;
Забойное давление - 12 МПа.There is a gas well with an abnormally low reservoir pressure (AAP) 2000 m deep;
Downhole pressure - 12 MPa.
Коэффициент аномальности - 0,6. The anomaly coefficient is 0.6.
Продуктивный пласт - песчаник с медианным размером капиллярных каналов - 0,4 мм. The productive layer is sandstone with a median capillary channel size of 0.4 mm.
Для глушения используется заявляемое устройство с производительностью сопла по жидкости 3 л/с; эжектируемый газ - воздух; степень аэрации a = 20. For jamming, the claimed device is used with a nozzle productivity in liquid of 3 l / s; ejected gas - air; degree of aeration a = 20.
2. Расчетные параметры. 2. The calculated parameters.
2.1. Давление нагнетания на заявляемом устройстве исходя из условия глушения скважины:
Pуст = Pскв + Pиз + ak,
где
Pскв - скважинное давление, развиваемое устройством глушения на устье, Pскв = 12 МПа;
Pиз - нормативное избыточное давление, Pиз = 2,0 МПа;
a - постоянное число, a = 5;
k - коэффициент аномальности, k = 0,6.2.1. The injection pressure on the inventive device based on the conditions of killing wells:
P mouth = P SLE + P of + ak,
Where
P well - well pressure developed by the silencer at the wellhead, P well = 12 MPa;
P of - regulatory overpressure, P of = 2.0 MPa;
a is a constant number, a = 5;
k is the anomaly coefficient, k = 0.6.
P = 120 + 20 + 5•0,6 = 143 (кгс/см2) = 14,3 (МПа)
2.2. Дисперсность пены, необходимая для глушения скважины исходя из свойств пласта-коллектора.P = 120 + 20 + 5 • 0.6 = 143 (kgf / cm 2 ) = 14.3 (MPa)
2.2. The dispersion of the foam necessary for killing the well based on the properties of the reservoir.
Для надежной блокировки пласта с минимальными поглощениями на практике принимается размер пузырьков пены на 10...20% больше медианного размера капилляров пласта:
Dп = 0,4 + 0,4 (0,1... 0,2) ≃ 0,45 (мм).For reliable blocking of the formation with minimal absorption, in practice the size of the foam bubbles is 10 ... 20% larger than the median size of the capillaries of the formation:
D p = 0.4 + 0.4 (0.1 ... 0.2) ≃ 0.45 (mm).
2.3. Диаметр пузырьков пены, генерируемых устройством. 2.3. The diameter of the foam bubbles generated by the device.
В связи с тем, что давление нагнетания на заявляемом устройстве в соответствии с условием глушения выше, чем забойное, диаметр пузырьков на забое будет равен:
2.4. Размер отверстий на диспергирующем элементе определяем по формуле Н. М. Герсеванова (Герсеванов Н. М. Теория движения смеси воздуха и воды в применении к эрлифтам. Изд. АН СССР ОНТ 1942, N 10).Due to the fact that the discharge pressure on the inventive device in accordance with the condition of jamming is higher than the bottomhole, the diameter of the bubbles at the bottom will be equal to:
2.4. The size of the holes on the dispersing element is determined by the formula of N. M. Gersevanova (Gersevanov N. M. The theory of motion of a mixture of air and water as applied to airlifts. Publishing House of the USSR Academy of Sciences ONT 1942, N 10).
где
r - радиус отверстия;
R - радиус пузырька.
Where
r is the radius of the hole;
R is the radius of the bubble.
Отсюда D = 2r = 0,34 (мм). Hence, D = 2r = 0.34 (mm).
2.5. Пропускная способность одного отверстия по воздуху исходя из условия недопущения коалесцирования пузырьков (Классен В.И.Вопросы теории аэрации и флотации.- М.: Госхимиздат, 1949). 2.5. The throughput of one hole through the air based on the condition for preventing coalescence of bubbles (V. Klassen, Issues of the theory of aeration and flotation.- M .: Goskhimizdat, 1949).
q ≃ 104r2 = 104•0,172 = 3 см3/мин = 0,005 см3/с.q ≃ 104r 2 = 104 • 0.17 2 = 3 cm 3 / min = 0.005 cm 3 / s.
2.6. Суммарное число отверстий n=Q/q, где Q - производительность по воздуху. 2.6. The total number of holes n = Q / q, where Q is the air capacity.
При производительности эжектора по жидкости 3 л/с количество эжектируемого воздуха Q ≈ 3•0,6 = 1,8 л/с. With an ejector liquid efficiency of 3 l / s, the amount of ejected air Q ≈ 3 • 0.6 = 1.8 l / s.
2.7. Суммарная площадь отверстий
2.8. Расчетная площадь поверхности диспергирующего элемента, принятого (как вариант) из сетки: Sэ = Sс/k, где k = 0,5... 0,7, живое сечение сетки.
2.7. Total hole area
2.8. The estimated surface area of the dispersing element, taken (as an option) from the grid: S e = S c / k, where k = 0.5 ... 0.7, the living cross-section of the grid.
2.9. Расчетный размер образующей конуса.
2.9. The estimated size of the generatrix of the cone.
Известно, что площадь конуса равна S = ПRC, где R - радиус основания, R = 25 мм, исходя из диаметра труб; C - длина образующей конуса. Отсюда
2.10. Угол при вершине конуса определяют из выражения
где
R = 25 мм, радиус основания конуса;
C = 104 мм, длина образующей,
т.е. 
2.11. Расстояние l между вершинами конусов определяют:
Заявляемое устройство имеет ряд технических и технологических преимуществ по сравнению с прототипом:
упрошена конструкция и снижена металлоемкость;
улучшено качество производимой устройством пены.It is known that the area of the cone is S = ПRC, where R is the radius of the base, R = 25 mm, based on the diameter of the pipes; C is the length of the generatrix of the cone. From here
2.10. The angle at the top of the cone is determined from the expression
Where
R = 25 mm, the radius of the base of the cone;
C = 104 mm, generatrix length,
those.
2.11. The distance l between the vertices of the cones is determined by:
The inventive device has a number of technical and technological advantages compared to the prototype:
design is simplified and metal consumption is reduced;
improved quality of the foam produced by the device.
Устройство прошло всесторонние стендовые испытания в лабораторных условиях заявителя-патентообладателя. The device passed comprehensive bench tests in the laboratory conditions of the applicant patent holder.
Claims (1)
где Dдиф - максимальный диаметр конического диффузора, м;
α - угол при вершине конуса диспергатора, град.A device for producing foam, consisting of a housing, a mixer, a diffuser of gas-liquid flow and a mesh dispersant arranged coaxially, characterized in that the diffuser of a gas-liquid flow contains a conical diffuser connected to the mixer, and the mesh dispersant is made in the form of a removable cone with an apex directed towards the flow, and the distance l between the vertices of the cones of the dispersant and diffuser is determined by the formula
where D diff - the maximum diameter of the conical diffuser, m;
α is the angle at the apex of the dispersant cone, deg.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96110307A RU2121869C1 (en) | 1996-05-28 | 1996-05-28 | Foam producing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96110307A RU2121869C1 (en) | 1996-05-28 | 1996-05-28 | Foam producing device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU96110307A RU96110307A (en) | 1998-08-27 |
| RU2121869C1 true RU2121869C1 (en) | 1998-11-20 |
Family
ID=20180935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96110307A RU2121869C1 (en) | 1996-05-28 | 1996-05-28 | Foam producing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2121869C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2618280C2 (en) * | 2015-02-18 | 2017-05-03 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Краснодар" | Mixing device |
-
1996
- 1996-05-28 RU RU96110307A patent/RU2121869C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PCT, заявка, 83/02735, кл. B 01 F 5/04, 1983. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2618280C2 (en) * | 2015-02-18 | 2017-05-03 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Краснодар" | Mixing device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7125991B2 (en) | microbubble generator | |
| US5810052A (en) | Method of obtaining a free disperse system in liquid and device for effecting the same | |
| US4162970A (en) | Injectors and their use in gassing liquids | |
| JPH07265676A (en) | Gas dissolution | |
| JPH0580250B2 (en) | ||
| US8967597B2 (en) | Device for mixing gas into a flowing liquid | |
| US5058809A (en) | Foam generating aspirating nozzle | |
| RU2121869C1 (en) | Foam producing device | |
| KR101406268B1 (en) | Tiny bubble generator | |
| US4230570A (en) | Aerator | |
| JP3672923B2 (en) | Device for mixing two fluids | |
| US20230102287A1 (en) | Volkov cavitational aerator | |
| JPH09201520A (en) | Method for dispersing gas-liquid mixed fluid and dispersing apparatus using the method | |
| JP2554608B2 (en) | Gas-liquid dissolution mixing method and gas-liquid dissolution mixing device | |
| JPH07313005A (en) | Oxygen for hydroponic culture, method for feeding fine foam and apparatus therefor | |
| RU2021005C1 (en) | Hydrodynamic homogenizer-mixer | |
| JPH07308556A (en) | Gas dissolving method and device therefor | |
| KR100551983B1 (en) | Air diffuser using bubble jet collision | |
| JP2000093772A (en) | Micro-gas bubble liquid gas mixing and dissolving device | |
| RU2270315C2 (en) | Hydro-acoustic well drilling rig | |
| RU64938U1 (en) | GAS-LIQUID DISPERSANT | |
| RU2079350C1 (en) | Static mixer | |
| CN112316770B (en) | Bubble spray head and bubble generation method | |
| RU2746572C1 (en) | Method for wave treatment of oil and gas wellbores and wave generators for its implementation | |
| KR20200132079A (en) | Air, liquid mixer |