RU2227063C2

RU2227063C2 - Foam generator

Info

Publication number: RU2227063C2
Application number: RU2001123159/15A
Authority: RU
Inventors: С.Н. Горонович; Н.А. Гафаров; А.М. Селиханович; В.С. Горонович
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Оренбурггазпром"
Priority date: 2001-08-16
Filing date: 2001-08-16
Publication date: 2004-04-20

Abstract

FIELD: control of a bottom-hole stratum pressure in oil-producing industry. SUBSTANCE: the invention presents a foam generator and falls into technologies of production of the stable foam intended to control a bottom-hole stratum pressure in the hostile wellbore environment conditions - low stratum pressures. The foam generator contains a housing, in which the foaming element is located; a branch-pipes of input of mediums, one of which is placed on an axis of the housing and another one - on its lateral surface; a branch-pipe of the foam withdrawal. The foaming element is made in the form of a perforated diaphragm and vanes mounted on a power shaft with a capacity of a slip on a surface of the diaphragm. The technical result: an advantage to produce a monodispersed foam with a calculated size of bubbles at the given multiplicity of foam. EFFECT: the invention allows to produce a monodispersed foam with a calculated size of bubbles and the given multiplicity of foam. 2 dwg

Description

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.The invention relates to the field of drilling and overhaul of oil and gas wells, in particular to a technology for producing stable foam, designed to control bottom-hole pressure in conditions of abnormally low reservoir pressure.

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.The stability and lifespan of a three-phase foam is ensured by the principle of foam equilibrium, the monodispersity of the gas phase to exclude diffusion transfer in the foam, and the relative phase motion due to gravitational ascent in a thixotropic two-phase foam-forming solution.

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.Of all the mechanical properties of the foam, one of the most important is its dispersion. The dispersion of the foam is significantly affected by the physicochemical properties of the solution, the method of mixing phases, the modes of the process, as well as the design of the foam generator or technological apparatus.

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.There is a definite connection between the size of the bubbles and the stability of the foam: for a given foaming agent and the conditions for the production of foam, there is a certain interval of the size of the bubbles with the greatest stability. The more bubbles of equal size in the foam and the smaller they are in size, the higher the quality of the foam.

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).A device for producing foam is known, consisting of a housing, a mixer, a diffuser of a gas-liquid flow and a mesh disperser arranged coaxially, as a diffuser of a gas-liquid flow, the device contains a conical diffuser connected to a mixer, and the mesh dispersant is made in the form of a removable cone with an apex directed towards the flow and the distance between the vertices of the cones of the dispersant and diffuser is determined by the formula (RF Patent 2121869, 6 IPC B 01 F 3/04, publ. 20.11.98 in bull. No. 32).

Известное устройство не обеспечивает получение монодисперсной стабильной пены.The known device does not provide monodisperse stable foam.

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).A foam generator is also known, comprising a housing, media inlets, one of which is placed along the axis of the housing, and the other is located on its side surface and connected to an annular chamber, a cylindrical insert located in the housing, inside which there is a pricing chamber communicated through openings in a cylindrical insert with an annular chamber, grids with spherical elements placed on them, installed at the outlet of the pricing chamber, and a foam outlet, the foaming chamber is equipped with an ejector insert, fixed constant on the cylindrical insert, medium input pipe disposed on a lateral surface of the housing, tangentially connected thereto, and the ejector diffuser insert is formed with holes. The ejector insert is made of non-magnetic material, and the balls are made of ferrite material, and the balls have holes. (RF patent 2054312, 6 IPC B 01 F 5/04, publ. 02.20.96 in bull. No. 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”.In the known foam generator, it is not possible to control the foaming process to produce foam with a given multiplicity, and when drowning media as a result of the chaotic movement of the balls, the foam bubbles have different sizes, which does not provide monodispersity and adversely affects the quality of the resulting foam, determined by the life time.

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).Closest to the claimed purpose and a combination of essential features is a device for saturating a liquid with gas, comprising a housing, an agitator with a drive installed in a gas supply nozzle, a bubbler made in the form of a perforated disk and a pulsator, in which the gas supply pipe is equipped with a telescopic resonant chamber located between the perforated disk and pulsator. In addition, the resonance chamber is equipped with a resonator made in the form of a cylinder with a piston (AS 584883, 2 MKI B 01 F 13/00, published on 12/25/1977 in Bulletin No. 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.In the known device, the formation of bubbles occurs in the process of cutting off a portion of the gas by a tangential flow of liquid formed by a rotating mixer, when resonant oscillations of the gas column are carried out. The mixer is located at some distance from the surface of the perforated disk, as a result of which the resulting bubbles have different sizes with different internal pressures, which leads to a short “life” of the foam and negatively affects its stability.

В данном устройстве процесс образования пены происходит с высокой поверхностью раздела фаз, что интенсифицирует термомассоперенос и создает условия получения нестабильной пены.In this device, the process of foam formation occurs with a high phase interface, which intensifies thermal mass transfer and creates the conditions for the production of unstable foam.

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”.This device does not allow for monodispersion of the distribution of the gas phase due to the lack of the ability to control the foaming process to produce foam with a given multiplicity, and the presence of bubbles of different sizes negatively affects the quality of the resulting foam, determined by the life time.

Задачей заявляемого технического решения является повышение качества стабильной пены за счет обеспечения ее монодисперсности и получения заданного размера ячейки (пузырька) пены при заданной кратности.The objective of the proposed technical solution is to improve the quality of stable foam by ensuring its monodispersity and obtaining a given cell size (bubble) of the foam at a given ratio.

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.The specified problem in the inventive foam generator, including a perforated foam-forming element and a gas supply pipe, is solved due to the fact that the foam generator contains a perforated foam-forming element made in the form of a membrane and blades mounted to slide on the surface of the membrane.

Отличием заявляемого устройства является то, что пеногенератор содержит перфорированный пенообразующий элемент, выполненный в виде мембраны, и лопасти, установленные с возможностью скольжения по поверхности мембраны.The difference of the claimed device is that the foam generator contains a perforated foaming element made in the form of a membrane, and blades mounted with the possibility of sliding on the surface of the membrane.

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.Only such a combination of all the distinguishing features ensures the achievement of a new technical result, which consists in the possibility of obtaining monodispersity of the foam with the estimated size of the bubbles at a given multiplicity, which improves the quality of the obtained stable foam.

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”.In available sources of patent and other scientific and technical information, information about technical solutions containing features that match the distinguishing features of the claimed invention and giving a similar technical result is not revealed. This allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step".

На фиг.1 представлена схема заявляемого пеногенератора в разрезе, на фиг.2 сечение А-А на фиг.1.Figure 1 presents a diagram of the inventive foam generator in the context, figure 2 section aa in figure 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).The proposed foam generator consists of a housing 1, in which a perforated foaming element is located, made in the form of a porous membrane 2 with capillary holes 3. The foam generator contains blades 4 mounted on the shaft 5 of the adjustable drive 6. The blades 4 are mounted with the possibility of sliding on the surface of the membrane 2. Housing 1 is equipped with a pipe 7 for introducing liquid, a gas supply pipe 8 and a pipe 9 for draining foam. The gas supply pipe 8 is located along the axis of the housing 1. The foam generator operates as follows. Foaming liquid with a constant flow rate is supplied through the pipe 7 to the device cavity above the membrane 2. Gas with a constant flow rate is supplied through the pipe 8 into the cavity under the membrane 2. Foam is formed as a result of gas crushing due to its passage through the capillary holes 3 of the membrane 2 and a cut of the developing bubble rotating blade 4 when sliding on the surface of the membrane 2. The rotation of the blades 4 is carried out from an adjustable drive 6. The resulting foam through the pipe 9 is fed into the circulation system (on the diagram e shown).

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.The authors found that the monodispersity of the obtained stable foam depends on the size of the holes 3 in the membrane 2 and the angular velocity of rotation of the blades 4, which are determined by calculation, depending on the required performance of the foam.

Изменяя скорость вращения лопастей, а также расход газа и пенообразующей жидкости можно получить пену с необходимыми характеристиками.By changing the speed of rotation of the blades, as well as the flow rate of gas and foaming liquid, you can get a foam with the necessary characteristics.

Заявляемый пеногенератор прошел испытания в лабораторных условиях, где в качестве газовой среды был использован азот, а в качестве пенообразующей жидкости - коллоид-полимерный пенообразующий состав.The inventive foam generator was tested in laboratory conditions, where nitrogen was used as a gaseous medium, and a colloid-polymer foam-forming composition was used as a foaming liquid.

Пример.Example.

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.When the diameter of the holes of the membrane is equal to 0.000016 m (or 0.016 mm), the angular velocity of rotation of the blades is 10.859 s ^-1 , the gas flow rate is 0.0725 m ³ / s and liquid is 0.01 m ³ / s, the specified foam ratio, for example, equal to 7, foam stability of 22 days or more was obtained.

Заявляемая конструкция устройства за счет образования одинаковых и ничтожно малых по размеру пузырьков обеспечивает монодисперсность получаемого продукта, что способствует повышению качества пены.The inventive design of the device due to the formation of the same and negligible in size bubbles provides monodispersion of the resulting product, which helps to improve the quality of the foam.

Такое конструктивное выполнение пенообразующего элемента позволяет регулировать процесс ценообразования для получения стабильной пены с заданной кратностью.Such a constructive implementation of the foaming element allows you to adjust the pricing process to obtain a stable foam with a given ratio.

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.The use of a foam generator as part of a closed circulation system will make it possible to obtain stable foams and control bottomhole pressure during overhaul of wells and initial opening of formations under conditions of abnormally low pressures with a given repression on the formation and reduce damage to the productivity of formations.

Заявляемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает упрощение конструкции, получение стабильной пены при заданной кратности и повышение качества получаемой пены.The inventive device in comparison with the prototype provides a simplification of the design, obtaining stable foam at a given ratio and improving the quality of the resulting foam.

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.The technical documentation for the manufacture of the foam generator was transferred to the plant as part of the documentation for the development of a closed circulation system for the overhaul of wells using stable foams.

Claims

A foam generator including a perforated foam-forming element and a gas supply pipe, characterized in that the foam generator contains a perforated foam-forming element made in the form of a membrane, and blades mounted to slide along the surface of the membrane.