Способ получения кавитации



Способ получения кавитации

 


Владельцы патента RU 2405979:

Просвиров Сергей Григорьевич (RU)

Способ предназначен для использования кавитации при диспергации водогазовых смесей с целью воздействия на нефтяные пласты для повышения коэффициента извлечения нефти. Способ кавитации включает получение кавитационных разрывов с использованием скорости движения жидкости за счет взаимодействия поверхностей встречных потоков, при этом встречные потоки разгоняют до скоростей, где сумма модулей скоростей потоков удовлетворяет следующему соотношению:

,

где:

- модуль вектора скорости первого потока;

- модуль вектора скорости второго потока;

Р - гидростатическое давление жидкости,

ρ - плотность жидкости,

с - скорость распространения возмущения в жидкости.

Технический результат - повышение эффективности процесса кавитации. 1 ил.

 

Изобретение относится преимущественно к нефтегазовой отрасли промышленности, в частности, для использования кавитации для диспергации водогазовых смесей с целью воздействия на нефтяные пласты для повышения коэффициента извлечения нефти.

Известен способ кавитации потока жидкости, основанный на увеличении скорости потока жидкости, которое приводит к уменьшению давления до такой степени, что в жидкости образуются кавитационные разрывы, которые охлопываются, как только попадают в зону повышенного давления (Л.И.Седов. Механика сплошной среды. Т.2. Издательство «Наука», М., 1976 г., стр.34-35).

При этом определен параметр, называемый числом кавитации.

где: X - безразмерный параметр - число кавитации;

Ргст - гидростатическое давление жидкости;

Pd - давление, при котором происходит нарушение сплошности жидкости;

ρ - плотность жидкости;

V∞ - скорость потока жидкости вдали от зоны разгона;

Vк - скорость, при которой начинается кавитация жидкости. Если пренебречь в вышеуказанной формуле Pd и V∞, получается, что кавитация возникает при скорости потока

Реально при ρ=1000 кг/см3 это выглядит следующим образом:

при Ргст=10 атм = 1 Мпа; Vк=44,7 м/сек

при Ргст=40 атм = 4 Мпа; Vк=89,4 м/сек

при Ргст=100 атм = 10 Мпа; Vк=141 м/сек.

Отсюда следует, что при больших гидростатических давлениях получение кавитационного режима способом разгона жидкости весьма затруднительно, так как при больших гидростатических давлениях необходимы большие скорости движения жидкости. Наиболее близким способом к заявляемому является «Способ кавитации потока жидкости и устройство для его осуществления», патент Российской Федерации №2164629 F15D 1/02. Способ заключается в том, что получение разрыва жидкости осуществляется за счет прерывания ее потока - полностью или частично. Оценку скорости потока, при которой возможен разрыв жидкости за элементом, прерывающим данный поток, можно оценить по формуле:

,

где: Vp - скорость, при которой происходит разрыв жидкости, а значит, кавитация;

Ргст - гидростатическое давление в жидкости;

ρ - плотность жидкости;

с - скорость распространения возмущений в жидкости.

Таким образом, вышеуказанным способом можно получить кавитацию, например, для ρ=1000 кг/м3, с=1200 м/с при следующих соотношениях Ргст и Vp:

при Ргст=10 атм = 1 Мпа; Vк=0,8 м/сек

при Ргст=40 атм = 4 Мпа; Vк=3,3 м/сек

при Ргст=100 атм = 10 Мпа; Vк=8,3 м/сек.

Как видно из вышеприведенных данных, способ получения кавитационных разрывов жидкости путем механического прерывания ее потока намного эффективнее способа разгона жидкости. Необходимые для образования кавитационных разрывов скорости гораздо ниже скоростей, необходимых для реализации кавитации в предыдущем способе.

Однако способ механического прерывания потока жидкости для получения кавитации имеет существенные недостатки. Количество кавитационных каверн строго равно количеству прерываний потока жидкости, что во многих случаях использования кавитации для различных процессов недостаточно.

Кроме того, использование данного способа приводит к получению гидроудара перед элементом, перекрывающим поток жидкости. Этот фактор негативно сказывается на надежности работы устройств, работающих по данному принципу получения кавитации.

Таким образом, степень кавитации, получаемая вышеуказанными способами может быть недостаточна для каких либо технологических процессов, в которых используется кавитация, например, для приготовления мелкодисперсной водогазовой смеси, применяемой для увеличения коэффициента извлечения нефти.

Техническим эффектом предлагаемого изобретения является увеличение степени кавитации для увеличения эффективности процесса диспергации.

Заявленный технический эффект достигается решением технической задачи, направленной на повышение эффективности процесса кавитации.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в способе получения кавитации потока жидкости, включающем гидродинамическое воздействие на поток с добавлением в жидкость веществ, способствующих уменьшению усилия для разрыва потока при образовании кавитационных полостей, гидродинамическое воздействие на поток осуществляется за счет взаимодействия внешних поверхностей встречных потоков. При этом сумма модулей скоростей потоков должна удовлетворять следующему соотношению:

где - значения скоростей потоков, движущихся в противоположных направлениях,

Ргст - гидростатическое давление жидкости,

ρ - плотность жидкости,

с - скорость распространения возмущений в жидкости.

А в качестве потока может быть использована многофазная среда:

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что кавитация осуществляется за счет механизма получения кавитационных разрывов, основанного на инерционном движении в противоположных направлениях соприкасающихся поверхностями в какой-то момент неких объемов жидкости. По всей площади контакта поверхностей встречных потоков будут возникать множественные очаги кавитационных разрывов жидкости, процесс получения кавитационных разрывов будет идти непрерывно по всей площади соприкосновения поверхностей потоков, движущихся в противоположных направлениях, при этом сумма скоростей потоков должна удовлетворять следующему соотношению:

При соотношении меньше указанного, разрыв может не произойти.

Данный способ непрерывного образования множественных кавитационных разрывов может быть применен, например, для дополнительной диспергации жидкостно-газовой смеси. Действительно, если во встречных потоках используется жидкостно-газовая смесь, то образовавшиеся кавитационные разрывы жидкости в зоне соприкосновения встречных потоков при удалении от этой зоны начинают интенсивно охлопываться, высвобождать значительное количество энергии, которое в конечном итоге приводит к дополнительному дроблению газовых пузырьков. Например, это очень важно при закачке водогазовой смеси в нефтяной пласт с целью повышения коэффициента нефтеизвлечения (КИН), так как стабильность положительного воздействия на пористую среду, имеющую фильтрационные каналы достаточно малой раскрытости, зависит от диаметра газовых пузырьков, который должен быть сопоставим с вышеуказанной раскрытостью каналов.

На чертеже представлена схема взаимодействия поверхностей потоков, движущихся в противоположных направлениях.

Способ осуществляется следующим образом.

Два потока 1 и 2, направленных в противоположных направлениях, соприкасаются их внешними поверхностями, где поток 1 движется со скоростью а поток 2 движется со скоростью . При этом в пределах зоны взаимодействия внешних поверхностей встречных потоков 3 возникают множественные разрывы потока, локальные скачки давления способствуют возникновению заполненных пузырьками областей пониженного давления - каверн, а затем по ходу потоков за счет повышения давления происходит схлопывание пузырьков, при этом высвобождается энергия, дробящая имеющиеся газовые пузырьки на более мелкие. Затем мелкодисперсная водогазовая смесь, полученная за счет дополнительного диспергирования, выходит из диспергирующего устройства для закачки в нефтяной пласт.

Для облегчения разрыва потока жидкости при высоких гидростатических давлениях в прокачиваемую жидкость вводят вещества - реагенты, например, поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Пример конкретного исполнения.

Осуществлялись лабораторные исследования получения мелкодисперсной водогазовой смеси (МВГС), необходимой для закачки в пласт в целях увеличения коэффициента извлечения нефти.

Предварительно приготовленная в эжекторе водогазовая смесь разделялась на два потока 1 и 2 и подавалась в диспергирующее устройство, где потоки были направлены в противоположных направлениях и имели возможность взаимодействовать внешними поверхностями. При этом сумма модулей скоростей потоков была больше, чем Ргст/ρ·с. Пробы водогазовой смеси брались до входа в диспергирующее устройство и после выхода из него с целью определения среднего диаметра газовых пузырьков. Измерения производились косвенным методом, основанным на определении скорости всплытия пузырьков. При этом получено, что средний диаметр пузырьков до входа в диспергирующее устройство составил 80-100 мкм, а на выходе из диспергирующего устройства 20-40 мкм.

Преимущества данного способа заключаются в следующем:

1. Процесс кавитации идет непрерывно и с большой интенсивностью.

2. Данный способ непрерывного образования множественных кавитационных разрывов может быть применен, например, для дополнительной диспергации водо-газовой смеси.

3. Данный способ может быть реализован при достаточно высоких гидростатических давлениях, что позволяет применять его, например, для приготовления мелкодисперсной газовой смеси непосредственно на забое скважин.

В дополнение к вышесказанному этот способ достаточно легко можно реализовать без применения в устройствах для получения мелкодисперсной водогазовой смеси движущихся частей, которые могут нести значительные динамические нагрузки, которые приводят к разрушению движущихся элементов.

Таким образом, способ эффективен и достаточно прост в его реализации.

Способ кавитации, включающий получение кавитационных разрывов с использованием скорости движения жидкости за счет взаимодействия поверхностей встречных потоков, отличающийся тем, что встречные потоки разгоняют до скоростей, где сумма модулей скоростей потоков удовлетворяет следующему соотношению:

где - модуль вектора скорости первого потока;
- модуль вектора скорости второго потока;
Р - гидростатическое давление жидкости;
ρ - плотность жидкости;
с - скорость распространения возмущения в жидкости.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области устройств, создающих вращающееся движение газов и жидкостей в трубах круглого сечения, может использоваться для увеличения скорости движения газов и жидкостей при безнапорных, низконапорных и напорных условиях в дождевальных аппаратах, устьях фонтанирующих устройств.

Изобретение относится к области измерения потребления газа посредством тепловых датчиков расхода. .

Изобретение относится к гофрированным трубам (в том числе к шлангам), предназначенным для транспортирования газов и газожидкостных смесей. .

Изобретение относится к способу транспортировки по трубопроводу вязких нефтей и нефтепродуктов, может быть использовано в нефтяной промышленности для повышения эффективности перекачивания по трубопроводу вязких нефтей и нефтепродуктов.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может найти применение в нефтехимической, химической, строительной и других отраслях промышленности при перемещениях высоковязких ньютоновских и неньютоновских жидкостей, суспензий, эмульсий и растворов.

Изобретение относится к области транспортирования жидкости по трубопроводу и может быть использовано в гидравлических системах, используемых в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической промышленности и может быть использовано при транспортировке высоковязких ньютоновских и неньютоновских жидкостей по трубопроводам.

Изобретение относится к области гидродинамики двухфазных (парожидкостных) потоков, а именно к конструкции, работающей в условиях регулируемой гидродинамической кавитации.

Изобретение относится к области гидродинамики, а именно к способам получения кавитации в жидкости, может быть применено для интенсификации процессов смешивания, контакта, диспергирования, эмульгирования, массообмена, теплообмена жидкостей, ускорения химических реакций в жидких средах, а также для перевода упорядоченной энергии (давления и скорости) жидкости в тепловую энергию.

Изобретение относится к гидродинамической обработке текучих сред. .

Изобретение относится к гидротранспорту высоковязких жидкостей, к химической, нефтехимической промышленности и к экологическим процессам при перекачивании по трубопроводу консистентных нефтешламов и других жидких отходов

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для повышения нефтеотдачи продуктивных пластов

Изобретение относится к области гидродинамики и касается способа возбуждения акустических колебаний в текучей среде и устройства для его осуществления
Изобретение относится к трубопроводному транспорту жидкости и может быть использовано при перекачке углеводородных жидкостей по трубопроводам с насосными станциями с использованием противотурбулентных присадок

Изобретение относится к трубопроводному транспорту жидкости и может быть использовано при перекачке углеводородных жидкостей по трубопроводам с насосными станциями с использованием противотурбулентных присадок

Изобретение относится к трубопроводному транспорту жидкости и может быть использовано при испытаниях противотурбулентных присадок, используемых при перекачке углеводородных жидкостей по трубопроводам

Турбулизатор предназначен для использования в замкнутой трубопроводной системе выше по потоку от узлов управления для удаления грязи. Турбулизатор выполнен из трех частей: первой фланцевой части, второй конической части и третьей конической части. Конусообразные форсунки в проходном отверстии первой части текучей среды имеют три или более малых канала, через которые вторая часть текучей среды проходит насквозь в направлении выхода турбулизатора. Вторая коническая часть имеет три или более малых каналов в конической стороне входного конуса. Повторное вхождение этой второй части среды в первую часть среды создает завихрения и турбулентности и, тем самым, более высокие скорости потока в среде. Технический результат - максимальное снижение необходимости человеческого вмешательства и решение проблем в случаях, где грязеуловители отсутствуют. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к самоочищающемуся устройству и способам для обработки под высоким давлением вязких текучих сред. Способ включает перемещение загрязняющих вязких текучих сред, таких как густые твердожидкостные суспензии лигноцеллюлозной биомассы и ее компонентов, находящихся под высоким давлением, с использованием массива выдвижных клапанов. Техническим результатом изобретения является сведение к минимуму загрязнение текучими средами. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Устройство регулирования среды содержит главный газоход для прохождения потока регулируемой среды, средство избирательного нагнетания подпиточной среды в главный газоход в двух направлениях и средства для выбора направления нагнетания, расположенные снаружи главного газохода. Способ регулирования среды включает этап избирательного нагнетания в двух направлениях одной подпиточной среды в газоход для транспортирования потока регулируемой среды. Изменяют одну из переменных термодинамического состояния вышеуказанной среды. Газоход содержит упомянутое устройство регулирования среды. Достигается уменьшение воздействия регулируемой среды на упомянутые устройства. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство предназначено для направления потока флюида. Устройство содержит полость для изменения давления, первый проточный канал, переходник с варьирующимся давлением и узел переключения потока в зависимости от давления, причем первый проточный канал функционально соединяет полость для изменения давления и переходник с варьирующимся давлением, причем узел переключения потока граничит с переходником с варьирующимся давлением. Согласно варианту осуществления изобретения при изменении одной из характеристик флюида изменяется поступление флюида в полость для изменения давления. В одном варианте осуществления изобретения изменение состоит в увеличении интенсивности поступления потока флюида в полость для изменения давления. В другом варианте осуществления изобретения изменение состоит в уменьшении интенсивности поступления потока флюида в полость для изменения давления. Регулятор потока флюида содержит устройство для направления потока флюида; второй проточный канал; третий проточный канал; и четвертый проточный канал. Технический результат - регулирование потока флюида между несколькими зонами. 3 н. и 42 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх