Способ получения кавитации

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: V^p - 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.