Дегазатор для гидрогазосъемки Советский патент 1981 года по МПК E21B21/06 G01V9/00 

(54) ДЕГАЗАТОР ДЛЯ ГЙДРОГАЗОСЪЕМКИ

I

Изобретение относится к устройот,; вам для извлечения растворенныи: в жидкостях газов с целью опрёделения исходного газосодержания жидкости по результа тг « анализа полученшах газовых смесей.

Такие устройства применяются при газовой оемке акваторий (гидза огазосъемка) для поисков подводных м оторождений нефти и газа, контроля за загрязнением акваторий различными продуктами и для других целей.

Известны дегазаторы, содержащие дегазационную камеру с термоэлементом, датчик давления, патрубок отвода газовой смеси и поршень, связанный штоком с пневмоприводом.Щ.

Оснрвным недостатком этих устройств является эпизодичность их действия, снижающая производительность гидрогазосъемки.

Наиболее близким для данного технического решения является контурный проточный дегазатор для непрерывного извлечения газа из бурового раствора, работающий на принципе создания равновесных концентраций компонентов между газообразной-и жидкой фазами. В этом дегазаторе открытая снизу дегазациокная камера частично погруже2

на в протекаквдий по желобу из скважины поток бурового раствсчра. Под нижН1ЛМ срезом дегазационной камеры установлен аэратор, связанный нагнетательным газопроводом с выходом газового ксймпрессора. Вход последнего соединен всасывающим газопроводом с верхней часть дегазационной камеры. При работе дегаза«ора выходяпше из

0 аэратора йузщ)ькй газа пронизывают протекающий по жейобу буровой раствор, вследствие чего вщ)авниваются концентраций компонентов в свободной газовой фазе, скаплива1оадейся в верхней части дегазационной каме| 1, и

5 в текущей порЦии жидкой фазы - бурового раствора

ПримЁненшо известного дегазатора для гищюгазосъемки препятствует

0 заложенный в нем принцип движения двух фаз - жидкой и газообразной во взаимно перпендикулярных направдениях. Так как газовая фаза может ггеретлшцаться только вертикально за

5 счет всплытия пузырьков, горизонтальный поток воды в условиях качки судна становился неустойчивым по направлению и скорости, а степень погружения дегазационной кгилеры в воду изменяется. При усилении качки уро0вень воды может подняться настолько что вода попадает во всасывающий газопровод либо опускается ниже среза дегазационной камеры и разгерметизирует её. Изменение степени погружения дегазационной камеры в воду также приводит к изменению давления газовой фазы, что вызывает неконтролируемые изменения констант фазового равновесия и, следовательно, приводит к неоднозначности определения текущего газосодержания воды по результатам анализа концентраций компонентов в газовой фазе. Другим недостатком устройства с горизонтальным потоком жидкой фазы является невозможность получения при емлемого для гидрогазосъемки динамического выравнивания концентраций в газовой фазе при изменении текущего газосодержания воды. Скорость выравнивания концентрации зависит от отношения суквларного объема газовой фазы (объе1 а 1 газовой части дегазационной камеры, компрессора, аэратора и соединительных линий) к расхо ду дегазируемой жидкой фазы. При уве личении расхода воды через дегазатор возрастает величина сноса всплывающих пузырьков газа, и для их улавливания необходимо удлинять дегазационную камеру, т. е. увеличивать газо вый объем. Уменьшение заглубления аэратора, с целью снижения величины сноса пузырьков, приводит к уменьшению поперечного сечения потока дегазируемой воды, т.е.к снижению его ра хода. Унос пузырьков газа за пределы дегазационной камеры, как и любые другие неконтролируемые утечки газовой фазы, недопустимы по причине нарушения условия установления фазового равновесия в дегазаторе, а при больших утечках возможно полное исчезновение газовой фазы. Третьим недостатком дегазатора является отсутствие защиты от попаДания пены (газоводяной смеси)в верх нюю часть дегазационной камеры и далее во всасывающий газопровод и в га зоаналитическую аппаратуру. Пена образуется при разрушении газовых пузырьков на поверхности дегазируемой воды, Интенсивность пенообразования зависит также от количества содержащихся в водах акваторий эмульгирующих веществ различной природы и, например, в некоторых районах акваторий Азовского моря достигает критических значений, полностью парализующих нормальную работу контурного проточного дегазатора. Цель изобретения - повышение производительности гидрогазосъемки за счет снижения газового объема и ускорения выравнивания концентраций компонентов в газовой фазе и повышения точности за счет снижения влияния качки судна на процесс дегазации. Поставленная цель достигается тем, что дегазатор выполнен в виде двух вертикальных ступенчато-суживающихся кверху коаксиально расположенных сосудов. Внутренний сосуд открыт снизу, частично выступает, из открытого сверху наружного сосуда, при этом кольцевые зазоры между нижними торцами и боковыми стенками обоих сосудов во в.сех сечениях сделаны равными по площади. Во внутреннем сосуда, являющемся дегазационной камерой, размещены аэратор с выведенным наружу патрубком для подвода газа, а в верхней части - патрубок для отвода газа и па,трубок для подвода дегазируемой воды с рассекателем потока, формирующим равномерно распределенные по всему сечения сосуда струи воды. Верхняя часть наружного сосуда выполнена в виде лабиринтной камеры и соединена с помощью газоотводной трубы с верхней частью внутреннего сосуда. Потоки газа и дегазируемой воды двигаются взаимно-встречно в вертикальных направлениях. Кроме того, рассекатель потока воды выполнен в виде решетки с отверстиями , обеспечивающими формирование равномерно распределенных по всему поперечному сечению внутреннего сосуда струй воды, причем рассекатель потока размещен ниже патрубка для отвода газа. На чертеже показана схема предлагаемого дегазатора для гидрогазосъемки. Дегазатор состоит из внутреннего сосуда 1, патрубка 2 для подвода дегазируемой воды с рассекателем 3 потока, патрубка 4 для отвода газа, аэратора 5 с патрубком 6 для подвода газа, наружного сосуда 7 с лабиринтной камерой 8 и газоотводной трубки 9. При помощи всасывающего 10 и напорного 11 газопроводов дегазатор соединен с газовым компрессором 12 и газовым анализатором 13. дегазатор устанавливается в сосуде 14 с патрубком 15 слива воды, например, в водопроводной раковине. Для вepтиj aльнo установленных сосудов - внутренний 1 и наружный 7-расположены коакёиально таким образом, что часть внутреннего сосуда выступает из наружного, а кольцевые зазоры между их торцовыми и боковыми поверхностями имеют, примерно одинаковые площади во всех сечениях. Внутренний сосуд 1 является дегазационной камерой, для чего он заглушен сверху и открыт снизу. В его нижней части расположен аэратор 5 с выведенным наружу патрубком 6 для подвода газа, а в верхней части расположены патрубок 2 для подвода воды с рассекателем 3 потока и патрубок 4 для отвод газа, а также присоединен один коне газоотводкой трубки 9. Верхняя част наружного сосуда 7 выполнена в виде лабиринтной камеры 8, к которой подсоединен другой конец газоотводной трубки 9. В патрубке 2 для подвода дегазируемой воды рассекатель 3 потка расположен ниже патрубка 4 для отвода газа и выполнен в виде решетки с равномерно распределенными по поверхности отверсхилни. Патрубок 2 для подвода дегазируемой о- ды соединен водоводной линией с насосом водозаборного устройства, не входящего в конструкцию-дегазатора. Патрубок 15 слива воды соединен с линией сброса воды за борт. Патрубок 4 для отвода газа и

патрубок 6 для подвода газа соединены соответственно с помощью всасывающего 10 и напорного 11 газопроводов с газовым компрессором 12 и газовым анализатором 13. Дегазатор жестко крепится к судну, предназначенному для проведения гидрогазосъеки.

Первоначально весь объем дегазатора, а также все соединительные водяные и газовые линии заполнены атмосферным воздухом. При подаче дегазируемой воды от водозаборного устройства в патрубок 2 через рассекатель 3 потока вода в виде тонких струй заполняет внутренний объем дегазатора до тех пор пока ее уровень не достигнет верхней кромки наружного сосуда 7 после чего она свободно переливается в сосуд 14 и дгшее через патрубок.15 слива воды сливается за борт. Одновременно включается газовый компрессов 12. Сжатый в нем воздух через напорный газопровод 11 и патрубок 6 для подвода газа поступает в аэратор 5, с наружной поверхности которого отделяются и всплывают пузырьки воздуха, пронизывая встречный поток дегазируемой воды во внутреннем сосуде 1. Достигнув поверхности воды, пузырьки разрушаются и скапливаются в верхней части сосуда 1 в виде свободной газовой фазы, пронизанной ниспадающими струями воды. Далее газ через патрубок 4 для отвода газа и всасывающий газопровод 10 снова поступает в газовый компрессор 12 и таким образом циркулирует по замкнутому контуру. На пути от аэратора S к патрубку 4 для отвода газа газовые пузырьки разрушсцотся и скапливаются в верхней части сосуда 1 в виде свободной газовой фазы, вследствие чего в верхней части сосуда 1 формируется газовая фаза, все компоненты которой, в соответствие с законом Генри, находятся в фазовом равновесии с растворенными в дегазируемой воде газовыми компонентами.

Выравнивание концентраций компонентов В газовой фазе протекает тем быстрее, чем меньше объем газовой фазы и чем больше расход воды через дегазатор. Ступенчатое сужение верх ;ней части сосуда 1 снижаот объем га зовой фазы что позволяет получить приемлемое время становления равновесных концентраций в обоих фазах. Часть циркулирующей по замкнутому контуру газовой фазы поступает на

О анализ в газовый анализатор 13, подсоединенный параллельно газовому компрессору 12.

В установившемся режиме граница раздела газ-жидкость в верхней части

5 сосуда 1 определяется средним уровнем, соответствующим равенству произведений высоты столба воды на ее плотность в наружном сосуде 7 и высоты столба от поверхности аэратора 5

Q до границы раздела газ-жидкость на плотность газоводной смеси во внутреннем сосуде 1. Аэратор установлен в расширенной части сосуда, где средняя скорость ниспадающего потока во- . ды замедляется и не препятствует

5 всплытию пузырьков газа. Однако наиболее мелкие пузырьки газа могут увлекаться нисходящим потоком воды и выноситься за пределы нижнего среза сосуда 1. Далее эти пузырьки с

0 восходящим потоком воды попгичают в лабиринтную камеру 8, где под действием сил всплытия скапливаются в верхней части и через газоотводную трубку 8 снова попадгиот в циркулирующую 5 газовую фазу.

В подаваемой в дегазатор воде могут находиться эмульгирующие вещества различной природы, которые приводят к интенсивному ценообразованию 0 на границе раздела газ-жидкость в сосуде 1. Струи воды, выходящие из рассекателя потока 3, ДЕЮбят пену и тем самьй препятствуют попаданию ее в патрубок 4 для отвода газа. Упомянув тые струи воды препятствуют также попаданию брызг воды, образующихся на поверхности раздела газ-жидкость, в патрубок 4 для отвода газа.

Работа дегазатора в условиях качл ки судна существенно не изменяется. Благодаря коаксиальному расположению внутреннего 1 и наружного 7 сосудов отклонения оси дегазатора от вертикали не изменяют установившийся в дегазационной камере средний уровень воды. Применение ступенчатого сужения верхних частей обоих сосудов позволяет массы воды вблизи границ разделов газ-жидкость, вследствие чего динамические колебания высот столбов воды и газоводной смеси под действием сил инерции не оказывают существенного влияния на установившийся процесс дегазации. Как показали испытания макета предлагаемого дега,затора для гидросъемки, показания