Установка для дегазации жидкостных проб

Установка для дегазации жидкостных проб

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (I!) (5!) 4 В 01 D 19/00, Е 21 В 49/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

13, ц

К А ВТОРСКОМУ,СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3785102/23-26 (22) 27.08.84 (46) 15.07.86. Бюп. N 26 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт ядерной геофизики и

rеохимии (72) В.В.Ягодкин, С.Л.Зубайраев, А.В.Петухов, В.И.Филимонов, А.В.Щедрин, В.М.Мазирка, Г,В. Алексеев и А.И.Петраш (53) 637 ° 132.37(088.8) (56) Старобинец И.С., Ломейко Н.Н.

Извлечение и анализ рассеянных газов при геохимических поисках залежей углеводородов. М.: 1977, с. 49-52. (54)(57) УСТАНОВКА ДЛЯ ДЕГАЗАБИИ ЖИДКОСТНЫХ ПРОБ, включающая герметический пробоотборник, приспособление для извлечения растворенного газа, газоанализатор, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения представительности пробы и точности анализа, пробоотборник снабжен pasмещенным внутри него поршнем, шприцевым вводом, штуцером для отбора и перевода пробы, дистанционно управляемым герметизатором пробы, выполненным в виде соединенного со штуцером клапана-крана с рычагом и тросом управления рычагом, механизмом принудительного увеличения объема камеры пробоотборника, включающим соединенный с поршнем шток с гайкой и рукоятками, приспособление для извлечения растворенного газа выполнено в виде герметической дегаэационной камеры с попарно размещенными в ней и взаимосвязанными механической передачей гребными винтами, установленными навстречу друг другу нагнетательными сторонами с возможностью синхронного вращения в противоположные стороны и имеющими общий привод, при этом сплошные лопасти винтов чередуются с лопастями, выполненными с прорезями, дегазационная камера снабжена гидравлическим приспособлением изменения ее внутреннего объема, штуцерами для удаления воздуха и отбора выделившегося газа, для соединения внутренней полости камеры с атмосферой и для заполнения камеры пробой.

1243764

Изобретение относится.к нефтегазопоисковой геохимии, и может использоваться в области охраны окружающей среды и других областях, где необходимо высокоточное определение количества газов: в жидкостных пробах.

Целью изобретения является повышение представительности пробы и точности анализа за счет исключения техногенных факторов, сохранения в отбираемой пробе нерастворимых газов свободной фазы. Ha фиг. 1 изображена герметическая дегазационная камера, вид спереди (разрез); на фиг. 2 — то же, с ручным приводом, вид сбоку, на фиг. 3 — то же, с электродвигателем; на фиг. 4 герметический дегазационный пробоотборник, вид спереди (разрез); на фиг. 5 — то же, вид сбоку (разрез) .

Герметическая дегазационная камера содержит корпус 1 с уплотнительными элементами 2 и 3, крышку 4, которая снабжена крепежными винтами 5 и оборудована датчиками температуры 6 и давления 7. Внутри камеры на осях 8 и 9 навстречу друг другу нагнетательными сторонами, попарно установлены гребные винты 10 и 11, сплошные лопасти которых чередуются с лопастями, имеющими поперечные прорези. Гребные винты взаимосвязаны зубчатой, фрикционной, либо иной передачей, обеспечивающей возможность синхронного вращения в противоположные стороны.

Корпус 1 содержит шприцевый ввод 12, обеспечивающий воэможность подачи инертного газа в камеру или откачку газа с помощью шприца, крепежное устройство 13 и ручной механический привод, прикрытый крышкой 14 с винтами 15 и состоящий из взаимосвязанной пары колес 16 и 17, ведущее из которых установлено на оси 18, закрепляемой в корпусе 1, и снабжено съемной откидной рукояткой 19 с фиксатором 20.„ а ведомое — на оси 9 ведущего гребного винта 11. Крепление колес и гребных винтов на осях осуществляется штифтами 21 и 22.

На корпусе 1 герметической,цегазационной камеры также установлены штуцеры 23-26, снабженные шлангами 27-30 с зажимами Кохера 31-34.Штуцеры соответственно предназначены для удаления воздуха и отбора из камеры выделившегося газа, установле20

$15

40 ния дегазатора-на дискретно-автоматический режим работы, а также связи внутренней полости герметической камеры с атмосферой при заполнении ее пробой жидкости, заполнения каме— ры пробой периодического изменения объема камеры для вытеснения воздуха или выделившегося газа. Камера снаб— жена гидравлическим приспособлением изменения ее внутреннего объема, содержащим вытеснитель, включающий заполненную солевым раствором полую а резиновую камеру 35 и компенсатор, состоящий из жесткого основания 36 и сетчатого или рассверленного по всей поверхности кожуха 37, между которыми герметично закреплена резиновая мембрана 38, расположенная над выходным отверстием штуцера 26, снабженного уплотнительным элементом 39, установленным между основанием 36 ком— пенсатора и внутренней поверхностью герметической камеры и закрепляемого на ее корпусе 1 гайкой 40. Штуцер 26 соединяет вытеснитель с компенсатором.

При использовании в качестве привода гребных винтов электродвигателя 41 возможны два варианта его присоединения.-В первом он непосредственно крепится на корпусе 1 винтами 15. При этом ведущее колесо 16 ручного механического привода устанавливают на оси 9 ведущего гребного винта 11, а ведомое колесо 17 — на валу электродвигателя 41. Во втором — вместо ручки 19 на осях 20 устанавливают специальный шкив, обеспечивающий с помощью ременной (тестропной) передачи, связь привода гребных винтов с валом электродвигателя. В качестве привода гребных винтов может служить любой привоц известных систем конструкций.

G6ec.печивающий первоначальный этап дегазации пробы при ручном дискретном режиме герметический дегазационный пробоотборник дегазатора сос— тоит из приемной камеры, выполненной и виде цилиндрического корпуса 42 с крышкой 43 и поршнем 44, штанги 45, о снабженной механизмом ручного управления, включающим телескопические тяги: 46 и 47 с рукоятками 48 и 49, ограничитель 50 телескопического хода и тросы 51 и 52 с элементами их

55 крепления в виде штифтов 53 и 54, а также фиксатора 55 и гайки 56. Трос 52 по длиие конструктивно принят с таким расчетом, что при перемещении рукоят1243764

10 !

55 ки 48 совместно с рукояткой 49 выбирается петля прослабления, равная по длине ходу тяги 46. Корпус камеры 42 оборудован шприцевым вводом 57 и впускным штуцером с фильтром 58 и клапаном-краном 59, имеющим специальный фиксирующий паз на корпусе, а крьппка 43 снабжена стопором 60 поршня 44, фиксатором 61 штанги 45, гайкой 62 с раскладными рукоятками 63 и имеет отверстия, обеспечивающие связь надпоршневого пространства камеры с атмосферой. Поршень 44 пробоотборника снабжен уплотнительными элементами, имеет в верхней. части специальный паз 64 под стопор

60, а его шток 65 выполнен с центрирующим поясом и имеет резьбу под гайку 62 крышки 43, а также проточку в верхней части для присоедине— ния к нему фиксатора 55 с тросом 51.

Штанга 45 в верхней части оборудована рукояткой 66 и страховочным фалом 67 с карабинами 68, а в нижней части имеет отверстия под фиксатор 6 1, установленный в крышке 43. Тяги 46 и 47 механизма ручного управления выполнены с. продольными пазами под ограничитель- 50 их телескопического хода.

Установка работает следующим образом.

Пробу жидкости отбирают из скважины, ее желобной системы или водоема и т.п. объектов исследования — герметическим дегазационным пробоотборни— ком дегазатора,используемым при руч-, ном отборе дистанционно на шесте из трубок с управлением тросами, либо непосредственно (без этих дистанци— онных приспособлений) . Чтобы исклю— чить возможность потери прибора (при

I дистанционном отборе), штангу 45 посредством страховочного фала 67 и карабина 68 фиксируют. Пробоотборник отпускают на такую глубину опробования, на которой газ свободной фазы из отбираемой жидкости еще не выделяется. Поршень 44 и телескопические тяги 46 и 47 при спуске находятся в нижнем положении, а клапан-кран 59 впускного штуцера камеры в эпо время открыт. Дггя отбора пробы ручкой 48 вытягивают телескопическую тягу 46, перемещая ее относительно штанги 45 до упора в ограничитель 50. В результате поршень 44 оказывается установленным в крайнем верхнем положении с зазором между его торцовой поверхностью и торцовой поверхностью крышки 43. Тяга 47 механизма ручного уп— равления также перемещается вверх и вытягивает трос 52 на величину его свободного хода, обусловленного на— чалом закрытия клапана-крана 59. При движении поршня 44 вверх жидкость над ним вытесняется из камеры через отверстия в крьппке 43 и идет на сброс.

Под поршень жидкость с опробуемого глубинного интервала поступает по каналу штуцера 69 с фильтром 58. После заполнения камеры жидкостью и пре— крашения движения поршня, вытягивают тягу 47 3а ручку 49. Ее перемещают вверх до упора в ограничитель 50.

При этом, связанньп с тягой 47 штифт

54 ведет за собой закрепленный на нем трос 52, который воздействуя на рычаг клапана крана 59, переводит его в закрытое положение. В конце перемещения рычаг клапана-крана автоматически фиксируется, западая в специально предусмотренный паз на его корпусе или иным способом. Затем при— бор поднимают на поверхность, пооче— редно освобождая фиксаторы 6 1 крыш— ки 55 троса и гайку 56, отсоединяют приемную камеру от штанги 45.

Дегазацию отобранной пробы начинают в камере герметического дегазационного пробоотборника. Свободная фаза газа извлекается из жидкости путем увеличения объема камеры за счет дополнительного перемещения поршня 44 внутри корпуса 42 вверх при закрытом положении клапана-крана 59. Этим обеспечивается приведение давления внутри дистанционно герметизированной камеры прибора к величине атмосферного или несколько меньшей, в зависимости от упругости газожидкостной среды, обуславливающей возможную длину хода поршня. Для принудительного отвода поршня гайку 62, установленную в крышке 43 с возможностью ее вращения, и шток 65 соединяют резьбовым соединением. При навинчивании на шток

65 гайки 62, последняя упирается своим нижним торцом в упор крьппки 43, что вызывает перемещение штока 65 вместе с поршнем 44 вверх относительно корпуса пробоотборника 42. При достижении определенного тягового усилия появляется возможность проворачивания поршня 44. Во избежание этого предусмотрено, при совмещении паза 64 поршня 44 со стопором 60, западание в паз 64 стопора 60, исклю1243764

5 чающего это явление. Дальнейшим. вращением гайки 62 за горизонтально устанавливаемые ручки 63 перемещают шток 65 вместе с поршнем 44 вверх на возможную длину хода, зависящую от

"упругости газожидкостной смеси.

Вьделившиеся при увеличении объема камеры газы свободной фазы отбирают шприцем через шприцевый ввод 57 и переводят в газосборный сосуд. !О

Для извлечения из пробы растворенного газа (при атмосферном либо несколько меньшем давлении) и газа, удерживаемого в виде пузырьков, например, в промывочной жидкости .(так- 15 же при атмосферном давлении) вследствие ее специфической структуры снимают фильтр 58 и к штуцеру пробоотборника подсоединяют шланг 29 герметической дегазационной камеры, ус- 20 тановленной на объекте опробования и закрепленной крепежным устройством 13. Отвинчивают гайку 62, обеспечивая возможность перемещения поршня 44 штоком 65. 25

Удерживая пробоотборник за корпус 42, перемещают вниз поршень 44 штоком 65 íà всю длину свободного хода. При этом зажим 32 закрыт, а вытесняемый входящей жидкостью воз- щ дух удаляется через штуцер 23. Затем закрывают зажим 33.

Различают (по технологии) дегазацию промывочной жидкости и природных вод. Как правило при атмосферном давлении промывочная жидкость удерживает значительное количество газа (в тоМ числе и воздуха) не только в растворенном состоянии, но и в виде пузырьков, поэтому дополнительной 4О аэрации для удаления из нее газа не требуется, необходимо лишь разрушить структурные связи и создать зоны разрежения в герметической дегазационной камере. Инертный газ (аргон, азот) @5 либо воздух необходимо вводить в камеру для повышения интенсивности процесса дегазации при исключительно низкой газонасыщенности пробы в промывочной жидкости. 50

Из этих соображений (при дегазации пробы промывочной жидкости) вначале полностью удаляют воздух из герметической камеры. С этой целью часть объема несжимаемого инертного раство 55 ра 5, например, раствор соли NaC1 в дистиллированной воде вытесняют из резиновой камеры в полость, переЬ крытую резиновой мембраной 38 при открытом зажиме 34. Созданием давления переводят мембрану в растянутое положение„ ограничиваемое относительно поданного объема раствора А кожухом 37. При этом объем поданного раствора A должен превышать объем 8 .

Объем Б является постоянным, равным объему жидкостной пробы, например, 500 мп согласно нормативам, установленным в нефтегазопоисковой геохимии.

После полного удаления из герметической дегазационной камеры воздуха закрывают зажим 3 1, в результате этих операций резиновая камера остается

B деформированном (сжатом) виде,сохранняя постоянное стремление восстановить (принять) первоначальное поло— жение, а резиновая мембрана — в максимапьно растянутом положении. Объемы. Й и Ь, каждый в отдельности, должны превышать. 50 мл, т.е. максимально возможное количество и состав— лять, например, 150 мл. Этим создается необходимое для протекания процесса дегазации напряженное состояние пробы, обеспечивающее при образовании пузырька газа переход его в верхнюю часть герметической дегазационной камеры, и синхронное частичное восстановление (в объеме этого пузырька) первоначального положения резиновой камеры 35 при одновременном соответственном уменьшении объема раствора А под полостью резиновой мембраны 38.

Приводят во вращение ведуший 11 и ведомый 10 гребные винты.. Синхронно захватывая жидкость лопастями и непрерывно направляя ее установившийся поток между своими нагнетательными сторонами,,вращающиеся в противоположные стороны гребные винты создают Турбулентный режим движения при одновременном воздействии на поток механических факторов (вращение винтов в потоке и пропускание потока че- рез прорези в чередующихся лопастях), усиливающих эту турбулентность. Одновременно на всасывающей стороне винтов образуются зоны разрежения,обусловливающие возникновение и протекание кавитационного дегазационного процесса. Непрерывно вьделяющийся в зонах разрежения в виде пузырьков газ, вращаясь в потоке, увеличивает упругость его потока, в результате чего резиновая камера постепенно (в объеме вьделившегося газа) частично

7 I 243 восстанавливает свою прежнюю форму ° .При визуально наблюдаемой стабилизации формы резиновой камеры (свиде— тельствующей о прекращении .газовыделения) вращение гребных винтов прекращают. Нажатием на резиновую камеру 35 через штуцер 23 при открытых зажимах 31 и 34 переводят выделившийся газ в газосборник-измеритель объе— ма. Объем газа свободной фазы газа, !О растворенного, полученные на первом и втором этапах дегазации пробы жидкости, могут исследоваться поочередно и одновременно как в качественном, так и в количественном отношении в f5 зависимости от специфики, цели и назначения выполняемых работ. При наличии на скважине полевого переносного малогабаритного или стационарного хроматографа, либо газокаротажной 20 (геохимической) станции анализы выполняют либо непосредственно на месте опробования, либо транспортируют в лабораторию в газовой фазе в барботере, замкнув снизу инертным солевым раствором. При этом многократно увеличиваются допустимые нормативными инструкциями периоды хранения.

При дегазации пробы промывочной или иной жидкости с очень низким по в 30 казателем растворенного газа для усиления дегазационного эффекта через шприцевой ввод 12 шприцем в нее вводят порядка 30-50 см и более инертного газа аргона (азота), либо воздуха (при чисто газовых исследованиях) . В этом случае при вращении гребных винтов к ранее описанным методам воздействия на дегазируемый объект добавляется барботажно-аэрационный ме-40 тод, которые в совокупности увеличи вают степень при нормальных темпера— о турных условиях (18-20 С) . Подъем .температуры выше нормальной величи764 8 ны не допускается (срабатывает специально устанавлигае»ое температурное реле и вращение гребных винтов временно прекращается). Соотношение между давлением и температурой про— слеживают по датчикам 7 и 6. Этим обеспечивается возможность пользо— ваться заверочным вычислительным методом определения количества выделив— шегося газа, исходя из уравнений фазового равновесия (закономерности взаимосвязи величин P, V, Т). .Возможен вариант применения устройства в дискретно-автоматическом режиме (когда извлекают и исследуют лишь растворенно — сорбированные газы).

В этом случае устройство оснащают датчиком времени, устанавливающим продолжительность отключения равновеликого пропорционального потока (расход — величина. постоянная), поступающего самотеком через штуцер 24 и вытекающий через штуцер 25 при одновременном автоматическом включении и выключении зажимов этих штуцеров 32 и 33. При этом зажим 34 закрыт, а газ (при полностью заполненной герметической дегазационной каме- ре) постоянно поступает в газосборник, также заполненный водой, вытесняя из него жидкость (данная методика отбора газа общеизвестна).

Такой вариант использования устройства может быть необходим на само- . ,изливающихся из скважин жидкостях и отборе струи жидкости, постоянно движущейся по трубе, либо желобу буровой установки. Самотек достигается разме щением дегазатора ниже трубы (желоба) . Здесь возможна прямая дискретноавтоматическая связь дегазатора с .хроматографом с синхронной записью результатов анализа.

12437б4

1243764 1243764

1243764

Составитель C ..Горяйнова

Техред Н.Бонкало

Редактор Ю.Середа

Корректор Т.Колб

Тираж 663

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3738/7

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4