ПЕРЕДВИЖНАЯ СМЕСИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к смесительным установкам и предназначена для непрерывного приготовления технологических жидкостей и смесей на основе пропанта или песка, жидких и сухих химреагентов с их последующей подачей к насосным установкам при осуществлении гидроразрыва нефтяных и газовых пластов в составе специального комплекса оборудования.
Известна смесительная установка для приготовления растворов, содержащая транспортное средство и размещенные на нем бункер с вибраторами и патрубком с вакуумным рукавом для загрузки порошка в бункер, лопастную мешалку с гидромотором, струйный гидросмеситель со сбросовым стволом, сообщающимся с верхней частью мешалки, манифольд, насос, приемная гидравлическая часть которого сообщается с нижней частью мешалки и маслонасос, соединенные посредством коробки передач, коробки отбора мощности и карданных валов с двигателем транспортного средства /1/. Смесительная установка снабжена резервуаром с измерителем объема жидкости. Мешалка снабжена размещенной сверху сетчатой емкостью, установленной под сбросовым стволом гидросмесителя, который соединен с насосом.
Недостатком известной смесительной установки является сложность достижения необходимого соотношения компонентов, в связи с тем, что используется эжекционный способ подачи твердой фракции, а также сложность обеспечения автоматического режима работы в процессе приготовления смеси. Кроме того, использование вакуумного способа подачи сыпучих материалов повышает энергозатраты установки.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является агрегат смесительный, содержащий шасси автомобиля, к раме которого прикреплена платформа, а также установленные на платформе загрузочный бункер со шнековым транспортером (система подачи песка или пропанта), смеситель с мешалкой, песковый насос, всасывающий и нагнетательный трубопроводы и гидропривод шнека и мешалки смесителя. На платформе установлены также два центробежных насоса (всасывающий и нагнетательный), дозаторы жидкого и сыпучего химреагентов (система подачи сыпучих и жидких химреагентов), обвязанные трубопроводами с запорно-регулирующей арматурой и приборами контроля характеристик приготавливаемых смесей, а в гидроприводах шнека и мешалки смесителя применены гидронасосы с регулируемой подачей рабочей жидкости. Агрегат снабжен площадкой и обогреваемой кабиной оператора, в которой размещен пульт управления и система вентиляции. Система подачи ппропанта содержит гидроцилиндр перевода бункера со шнековым транспортером из транспортного положения в рабочее. Система подачи сыпучих химреагентов содержит шнековый питатель с бункером.
Недостатком известного устройства являются недостаточные функциональные и технологические возможности. Наличие в системе подачи песка (пропанта) одного шнекового транспортера с загрузочным бункером, а также использование в системе подачи жидких хим реагентов одного дозировочного насоса, отсутствие в агрегате емкостей для хранения жидких химреагентов, снижает функциональные и технологические возможности установки. Отсутствие системы автоматического управления не позволяет визуально отображать и регистрировать реальные параметры работы установки, а также программировать работу установки до ее начала или во время работы, что также снижает ее технологические возможности. Кроме того, привод всех гидронасосов от коробки отбора мощности шасси автомобиля ограничивает функциональные возможности агрегата.
Задачей полезной модели является расширение функциональных и технологических возможностей установки.
Поставленная задача достигается тем, что передвижная смесительная установка, содержащая шасси автомобиля на платформе которого установлены кабина оператора с пультом управления, смеситель с мешалкой, система подачи пропанта в виде шнекового транспортера с бункером, гидроцилиндр перевода бункера со шнековым транспортером из транспортного положения в рабочее, система подачи жидких химреагентов, содержащая дозирующий насос, система подачи сыпучих химреагентов, включающая шнековый питатель с бункером, всасывающий и нагнетательный центробежные насосы, всасывающий и нагнетательный трубопроводы с запорной арматурой, привод нагнетательного центробежного насоса от коробки отбора мощности шасси, дополнительно содержит силовую установку для привода гидронасосов, установленную на платформе, емкости для хранения жидких химреагентов, премиксер и эдуктор, смеситель содержит уровнемер, в нагнетательном и всасывающем трубопроводах установлены расходомеры, а в нагнетательном трубопроводе плотномер, при этом всасывающий и нагнетательный трубопроводы соединены байпасом с заслонкой и пневмопроводом. Система подачи пропанта снабжена двумя шнековыми транспортерами с бункерами, выполненными с возможностью поворота в сторону от оси установки на угол 30 при помощи гидроцилиндра. Система подачи сыпучих химреагентов снабжена двумя шнековыми питателями с гидромоторами с датчиками оборотов, при этом шнеки выполнены быстросъемными, нескольких типоразмеров. Система подачи жидких химреагентов содержит не менее трех дозирующих и одного перекачивающего насосов. Емкости для хранения жидких химрегентов выполнены с возможностью подсоединения к нагнетающему трубопроводу или смесителю. Система автоматического управления передвижной установкой включает систему автоматического регулирования уровня жидкости, систему автоматического контроля подачи химреагентов, систему управления плотностью, автономный блок сбора, обработки, визуализации и программирования рабочих параметров.
Наличие силовой установки позволяет осуществлять привод гидронасосов и тем самым, использовать установку. Наличие эдуктора и премиксера в системе подачи сыпучих хим. реагентов позволяет производить предварительное гидродинамическое смешивание жидкости и сухого хим. реагента с образованием геля перед его подачей в смесительную емкость, что значительно повышает качество приготавливаемых смесей. Кроме того, наличие байпаса между всасывающим и нагнетательным трубопроводами позволяет осуществлять приготовление геля, солянокислотных жидкостей непосредственно в эдукторе (без смесителя) с подачей их всасывающим центробежным насосом к насосу высокого давления, что дает возможность использовать установку для различных технологических операций.
Наличие емкостей для жидких химреагентов, установленных на площадке, позволяет отказаться от использования дополнительного транспорта для доставки химреагентов. Возможность подачи жидких химреагентов не только в смеситель, но и непосредственно в нагнетательный трубопровод позволяет использовать для приготовления химреагенты с различной скоростью протекания химических реакций, что повышает качество приготавливаемых смесей и расширяет технологические возможности установки.
Наличие в передвижной смесительной установке двух шнековых транспортеров с загрузочными бункерами, оснащенных системой гидроцилиндров, установленных с возможностью поворота их от средней плоскости установки, позволяет производить загрузку одновременно из двух пропантовозов, что существенно увеличивает производительность установки. Оснащение смесителя уровнемером, а также наличие плотномера и расходомеров в нагнетательной и всасывающей линиях трубопроводов, а также наличие системы автоматического управления позволяют не только контролировать количество пропанта и химических реагентов в данный момент времени, но и изменять компоненты в процессе работы.
На фиг.1 представлен общий вид установки справа;
на фиг.2 - общий вид установки слева;
на фиг.3 - то же вид сверху;
на фиг.4 - функциональная схема установки.
Передвижная смесительная установка содержит автомобильное шасси 1, на котором за кабиной водителя на платформе установлены силовая установка 2, система подогрева 3, гидросистема 4, электросистема верхнего оборудования и пневмосистема (на чертеже не показаны). По центру автомобильного шасси 1 расположена площадка 5 с кабиной оператора 6, за которой установлен смеситель 7. На площадке 5 над смесителем 7 установлена система подачи сыпучих химреагентов, содержащая два шнековых питателя 8 и 9 для подачи химреагентов в смеситель 7. Шнековый питатель 8 оснащен эдуктором 10 с премиксером 11 для предварительного смешивания сыпучих химреагентов и рабочей жидкости, и с помощью механизма переключения может подавать химреагенты в смеситель 7 как через эдуктор 10, так и непосредственно в смеситель 7. Каждый шнековый питатель 8 и 9 имеет загрузочную емкость 12 объемом 30 л из нержавеющей стали. Шнековые питатели 8 и 9 приводятся гидромоторами с датчиками числа оборотов. Шнеки шнековых питателей выполнены быстросъемными, различной производительности.
В задней части установки расположена система подачи пропанта (или песка) в смеситель 7, представляющая собой два шнековых транспортера 13 с двумя загрузочными бункерами 14 с решетками. Привод шнековых транспортеров 13 осуществляется посредством гидромотора и редуктора. С помощью гидроцилиндра 15 шнековые транспортеры 13 могут опускаться или подниматься из транспортного положения в рабочее, а с помощью гидроцилиндра 16 осуществлять поворот от продольной оси установки на угол до 30°. Управление перемещением шнековых транспортеров 13 осуществляют ручным гидрораспределителем с площадки 5.
Система подачи жидких химреагентов состоит из трех (возможно до 5-ти) дозирующих 17 и одного перекачивающего 18 насосов, привод которых осуществляется гидромоторами с регулируемой частотой вращения. На площадке 5 установлены емкости 19 для жидких химреагентов, из которых с помощью дозирующих насосов 17 химреагенты могут подаваться в смеситель 7 через ниппели или непосредственно в нагнетательный трубопровод 24 в зависимости от технологии приготовления рабочих жидкостей, обусловленных, например, скоростью протекания химических реакций реагентов или другими факторами. Для переключения подачи жидких химреагентов «смеситель/ нагнетательный трубопровод» служат распределительные краны. Каждый из дозирующих насосов 17 имеет расходомер, связанный обратной связью с системой автоматического управления. Дозирующие насосы 17 могут подавать жидкие химреагенты как из емкостей 19, установленных на площадке 5 так и из емкостей, установленных на земле. Для переключения между емкостями каждый дозирующий насос 17 имеет распределительный кран. Перекачивающий насос 18 предназначен для заполнения емкостей 19. Емкости 19 снабжены подогревателями и имеют визуальный указатель уровня химических реагентов. Управление насосами 17 и 18 осуществляется из кабины оператора 6.
Смеситель 7 оснащен мешалкой с четырьмя лопастями для перемешивания рабочей жидкости в процессе добавления в нее пропанта и необходимых химических реагентов. Мешалка приводится во вращение при помощи гидромотора. Рабочая жидкость поступает в смеситель 7 с помощью всасывающего центробежного насоса 20 от емкостей для хранения рабочих жидкостей комплекса гидроразрыва пластов. Уровень жидкости в смесителе 7 контролируется при помощи уровнемера 21. К нижней части смесителя 7 присоединен напорный трубопровод, посредством которого жидкость, смешанная с пропантом и химреагентами, при помощи нагнетательного центробежного насоса 22 подается к насосу высокого давления. Привод нагнетательного центробежного насоса 22 осуществляется от коробки отбора мощности шасси автомобиля через карданную передачу.
Передвижная смесительная установка обвязана системой трубопроводов с шиберными заслонками и включает в себя всасывающий 23 и нагнетательные 24 и 25 трубопроводы. Всасывающий трубопровод 23, расположенный на правой по ходу движения стороне передвижной смесительной установки, присоединен к емкостям для хранения рабочих жидкостей комплекса гидроразрыва пластов и предназначен для подачи рабочей жидкости от всасывающего центробежного насоса 20 в смеситель 7. Нагнетательный трубопровод 24, расположенный на левой по ходу движения стороне установки, соединен с линией всасывания насосных установок высокого давления. Кроме того, на установке имеется нагнетательный трубопровод 25 на правой по ходу движения стороне. Нагнетательные трубопроводы правого и левого бортов 24 и 25 соединены перепускным трубопроводом с шиберной заслонкой 31 для переключения между нагнетательными трубопроводами. Нагнетательный и всасывающий трубопроводы 23 и 24 соединены между собой байпасом 26 с заслонкой и пневмоприводом. Наличие байпаса 26 позволяет осуществлять приготовление геля в эдукторе 10 без использования смесителя 7 и нагнетательного центробежного насоса 22. В линиях нагнетательного и всасывающего трубопроводов 23 и 24 также установлены турбинный 27 и/или электромагнитный расходомеры 28. Сигнал о действительном расходе жидкости поступает для отображения в систему управления. Для контроля за концентрацией пропанта на нагнетательном трубопроводе установлен плотномер рабочей жидкости 29, сигнал с которого поступает в систему автоматического управления.
Кабина оператора 6 оборудована устройствами для поддержания микроклимата. Внутри кабины расположена система автоматического контроля и управления 30, обеспечивающая обработку информации от первичных датчиков. Система автоматического управления имеет в своем составе уровнемер, связанный обратной связью с гидронасосом привода всасывающего центробежного насоса, что позволяет поддерживать заданный уровень в смесителе 7. На всасывающем и нагнетательном трубопроводах установлены расходомеры, которые имеют обратную связь с дозирующими системами подачи, жидких и сухих хим. реагентов, на нагнетательном трубопроводе установлен плотномер, определяющий текущую плотность (концентрацию) рабочей смеси. Наличие данных о текущей плотности позволяет оператору вносить корректировку в работу системы дозирования пропанта. Управление работой установки может осуществляться в двух режимах - ручном и автоматическом. Система автоматического управления позволяет оператору программировать работу установки до ее начала или во время работы. Система может быть запрограммирована на 50 уровней. На каждом из уровней может быть задано количество жидкости, требуемая концентрация твердого вещества, количество необходимых химических добавок и т.д. Программирование системы осуществляют с пульта управления в кабине оператора 6 или с удаленной панели, которую можно установить дополнительно.
Для облегчения запуска двигателей в холодное время года, а также для подогрева емкостей с жидкими хим. реагентами 19, кабины оператора 6 - на установке смонтирована система подогрева. Управление подогревателями осуществляется из кабины шасси.
Передвижная смесительная установка работает следующим образом. Передвижную смесительную установку в составе комплекса для гидроразрыва пласта устанавливают на месте проведения работ. Затем на пульт управления 30 передвижной смесительной установки подают питание и включают дизельный двигатель силовой установки 6 с гидронасосами. При помощи гидроцилиндров 15 и 16 приводят в рабочее положение шнековые транспортеры 13 с бункерами 14, для подачи пропанта из пропантовозов.
В зависимости от технологии приготовление рабочая жидкость от всасывающего центробежного насоса 20 поступает эдуктор 10 где смешивается, с сухими химреагентами, поступающими из шнекового питателя 8. После прохождения эдуктора 10 смесь рабочей жидкости и сухих химреагентов (гель) подается в смеситель 7. Одновременно с помощью дозирующих насосов 17 из емкостей 19 в смеситель 7 подают жидкие химреагенты и пропант с помощью шнековых транспортеров 14. В смесителе 7 происходит смешивание геля с пропантом и жидкими химреагентами. По окончании процесса перемешивания включают привод нагнетательного центробежного насоса 23 (от двигателя шасси) и производят нагнетание полученной рабочей смеси к насосам высокого давления.
Таким образом, передвижная смесительная установка за счет непрерывной работы с большими объемами подачи рабочей жидкости, автоматизации и программирования процессов подачи сухих и жидких жимреагентов, а также возможности приготовления и подачи рабочих смесей через эдуктор обеспечивает расширение функциональных и технологических возможностей.
Источники информации, принятые во внимание при рассмотрении заявки:
1. Патент РФ на изобретение №2150381, МПК В28С 5/38, опубл. 10.06.2000 г.
2. Патент РФ на полезную модель №10418, МПК Е21В 33/13, опубл. 16.07.1999 г. - прототип