КОМПЛЕКС ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН

Настоящая предполагаемая полезная модель относится к нефтегазовой промышленности и может быть использована при цементировании и капитальном ремонте скважин различного назначения.
Предлагаемое техническое решение направлено на повышение технологичности, производительности и качества проведения технологических процессов цементирования обсадных колонн и капитального ремонта скважин с использованием сухих порошкообразных буферных и тампонажных смесей.
Известные и широко применяемые в РФ комплексы для цементирования обсадных колонн и капитального ремонта скважин включают следующее технологическое оборудование, а именно:
- сухие порошкообразные буферные и тампонажные смеси доставляются на объекты цементовозами - вездеходами, накапливаются для длительного либо кратковременного хранения и последующего использования в герметичных силосах стационарного либо мобильного склада, из которых пневмотранспортом подаются в воронку гидравлическую низкого давления.
3
Туда же, водоподающим насосам через дроссель, под невысоким давлением нагнетается жидкость затворения, забираемая центробежным насосом из стационарной либо мобильной емкости для накопления и хранения жидкости затворения. Образующаяся в воронке гидравлической суспензия тангенциально нагнетается в цилиндрическую емкость осреднительную малого объема (до 1 м), где приобретает вращательное движение с образованием воронки по оси. Для повышения гидродинамической активации суспензии два шламовых центробежных насоса всасывают суспензию из емкости осреднительной малого объема и тангенциально нагнетают в нее же, повышая тем самым интенсивность вращательного движения суспензии, которая превращается в высококачественный раствор за счет мощной гидродинамической активации.
Контроль плотности приготавливаемой суспензии осуществляется плотномером в потоке, размещенным в напорной линии после центробежного насоса, осуществляющего рециркуляцию. Результаты контроля плотности суспензии в потоке отображаются на выносном информационном табло и на мониторе компьютера. Регулирование плотности суспензии производится путем изменения подачи сухой порошкообразной смеси в воронку гидравлическую низкого давления с использованием задвижки.
Образующийся высококачественный раствор всасывается из емкости осреднительной малого объема одним либо двумя трехплунжерными насосами установки двухнасосной и через измерительный конструктив нагнетается в цементируемую обсадную колонну. В процессе нагнетания контролируются в реальном времени следующие параметры раствора: давление нагнетания, плотность в потоке, расход, объем нарастающим итогом и температура, а результаты контроля отображаются на мониторе компьютера и документируются.
Недостатками известных и применяемых в РФ комплексов для цементирования обсадных колонн являются:
- применимость для приготовления только растворов с неизменной плотностью (неаэрированных);
- один узел приготовления суспензии с необходимостью использования задвижки, регулируемой руками рабочего;
- ограниченное время интенсивного взаимодействия сухой порошкообразной смеси с жидкостью затворения;
- необходимость размещения на объектах стационарных силосов для накопления и хранения сухих порошкообразных смесей, оснащенных компрессорными станциями.
Предлагаемое техническое решение направлено на повышение технологичности и производительности комплекса оборудования для цементирования скважин при реальновременном контроле качества приготавливаемых растворов, в том числе аэрированных, с заданным лабораторией водосмесевым отношением.
За прототип заявляемого технического решения может быть принят комплекс оборудования, включающий оборудование для пневмотранспортирования сухой порошкообразной смеси, оборудование для приготовления, химической обработки, нагревания и нагнетания жидкости затворения с автономным контролем процессов приготовления и нагревания, оборудование для приготовления, гомогенизации, гидродинамической активации и нагнетания приготавливаемых растворов с текущим контролем процессов приготовления и нагнетания и возможностью управления ими в реальном времени (патент РФ на полезную модель №113299).
Основными недостатками прототипа являются:
- относительно малый объем мерного бака, поделенного пополам, на оборудовании для приготовления и нагнетания приготавливаемых растворов;
- ограниченное время интенсивного взаимодействия сухой порошкообразной смеси с жидкостью затворения в отделах мерного бака оборудования для приготовления и нагнетания приготавливаемых растворов.
В связи с изложенным, основной технической задачей настоящей заявляемой полезной модели является устранение указанных недостатков прототипа и создание такого комплекса высокотехнологичного оборудования, которое обеспечивало бы высокие производительность и качество проведения технологических процессов цементирования обсадных колонн и капитального ремонта скважин с использованием порошкообразных эрозионных буферных и расширяющихся тампонажных смесей полностью заводского изготовления, позволяющих приготавливать высококачественные аэрированный эрозионный буферный, а также аэрированный и неизменной плотности расширяющиеся тампонажные растворы при заданном лабораторией водосмесевом отношении.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что комплекс оборудования (рис.) включает оборудование для пневмотранспортирования сухих порошкообразных смесей (блок) 1, оборудование для приготовления, химической обработки, нагревания и нагнетания жидкости затворения (блок) 2, оборудование для приготовления раствора (блок) 3, оборудование для нагнетания раствора (блок) 4, систему контроля и управления в реальном времени оборудованием комплекса, быстроразборную трубопроводную обвязку с запорно-регулирующей арматурой.
Отличительной особенностью заявляемой полезной модели является то, что оборудование для пневмотранспортирования сухих порошкообразных смесей (см. рис.) оснащено бункером 1, люками 2, фильтрами 3, компрессором 4, палубным дизелем для привода компрессора 5, осушителем воздуха 6, ресивером 7 с газовыми кранами и задатчиками давления, дозировочным шнеком 8, приводным от двигателя автошасси через редуктор 9, пневмоворонкой 10, трубопроводами для аэрации сухой порошкообразной смеси 11, трубопроводом с фильтром для пневмоподачи в бункер сухой порошкообразной смеси 12, аутригерами механическими (на рис.не показано), трубопроводной системой с быстроразьемными соединениями.
Оборудование для приготовления, химической обработки, нагревания и нагнетания жидкости затворения (см. рис.) оснащено емкостью осреднительной 13, гидроприводными вращателями-перемешивателями 14, фильтром сетчатым 15, гидроприводным дозировочным складным шнеком 16 с приемным бункером 17, тепловым регистром 18 для нагревания жидкости затворения перегретым паром от паровой передвижной установки автоматизированной, двумя гидроприводными рециркуляционными и одновременно водоподающими центробежными насосами 19, связанными с емкостью осреднительной 13 патрубками 20 с шиберными задвижками, двумя раздаточными коллекторами 21 на рециркуляцию и нагнетание жидкости затворения, снабженными двумя шиберными задвижками 22 каждый, гидростанцией 23, палубным дизелем 24 для привода гидростанции 23, гидробаком 25, гидролиниями, гидроаппаратурой, аутригерами гидравлическими (на рис. не показано), трубопроводной системой с запорно-регулирующей арматурой.
Оборудование для приготовления раствора (см. рис.) оснащено емкостью осреднительной 26, поделенной пополам, двумя гидроприводными вращателями-перемешивателями 27 в отделах емкости осреднительной 26, гидростанцией 28, палубным дизелем 29 для привода гидростанции 28, гидробаком 30, гидролиниями и гидроаппаратурой (на рис.не показано), двумя воронками гидравлическими 31 низкого давления, связанными с двумя гидроприводными мешалками 32, емкостью буферной 33 с шиберными задвижками и быстроразъемными соединениями, связанной с отделами емкости осреднительной 26 патрубками 34 с шиберными задвижками, двумя гидроприводными рециркуляционными и одновременно нагнетательными центробежными насосами 35, связанными с емкостью буферной 33 патрубками 36 с шиберными задвижками, двумя раздаточными коллекторами 37 на рециркуляцию и нагнетание раствора, снабженные двумя шиберными задвижками 38 каждый, аутригерами гидравлическими (на рис.не показано), трубопроводной системой с запорно-регулирующей арматурой.
3
Оборудование для нагнетания раствора (см. рис.) оснащено двумя палубными дизелями 39 для привода двух трехплунжерных насосов, двумя трехплунжерными насосами 40, утепленной кабиной машиниста 41, всасывающим коллектором 42, снабженным шиберными задвижками и быстроразъемными соединениями, измерительным конструктивом 43, мерным баком 44 объемом 6-8 м, поделенным пополам, дистанционно управляемыми шиберными задвижками 45 на безнапорных коллекторах 46, раздаточным коллектором 47, аутригерами механическими (на рис.не показано), трубопроводной системой с запорно-регулирующей арматурой.
Система контроля и управления в реальном времени оборудованием комплекса включает первичные датчики плотности, уровня (объема) и температуры, световое информационное табло и автономный блок сбора, обработки, визуализации и документирования измерительной информации на оборудовании для приготовления, химической обработки, нагревания и нагнетания жидкости затворения, первичные датчики плотности в потоке, плотности, уровня (объема), температуры в отделах емкости осреднительной, световое информационное табло и автономный блок сбора, обработки, визуализации и документирования измерительной информации на оборудовании для приготовления раствора, первичные датчики плотности в потоке, расхода (объема), давления, температуры, световые информационные табло и автономный блок сбора, обработки, визуализации и документирования измерительной информации на оборудовании для нагнетания раствора.
Система контроля и управления в реальном времени процессом приготовления и нагнетания раствора может быть размещена в отдельном автомобиле (на рис. не показано).
Возможность осуществления заявляемой полезной модели доказывается успешным использованием в отечественной и зарубежной практике строительства скважин отдельных видов технологического оборудования, а также систем контроля и управления процессом цементирования в реальном времени.
Отличительные признаки, отраженные в формуле полезной модели, могут быть реализованы с помощью средств, используемых в различных областях техники.
Они необходимы и достаточны для осуществления заявляемой полезной модели, т.к. в полной мере обеспечивают решение поставленной технической задачи. В дальнейшем, заявляемая полезная модель поясняется примером ее выполнения согласно рис., на котором представлен общий вид заявляемого комплекса высокотехнологичного и высокопроизводительного оборудования для цементирования скважин и которым поясняется состав и работа данного комплекса.
Комплекс оборудования (см. рис.), включающий в свой состав оборудование для пневмотранспортирования сухих порошкообразных смесей (блок) 1, оборудование для приготовления, химической обработки, нагревания и нагнетания жидкости затворения (блок) 2, оборудование для приготовления раствора (блок)З, оборудование для нагнетания раствора (блок) 4, систему контроля и управления в реальном времени оборудованием комплекса, быстроразборную трубопроводную обвязку с запорно-регулирующей арматурой, работает следующим образом.
Бункер 1 оборудования для пневмотранспортирования сухих порошкообразных смесей (блок)1 загружается на базе тампонажного предприятия пневмоподачей через трубопровод с фильтром 12 лишь частично (до 10 т). При этом удаление воздуха из бункера 1 производится через фильтры 3.
Возможно также частичное заполнение бункера 1 через люки 2 при использовании мягких контейнеров (МКРов), заполненных сухими порошкообразными смесями.
После размещения оборудования на буровой бункер 1 догружается до полной массы (20 т) цементовозом-вездеходом через трубопровод с фильтром и запускается в работу компрессор 4, связанный с палубным дизелем 5, который, через осушитель 6, нагнетает воздух в ресивер 7 с газовыми кранами и задатчиками давления. При достижении давления в ресивере 7 1 МПа компрессор 4 автоматически отключается.
Догрузка бункера 1 до полной массы (20 т) может осуществляться цементовозом-вездеходом даже в процессе его растарки при цементировании обсадной колонны.
Оборудование для приготовления, химической обработки, нагревания и нагнетания жидкости затворения (блок) 2 связывается трубопроводом со скважиной водяной. Через фильтр сетчатый 15 емкость осреднительная 13 заполняется водой пресной либо минерализованной. Автономный блок сбора, обработки, визуализации и документирования получает измерительную информацию от первичных датчиков плотности, уровня (объема) и температуры, обрабатывает ее и отображает на световом информационном табло, стационарно размещенном на задней стенке емкости осреднительной 13.
Запускается в работу палубный дизель 24, связанный с гидростанцией 23, и в гидробаке 25 создается рабочее давление жидкости. Аутригерами гидравлическими (на рис.не показано) оборудование для приготовления, химической обработки, нагревания и нагнетания жидкости затворения разгружается.
Открываются шиберные задвижки, размещенные на патрубках 20, связанных с емкостью осреднительной 13, и вода подается во всасывающие коллекторы гидроприводных рециркуляционных и одновременно водоподающих центробежных насосов 19, которые через два раздаточных коллектора 21, при открытых шиберных задвижках 22, осуществляют рециркуляцию воды.
При необходимости засолонения или химической обработки жидкости затворения расчетные массы соли или химических реагентов на известный (измеренный) объем воды подаются в приемный бункер 17, а далее гидроприводным дозировочным складным шнеком 16 транспортируются в емкость осреднительную 13.
Запускаются в работу гидроприводные вращатели-перемешиватели 14, которые совместно с гидроприводными рециркуляционными и одновременно водоподающими центробежными насосами 19, через раздаточные коллекторы 21, осуществляют рециркуляцию воды, ее засолонение и качественную химическую обработку. При необходимости нагрева жидкости затворения паровая передвижная установка автоматизированная подает перегретый пар в тепловой регистр 18, который при рециркуляции быстро нагревает соленую или химически обработанную жидкость затворения до требуемой температуры.
Перед запуском в работу дозировочного шнека 8, приводимого в действие от двигателя автошасси через редуктор 9, открываются воздушные краны на ресивере 7 и через задатчики давления (на рис.не показаны) в трубопроводы 11 подается воздух, осуществляющий аэрацию сухой порошкообразной буферной смеси.
Запускается в работу палубный дизель 5 для привода компрессора 4, который нагнетает воздух в ресивер 7. На ресивере 7 открывается кран для подачи воздуха, через задатчик давления (на рис.не показан), в пневмоворонку 10 и запускается в работу дозировочный шнек 8, подающий сухую порошкообразную буферную смесь в пневмоворонку 10.
Под давлением воздуха в пневмоворонке 10 до 0,5 МПа сухая порошкообразная буферная смесь задувается в воронку гидравлическую 31 низкого давления, связанную с гидроприводной мешалкой 32 и размещенную в отделе емкости осреднительной 26 объемом 22-25 м.
На раздаточном коллекторе 21 частично прикрывается шиберная задвижка на рециркуляцию и открывается шиберная задвижка на нагнетание соленой или химически обработанной жидкости затворения.
Гидроприводной рециркуляционный центробежный насос 19, через раздаточный коллектор 21, нагнетает приготовленную соленую либо химически обработанную и нагретую до требуемой температуры жидкость затворения в воронку гидравлическую 31 низкого давления, связанную с гидроприводной мешалкой 32 и размещенную на оборудовании для приготовления раствора (см рис).
В воронке гидравлической 31 низкого давления связанной с гидроприводной мешалкой 32, образуется суспензия из буферной смеси, базовая плотность которой измеряется плотномером в потоке и отображается на световом информационном табло на восемь контролируемых параметров, стационарно размещенном на емкости осреднительной 26.
В случае отклонения текущей базовой плотности суспензии от запланированной, при заданном лабораторией водосмесевом отношении, производится ее корректирование путем регулирования подачи жидкости затворения с использованием крана на напорном трубопроводе, подающем жидкость затворения в воронку гидравлическую 31 низкого давления, связанную с гидроприводной мешалкой 32.
Образовавшаяся суспензия буферной смеси сливается в отдел емкости осреднительной 26 и подвергается гидроприводным вращателем-перемешивателем 27 гидродинамической активации.
Открываются шиберные задвижки на патрубке 34, связанном с отделом емкости осреднительной 26, и на всасывающем коллекторе гидроприводного рециркуляционного и одновременно нагнетательного центробежного насоса 35, связанного с емкостью буферной 33, и суспензия буферной смеси перетекает в емкость буферную 33 и во всасывающий коллектор гидроприводного рециркуляционного и одновременно нагнетательного центробежного насоса 35.
На раздаточном коллекторе 37 закрывается шиберная задвижка 38 на нагнетание и открывается шиберная задвижка 38 на рециркуляцию суспензии буферной смеси.
Запускается в работу гидроприводной рециркуляционный и одновременно нагнетательный центробежный насос 35, осуществляющий рециркуляцию суспензии буферной смеси.
По мере накопления в отделе емкости осреднительной 26 суспензии буферной смеси и ее мощной гидродинамической активации в результате перемешивания и рециркуляции образуется высококачественный седиментационно-устойчивый аэрированный буферный раствор. Его основные параметры - плотность, уровень (объем) и температура в отделе емкости осреднительной 26 отображаются на световом информационном табло на восемь контролируемых параметров, стационарно размещенном на емкости осреднительной 26, и одновременно на световом информационном табло на шесть контролируемых параметров, стационарно размещенном в утепленной кабине машиниста 41.
После достаточно продолжительной и регулируемой по интенсивности гидродинамической активации в емкости осреднительной 26 приготавливается полный объем высококачественного седиментационно-устойчивого аэрированного буферного раствора, который затем нагнетается в цементируемую обсадную колонну.
С указанной целью на раздаточном коллекторе 37 частично прикрывается шиберная задвижка 38 на рециркуляцию и открывается шиберная задвижка 38 на нагнетание.
Приготовленный восококачественный седиментационно-устойчивый аэрированный буферный раствор нагнетается гидроприводным рециркуляционным и одновременно нагнетательным центробежным насосом 35 в раздаточный коллектор 47, имеющий трубопровод для подачи седиментационно-устойчивого аэрированного буферного раствора в отдел мерного бака 44 объемом 6-8 м, размещенного на оборудовании для нагнетания раствора (см рис).
Дистанционно (из утепленной кабины машиниста 41) открывается шиберная задвижка 45 на безнапорном коллекторе 46 и аэрированный седиментационно-устойчивый буферный раствор перетекает во всасывающий коллектор 42 (см. рис.).
Трехплунжерный насос 40 всасывает аэрированный седиментационно-устойчивый буферный раствор и через измерительный конструктив 43 высокого давления нагнетает его в цементируемую обсадную колонну.
В процессе нагнетания контролируются давление, плотность в потоке, расход (объем) и температура аэрированного седиментационно-устойчивого буферного раствора, а результаты контроля отображаются на световом информационном табло на шесть контролируемых параметров, стационарно размещенном в утепленной кабине машиниста 41.
В последний период приготовления и нагнетания аэрированного седиментационно-устойчивого буферного раствора в другом отделе емкости осреднительной 26 аналогичным образом приготавливается аэрированный седиментационно-устойчивый тампонажный раствор.
По окончании нагнетания всего объема аэрированного седиментационно-устойчивого буферного раствора в цементируемую обсадную колонну дистанционно (из утепленной кабины машиниста 41) закрывается шиберная задвижка 45 в одном отделе мерного бака 44 и открывается в другом отделе.
Трехплунжерный насос 40 всасывает аэрированный седиментационно-устойчивый тампонажный раствор и через измерительный конструктив 43 высокого давления нагнетает его в цементируемую обсадную колонну.
В процессе нагнетания аэрированного седиментационно-устойчивого тампонажного раствора контролируются давление, плотность в потоке, расход (объем) и температура, а результаты контроля отображаются на световом информационном табло на шесть контролируемых параметров, стационарно размещенном в утепленной кабине машиниста 41.
Во время приготовления аэрированного седиментационно-устойчивого тампонажного раствора в одном отделе емкости осреднительной 26 к этому процессу подключается и другой отдел, в котором приготавливался ранее аэрированный седиментационно-устойчивый буферный раствор.
Два трехплунжерных насоса 40 совместной работой обеспечивают высокую производительность при нагнетании в цементируемую обсадную колонну приготавливаемого в двух отделах емкости осреднительной 26 аэрированного седиментационно-устойчивого тампонажного раствора.
В последний период приготовления и нагнетания аэрированного седиментационно-устойчивого тампонажного раствора в одном из освободившихся отделов емкости осреднительной 26 приготавливается седиментационно-устойчивый тампонажный раствор нормальной, неизменной при перемешивании, плотности.
По окончании нагнетания всего объема аэрированного седиментационно-устойчивого тампонажного раствора в цементируемую обсадную колонну дистанционно (из утепленной кабины машиниста 41) закрывается шиберная задвижка 45 в одном отделе мерного бака 44 и открывается в другом отделе.
Трехплунжерный насос 40 всасывает седиментационно-устойчивый тампонажный раствор нормальной плотности и через измерительный конструктив 43 высокого давления нагнетает его в цементируемую обсадную колонну.
По окончании нагнетания в цементируемую обсадную колонну седиментационно-устойчивого тампонажного раствора нормальной плотности начинается процесс продавки растворов в заколонное и межколонное пространства скважины.
Для этого продавочная жидкость может подаваться в отделы мерного бака 44 разными способами.
Если в качестве продавочной жидкости используется вода пресная техническая или минерализованная, то она может нагнетаться гидроприводными рециркуляционными и одновременно водоподающими центробежными насосами 19 в воронки гидравлические 31 низкого давления, связанные с гидроприводными мешалками 32 и размещенные в отделах емкости осреднительной 26 оборудования для приготовления растворов (см.рис). По мере накопления продавочной жидкости в отделах емкости осреднительной 26 открываются шиберные задвижки на патрубках 34 и на патрубках 36, а продавочная жидкость перетекает в емкость буферную 33 и во всасывающие коллекторы гидроприводных рециркуляционных и одновременно нагнетательных центробежных насосов 35. На двух раздаточных коллекторах 37 закрываются шиберные задвижки 38 на рециркуляцию и открываются на нагнетание.
Включаются оба гидроприводные рециркуляционные и одновременно нагнетательные центробежные насосы 35 и осуществляется нагнетание продавочной жидкости в раздаточный коллектор 47, имеющий трубопроводы для одновременной подачи продавочной жидкости в отделы мерного бака 44 объемом 6-8 м.
3
Если в качестве продавочной жидкости используется буровой раствор, то он нагнетается насосом буровым (на рис.не показан) в раздаточный коллектор 47, имеющий трубопроводы для одновременной подачи бурового раствора в отделы мерного бака 44 объемом 6-8 м.
Трехплунжерный насос 40, через измерительный конструктив 43 высокого давления, страгивает продавочную пробку в цементировочной головке (на рис.не показано) и осуществляет процесс продавки.
В процессе продавки на световом информационном табло, размещенном в утепленной кабине машиниста 41, отображаются измеряемые и вычисляемые параметры - давление, плотность в потоке, расход (объем) и температура.
К процессу продавки подключается второй трехплунжерный насос 40 и они совместно обеспечивают большую производительность при продавке.
По мере роста давления нагнетания производительность трехплунжерных насосов 40 понижается, а затем один из них отключается.
Посадку продавочной пробки на упорное кольцо всегда производит один трехплунжерный насос 40 при низкой производительности.
После плавной посадки продавочной пробки на упорное кольцо создается требуемое избыточное давление для проверки герметичности цементируемой обсадной колонны и это давление поддерживается некоторое время.
По окончании процесса продавки все использованное оборудование комплекса тщательно промывается.