УСТАНОВКА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА ПРИ ЦЕМЕНТИРОВАНИИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
EQUIPMENT FOR PREPARATION OF BACKFILLING SOLUTION AT CEMENTING OIL AND GAS WELLS

Изобретение относится к установке для приготовления облегченного тампонажного раствора, предназначенного для цементирования нефтяных и газовых скважин, расположенных преимущественно в высокопроницаемых и поглощающих пластах, а также для их капитального ремонта.
На практике для цементирования каждой колонны, в зависимости от геолого-технических условий, градиентов давления и температуры, тампонажный раствор готовят определенной рецептуры и необходимой плотности. Компоненты для приготовления тампонажного раствора доставляют транспортными средствами в необходимом для проведения цементирования скважин количестве, а также с учетом аварийных ситуаций, например изоляции зон поглощения, установки мостов, и капитального ремонта.
Известен комплекс цементирования скважин, принятый в качестве прототипа, содержащий смесительную воронку для приготовления тампонажного раствора, осреднительные емкости, оснащенные перемешивающими устройствами, датчиками плотности и насосами, емкость для буферной жидкости, станцию управления и контроля, приемные и нагнетательные трубопроводы, датчики и измерительные устройства плотности, расходомеры и систему закачивания бетонной смеси в скважину (см. заявка на изобретение Российской Федерации №2003131086, МПК Е21В 33/14 от 23.10.2003 г.).
Известный комплекс, в силу своих конструктивных особенностей, не имеет возможности регулирования необходимого количественного соотношения цемента, заполнителя и жидкости затворения, а именно цементного раствора и заполнителя, что приводит к изменению плотности тампонажного раствора, которая оказывает значительное влияние на основные структурно-механические параметры тампонажного камня, а следовательно, и герметичности затрубного пространства.
Кроме того, использование при кустовом и морском бурении большого количества (20-30 единиц) самоходных агрегатов нецелесообразно, а в некоторых случаях невозможно.
Технической задачей предлагаемой установки является расширение функциональных возможностей путем обеспечения приготовления сложных по составу облегченных тампонажных растворов различной плотности быстро и в большом количестве непосредственно на буровой, а также обеспечение компактности установки.
Техническая задача решается тем, что предлагаемая установка для цементирования и приготовления тампонажного раствора для нефтяных и газовых скважин содержит смесительную воронку для приготовления тампонажного раствора, осреднительные емкости, оснащенные перемешивающими устройствами, датчиками плотности и насосами, емкость для буферной жидкости, станцию управления и контроля, приемные и нагнетательные трубопроводы, датчики и измерительные устройства плотности, расходомеры и систему закачивания тампонажного раствора в скважину, при этом она выполнена блочно-модульной, состоящей из блока загрузки, включающего смесительную воронку и узел загрузки компонентов, блока для хранения приготовленной сухой смеси, состоящего из нескольких силосов, расположенных над емкостью для жидкости затворения, блока для хранения сухих компонентов, состоящего из нескольких силосов, расположенных над другой емкостью для жидкости затворения и емкостью для буферной жидкости, причем силосы снабжены датчиками определения веса и устройствами для перемешивания, а осреднительные емкости, образующие блок, выполнены в виде двух автономных емкостей и соединены с емкостями для жидкости затворения, при этом блок осреднительных емкостей соединен с возможностью циркуляции со смесительной воронкой, соединенной с блоком для хранения сухой смеси.
3
Предлагаемая установка позволяет готовить облегченные тампонажные растворы плотностью до 1000 кг/м из сухих тампонажных смесей на основе цемента и полых стеклянных микросфер, позволяющих обеспечивать различную стабильную плотность тампонажным растворам с необходимыми заранее заданными свойствами, что в свою очередь позволяет повысить качество цементирования скважин и долговечность их эксплуатации.
Использование предлагаемых установок позволяет снизить затраты на проведение работ и сократить количество единиц используемой техники, что особенно важно при кустовом бурении и бурении на море, и особенно в аварийных ситуациях, когда необходимо готовить тампонажный раствор различной плотности быстро и в большом количестве.
Установка для приготовления тампонажного раствора при цементировании нефтяных и газовых скважин иллюстрируется на чертеже, где изображен общий вид установки.
Установка для приготовления тампонажного раствора при цементировании нефтяных и газовых скважин выполнена блочно-модульной и состоит из блока 1 загрузки, блока 2 для хранения приготовленной сухой смеси, блока 3 для хранения сухих компонентов, блока 4 осреднительных емкостей, блока 5 насосов 6 для закачивания бетонной смеси в скважину, манифольда 7, станции 8 управления и контроля и пульта 9 управления.
Блок 1 загрузки состоит из узла 10 загрузки и смесительной воронки 11.
Блок 2 для хранения приготовленной сухой смеси выполнен в виде силосов 12 и 13, снабженных перемешивающим устройством и датчиками определения веса смешиваемых компонентов (перемешивающее устройство и датчики определения веса смешиваемых компонентов на чертеже условно не показаны). Силосы 12 и 13 предназначены для хранения смеси из цемента и наполнителя в виде полых стеклянных микросфер, взятых в разном соотношении, необходимом для приготовления тампонажных растворов разной плотности. Количество силосов зависит от сложности по составу и объема потребляемого тампонажного раствора на скважине.
Силосы 12 и 13 расположены, для компактности установки, над емкостью 14 для жидкости затворения, оснащенной перемешивающим устройством и устройством для подогрева (перемешивающее устройство и подогреватель на чертеже условно не показаны).
Блок 3 для хранения сухих компонентов выполнен в виде силосов 15, 16 и 17 для хранения, соответственно, цемента, добавок и наполнителя и расположен для компактности установки над емкостью 18 для жидкости затворения и емкостью 19 для буферной жидкости. Силосы 15, 16 и 17 снабжены перемешивающими устройствами и датчиками определения веса компонентов (перемешивающие устройства и датчики определения веса компонентов на чертеже условно не показаны).
Емкость 18 для жидкости затворения и емкость 19 для буферной жидкости оснащены перемешивающими устройствами и устройствами для подогрева (перемешивающие устройства и устройства для подогрева на чертеже условно не показаны).
Блок загрузки 10 соединен с блоком 2 для хранения приготовленной сухой смеси и блоком 3 для хранения сухих компонентов посредством трубопровода 20.
Блок 4 осреднительных емкостей выполнен в виде двух автономных емкостей 21 и 22, оборудованных перемешивающими устройствами, приводимыми в движение от приводов соответственно 23 и 24, и датчиками плотности (перемешивающие устройства и датчики плотности на чертеже условно не показаны). Емкости 21 и 22 блока 4 осреднительных емкостей соединены со смесительной воронкой 11 с возможностью циркуляции посредством трубопроводов 25, 26 и 27.
Емкости 14 и 18 для жидкости затворения соединены трубопроводом 28 и 29 с блоком 4 осреднительных емкостей и посредством трубопровода 30 и 31 - со смесительной воронкой 11.
Силосы 12 и 13 соединены трубопроводом 32 со смесительной воронкой 11, а силосы 15, 16 и 17 соединены трубопроводом 33 и 34 с блоком 4 осреднительных емкостей.
Система закачивания тампонажного раствора в скважину включает блок 5 насосов высокого давления, состоящий как минимум из двух насосов 6, и манифольд 7, обеспечивающие подачу буферной жидкости по трубопроводу 35 из емкости 19 и откачку готового тампонажного растворв из блока 4 осреднительных емкостей в скважину.
Установка для приготовления тампонажного раствора при цементировании нефтяных и газовых скважин работает следующим образом.
Вначале силосы 12 и 13 в блоке 2 заполняют посредством узла 10 загрузки цементом и наполнителем, взятыми в необходимом соотношении, а перемешивающие устройства механического или иного действия, установленные внутри силосов 12 и 13, предотвращают слеживаемость приготовленной для хранения готовой сухой смеси, состоящей из цемента и наполнителя.
Силосы 15, 16 и 17 блока 3 для хранения сухих компонентов заполняют соответственно цементом, добавками и наполнителем. При этом перемешивающие устройства механического или иного действия силосов 15, 16 и 17 не позволяют компонентам слеживаться.
Для приготовления облегченного тампонажного раствора, в зависимости от требуемой плотности тампонажного раствора, необходимого для цементирования скважины, сухую смесь из силоса 12 или 13, используя датчики веса, подают по трубопроводу 32 в смесительную воронку 11, где затворяют предварительно приготовленной жидкостью затворения, подаваемой насосами 6 блока 5 из емкости 14 или 18 по трубопроводам 30 или 31.
Из смесительной воронки 11 тампонажный раствор поступает в одну из емкостей 21 или 22 блока 4 осреднительных емкостей для доведения тампонажного раствора до необходимой плотности, откуда посредством насосов 6 высокого давления подают его в скважину.
Одновременно в смесительную воронку 11 подают сухую смесь из силоса 13 или 12 для приготовления другого по плотности тампонажного раствора в емкостях 22 или 21.
Пока в одной емкости 21 блока 4 осреднительных емкостей готовят раствор и доводят до необходимой плотности, из другой емкости 22 готовый раствор закачивают в скважину блоком 5 насосов высокого давления, предварительно подав по трубопроводу 35 буферную жидкость из емкости 19, что ускоряет процесс приготовления облегченных тампонажных растворов.
Предлагаемая установка позволяет, при необходимости, подавать недостающее количество одного из компонентов из блока 3 для хранения сухих компонентов, а также готовить тампонажный раствор, подавая в емкости 21 или 22 сухие компоненты непосредственно из силосов 15 или 17, что также ускоряет процесс приготовления облегченных тампонажных растворов.