Мобильная установка для цементирования скважин

Полезная модель относится к области нефтегазодобычи, к передвижным цеметировочным установкам, предназначенным для цементирования нефтяных или газовых скважин. Может быть размещена на автомобильном шасси или на шасси полуприцепа.
Известен агрегат по цементированию скважин по патенту на полезную модель №33972, Е21В 33/13, 2003, включающий насосный блок, содержащий две силовые установки, соединенные посредством трансмиссии с двумя трехплунжерными насосами, блок приема и распределения технологических жидкостей, содержащий мерные баки, центробежные насосы, систему трубопроводов и запорную арматуру, блок приготовления тампонажных растворов, содержащий затворяющий насос с приводом от силовой установки, блок осреднения и рециркуляции, содержащий гидромеханические перемешиватели с насадками и рециркуляционный центробежный насос, систему контроля и управления. Все блоки агрегата размещены на одной мобильной базе. Недостатком является невысокая надежность работы технологического оборудования агрегата, связанная с его незащищенностью от внешней среды, от низких температур и осадков, что может вызвать замерзание жидкости в трубопроводах, выход из строя силовых установок, коррозионное разрушение элементов конструкций.
Известен комплекс цементирования скважин «Костромич» по патенту РФ на изобретение №2225499, Е21В 33/13, 2003. Комплекс содержит размещенное на монтажной базе автошасси технологическое оборудование такое, как водоподающий агрегат, трансмиссию, соединенную с двумя плунжерными насосами, манифольд, систему выхлопа, осушки и обогрева, связанную с манифольдом, смеситель и мерный бак, осреднительную станцию. Комплекс снабжен размещенной по центру монтажной базы обогреваемой кабиной оператора с элементами управления и контроля. Недостатком является сложность обеспечения надежноой работы оборудования в холодное время года, возможность быстрого выхода из строя оборудования, не защищенного от атмосферных осадков, необходимость применения сложной системы продувки, осушки и обогрева оборудования от двигателя автошасси.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран патент РФ на полезную модель №115000 «Мобильная установка для цементирования нефтяных или газовых скважин, укрытие мобильной установки и система обогрева трехплунжерных насосов высокого давления мобильной установки», Е21В 33/13, 2012. Мобильная установка состоит из закрепленной на шасси автомобиля рамы, на которой установлены два силовых агрегата, соединенные карданными валами с трехплунжерными насосами, два мерных бака, площадка оператора, оборудованная системами управления и контроля, бак для приготовления тампонажных растворов, и два центробежных насоса. Установка снабжена укрытием и системой обогрева трехплунжерных насосов высокого давления. Площадка оператора с двух сторон соединена с рамой установки откидными лестницами, а подъемные лестницы, закрепленные на раме, являются продолжением откидных лестниц. На раме в районе силовых агрегатов установлены откидные площадки с откидными лестницами. Укрытие мобильной установки состоит из неподвижного каркаса, тента и оснащено гидроприводом. На неподвижном каркасе установлена крыша с возможностью подъема и опускания. Часть крыши, расположенная над силовыми установками, является неподвижной. Часть крыши, расположенная над площадкой оператора и мерными баками, выполнена подъемной. Механизм подъема задней части крыши выполнен в виде двух шарнирных четырехзвенников, расположенных на боковых стенках крыши. Ведущие и ведомые звенья механизма подъема крыши шарнирно закреплены на неподвижном каркасе, привод ведущих звеньев осуществляется от гидроцилиндров и имеет стабилизатор подъема, механизм подъема передней части крыши выполнен из двух одинаковых механизмов, установленных на неподвижном каркасе. Оба механизма подъема передней части состоят из тросов. Один конец троса неподвижно прикреплен в задней части крыши к верхней планке боковой стенки, а второй конец троса прикреплен в передней части крыши к нижней планке боковой стенки, на неподвижных рамках с обеих сторон установлены по два направляющих ролика, которые огибаются тросами. На боковых стенках крыши выполнены форточки, а для входа на площадку оператора на неподвижном каркасе установлены двери. Система обогрева трехплунжерных насосов высокого давления мобильной установки включает двигатель внутреннего сгорания, систему подводящих трубопроводов и запорные элементы. Система обогрева выполнена в виде замкнутого контура с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости. Контур включает в себя рубашку охлаждения двигателя внутреннего сгорания, электронасос, автономный подогреватель, рубашку обогрева приводной части, рубашку обогрева приемного коллектора, рубашку обогрева гидроблока трехплунжерных насосов и гидравлически соединенных между собой посредством подводящих трубопроводов для охлаждающей жидкости. Недостатком является невысокая надежность работы частей мобильной установки. Невысокая надежность работы механизма подъема крыши связана с необходимостью использования большого количества кинематически соединенных механических звеньев, со сложностью обеспечения синхронной работы шарнирных четырехзвенников, с вероятностью перекоса крыши тентового укрытия и с возможностью заклинивания механизма подъема. Кроме того, использование двигателя внутреннего сгорания и замкнутого контура с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости обуславливает недостаточную надежность системы обогрева из-за сложности ее конструкции, применения большого количества компонентов, включающих помимо основных частей запорную арматуру и систему трубопроводов, из-за большого количества соединений.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности мобильной установки для цементирования скважин.
Технический результат достигается тем, что в мобильной установке для цементирования скважин, содержащей установленные на передвижном устройстве силовые агрегаты, технологическое оборудование, включающее трехплунжерные насосы, водоподающий и рециркуляционный насосы с гидроприводами,  блок приема и распределения технологических жидкостей, мерный и смесительные баки,  трубопроводы, запорную арматуру, содержащей площадку оператора с пультом управления, обогреватели, закрепленное на каркасе тентовое укрытие, с подъемной крышей, согласно полезной модели, передняя часть тентового укрытия, выполнена с металлической неподвижной крышей, задняя часть укрытия, закрывающая площадку оператора и технологическое оборудование, выполнена с подъемной крышей, механизм подъема крыши содержит четыре гидроцилиндра, соединенные рукавами равной длины с гидрораспределителем, и гидрозамки, окна на боковых стенках задней части укрытия в транспортном положении закрыты боковыми сторонами подъемной крыши,  обогреватели установленные в подтентовом пространстве, являются автономными воздушными обогревателями с автоматической системой контроля.
Кроме того, передняя часть укрытия, закрывающая силовые агрегаты содержит двери с воздухозаборными щелями на передней стенке.
Кроме того, пульт управления оператора выполнен пылевлагозащищенным, размещен в противоударном кофре и снабжен емкостью с абсорбирующим наполнителем.
Кроме того, в стенках укрытия в местах  размещения клапанов, люков, отверстий для установки входных и выходных линий выполнены утолщения.
Технический результат обеспечивается за счет выполнения конструкции укрытия с разделением ее на функциональные зоны. Передняя часть укрытия закрывает силовые агрегаты, задняя – технологическую зону получения цементного раствора. Выполнение передней части укрытия с металлической неподвижной крышей направлено на повышение надежности, т.к., предотвращает возможный нагрев тентового укрытия в зоне силовых агрегатов, позволяет разместить на крыше люки для доступа к двигателям, повышает жесткость конструкции. Выполнение задней части укрытия с подъемной крышей позволяет в стационарном рабочем состоянии поднять крышу и разместить под ней площадку для работы оператора, защитить от осадков пульт управления, а при транспортировке позволяет защитить само тентовое укрытие от повреждений за счет уменьшения его высоты. На боковых сторонах подъемной крыши нет откидных клапанов, или смотровых окон из прозрачного материала, боковые стороны подъемной крыши выполнены цельными. Кроме того, окна на боковых стенках задней части укрытия в транспортном положении закрыты боковыми сторонами подъемной крыши для их защиты при движении автомобиля и для усиления верха конструкции укрытия за счет образования двойных стенок.  Выполнение механизма подъема крыши в виде четырех гидроцилиндров, установленных по углам подъемной части крыши тентового укрытия и соединенных рукавами давления равной длины с гидрораспределителем, значительно упрощает конструкцию по сравнению с ближайшим аналогом, обеспечивает равномерный, одновременный подъем всей  подъемной крыши без перекосов. Это повышает надежность работы установки за счет исключения заклинивания поднимающегося тента и за счет исключения повреждения тентового укрытия. Кроме того, механизм подъема крыши снабжен гидрозамками в виде управляемых обратных клапанов, которые предотвращают самопроизвольное опускание крыши, защищая ее от повреждений.  Использование для обогрева элементов технологического оборудования автономных воздушных обогревателей в виде воздушных фенов с автоматической системой контроля обеспечивает бесперебойность их работы, повышает безопасность процесса обогрева, увеличивает надежность работы установки.
Кроме того, передняя часть содержит двери с воздухозаборными щелями на передней стенке, и выполнена с металлической неподвижной крышей, снабженной люками. Двери с воздухозаборными щелями обеспечивают доступ к силовым агрегатам в условиях ограниченного пространства и обеспечивают доступ воздуха к радиаторам. Своевременное обслуживание силовых агрегатов и защита двигателей от перегрева и выхода из строя повышают надежность работы мобильной установки. Размещение на каркасе укрытия площадок обслуживания оборудования повышает его устойчивость при размещении на шасси автомобиля или на шасси полуприцепа. В стенках укрытия в местах размещения клапанов, люков, отверстий для установки входных и выходных линий выполнены утолщения стенок укрытия, из слоев материала укрытия. Это повышает прочность материала и надежность тента при использовании данных клапанов, люков и отверстий. Каркас тентового укрытия имеет открывающиеся вверх дверцы, удерживаемые в поднятом состоянии, обеспечивающие доступ к технологическому оборудованию. Открывающие дверцы укрытия имеют фиксаторы в закрытом состоянии, что повышает надежность их использования за счет исключения самопроизвольного открытия и возможного повреждения технологического оборудования.  Выполнение пульта управления оператора пылевлагозащищенным, размещение его в противоударном кофре предотвращает повреждение и выход из строя системы управления. Снабжение пульта емкостью с абсорбирующим наполнителем обеспечивает его влагозащищенность и отказ работы элементов управления, повышая надежность работы всей установки.
На фигуре 1 представлена мобильная установка для цементирования скважин с поднятой крышей тентового укрытия, вид слева.
На фигуре 2 представлена мобильная установка для цементирования скважин с поднятой крышей тентового укрытия, вид справа.
На фигуре 3 представлен вид спереди тентового укрытия.
На фигуре 4 представлен вид сзади тентового укрытия.
На фигуре 5 представлен вид сверху неподъемной части крыши тентового укрытия.
Мобильная установка для цементирования скважин представляет собой автомобиль 1, на шасси которого размещено технологическое оборудование. На шасси  автомобиля установлено тентовое укрытие 2. Тентовое укрытие 2 содержит каркас 3, выполненный из стального профиля, на котором закреплен тентовый материал 4, состоящий из тканой основы из полиэфирных волокон с двусторонним ПВХ покрытием. Каркас 3 опирается на крылья автомобиля и крепится к ним и элементам технологического оборудования при помощи болтовых соединений. Тентовое укрытие 2 закреплено на каркасе 3 при помощи поворотных скоб, установленных на каркасе 3 и люверсов, сопрягаемых со скобами. В местах, не нуждающихся в быстром и частом доступе, могут быть установлены не поворотные скобы. Конструктивные элементы каркаса 3 крепятся друг к другу посредством болтовых соединений и имеют разборную конструкцию.  Отдельные конструктивные элементы каркаса 3 имеют цельносварную конструкцию. Технологическое оборудование состоит из силовых агрегатов 5, представляющих собой блок дизельных установок, из трехплунжерных насосов 6, водоподающих и рециркуляционного насосов 7 с гидроприводами,  блока приема и распределения технологических жидкостей 8, мерного и смесительного баков 9,  трубопроводов и запорной арматуры. Тентовое укрытие 2 содержит переднюю часть 10, установленную над силовыми агрегатами 5 и заднюю часть 11, установленную над комплексом технологического оборудования. На передней стенке передней части 10 укрытия 2  установлены двери 12 шторного типа из алюминиевого профиля для обеспечения доступа воздуха к радиаторам дизельных установок силовых агрегатов 5. Крыша 13 передней части 10 укрытия 2 выполнена неподвижной из металлического профильного листа с лакокрасочным покрытием, либо из сплавов с алюминием. На крыше 13 передней части 10 укрытия 2 выполнены люки 14 через которые возможен демонтаж радиаторов силовых  агрегатов без нарушения целостности каркаса 3, на боковых сторонах передней части 5 укрытия 2 выполнены боковые проемы со створчатыми дверями 15 и открывающимися вверх дверцами 16, удерживаемыми в поднятом состоянии,  для  обеспечения доступа к силовым агрегатам для их обслуживания. Задняя часть 11 укрытия 2 снабжена подъемной крышей 17. Боковые стороны подъемной крыши 17 выполнены сплошными, без смотровых окон из прозрачного материала. Для возможности обзора с площадки оператора на боковых сторонах задней части укрытия 2 с левой и с правой сторон выполнены окна 18 из гибкого прозрачного ПВХ материала, устойчивого к отрицательным температурам. Для защиты в транспортном положении окна 18 закрывают опущенной крышей 17 тентового укрытия 2. На задней и боковых сторонах задней части 11 укрытия 2 выполнены люки 19, двери 20, открывающиеся вверх дверцы 21, удерживаемые в поднятом состоянии. Открывающиеся люки, двери и дверцы укрытия 2 имеют фиксаторы в закрытом состоянии и обеспечивают доступ к технологическому оборудованию установки. Так же для этой цели служат клапаны в тентовом укрытии 2.  Двери и люки навешены на каркасе 3 посредством петель. В задней части 11 укрытия 2 могут быть выполнены отверстия для выхода напорной линии и ниппелей для подачи цемента. Отверстия армированы дополнительным слоем тентовой ткани. На каркасе 3 закреплены площадки для обслуживания плунжерных насосов 6 установки и радиаторов силовых агрегатов 5. Для доступа на площадку оператора предусмотрена лестница с откидной частью. Лестница выполнена съемной и может быть демонтирована при необходимости. Подъемная крыша 17 задней части 11 тентового укрытия 2 опирается на боковые стенки неподвижной задней части 11 и поднимается посредством четырех гидроцилиндров механизма подъема крыши.  Гидроцилиндры являются исполнительными механизмами подъема и опускания крыши 17. Функционирование механизма подъема крыши 17 обеспечивают рабочей жидкостью из гидросистемы установки.  Механизм подъема крыши 17 включает в себя трехходовой кран, четыре гидроцилиндра двухстороннего действия, гидрораспределитель, делители расхода масла, четыре управляемых обратных клапана, рукава высокого давления, манометр и фитинги. В качестве привода гидроцилиндров могут использовать электрогидравлическую станцию, установленную в подтентовом пространстве, либо гидравлическую систему оборудования. Трехходовой кран предназначен для присоединения и работы механизма подъема крыши от гидросистемы. Односекционный гидрораспределитель с ручным управлением предназначен для управления подъемом и опусканием крыши 17. Рукава высокого давления, подводящие рабочую жидкость к гидроцилиндрам от гидравлического распределителя, имеют равную длину для обеспечения синхронной работы всех гидроцилиндров при подъеме и опускании крыши 17 укрытия 2. Делители потока обеспечивают равную подачу рабочей жидкости в гидроцилиндры для равномерного подъема крыши. Гидрозамки, которыми являются обратные клапаны, предназначены для фиксации крыши 17 в промежуточных положениях, а также для защиты от самопроизвольного подъема или опускания крыши 17 под действием внешних сил. Манометр с глицериновым наполнением и ниппель-манометр применяют для измерения давления рабочей жидкости в гидравлической системе подъема крыши. Пульт управления оператора выполнен пылевлагозащищенным, размещен в противоударном кофре. Для предотвращения выхода из строя пульта управления оператора, связанного с электронными приборами контроля и управления установкой, в нем установлена емкость с наполнителем-адсорбером для поглощения влаги. В месте размещения пульта управления оператора установлен автономный воздушный фен и жидкостный обогреватель внутри пульта с теплообменником, запитанным от системы охлаждения силовых агрегатов 5 для создания необходимого температурного режима функционирования электронных модулей. Для прогрева трубопроводов низкого давления в зонах возможного застоя остаточных жидкостей, кранов и задвижек, а также в гидравлической части насосов высокого давления устанавливают автономные обогреватели в виде воздушных фенов. Воздушные обогреватели нагнетают горячий воздух в зону трубопроводов и насосов через подающие рукава и оснащены автоматической системой контроля работы для своевременного включения-выключения.
Управление подъемом крыши осуществляют путем перевода рукоятки трехходового крана в нижнее положение для открытия канала, питающего систему подъема крыши 17 от гидросистемы установки. С помощью ручки гидрораспределителя присоединяют напорную линию. Гидравлическая жидкость, пройдя через делители потока и гидрозамки, поступает в поршневую полость гидроцилиндров, обеспечивая выдвижение штока в каждом гидроцилиндре. Равномерность выдвижения штоков обеспечивают с помощью делителей потока. При отпускании ручки гидрораспределителя, за счет пружины она возвращается в нейтральное положение, перекрывая каналы и тем самым прекращая подъем крыши 17. Тентовое укрытие 2 обеспечивает эксплуатацию мобильной установки для цементирования скважин, включающую в том числе подъем/опускание крыши 17 и открытие клапанов при температуре от –45°C до +40°C,  обеспечивает  хранение установки на открытом воздухе при температуре от –60°C до +70°C. Тентовый материал укрытия 2 обладает повышенной устойчивостью к многократному изгибу, стойкостью к воздействию бензина и масла, водонепроницаемостью.
Таким образом, полезная модель позволяет повысить надежность мобильной установки для цементирования скважин.