КОМПЛЕКС МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ РЕМОНТНО-ИЗОЛЯЦИОННЫХ РАБОТ

Заявляемая полезная модель относится к области ремонтно-изоляционных работ при строительстве нефтяных скважин, и, в частности, представляет собой комплекс мобильного оборудования для проведения этих работ.
Строительство нефтяной скважины как гидротехнического сооружения, ориентированного на работу не менее 15 лет, предусматривает необходимость цементирования пространств между стенкой скважины и спущенной в нее обсадной колонной.
При строительстве скважины качеству цементного раствора придается большое значение.
Приготовление кондиционного цементного раствора, в основном, предусматривает:
- получение нужной плотности раствора при определенном водоцементном соотношении (весовое соотношение воды и цемента, которое в практике, в основном, находится в диапазоне 0,5-0,65). При этом требуемая плотность зависит от конкретных геолого-технических условий каждой скважины;
- обеспечение полного смешения и гидратации цемента.
Аналогичные требования к качеству раствора предъявляются и при проведении ремонтно-изоляционных работ в эксплуатирующихся скважинах при возникновении перетоков и негерметичности.
На нефтяных и газовых промыслах при проведении ремонтно-изоляционных работ применяется мобильное оборудование для приготовления цементного раствора с необходимыми структурно-механическими и реологическими параметрами и его нагнетания в скважину.
Известна установка для ремонтно-изоляционных работ УРИР-40, выпускаемая ОАО «Стромнефтемаш», г. Кострома, которая может быть взята за аналог.
Установка содержит бункер для перевозки цемента, выносную гидровакуумную воронку, емкость для приготовления раствора с горизонтальными перемешивающими устройствами с механическим
приводом, нефтепромысловый насос для нагнетания раствора. Установка также оснащена измерительной линией для контроля параметров раствора.
Установка работает следующим образом. Цемент из бункера поступает с помощью шнека с механическим приводом в гидровакуумную воронку. Вода с помощью нефтепромыслового насоса также подается в воронку, происходит эжектирование цемента и предварительно смешанный цементный раствор (суспензия) с помощью гибкого шланга подается в емкость для окончательного приготовления (смешения) раствора. В емкости раствор с помощью горизонтально расположенных механических перемешивающих устройств доводится до кондиции и с помощью нефтепромыслового насоса, входящего в установку, или с помощью автономной передвижной насосной установки нагнетается в скважину. Для контроля параметров цементного раствора в установке смонтированы первичные датчики контроля для передачи информации в автономную систему контроля процесса цементирования скважин, не входящую в состав УРИР-40.
Указанная установка может быть принята за прототип заявляемого технического решения.
Прототип не свободен от ряда существенных недостатков, из которых основными являются:
- отсутствие возможности прямого контроля расхода цемента и водоцементного соотношения в реальном режиме времени;
- сложная механическая трансмиссия привода шнека и перемешивающих устройств и необходимость защиты подшипниковых узлов горизонтальных перемешивающих устройств от действия абразивного раствора;
- отсутствие в составе установки комплексной системы контроля, обработки и архивирования данных;
- повышенная трудоемкость работ, связанная с необходимостью установки гидровакуумной воронки с транспортного в рабочее положение и обратно.
Главным функциональным недостатком установки является невозможность гарантированного получения требуемой плотности раствора без эмпирической предварительной подгонки скорости шнека и расхода воды, что проистекает из самого принципа действия эжекторных смесителей.
Заявляемая полезная модель направлена на устранение указанных выше недостатков и создание такого комплекса мобильного оборудования для ремонтно-изоляционных работ, который обеспечивал бы возможность гарантированного получения требуемой плотности раствора без эмпирической предварительной подгонки скорости шнека и расхода воды, а также имел бы комплексную систему контроля, обработки и архивирования данных и обеспечивал бы снижение трудоемкости работ.
Достижение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что комплекс мобильного оборудования для ремонтно-изоляционных работ
включает автомобильное шасси, блок перевозки и выгрузки сухого цемента и блок приготовления раствора. При этом, блок перевозки и выгрузки цемента оснащен электронным весоизмерительным устройством и системой пневматической загрузки, выгрузки и транспорта цемента, включающей гидроприводной вакуумный компрессор с фильтроэлементом, выносное вакуумное заборное устройство с гибким трубопроводом, трубопровод пневмотранспорта цемента в блок приготовления раствора с устройством для отделения воздуха, при этом бункер для перевозки цемента оснащен рукавным фильтром, аэрожелобом с загрузочным люком и запорно-регулирующей арматурой для переключения режимов вакуумного заполнения бункера и пневмовыгрузки цемента. Кроме того, блок приготовления раствора включает в себя емкость с гидроприводными вертикальными перемешивающими устройствами, гидроприводной насос для заполнения емкости блока приготовления водой и рециркуляции приготавливаемого цементного раствора, а также гидравлический диспергатор цементного раствора. В состав комплекса включена система контроля, состоящая из: узла замера параметров плотности и уровня цементного раствора, установленного на емкости блока приготовления; узла замера расхода, температуры и давления цементного раствора, установленного на автономном цементировочном насосном агрегате; выносного табло индикации текущих значений параметров, установленного на рабочем месте оператора; блока обработки и архивирования данных, установленного в кабине автомобильного шасси.
Узел замера плотности и уровня раствора выполнен по пневматической схеме, с первичным прибором, принцип действия которого основан на замере разности гидростатических давлений в двух точках раствора на фиксированной вертикальной базе, при этом первичные преобразователи выполнены в виде прецизионных, термокомпенсированных дифференцированных датчиков давления, а пневмопитание узла замера осуществляется от компрессора автомобильного шасси.
Возможность осуществления заявляемой полезной модели доказывается отечественной и зарубежной практикой использования в нефтегазодобывающей промышленности различных установок для приготовления цементных растворов и цементирования скважин.
Отличительные признаки, отраженные в формуле полезной модели, могут быть реализованы с помощью средств, используемых в нефтегазодобывающей промышленности.
Эти признаки необходимы и достаточны для осуществления полезной модели, поскольку обеспечивают решение указанной выше технической задачи.
В дальнейшем заявляемая полезная модель поясняется примером ее выполнения, схематически изображенном на прилагаемых чертежах, на которых:
Фиг.1 - схема мобильного комплекса оборудования для ремонтно-изоляционных работ в соответствии с настоящей заявкой;
Фиг.2 - пневмо-гидравлическая схема комплекса (показана на фиг.1);
Фиг.3 - схема совмещенного устройства для измерения плотности и уровня цементного раствора.
Комплекс монтируется на автошасси 1 и состоит из 3-х функциональных блоков (фиг.1, 2):
1) блок перевозки и пневмотранспорта цемента, основным узлом которого является бункер для перевозки сухого цемента 2, установленный на раме (не показана) через эленктронное тензометрическое весоизмерительное устройство 3.
2) блок приготовления цементного раствора, основным узлом которого является емкость 4 с вертикальными гидроприводными перемешивающими устройствами 5.
3) система контроля параметров 6, состав которой будет описан ниже.
Устройство и работа блока перевозки и пневмотранспорта цемента следующие.
Емкость представляет из себя герметичный сосуд, рассчитанный на работу как под давлением, так и в условиях вакуума и предназначена для перевозки и временного хранения сухого цемента.
Загрузка цемента в емкость может быть выполнена двумя способами (не показаны):
- от стандартного цементовоза с помощью гибкого шланга (не показаны) через люк 7 (фиг.2);
- с помощью собственного вакуумного заборного устройства 8 и гибкого шланга 9 из мешков.
Разрежение в емкости создается вакуумным компрессором 10, приводимым во вращение гидромотором 11. Всасывающий патрубок компрессора с помощью трубопровода 12 соединяется с бункером через рукавный фильтр 13. Питание гидромотора осуществляется от гидростанции комплекса 14. В свою очередь привод насоса гидростанции 15 осуществляется от коробки отбора мощности 16 автошасси.
Выгрузка цемента из бункера осуществляется путем создания в нем давления подводимого от вакуумного компрессора 10 через нагнетательный трубопровод 17.
Переключение с режима самозагрузки бункера цементом на режим пневмотранспорта (выгрузка) цемента осуществляется с помощью блоков задвижек 18,19, 20 и 21. Для создания лучших условий для пневмотранспорта цемента из бункера, последний оснащен аэрожелобом 22.
Подача цемента из бункера на приготовление раствора осуществляется по трубопроводу 23 в емкость 4 блока приготовления, при этом для отделения воздуха, поступающего с цементом на конце трубопровода, установлено устройство для отделения воздуха 24.
Для повышения эффективности приготовления раствора блок приготовления оснащен гидроприводным насосом 25 для рециркуляции раствора, а также гидравлическим диспергатором 26 известной конструкции.
Насос 25 также может быть использован для заполнения водой емкости 4 от внешней цистерны (не показано) и для перекачки раствора к автономной насосной установке (цементировочный агрегат) высокого давления 27. Переключение режимов работы насоса 25 осуществляется блоками задвижек 28 и 29.
Система контроля параметров раствора состоит из:
- первичных датчиков (устройств);
- панели индикации;
- блока обработки и архивирования данных. К первичным датчикам относятся:
• совмещенное устройство измерения плотности (ρ) и уровня раствора (h) 30, установленный в специальном конструктиве 31 емкости 4. Пневмопитание устройства 30 осуществляется от ресивера 32 пневмосистемы автошасси. Совмещенное устройство 30 обеспечивает также контроль объема воды (V), подаваемой на приготовление раствора, в строгом соответствии с требуемым водоцементным соотношением. Совмещенное устройство измерения плотности и уровня раствора (узел замера плотности и уровня) выполнено по пневматической схеме, с первичным прибором, основанным на замере разности гидростатических давлений в двух точках раствора на фиксированной вертикальной базе, при этом первичные преобразователи выполнены в виде прецизионных, термокомпенсированных дифференцированных датчиков давления;
p-pa
• датчики давления (Р) 33, температуры (t°) 34, и расхода (Q) 35, которые устанавливаются на нагнетательном трубопроводе насоса 36 цементировочного агрегата 27. Как вариант расход (производительность насоса) раствора может быть определен по числу двойных ходов насоса (п) с помощью датчика оборотов 36 известной конструкции.
Панель индикации 37 устанавливается на рабочем месте оператора, а блок обработки и архивирования данных 62 в кабине автошасси.
Устройство измерения плотности цементного раствора содержит пьезометрические трубки 38 и 39, (фиг.3) погруженные в емкость с контролируемой жидкостью на различную глубину. Погруженные концы трубок оснащены наконечниками 40 и 41 с антиадгезионным покрытием.
Выходной канал источника сжатого воздуха 32 каналами 42 и 43 соединен через пневмоклапаны 44, 45 и постоянные дроссели 46 и 47 с входными штуцерами 48 и 49 пьезометрических трубок 38 и 39. Каналы
управления 50 и 51 пневмоклапанов 44 и 45 также соединены с выходным каналом источника сжатого воздуха 32. Выходной штуцер 52 пьезометрической трубки 38 через первое инерционное звено (дроссель 53 и емкость 54) связан с положительным глухим входом 55 преобразователя 56 разности давлений в пьезометрических трубках в пропорциональный электрический сигнал, а выходной штуцер 57 пьезометрической трубки 39 через второе инерционное звено (дроссель 58 и емкость 59) связан с отрицательным глухим входом 60 преобразователя 56. Линия 61 является выходным электрическим сигналом устройства, поступающим в блок обработки информации.
Устройство для измерения плотности работает следующим образом. При включении источника сжатого воздуха 32 нормально закрытые пневмоклапаны 44 и 45 открываются и давлением питания от источника через пневмоклапаны и постоянные дроссели 46 и 47 подводится к входным штуцерам 48 и 49 пьезометрических трубок 38 и 39. При этом, на положительном 55 и отрицательном 60 входах преобразователя 56 создаются избыточные давления:
1
1
2
2
P=ρqH и Р=ρqН, где
ρ - плотность жидкости;
q - ускорение силы тяжести;
1
2
H и Н - глубины погружения пьезометрических трубок под уровень жидкости.
Разность давлений на выходах преобразователя:
, где
1
2
d=H-H=const - постоянная величина, пропорциональна измеряемой плотности ρ, следовательно выходной электрический сигнал преобразователя 56 также пропорционален плотности р.
1
1
1
Контроль уровня в емкости производится путем измерения глубины погружения H пьезометрической трубки 38 под уровень жидкости. Для этого отрицательный вход 60 преобразователя 56 сообщается с атмосферой, а входной штуцер 57 пьезометрической трубки 39 заглушается. При измерении уровня значение величины H=Pρq, при известной величине плотности ρ, преобразуется в пропорциональный электрический сигнал, который считывается с выхода 61 преобразователя 56.
Инерционные звенья (поз. 46, 47 и 53, 58) выполняют функцию сглаживания пульсаций давлений в пьезометрических трубках 38 и 39, возникающих вследствие отделения пузырьков воздуха от нижних торцевых кромок наконечников 40 и 41.
Наличие на погруженных в жидкость концах пьезометрических трубок наконечников с антиадгезионным покрытием позволяет повысить точность измерения и надежность устройства за счет исключения налипания частиц раствора на торцевые кромки пьезометрических трубок.