УСТАНОВКА ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ НЕФТЯНЫХ ИЛИ ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
OIL OR GAS WELL CEMENTING PLANT

Изобретение относится к области нефтегазодобычи, а конкретно к технологическому оборудованию, предназначенному для цементирования нефтяных или газовых скважин, доставляемому к месту работ в контейнерах.
Известна «Установка насосная УН-125х32ПК» без бака и водоподающего блока, размещенная в контейнере на прицепе-шасси автомобиля (1). Контейнер, в котором размещена установка, выполнен утепленным, с четырьмя окнами, боковой дверью (по левому борту) и люками. С торца имеются двухстворчатые двери для монтажа оборудования.
Контейнер оборудован системами отопления, освещения, вентиляции. Электропитание осуществляется от промышленной сети 3~50 Гц 380 В. Трубы манифольда выведены в люк на боковой стенке контейнера.
«Установка насосная УН-125х32ПК» содержит один насос для перекачки технологических жидкостей, поэтому она пригодна для цементирования скважин, но только в составе комплекса из другого оборудования, выполняющего все технологические функции цементирования, так как при цементировании скважин необходимо также наличие в установке водоподающей системы и мерного бака, системы приготовления цементного раствора, включающего смеситель, смесительный бак, систему рециркуляции. Для их работы необходимо наличие центробежных насосов, гидрооборудования, пневмооборудования и т.д.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению является изобретение «Передвижная установка для цементирования скважин» (2).
Указанная установка состоит из размещенных на раме автомобильного шасси блоков, обеспечивающих цементирование скважин, соединенных системой трубопроводов, оборудованных запорной арматурой.
Насосный блок содержит две палубные дизельные установки и два трехплунжерных насоса, соединенные с помощью карданных валов, которые размещены в передней части автомобильного шасси.
В задней части автомобильного шасси размещены водоподающий и рециркуляционный насосы, с приводом от гидросистемы передвижной установки, над которыми установлены совмещенные блок приготовления тампонажных растворов и блок осреднения, причем первый включает смесительную емкость, оборудованную расположенными в ее верхней части перемешивателем и смесителем, включающим узел подачи сухого цемента с регулируемым дросселем, узел регулируемой подачи воды с регулируемым дросселем и узел рециркуляции, а второй - осреднительную емкость, оборудованную расположенным в ее верхней части перемешивателем, причем смесительная емкость выполнена заодно с осреднительной емкостью за счет выполнения между ними общей стенки, которая со стороны донной части емкостей оборудована затвором и имеет высоту меньше высоты других стенок емкостей. Смесительная емкость в донной части связана с патрубком рециркуляции, который через рециркуляционный насос связан с узлом рециркуляции в смесителе, а осреднительная емкость в донной части выполнена с патрубком отвода готового цементного раствора.
Над трехплунжерными насосами расположена площадка оператора и блок управления, а над карданными валами размещен блок приема и распределения технологических жидкостей, содержащий мерные баки, в донной части которых оборудованы отверстия для слива жидкости, а в верхней части каждого бака установлены водоподающие линии, запитываемые от водоподающего насоса.
Связь между блоками передвижной установки осуществляется посредством системы трубопроводов, включающей водоподающий манифольд, связывающий нагнетательный патрубок водоподающего насоса со смесителем и мерным баком, манифольд низкого давления, связывающий осреднительную емкость и мерный бак с трехплунжерными, водоподающим и рециркуляционным насосами, манифольд высокого давления, обеспечивающий нагнетание цементного раствора и технологических жидкостей в скважину. Указанные трубопроводы размещены на раме автомобильного шасси и обвязывают блоки, входящие в установку.
Поскольку указанная установка смонтирована на шасси автомобиля, ее передвижение требует наличия подъездных путей. Подобные установки чаще всего работают непродолжительное время, поэтому они традиционно располагаются на шасси автомобилей или других самоходных устройств, которые при наличии подъездных путей перемещаются от одного куста к другому и обслуживают несколько скважин, пробуренных разными буровыми установками.
Недостатком установки для цементирования скважин, размещенных на шасси автомобиля или других самоходных устройств, является невозможность доставки установки в труднодоступные места, где отсутствуют подъездные пути к месту бурения скважин.
Задачей заявляемого изобретения является расширение возможностей доставки установки для цементирования нефтяных и газовых скважин к месту бурения скважин, а именно транспортировку морским, железнодорожным и воздушным транспортом, включая транспортировку вертолетом, с обеспечением быстрого и надежного монтажа на месте проведения работ, высокого уровня условий обслуживания установки на месте проведения цементировочных работ, в том числе в условиях холодного климата.
Поставленная задача решается за счет того, что установка для цементирования скважин, состоящая из размещенных на рамах блоков, соединенных системой трубопроводов, оборудованных запорной арматурой, разделена на три самостоятельных части, каждая из которых размещена в специально оборудованном контейнере стандартного размера, а после доставки контейнеров с оборудованием на место бурения скважин любым из доступных средств транспортировки конструкция контейнеров позволяет в процессе монтажа на месте проведения работ соединить их в единую установку.
Заявляемая установка включает смесительный блок, предназначенный для смешивания цементного раствора и подачи его в насосные блоки, и пульт управления, размещенные в контейнере №1, а также два насосных блока, размещенных, соответственно, в контейнере №2 и контейнере №3.
Контейнеры имеют съемные стеновые панели в местах соединения контейнеров в единую установку, которые убираются в процессе монтажа установки, осуществляемого на месте проведения работ, что позволяет обеспечить общее внутреннее пространство в собранной установке. Крыши контейнеров также выполнены съемными с целью обеспечения демонтажа и замены оборудования.
На базе контейнера №1 размещены блок приготовления тампонажных растворов, совмещенный с блоком осреднения, который содержит водоподающий насос, соединенный также с водоподающими линиями мерных баков, смесительную емкость, состоящую из смесительного и осреднительного отсеков, смесительный отсек при этом оборудован смесителем и перемешивателем, осреднительный отсек оборудован перемешивателями и выполнен с патрубком отвода готового цементного раствора, узел рециркуляции, включающий рециркуляционный центробежный насос и всасывающие и нагнетательные трубопроводы, блок управления.
Около смесителя установлен вытяжной вентилятор для очистки воздуха в процессе работы смесительного узла.
Между смесительным баком и узлом привода гидрооборудования расположены силовой шкаф, пульт управления установкой и рабочая площадка оператора.
Привод гидрооборудования осуществляется от асинхронного электродвигателя с устройством плавного пуска.
Контейнер №1 имеет две двери: основную - для входа внутрь контейнера, и вспомогательную - для обслуживания гидрооборудования.
В стенке контейнера №1 выполнены окна:
- технологические в месте присоединения шланга подачи сухого цемента в смеситель, в месте присоединения трубопровода внешнего подвода воды к всасывающему патрубку водоподающего центобежного насоса, в месте присоединения трубопровода подвода технологической жидкости к манифольду низкого давления;
- смотровое для оператора установки.
Также в стенке контейнера №1 выполнены отверстия для ввода силовых кабелей.
Насосный блок размещен в контейнерах №2 и №3 и содержит в каждом из контейнеров по трехплунжерному насосу и силовому агрегату с топливным баком, связанных между собой с помощью карданных валов, а между ними включает отсеки мерного бака, которые в процессе монтажа установки на месте проведения работ объединяются сливными и водоподающими манифольдами в единый мерный бак.
Силовой агрегат, например, может быть выполнен на основе дизельного двигателя, снабженного автоматической коробкой передач, топливной системой и системой охлаждения двигателя, системой управления двигателем и системами контроля и управления агрегатом с пульта рабочей площадки, а также может быть снабжен аварийными системами.
Контейнеры №2 и №3 имеют двери для обслуживания манифольда высокого давления трехплунжерных насосов. Контейнер №3 имеет также дополнительную дверь для обслуживания силовых агрегатов.
Указанные двери оборудованы устройствами, обеспечивающими циркуляцию воздуха, которые выполнены в виде жалюзи, имеющих защитные шторы.
Контейнеры №2 и №3 имеют на стенке со стороны расположения силовых агрегатов проемы, оборудованные устройством для циркуляции воздуха, которое выполнено в виде жалюзи силовых установок и снабжено ставнями, трансформирующимися в рабочем положении во всасывающий короб, который обеспечивает направление воздушного потока к радиаторам дизельных двигателей силовых агрегатов и предотвращает попадание атмосферных осадков в радиаторы.
В стенках контейнеров №2 и №3 выполнены также отверстия, оборудованные фланцами для установки выхлопных труб дизельных двигателей с захлопками, а также отверстия для размещения заливных горловин их топливных баков.
В контейнере №3 выполнены два технологических окна для подключения линии высокого давления закачки жидкостей в скважину и окно для подключения шланга подачи бурового раствора в мерные баки, а также выполнено смотровое окно оператора.
Все контейнеры снабжены поддонами для сбора технологических жидкостей, используемых при промывке насосов, баков и манифольдов заявляемой установки. Эти жидкости могут переливаться в емкости, установленные за пределами контейнеров, через специальные окна, выполненные в поддонах.
Связь между блоками установки, размещенными в трех контейнерах, осуществляется посредством системы трубопроводов, включающей водоподающий манифольд, связывающий нагнетательный патрубок водоподающего насоса с мерными емкостями и смесителем, манифольд низкого давления, связывающий осреднительную емкость смесительного бака и мерные емкости с трехплунжерными, водоподающим и подпорным насосами, манифольд высокого давления, обеспечивающий нагнетание цементного раствора и технологических жидкостей в скважину. Указанные трубопроводы обвязывают блоки, входящие в установку, и оборудованы разъемами в местах их перехода из контейнера в контейнер.
Основания, стенки и крыши контейнеров имеют утепление для обеспечения работы установки в условиях холодного климата. Установка комплектуется тепловентиляторами для подогрева оборудования перед началом работ. На установке предусмотрены светильники общего и местного освещения.
Таким образом, заявляемая установка, размещенная в трех стандартных контейнерах, обеспечивает все технологические функции цементирования, может транспортироваться любыми транспортными средствами до места проведения работ, включая доставку вертолетом в труднодоступные места.
При этом на месте проведения работ оборудование, заключенное в контейнерах, быстро и надежно монтируется в установку для цементирования нефтяных или газовых скважин, которая находится в защищенном помещении, оборудованном системами теплозащиты, общей вентиляции и вентиляции оборудования, системами обогрева, при этом организован доступ ко всем составляющим частям оборудования, что обеспечивает высокий уровень ремонтопригодности. Кроме того, установку можно демонтировать и перебазировать к другому месту проведения работ.
Основным отличительным признаком заявляемого устройства является признак «размещение установки для цементирования нефтяных или газовых скважин в трех стандартных контейнерах, которые на месте проведения цементировочных работ монтируются в единую установку», а все остальные новые признаки направлены на раскрытие достигаемого технического результата.
Признак «размещение установки для цементирования нефтяных или газовых скважин в трех стандартных контейнерах, которые на месте проведения цементировочных работ монтируются в единую установку» не выявлен в уровне техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого результата интеллектуальной деятельности условиям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Возможность осуществления изобретения подтверждается конкретным примером, проиллюстрированным чертежами.
На фиг.1 показан вид сверху на контейнеры, подготовленные к монтажу.
На фиг.2 показан вид сверху на установку в собранном в единую конструкцию виде. На фиг.2 условно не показаны крыши контейнеров.
На фиг.3 показан вид на установку в собранном виде в аксонометрии со стороны контейнера №1.
На фиг.4 показан вид на установку в собранном виде в аксонометрии со стороны контейнера №3.
Установка, размещенная в контейнерах 1, 2 и 3, доставляется к месту проведения работ любым транспортным средством, включая авиацию.
Контейнер 1 имеет съемные панели 4 и 5; контейнер 2 имеет съемные панели 6, 7, 8, 9 и 10; контейнер 3 имеет съемные панели 11, 12 и 13.
В процессе монтажа оборудования, размещенного в трех контейнерах, образуется единая установка.
Для удобства монтажа и демонтажа оборудования установки контейнеры имеют съемные крыши 14, 15 и 16.
На базе контейнера 1 размещены водоподающий насос 17, соединенный с водоподающими линиями 18, и смесительная емкость, состоящая из смесительного отсека 19 и осреднительного отсека 20. Смесительный отсек 19 оборудован смесителем 21 и перемешивателем 22, а осреднительный отсек 20 оборудован перемешивателями 23 и выполнен с патрубком отвода готового цементного раствора 24. Узел рециркуляции включает рециркуляционный центробежный насос 25 и всасывающие и нагнетательные трубопроводы 26. Около смесителя 21 установлен вытяжной вентилятор 27. В контейнере 1 установлены пульт управления 28 и площадка оператора 29, система контроля и управления (не показана), узел привода гидрооборудования с электродвигателем 30 и гидравлическим баком 31 и силовой шкаф 32.
На базе контейнера 2 размещена силовая установка 33 с топливным баком 34 и аккумуляторным ящиком 35, соединенная с трехплунжерным насосом 36 посредством карданного вала 37. Между силовой установкой 33 и трехплунжерным насосом 36 размещен отсек мерного бака 38, оборудованный водоподающими линиями 18.
На базе контейнера 3 размещена силовая установка 39 с топливным баком 40 и аккумуляторным ящиком 41, соединенная с трехплунжерным насосом 42 посредством карданного вала 43. Между силовой установкой 39 и трехплунжерным насосом 42 размещен отсек мерного бака 44, оборудованный водоподающими линиями 18, и манифольд высокого давления 45.
Блоки, размещенные в контейнерах 1-3, образуют единую установку за счет соединения трубопроводов, оборудованных разъемами, при этом отсеки мерного бака 38 и 44 объединяются в процессе монтажа в единый мерный бак соединением в единые манифольды водоподающих линий 18 и сливных патрубков отсеков мерного бака:
- трубопроводы водоподающих линий 18 объединяются в единый манифольд с помощью разъемов 46 и 47;
- сливные патрубки отсеков мерного бака 38 и 44 объединяются разъемом 48;
- трубопроводы манифольда низкого давления объединяются разъемами 49, 50 и 51;
- манифольд высокого давления объединяется разъемом 52.
Трубопроводы оборудованы также разъемами в местах их перехода к внешним устройствам:
- смеситель оборудован разъемом 53 для подключения шланга подачи сухого цемента;
- манифольд высокого давления оборудован разъемом 54 для подключения линии высокого давления к скважине;
- всасывающий патрубок водоподающего насоса оборудован разъемом 55;
- трубопроводы манифольда низкого давления оборудованы разъемом 56;
- водоподающий манифольд мерного бака оборудован разъемом 57 для подключения шланга подачи бурового раствора.
Во внешних стенках контейнера 1 установлены дверь для персонала 58 и дверь для обслуживания гидрооборудования 59, выполнено смотровое окно 60 и окно для присоединения рукава подачи сухого цемента 61, а также отверстия для ввода электрических силовых кабелей 62.
Во внешних стенках контейнеров 2 и 3 установлены двери 63 для обслуживания трехплунжерных насосов 36 и 42, оснащенные жалюзи с защитными шторами 64. Дополнительная дверь 65, оснащенные жалюзи с защитными шторами 66 в контейнере 3, предназначена для обслуживания силовых установок 33 и 39.
В стенках контейнеров 2 и 3 выполнены проемы 67 для охлаждения силовых установок 33 и 39 с регулируемыми жалюзи 68 и ставнями 69, трансформирующимися во всасывающий короб, и отверстия, оборудованные фланцами для установки выхлопных труб 70, а также отверстия с встроенными заливными горловинами топливных баков 71.
В контейнере 3 выполнены смотровое окно 72, окна для подключения линии высокого давления 73 и 74 и окно для подключения линии подачи бурового раствора 75.
Контейнеры оборудованы поддонами для сбора технологических жидкостей, а внизу стенок контейнеров выполнены технологические окна для слива жидкостей 76.
Указанная установка монтируется на рабочей площадке в следующем порядке.
Закрытые контейнеры 1, 2, 3 доставляют любым способом к месту проведения работ. Перед началом монтажа передвижной установки демонтируют съемные панели 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, размещенные на стыках между контейнерами 1, 2, 3.
На подготовленную для работы установки ровную площадку устанавливают контейнеры 1, 2, 3 со снятыми съемными стеновыми панелями. Контейнеры 1, 2, 3 состыковывают и фиксируют специальными резьбовыми стяжками 77.
Для обеспечения герметичности стыков между контейнерами 1, 2, 3 в стыки закладывают уплотнитель.
Далее производят стыковку трубопроводов, размещенных в контейнерах 1, 2, 3, путем соединения их в местах перехода из контейнера в контейнер:
- водоподающие линии путем соединения разъемов 46 и 47;
- сливные патрубки отсеков мерного бака 38 и 44 путем соединения разъема 48;
трубопроводы манифольда низкого давления путем соединения разъемов 49, 50 и 51;
- манифольд высокого давления путем соединения разъема 52.
Затем заводят силовые электрические кабели в отверстия 62 и подключают их к шинам силового шкафа 32. Далее осуществляют соединение в местах стыковки контейнеров электрических разъемов кабелей электроразводки и системы контроля, а также разъемов шлангов пневмооборудования.
Подготовка к работе осуществляется следующим образом:
- через окно 61 осуществляют присоединение к разъему 53 смесителя 21 рукава подачи сухого цемента;
- к разъему 55 подключается трубопровод подачи технической воды во всасывающий патрубок водоподающего насоса 17;
- через окно 75 осуществляется подключение трубопровода подачи бурового раствора к водоподающей линии отсеков 38 и 44 мерного бака;
- через окно 73 или 74 осуществляется подключение к разъему 54 нагнетательной линии высокого давления к скважине;
- к разъему 56 подключается трубопровод подачи технологических жидкостей в манифольд низкого давления.
Установка работает следующим образом.
В холодное время года осуществляется подогрев оборудования и внутреннего пространства установки с помощью тепловентиляторов. Открываются ставни 69 и трансформируются во всасывающий короб. Степень открытия жалюзи 68 для притока воздуха извне для охлаждения силовых установок 33 и 39 регулируется в зависимости от температуры окружающей среды.
С пульта управления включаются в режим холостого хода силовые установки 33 и 39 и электродвигатель привода гидрооборудования 30, при этом в холодное время года шторки на жалюзи 64 и 66 дверях 63 и 65 остаются закрытыми для сохранения тепла и прогрева силовых установок и оборудования. С пульта управления осуществляется запуск центробежных насосов 17 и 25 и перемешивателей 22 и 23 от гидрооборудования. В смеситель 21 с помощью водоподающего насоса 17 подается жидкость затворения (вода) через разъем 55 и сухой цемент через разъем 53. Рециркуляция цементного раствора в смесительном отсеке 19 осуществляется с помощью рециркуляционного насоса 25 по трубопроводам 26. Готовый раствор поступает в осреднительный отсек 20 и затем во всасывающие коллекторы трехплунжерных насосов 36 и 42. Вода или буровой раствор поступают в отсеки мерного бака 38 и 44 по водоподающим линиям 18, а затем из отсеков во всасывающие коллекторы трехплунжерных насосов 36 и 42.
Силовые установки 33 и 39 приводят во вращение трехплунжерные насосы 36 и 42, которые откачивают растворы и жидкости в скважину через манифольд высокого давления 45. Жалюзи 64 и 66 в дверях 63 и 65 при открытых шторках позволяют осуществлять рециркуляцию воздуха в установке в холодное время года. В теплое время года двери 63 и 65, а также дверь 59 открываются во время работы. По мере повышения теплоотдачи силовых установок 33 и 39 увеличивается степень открытия жалюзи 68 для увеличения притока охлаждающего воздуха извне.
Включение вентилятора 27 осуществляется во время поступления сухого цемента в смеситель для устранения запыленности.
В целом в холодное время года в установке поддерживается тепловой баланс, обеспечивающий положительную температуру воздуха.
По окончании технологических операций оборудование установки (баки и манифольды) подлежит тщательной промывке от цементного и технологических растворов и осушке.
После завершения работ по цементированию скважины, установка демонтируется в контейнеры 1, 2, 3.
Источники информации
1. Каталог продукции ОАО «ИЖНЕФТЕМАШ» - http://www.izhneftemash.ru/catalog/.
2. Патент RU 2362674.