Установка для определения характеристик тампонажных цементов, смесей и растворов
APPARATUS FOR DETERMINING CHARACTERISTICS OF BACKFILL CEMENT, MIXTURES AND SOLUTIONS

Предлагаемое изобретение относится к устройству для определения характеристик тампонажных  цементов, смесей и растворов, применяемых при цементировании нефтяных и газовых скважин, полученных в условиях, имитирующих скважинные по температуре  до 200ºС  и давлению  до  100 Мпа.
При проведении испытаний по определению характеристик тампонажных цементов, смесей и растворов значительное время занимают вынужденные простои из-за продолжительности   охлаждения автоклава между испытаниями, что увеличивает время до получения данных по результатам испытаний.
Известно устройство, предназначенное для определения основных параметров, характеризующих качество тампонажных растворов, принятое в кач естве прототипа, содержащее основание, автоклав, снабженный  полостью для установки приспособления для определения характеристик, а также   системой нагрева и охлаждения,  крышкой с накидной  гайкой и рукоятками для удерживания крышки, насос масляный с манометром для  обеспечения подъёма давления в автоклаве, компьютер, соединенный с блоком управления и привод для приспособления (см. Консистометр высокого давления ZM-1003, выпускаемого  ООО НПК «ЗИП – Магнитоника» zmag.ru).
Известное устройство предназначено только для определения консистенции (вязкости) тампонажного раствора и имеет ряд недостатков.
Основание выполнено в виде небольшой прямоугольной площадки, устанавливаемой на полу, на которой компактно размещены  автоклав, блок  управления, насос масляный, привод для приспособления определения вязкости.  Компьютер соединен проводом с блоком управления, при этом и провод, соединяющий компьютер с блоком управления, и шланги, соединяющие автоклав с насосом и системой охлаждения, находятся на поверхности и не исключена возможность при проведении испытаний лаборанту зацепиться ногой.
Автоклав снабжен съёмной имеющей значительный вес прижимной гайкой с рукоятками для удерживания крышки, которую при проведении испытаний неоднократно снимают и надевают лаборанты, зачастую женщины, и которую необходимо переносить на рабочий стол, который не всегда расположен рядом. На пол прижимную гайку ставить не рекомендуют во избежание загрязнения на ней резьбового соединения.
Клапан для сброса давления в автоклаве соединен с масляным насосом гибким силиконовым шлангом. В процессе работы устройства возможен самопроизвольный съём гибкого шланга со штуцера автоклава во время сброса давления, в результате чего лаборант, находящийся вблизи устройства, может получить ожоги. Кроме того при сбросе давления масло напрямую поступает в масляный насос  и частицы цемента могут попасть внутрь насоса и вывести его из строя.
Во время испытаний устройство позволяет записывать в блок памяти текущие значения температуры, давления и консистенции, только через промежутки времени от 1 до 10мин на точку, в результате чего получают неточный  и ограниченный во времени график. При записи всех данных каждую 1 мин  максимальное время испытания составит всего 8 часов.
Кроме того, система охлаждения автоклава оснащена магнитным клапаном для соединения с внешним источником охлаждения и не имеет возможности регулировать охлаждение автоклава, тогда как  при имитации цементирования верхнего интервала скважины   испытуемый раствор необходимо охладить до забойной температуры нужного интервала.
Техническая задача и результат предлагаемого устройства заключается в расширении функциональных возможностей, повышении надежности и безопасности работы для персонала, а также в удобстве его обслуживания.
Техническая задача решается тем, что установка для определения характеристик тампонажных растворов содержит основание, автоклав, снабженный  полостью для установки приспособления для определения характеристик, системой нагрева и охлаждения,  крышкой с накидной  гайкой и рукоятками для удерживания крышки, а также   насос масляный с манометром для  обеспечения подъёма давления в автоклаве, компьютер, соединенный с блоком управления и привод  для  приспособления,  при этом что она содержит  два  автоклава, установленных на полке в средней части основания, выполненного каркасной конструкции в виде параллелепипеда, с передней стенкой  в виде двух поворотных дверных створок,  задней стенкой, выполненной   перфорированной для обеспечения циркуляции воздуха  и закрепленной в  верхней части основания,  панелью с окнами для установки показывающих приборов,  фиксирующих рабочее состояние установки и кранов для сброса давления в автоклавах, причём насосы масляные   установлены на полках, жестко закрепленных на боковых стенках основания, а приводы   для съёмных приспособлений закреплены посредством крюков, жестко закрепленных на боковых стенках основания, при этом в нижней части основания закреплены регулируемые по высоте опоры  для обеспечения горизонтальности  и ролики  для обеспечения возможности перемещения установки, а для обеспечения возможности съёма прижимных накидных  гаек с автоклавов на задней стенке основания вертикально закреплены  направляющие для установки полых поворотных Г-образных кронштейнов, один конец, которых снабжен  держателем в виде крюка для  соединения с прижимными накидными  гайками.
Приспособление   для приготовления тампонажного цементного раствора и электродвигатель усилены  магнитной муфтой для передачи нагрузки при вращении измерительной рамки. Система   охлаждения   выполнена с возможностью регулирования охлаждения.
Установка проста и надежна в эксплуатации.
Установка позволяет обеспечить эффективность проведения лабораторных испытаний, сократив время до получения данных по испытаниям и    устранить две основные причины вынужденных простоев из-за продолжительности охлаждения между испытаниями и техническим обслуживанием, которое включает приготовление цементных растворов, заправку приспособлений для определения характеристик или подготовку контейнеров для изготовления образцов.
Возможность использования  сменных приспособлений в установке позволяет не только проводить испытания по определению вязкости тампонажного раствора, но и   готовить   растворы для других испытаний, например, для измерения содержания свободной воды, испытания водоотдачи, а также использовать установку для определения линейного расширения цементного камня и формования и выдержки образцов.
Предлагаемое устройство иллюстрировано чертежами, где  на фиг.1 изображен общий вид устройства,  вид спереди; на фиг. 2 – то же, вид сзади;  на фиг. 3 – то же, вид сбоку; на фиг. 4 выносной элемент А с фиг. 1.
Установка для определения характеристик тампонажных цементов, смесей и растворов состоит из основания 1, выполненного каркасной конструкции в виде параллелепипеда, например,  из труб прямоугольного сечения, с полкой 2 в средней части для установки двух  автоклавов 3. Передняя стенка основания образована двумя открывающимися дверными створками 4 для установки оборудования,  а  задняя стенка 5 выполнена  из перфорированного металлического листа для обеспечения циркуляции воздуха. Нижняя часть основания 1 снабжена регулируемыми по высоте опорами 6 для обеспечения горизонтальности  и роликами 7 для обеспечения возможности  перемещения установки по полу при необходимости. Верхняя часть основания 1 выполнена с закрепленной посредством кронштейнов 8 панелью 9, снабженной окнами для установки показывающих приборов для каждого из автоклавов:  сенсорного монитора 10, манометра 11, кнопки 12 «сеть», кнопки 13 «выключение» двигателя при испытаниях и  кнопки 14  «подключение» измерительного блока, а также  фиксирующих рабочее состояние   автоклава 3   лампочки  15 «авария», лампочки  16 «нагрев»,  лампочки  17 « охлаждение» и окна для   кранов 18 для сброса давления (окна на чертеже не показаны).
Блок управления установлен за панелью 9 (блок управления на чертеже не показан).
Коммуникации для соединения оборудования, установленного на основании  1 (провода и шланги) размещены внутри основания 1 и не мешают проведению испытаний и перемещению лаборантов (провод  и шланги на чертеже не показаны).
По обе стороны на боковых стенках основания жестко закреплены полки 19 для установки насосов масляных 20.
По обе стороны на боковых стенках основания на кронштейнах 8  жестко закреплены крюки 21  (держатели) приводов 22 для съёмных приспособлений 23, используемых при испытаниях (съёмные приспособления на чертеже не показаны).
На верхней плоскости основания между автоклавами закреплен съёмный поддон 24 для установки комплектующих, необходимых  при проведении испытаний.
На задней стенке основания напротив каждого автоклава 3 вертикально закреплены  направляющие 25, выполненные в виде трубы для установки в них одним концом полых поворотных Г-образных кронштейнов 26. Внутри каждого Г-образного кронштейна 26 размещены блоки 27 и трос 28. На одном конце троса 28 закреплен держатель 29 в виде крюка для  соединения с прижимной накидной  гайкой  30  с рукоятками  31  для обеспечения возможности снятия и установки крышки   на автоклав  3, а на другом конце  троса  28 -   груз   32 (гири) уравновешивающий  вес прижимной гайки  30 с рукоятками 31.
Для соединения системы охлаждения автоклава  3 с внешним источником охлаждения установлен кран шаровой 2-х ходовой с электроприводом для удаленного (дистанционного) управления потоком рабочей среды, имеющий возможность регулировать охлаждение автоклава 3 (кран шаровой  и электропривод на чертеже не показаны).
Каждый автоклав 3 выполнен с полостью для установки приспособлений 23 для проведения испытаний, выполненных съёмными, сменными, например, для определения вязкости тампонажного раствора, приготовления растворов   для измерения содержания свободной воды, испытания водоотдачи, а также для определения линейного расширения цементного камня, формования и выдержки образцов (полость на чертеже не показана).
Электродвигатель и приспособление 23 для приготовления тампонажного цементного раствора усилены магнитной муфтой для передачи нагрузки при вращении измерительной рамки (электродвигатель и магнитные муфты на чертеже не показаны).
Установка для определения характеристик тампонажных цементов, смесей и растворов работает следующим образом.
Программа по проведению испытаний заложена в блоке управления,  установленном за панелью  9.
Работу устройства начинают с выбора поочередности установления приспособлений 23  в автоклавы 3 для проведения испытаний, разных по длительности, обеспечивая тем самым возможность проведения работ параллельно на двух автоклавах 3 и сокращая время до получения данных по результатам испытаний.
В зависимости от вида испытаний вначале готовят приспособление 23 к установке в один автоклав 3, например, для первого автоклава готовят тампонажный раствор для определения времени загустевания, а для второго - раствор для выдержки образцов.
Затем кнопкой 12 «сеть» одновременно включают первый и второй автоклав 3, при  этом  программа запускается автоматически. На сенсорных мониторах 10   вводят параметры, требуемые для испытуемых растворов. Перед началом испытаний вначале идёт предварительный поочередный нагрев автоклавов 3.
После прогрева  одного автоклава 3 откручивают   прижимную гайку 30 за  рукоятки 31, фиксируют её посредством держателя 28 на Г-образном рычаге и  поворотом относительно основания 1 перемещают её в сторону, оставляя на держателях 28 на весу, затем снимают крышку автоклава 3.  В полость одного  автоклава 3 устанавливают предварительно подготовленное приспособление 23, например, для проведения испытаний на время загустевания тампонажного раствора, а другого -  приспособление 23, для выдержки образцов, после чего в обратном порядке  устанавливают крышку и прижимную гайку  30  и завинчивают её на корпусе автоклава 3  рукоятками 31. Затем осуществляют дальнейший  нагрев  автоклава 3, сопровождающийся миганием   лампочки 16 «нагрев». По завершению испытания автоматически включится охлаждение автоклава 3 и загорится лампочка 17 «охлаждение».   При необходимости охлаждение можно включить в ручную, установив необходимую температуру на сенсорном мониторе 10.
Во время испытания как на одном автоклаве 3, так и на другом если один из параметров превысит допустимое значение или произойдет какой-нибудь сбой, то загорится контрольная лампочка  15 «авария» и включится охлаждение.
При необходимости остановки вращения измерительной рамки приспособления 23 по определению вязкости тампонажного раствора   кнопкой 13 выключают двигатель 22, а для того чтобы продолжить вращение измерительной рамки  включают двигатель 22 кнопкой 13.
Установка для определения характеристик тампонажных цементов, смесей и растворов позволяет сократить время на проведение испытаний за счёт проведения параллельно работ на двух автоклавах 3.