МОБИЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И АКТИВАЦИИ ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА

Настоящая предполагаемая полезная модель относится к области нефтегазодобычи и может быть использована при строительстве и эксплуатации скважин различного назначения, в частности для приготовления тампонажного раствора при цементировании скважин и ремонтно-изоляционных работах.
Цементирование скважин относится к наиболее ответственной операции при строительстве нефтяных и газовых скважин.
Эффективность и качество операций цементирования скважин зависит от многих факторов:
- качества тампонажного раствора;
- технологии приготовления цементного раствора в строгом соответствии с технологическим регламентом;
- точного поддержания параметров раствора.
Предлагаемое техническое решение направлено на повышение эффективности процесса приготовления тампонажного раствора за счет строгого соблюдения требуемых пропорций компонентов раствора и его активации.
За прототип заявляемого технического решения может быть принята полезная модель «Мобильная установка для приготовления цементного раствора» №29332 (МКИ 7 Е21В, бюлл. №13 от 10.05.2003).
В состав установки входит автомобильное шасси, бункер сухого цемента (тампонажной смеси), смеситель, устройства подачи сухого цемента в бункер и из бункера в смеситель.
Основными недостатками данного решения являются:
- одновременное наличие на автомобильном шасси бункера для сухого цемента и мерных баков ограничивает возможный объем приготавливаемого тампонажного раствора;
- отсутствие средств контроля параметров приготавливаемого раствора;
- отсутствие средств для активации раствора.
Основной технической задачей настоящей предполагаемой полезной модели является устранение указанных недостатков и создание установки, позволяющей осуществлять приготовление качественного тампонажного раствора при различных вариантах схем подачи исходных компонентов и контроле технологического регламента.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что мобильная установка для приготовления и активации тампонажного раствора содержит автомобильное шасси, емкость приготовления раствора, узлы подачи компонентов раствора, перемешивающие устройства, аутригеры.
Характерной особенностью установки является то, что узел подачи сухой тампонажной смеси с земли выполнен в виде наклонных шнековых транспортеров с гидроприводом и загрузочной воронкой для забора сухой смеси с земли, а для пневмотранспорта сухой тампонажной смеси от цементовоза предусмотрен манифольд, оснащенный быстроразборными соединениями и фильтром для удаления воздуха.
При этом шнековый транспортер выполнен двухсекционным с возможностью поворота нижней секции в плоскости продольной оси шасси в транспортное положение.
Перемешивающие устройства, расположенные в емкости, выполнены с вертикальным консольным расположением валов, оснащены не менее чем двумя рядами лопастей, а их привод осуществляется реверсивными регулируемыми гидромоторами.
В свою очередь емкость оснащена узлом замера плотности и уровня тампонажного раствора, а также гидродинамическим устройством для ее обмыва водой от раствора.
Как вариант исполнения привод устройств гидродинамического обмыва водой от раствора осуществляется от валов перемешивающих устройств, при этом гидродинамическое устройство для обмыва емкости водой имеет возможность вертикального перемещения с целью вывода гидромониторов из зоны приготовления раствора.
С целью дополнительной активации раствора и ускорения процесса его приготовления установка оснащена системой рециркуляции тампонажного раствора с применением насосной установки, входящей в комплекс оборудования для цементирования скважин.
Для обеспечения требуемых по технологическому регламенту соотношений компонентов раствора узел подачи жидкости затворения оснащен расходомером, а шнековые транспортеры устройством замера частоты вращения. Кроме того, емкость оснащена измерительным устройством весового контроля компонентов тампонажного раствора.
Возможность осуществления заявляемой полезной модели доказывается успешным использованием в отечественной и зарубежной практике приготовления цементных растворов отдельных видов смесительного и дозирующего оборудования.
Отличительные признаки, отраженные в формуле полезной модели, могут быть реализованы с помощью средств, используемых в различных областях техники. Они необходимы и достаточны для осуществления заявляемой полезной модели, так как обеспечивают решение поставленной выше технической задачи. В дальнейшем, заявляемая полезная модель поясняется примером ее выполнения, схематически изображенном на прилагаемых рисунках, на которых представлены:
Фиг.1 - общий вид установки сбоку;
Фиг.2 - вид установки сзади;
Фиг.3 - вид двухсекционного шнекового транспортера в отведенном положении нижней секции;
Фиг.4 - вид гидродинамического устройства обмыва емкости водой.
Мобильная установка (Фиг.1) включает в свой состав автомобильное шасси 1, на котором смонтирована емкость 2 для приготовления тампонажного раствора. Емкость смонтирована с уклоном к задней части шасси для улучшения условий ее опорожнения (в предложенном варианте 1,5°).
Приготовление и активация раствора осуществляется лопастными перемешивающими устройствами 3 с вертикально расположенными валами 4, на каждом из которых смонтировано не менее двух рядов лопастей. На фиг.1 представлен вариант с тремя перемешивающими устройствами. Привод валов осуществляется реверсивными регулируемыми гидромоторами 5, приводимыми в действие от гидростанции 6. Изменением частоты и направления вращения лопастных перемешивающих устройств достигается повышение эффективности приготовления раствора.
Для разгрузки шасси от веса раствора, в процессе его приготовления, установка оснащена четырьмя гидравлическими аутригерами 7.
Откачка приготовленного раствора осуществляется через раздающий трубопроводный коллектор 8.
Контроль плотности приготавливаемого раствора и уровня раствора в емкости осуществляется комплексным датчиком 9 известной конструкции, смонтированным в задней части емкости 2.
Обмыв емкости от раствора после выполнения работ осуществляется гидродинамическим устройством 10, приводимым во вращение от валов перемешивающих устройств 3 (трубопровод подачи воды к устройствам 10 условно не показан).
Управление всеми гидроприводными исполнительными механизмами установки осуществляется с пульта управления 11.
Подача в емкость исходных компонентов для приготовления раствора (сухой тампонажной смеси и жидкости затворения) осуществляется следующим образом.
Подача сухой тампонажной смеси может быть осуществлена двумя вариантами.
В первом варианте (Фиг.2) сухая смесь подается в емкость с земли, с помощью наклонно-установленных шнековых гидроприводных транспортеров 12, расположенных с двух сторон шасси.
Вращение шнеков осуществляется гидромоторами 13. Загрузка транспортера сухой смесью производится через воронку 14. Для контроля производительности подачи сухой смеси привод шнеков оснащен датчиками оборотов 15.
Во втором варианте (Фиг.1, 2) сухая смесь подается в емкость от цементовозов с пневморазгрузкой (на рисунке не показан) по манифольду
(пневмотрубопроводу) 16, оснащенному на входном конце быстроразборным соединением 17. На выходном конце пневмотрубопровода установлено устройство ввода 18 сухой смеси в емкость, оснащенное воздушным фильтром (на рисунке условно не показан) известной конструкции для отделения воздуха от поступающей сухой смеси.
Подача жидкости затворения в емкость (Фиг.2) осуществляется по заливному трубопроводу 19. Для контроля объема подаваемой жидкости установка оснащена расходомером 20.
Как вариант исполнения установки весовой объем компонентов тампонажного раствора контролируется весоизмерительным устройством известной конструкции. В данном варианте (Фиг.1) емкость 2 монтируется на раме установки 21 через датчики веса 22 известной конструкции.
Установка имеет возможность приема предварительно приготовленной суспензии тампонажного раствора для дальнейшего перемешивания с целью получения кондиционного раствора и его активации. В этом случае суспензия раствора подается в емкость от автономной смесительной установки (на рисунке не показаны) по нагнетательному трубопроводу 23.
Установка также предусматривает возможность активации приготавливаемого раствора с применением автономного насосного агрегата, обычно используемого при цементировании скважин (на рисунке не показан). В этом случае насосный агрегат забирает раствор из емкости через трубопровод 24 и возвращает в емкость по нагнетательному трубопроводу 23.
В конструкции предусмотрен составной вариант исполнения шнековых транспортеров сухой тампонажной смеси (Фиг.1, 3) для снижения транспортных габаритов установки по ширине. Для этого шнековый транспортер выполнен двухсекционным. Верхняя секция 26 стационарно монтируется в емкости установки, а нижняя секция 27 имеет возможность поворота в плоскости продольной оси шасси относительно шарнира 28. На Фиг.1 нижняя секция шнекового транспортера показана в транспортном (отведенном) положении.
Гидродинамическое устройство для обмыва емкости водой (Фиг.4) изображено в верхнем (поднятом) положении.
Устройство включает гидромониторные насадки 29, установленные на полом валу 30, имеющем квадратное сечение. Вал может вертикально перемещаться во втулке 31, которая, в свою очередь, установлена в подшипниковом узле 32. Вращение втулки осуществляется с помощью шкивного привода 33 от лопастного перемешивающего устройства 3 (Фиг.1).
Вертикальное перемещение вала осуществляется с помощью рычажного механизма 34 с ручным приводом. Вода на гидромониторные насадки подается через полый вал и вертлюжок 35.
Установка работает следующим образом. Перед началом работы на объекте установка устанавливается на гидравлические аутригеры 7 для разгрузки автомобильного шасси от веса приготавливаемого тампонажного раствора.
В соответствии с назначенным технологическим регламентом, определяющим требуемое водоцементное соотношение в приготавливаемом тампонажном растворе и объемы сухой тампонажной смеси и жидкости затворения, в емкость 2 через трубопровод 19 заливается необходимый объем воды (жидкости затворения). Контроль подаваемого объема воды производится расходомером 20. Как вариант также возможно использование датчиков весоизмерительного устройства 22 для определения объема заливаемой воды.
Тампонажная сухая смесь подается в емкость одним из 2-х вышеуказанных способов: из воронки 14 шнековым транспортером 12 с контролем расхода сухой смеси по числу оборотов с помощью датчика оборотов 15 или по пневмотрубопроводу 16 от цементовозов, при этом вес подаваемой сухой смеси контролируется датчиками 22 весоизмерительного устройства.
Приготовление кондиционного раствора и его активация (обеспечение полной гидратации) осуществляется за счет перемешивания гидроприводными лопастными перемешивающими устройствами.
Интенсивность перемешивания регулируется изменением числа оборотов гидромоторов 5 и направления их вращения.
Точная дозированная и контролируемая подача компонентов раствора обеспечивает гарантированное получение требуемой плотности раствора, являющейся базовым показателем процесса цементирования скважин, определяющим его качество.
После приготовления раствора производят его откачку из емкости цементировочным насосным агрегатом (на рис. не показан) через раздающий трубопроводный коллектор 8.
По завершению работ нижнюю поворотную секцию 27 шнекового транспортера 12 с установленной на ней воронкой 14 переводят в транспортное положение за счет ее поворота относительно оси 28 и укладывают вдоль борта автомобильного шасси.
Для обмыва емкости от остатков цемента полые валы 30 гидродинамических устройств 10 с установленными на их концах гидромониторными насадками 29 переводятся с помощью рычажных механизмов 34 в нижнее положение, после чего к вертлюжкам 35 подводится вода. Вода подается от насосной установки (на рисунке не показана), входящей в состав комплекса оборудования для цементирования скважин.
За счет вращения валов, осуществляемого клиноременными передачами 33 от лопастных перемешивающих устройств, производится объемный обмыв емкости вращающимися высоконапорными струями воды.
Показания вышеперечисленных датчиков контроля плотности и уровня раствора в емкости, а также скорости вращения шнекового транспортера, расхода воды и весоизмерительного устройства выводятся на пульт управления 11.