ПЕРЕДВИЖНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ НЕФТЯНЫХ ИЛИ ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

Полезная модель относится к области нефтегазодобычи, а конкретно к технологическому оборудованию.
Известна установка двухнасосная УНБ-320×40-КрАЗ, содержащая размещенные на монтажной базе-автошасси: водоподающий насосный агрегат, состоящий из силовой установки и насоса, установленных за кабиной водителя, многоскоростную трансмиссию, соединенную с двумя трехплунжерными насосами, манифольд, систему выхлопа, осушки и обогрева, связанную с манифольдом, смеситель и мерный бак, установленные в конце монтажной базы, неотапливаемую кабину оператора с системой управления и контроля (патент RU №2225499 на изобретение, МПК Е21В 33/13).
Недостатком известной установки являются ограниченные функционально-технические возможности, неравномерность распределения масс по осям автошасси, ограниченное число снимаемых параметров, привод плунжерных насосов от мотора автошасси не обеспечивает надежность работы и в случае аварийных ситуации может привести к останову процесса цементирования, установкой не предусмотрен долговременный режим работы, мощность мотора-шасси недостаточна.
Известен агрегат по цементированию скважин, который представляет собой совокупность блоков, размещенных на одной мобильной базе, включая 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 с осреднительной емкостью, узел рециркуляции с рециркуляционным центробежным насосом, систему контроля и управления. При этом блок приготовления тампонажных растворов включает гидровакуумную воронку с узлом смешения, в котором предварительно смешиваются цемент и вода. Блок осреднения имеет осреднительную емкость большого объема, обеспечивающего буферный объем приготовленного раствора, которая разделена на две секции, причем в секции с большим объемом размещены два гидромеханических перемешивателя с лопастными насадками, расположенными на конце его рабочего вала, а секция меньшего объема предназначена для жидкости затворения. Размещение двух перемешивателей в одном объеме позволяет обеспечить приготовление раствора в емкости большого объема (патент RU №33972 на полезную модель, Е21В 33/13).
Недостатком данного технического решения является то, что затворение цементных растворов выполняется насосом высокого давления через гидровакуумную воронку, которая не входит в комплект оборудования агрегата, то есть перед началом работы агрегата необходимо дополнительно осуществить монтажные работы по ее установке.
Прототип - передвижная установка для цементирования нефтяных или газовых скважин, включающая насосный блок, блок приема и распределения технологических жидкостей, блок приготовления тампонажных растворов, блок осреднения и блок управления и контроля, обвязанных системой трубопроводов, оборудованных запорной арматурой. Насосный блок содержит две дизельные установки, размещенные за кабиной водителя и расположенные на раме автомобильного шасси. Карданные валы с одной стороны соединены с дизельными установками, а с другой - с двумя трехплунжерными насосами, обеспечивающими перекачивание растворов и других вязких сред, жидкостей и материалов. Трехплунжерные насосы и блоки обратных клапанов размещаются поперек рамы автомобильного шасси, что позволяет снизить длину площадки для размещения технологического оборудования. В задней части рамы автомобильного шасси установлены водоподающий насос и рециркуляционный насос, участвующие в процессе приготовления раствора. Указанные насосы имеют гидроприводы, запитываемые от гидросистемы установки, давление рабочего тела в которой создается насосами гидросистемы, приводимыми посредством отбора мощности от двигателя внутреннего сгорания привода шасси, и обвязаны трубопроводами. Над установленными на раме автомобильного шасси расположены карданные валы мерного бака для воды и технологических растворов, выполненного с двумя отсеками, причем каждый отсек оборудован отверстием в донной части для подключения к трубопроводу слива жидкости, при этом в верхней части каждой секции мерного бака установлены водоподающие линии, обеспечивающие подачу жидкостей в секции мерного бака от водоподающего насоса. Выше трехплунжерных насосов размещена площадка оператора, оборудованная пультом управления, обеспечивающим подачу питания на устройства автоматики, осветительные приборы и элементы системы контроля и визуализации, запуск и останов силовых агрегатов и управление всеми этапами цементировочных работ. В задней части автомобильного шасси над водоподающим и рециркуляционным насосами установлены блок приготовления тампонажных растворов и блок осреднения. Блок приготовления тампонажных растворов включает смесительную емкость, на верхнюю часть которой установлены смеситель для непрерывного приготовления раствора и перемешиватель. Блок осреднения включает осреднительную емкость большого объема, обеспечивающего буферный объем раствора, которая в верхней части оборудована перемешивателем. В донной части осреднительная емкость снабжена патрубком отвода готового цементного раствора. Смесительная емкость, входящая в блок приготовления тампонажных растворов, выполнена заодно с осреднительной емкостью, входящей в блок осреднения, за счет выполнения между ними одной общей стенки, которая имеет высоту меньше, чем высота других стенок емкостей, что позволяет обеспечить перелив верхней части приготовленного в смесительной емкости раствора, имеющего наиболее жидкую консистенцию достаточной степени осреднения, непосредственно в осреднительную емкость. Со стороны донной части емкостей стенка оборудована затвором, который открывается к моменту опорожнения осреднительной емкости для перетекания в нее остатков раствора из смесительной емкости на завершающем этапе цикла закачки цементного раствора в нефтяную или газовую скважину. Конструкция смесителя включает узел подачи сухого цемента, узел коллектора с регулируемой подачей воды и узел рециркуляции. Узел подачи сухого цемента и коллектор для подачи воды сопряжены между собой разъемным соединением, например соединены стягивающей резьбовой втулкой и шарниром, которые обеспечивают возможность расположения оси узла подачи сухого цемента параллельно оси коллектора. От распыления цемента и разбрызгивания раствора при работе смесителя предохраняет резиновая юбка. Связь между блоками передвижной установки осуществляется посредством системы трубопроводов, включающей манифольд подачи жидкости, связывающий нагнетательный патрубок водоподающего насоса и патрубки, образующие водоподающие линии мерного бака, 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 (патент RU №2362674 на изобретение, МПК Е28С 5/00, Е21В 33/13).
Недостатком является негативное влияние компонентов цементной пыли на здоровье обслуживающего персонала, так как в прототипе от распыления цементной пыли и разбрызгивания раствора при работе смесителя используется специальный распылитель в виде резиновой юбки, но на практике пыль с легкостью преодолевает эту преграду и операторам установки приходится постоянно пользоваться средствами индивидуальной защиты. Для решения этой проблемы можно закрыть смесительный и осреднительный баки крышками, но тогда оператор не сможет визуально оценивать уровень раствора в баке.
Задачей создания полезной модели явилось улучшение эксплуатационных возможностей за счет снижения воздействия вредных пылевых факторов на обслуживающий персонал.
Технический результат от применения отводящего патрубка с отводящим рукавом способствует отделению и отводу цементной пыли из рабочей зоны оператора. В диффузоре происходит следующее: замедление (торможение) потока жидкости, деаэрация раствора, полное ограничение распространения цементной пыли за пределы диффузора, которая не успевает смочиться жидкостью. Нижняя часть диффузора, с расположенными прямоугольными отверстиями и внутреннее отверстие опорного кольца, постоянно погружены в готовый раствор, поэтому у цементной пыли остается один выход только через отводящий патрубок с отводящим рукавом из рабочей зоны оператора.
Поставленная цель достигается тем, что в передвижной установке для цементирования нефтяных или газовых скважин, состоящей из размещенных на одной мобильной базе блоков, включая насосный блок, содержащий силовые дизельные установки, соединенные с трехплунжерными насосами с помощью, размещенных на раме шасси карданных валов, при этом на раме также размещены водоподающий и рециркуляционный насосы, имеющие гидроприводы и систему трубопроводов, а над узлами, размещенными на раме, установлены блок приема и распределения технологических жидкостей, блок управления с площадкой оператора, оборудованную системой контроля и управления, обвязанных трубопроводами, оборудованными запорной арматурой, причем в задней части шасси размещены совмещенный блок приготовления тампонажных растворов и блок осреднения, выполненной заодно со смесительной и осреднительной емкостями, имеющими общую стенку, а со стороны донной части емкостей установлен затвор, при этом осреднительная емкость оборудована перемешивателем, а смесительная емкость оборудована расположенным в ее верхней части смесителем, включающим узел подачи сухого цемента, узел коллектора для регулируемой подачи жидкости, узел рециркуляции, причем смесительная емкость связана с патрубком рециркуляции, который через рециркуляционный насос связан с узлом рециркуляции в смесителе, а осреднительная емкость выполнена заодно с патрубком отвода готового цементного раствора, согласно полезной модели, в смесительной емкости установлен диффузор, жестко закрепленный вертикально в отверстии ее верхней торцевой крышки при помощи опорного элемента, причем диффузор имеет форму полого цилиндра, а сверху диффузор снабжен съемной крышкой с центральным отверстием, в которое установлен отводящий патрубок с отводящим рукавом, причем к нижнему торцу диффузора жестко прикреплено с внутренним отверстием опорное кольцо, на котором расположены равноотстоящие друг от друга отклоняющие лопасти и радиально, равноотстоящие друг от друга, прямоугольные отверстия, при этом на боковой стенке диффузора выше уровня цементного раствора выполнено входное отверстие, в которое одним концом жестко установлен подводящий патрубок в виде трубы переменного сечения, в которой размещен дроссельный узел с коллектором, соединенный с цементным затвором узла подачи сухого цемента, а к боковой стенке трубы переменного сечения присоединен узел подачи воды в коллектор, причем на раме под осреднительной емкостью установлен подпорный насос, соединенный напорной линией со всасывающими коллекторами трехплунжерных насосов.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен вид с боку передвижной установки на базе шасси, фиг.2 - совмещенный блок приготовления тампонажных растворов и осреднения, фиг. 3 - смеситель, фиг. 4 - смеситель в разрезе с подводящим патрубком, фиг. 5 - диффузор с крышкой, фиг. 6 -дроссельный узел с коллектором.
Передвижная установка для цементирования нефтяных или газовых скважин монтируется на базе шасси 1 (фиг. 1). Насосный блок, содержит дизельные силовые установки 2 и 3, размещенные на передней части автомобильного шасси 1, которые с помощью карданных валов (на чертеже не показаны), связаны с трехплунжерными 4, 5 насосами, установленными на раме 6. За силовыми дизельными установками 2 и 3 над карданными валами размещен блок приема и распределения технологических жидкостей, который содержит мерный бак 7, состоящий из двух секций, оборудованных в донной части отверстиями для слива. Секции в верхней части оборудованы двумя водоподающими линиями 8, соединенными с водоподающими насосами (на чертеже не показаны).
В задней части автомобильного шасси 1 размещены совмещенный блок приготовления тампонажных растворов и блок осреднения (фиг. 2), которые включают выполненные заодно смесительную 9 и осреднительную 10 емкости большего размера, имеющие общую стенку 11. Узел рециркуляции на чертеже не показан) включает патрубки рециркуляции 12 и рециркуляционные линии 13. Смесительная 9 емкость в донной части связана с патрубком рециркуляции 12, который через рециркуляционный 14 насос связан с узлом рециркуляции в смесителе 15. Со стороны донной части осреднительной 10 емкости установлен патрубок с затвором 16 для отвода готового цементного раствора. В донной части смесительная 9 емкость имеет выходное отверстие 17, через которое она связана с трубопроводом рециркуляции 18, соединенным через рециркуляционный 14 насос с узлом рециркуляции смесителя 15. Смеситель 15 содержит, затвор поворотный 19, маховик 20 и поворотный гидродвигатель 21 (соединение смесителя 15 с линией пневмоподачи цемента от внешнего накопителя не показано). Регулируемая подача воды, в узле подачи воды, включает патрубок подвода жидкости затворения 22, диск клапанный 23, тягу 24 и редуктор с маховиком 25 (фиг. 3).
В смесительной 9 емкости установлен диффузор 26. В нижнем торце диффузора 26 на его опорном кольце 27 расположены отклоняющие лопасти 28 и прямоугольные отверстия 29 (фиг. 5). Опорное кольцо 27 имеет внутреннее отверстие 30, через которое совместно с прямоугольными отверстиями 29 происходит частичный отвод цементной смеси. По касательной к боковой стенке 31 диффузора 26 присоединен подводящий патрубок 32 в виде трубы переменного сечения 33, в которой размещен дроссельный узел 34 с коллектором 35. Дроссельный узел 34 выполнен в виде направляющего корпуса 36 с наклонными пазами 37 и соединен с цементным затвором 38 (фиг. 3) узла подачи сухого цемента. К боковой стенке трубы переменного сечения 33 присоединен узел подачи воды в коллектор.
Сверху диффузор 26 снабжен съемной крышкой 39 с центральным отверстием 40, в которое установлен отводящий патрубок 41, с отводящим рукавом 42 (фиг. 4). В донной части осреднительная 10 емкость снабжена патрубком отвода готового цементного раствора (на чертеже не показан). Водоподающий насос (на чертеже не показан) и рециркуляционный 14 насос установлены под смесительной 9 и осреднительной 10 емкостями и имеют гидроприводы (на чертеже не показаны), запитываемые от гидросистемы установки. На раме 6 под осреднительной 10 емкостью размещен подпорный 43 насос, соединенный напорной линией (на чертеже не показана) со всасывающими коллекторами трехплунжерных 4, 5 насосов. Блок управления включает площадку оператора 44, оборудованную системой контроля и управления 45 (фиг. 1).
Работа передвижной установки осуществляется следующим образом. Для приготовления цементного раствора сухой цемент от линии пневмодачи направляется по трубопроводу через затвор поворотный 19 в смеситель 15. Объем его подачи регулируется либо вручную, либо автоматически. Вода от водоподающего насоса поступает в патрубок подвода жидкости затворения 22 смесителя 15. Расход воды регулируется вручную. В смесителе 15 цемент с водой образуют водоцементную смесь, к которой дополнительно через патрубки рециркуляции 12 по рециркуляционным линиям 13 от рециркуляционного 14 насоса подводится подготовленный (готовый) раствор из смесительной 9 емкости. Поток цементного раствора, поступающий из смесительной 9 емкости, закручивается против часовой стрелки в узле коллектора 35, по которым подводится жидкость затворения, т.е. вода пресная, иногда с различными добавками. Далее поток цементного раствора поступает в трубу переменного сечения 33 диффузора 26, в которой к нему добавляется поток рециркуляции. Пройдя через подводящий патрубок 32 поток цементного раствора разделяется на отдельные потоки. Часть потока попадает в смесительную 9 емкость, где перемешивается в однородный состав. В процессе перемешивания часть потока забирается рециркуляционным 14 насосом, а частично, поднимаясь вверх до уровня перелива, попадает в осреднительную 10 емкость. Неоднородный, более тяжелый раствор, опускается в донную часть смесительной 9 емкости, откуда через патрубок рециркуляции 12 направляется по рециркуляционным линиям 13 в коллектор 35, а однородный, более легкий раствор, переливается через общую стенку 11 и наполняет осреднительную 10 емкость.
Из осреднительной 10 емкости однородный цементный раствор через выводящий патрубок (на чертеже не показан) и подпорный 43 насос направляется в гидравлические части трехплунжерных насосов 4,5, которыми закачивается в нефтяную или газовую скважину. Образующаяся цементная пыль выводится из диффузора 26 через отводящий патрубок 41 и рукав 42 в атмосферу. Это позволяет исключить воздействие вредных пылевых факторов на обслуживающий персонал и оградить операторов от необходимости применения средств индивидуальной защиты в течение все рабочей смены.
Перед завершением процесса закачки нефтяной или газовой скважины выключается подача в смеситель 15 сухого цемента и воды, при этом система рециркуляции продолжает работать. К моменту опорожнения осреднительной 10 емкости открывается затвор 16 в общей стенке 11 и раствор из смесительной 9 емкости стекает в осреднительную 10 емкость, откуда закачивается в скважину на завершающем этапе цикла закачки цементного раствора в нефтяную или газовую скважину.
Полезная модель найдет применение в нефтегазодобычи при закачке тампонажного раствора в скважины.