КОМПЛЕКС ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН

Настоящая предполагаемая полезная модель относится к нефтегазовой промышленности и может быть использована при цементировании и капитальном ремонте скважин различного назначения.
Предлагаемое техническое решение направлено на повышение производительности и качества проведения технологических процессов цементирования обсадных колонн и капитального ремонта скважин с использованием сухих порошкообразных буферных и тампонажных смесей.
Известные и широко применяемые в РФ комплексы для цементирования обсадных колонн и капитального ремонта скважин включают следующее технологическое оборудование, а именно:
- сухие порошкообразные буферные и тампонажные смеси доставляются на объекты цементовозами - вездеходами, накапливаются для длительного либо кратковременного хранения и последующего использования в герметичных силосах стационарного либо мобильного склада, из которых пневмотранспортом подаются в воронку гидравлическую низкого давления.
3
Туда же, водоподающим насосом через дроссель, под невысоким давлением нагнетается жидкость затворения, забираемая центробежным насосом из стационарной либо мобильной емкости для накопления и хранения жидкости затворения. Образующаяся в воронке гидравлической суспензия тангенциально нагнетается в цилиндрическую емкость осреднительную малого объема (до 1 м), где приобретает вращательное движение с образованием воронки по оси. Для повышения гидродинамической активации суспензии два шламовых центробежных насоса всасывают суспензию из емкости осреднительной малого объема и тангенциально нагнетают в нее же, повышая тем самым интенсивность вращательного движения суспензии, которая превращается в высококачественный раствор за счет мощной гидродинамической активации.
Контроль плотности приготавливаемой суспензии осуществляется плотномером в потоке, размещенным в напорной линии после центробежного насоса, осуществляющего рециркуляцию. Результаты контроля плотности суспензии в потоке отображаются на выносном информационном табло и на мониторе компьютера. Регулирование плотности суспензии производится путем изменения подачи сухой порошкообразной смеси в воронку гидравлическую низкого давления с использованием задвижки.
Образующийся высококачественный раствор всасывается из емкости осреднительной малого объема одним либо двумя трехплунжерными насосами установки двухнасосной и через измерительный конструктив нагнетается в цементируемую обсадную колонну. В процессе нагнетания контролируются в реальном времени следующие параметры раствора:
давление нагнетания, плотность в потоке, расход, объем нарастающим итогом и температура, а результаты контроля отображаются на мониторе компьютера и документируются.
Недостатками известных и применяемых в РФ комплексов для цементирования обсадных колонн являются:
- применимость для приготовления только растворов с неизменной плотностью (неаэрированных);
- один узел приготовления суспензии с необходимостью использования задвижки, регулируемой руками рабочего;
- ограниченное время интенсивного взаимодействия сухой порошкообразной смеси с жидкостью затворения;
- необходимость размещения на объектах стационарных силосов для накопления и хранения сухих порошкообразных смесей, оснащенных компрессорными станциями.
Предлагаемое техническое решение направлено на повышение производительности комплекса оборудования для цементирования скважин при реальновременном контроле качества приготавливаемого раствора с заданным лабораторией водосмесевым отношением.
За прототип заявляемого технического решения может быть принят комплекс оборудования, включающий цементовозы - вездеходы высокой грузоподъемности, обеспечивающие транспортирование сухих порошкообразных материалов, оперативную разгрузку серийных бункеров и задувание сухих порошкообразных материалов в разные бункера, а также дополнительно включает оборудование для приготовления и нагревания жидкости затворения с автономным контролем процессов приготовления и нагревания и оборудование для приготовления, гомогенизации, механической и гидродинамической активации приготавливаемых растворов с текущим контролем процесса и возможностью управления им в реальном времени (патент РФ на полезную модель №62157). Основными недостатками прототипа являются:
- большое количество задействованного технологического оборудования при цементировании обсадных колонн;
- сложность размещения технологического оборудования при малых площадках на буровой и обвязки оборудования трубопроводами;
- высокая стоимость практической реализации процесса цементирования обсадных колонн.
В связи с изложенным, основной технической задачей настоящей заявляемой полезной модели является устранение указанных недостатков прототипа и создание такого комплекса высокотехнологичного оборудования, которое обеспечивало бы высокую производительность, низкую стоимость, удобство размещения оборудования на буровой и качество проведения технологических процессов цементирования обсадных колонн и капитального ремонта скважин с использованием порошкообразных эрозионных буферных и расширяющихся тампонажных смесей полностью заводского изготовления, позволяющих приготавливать высококачественные аэрированные эрозионный буферный и расширяющиеся тампонажные растворы при заданном лабораторией водосмесевом отношении.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что комплекс оборудования (рис.) включает оборудование для пневмотранспортирования сухих порошкообразных смесей (блок)1, оборудование для приготовления, химической обработки и нагревания жидкости затворения (блок)2, оборудование для приготовления и нагнетания раствора (блок)3, систему контроля и управления в реальном времени оборудованием комплекса, быстроразборную трубопроводную обвязку с запорно-регулирующей арматурой.
Отличительной особенностью заявляемой полезной модели является то, что оборудование для пневмотранспортирования сухих порошкообразных смесей (см. рис.) оснащено бункером 1, люками 2, фильтрами 3, гидроприводным компрессором 4, осушителем воздуха 5, ресивером 6 с газовыми кранами и задатчиками давления, гидроприводным дозировочным шнеком 7, пневмоворонкой 8, трубопроводами для аэрации порошкообразной смеси 9, аутригерами гидравлическими (на рис.не показано), трубопроводной системой с быстроразьемными соединениями.
Оборудование для приготовления, химической обработки и нагнетания жидкости затворения (см. рис.) оснащено емкостью осреднительной 10, гидроприводными вращателями-перемешивателями 11, фильтрами сетчатыми 12, гидроприводным дозировочным складным шнеком 13, приемным бункером 14, тепловым регистром 15 для нагревания жидкости затворения перегретым паром от паровой передвижной установки автоматизированной, емкостью буферной 16, снабженной двумя шиберными задвижками и быстроразъемными соединениями, гидроприводным рециркуляционным центробежным насосом 17, раздаточным коллектором 18, снабженным двумя шиберными задвижками, аутригерами гидравлическими (на рис.не показано), трубопроводной системой с запорно-регулирующей арматурой.
3
Оборудование для приготовления и нагнетания раствора оснащено двумя палубными дизелями 19, двумя трехплунжерными насосами 20, утепленной кабиной машиниста 21, всасывающим коллектором 22, снабженным шиберными задвижками и БРСами, измерительным конструктивом 23, мерным баком 24 объемом 10-12 м поделенным пополам, гидроприводными вращателями-перемешивателями 25, безнапорными коллекторами 26, снабженными шиберными задвижками, двумя воронками гидравлическими 27, раздаточным коллектором 28, аутригерами гидравлическими (на рис.не показано), трубопроводной системой с запорно-регулирующей арматурой.
Система контроля и управления в реальном времени оборудованием включает первичные датчики плотности, уровня, объема и температуры, световое информационное табло и автономный блок сбора, обработки, визуализации и документирования измерительной информации на оборудовании для приготовления, химической обработки и нагнетания жидкости затворения, первичные датчики плотности в потоке, плотности, уровня (объема), температуры, расхода (объема), давления, световые информационные табло и автономный блок сбора, обработки, визуализации и документирования измерительной информации на оборудовании для приготовления и нагнетания раствора.
Система контроля и управления в реальном времени процессом приготовления и нагнетания раствора может быть размещена в отдельном автобусе (на рис.не показано).
Возможность осуществления заявляемой полезной модели доказывается успешным использованием в отечественной и зарубежной практике строительства скважин отдельных видов технологического оборудования, а также систем контроля и управления процессом цементирования в реальном времени.
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, т.к. в полной мере обеспечивают решение поставленной технической задачи. В дальнейшем, заявляемая полезная модель поясняется примером ее выполнения согласно рис., на котором представлен общий вид заявляемого комплекса для цементирования скважин и которым поясняется состав и работа данного комплекса.
Комплекс оборудования (см. рис.), включающий в свой состав оборудование для пневмотранспортирования сухих порошкообразных смесей (блок)1, оборудование для приготовления, химической обработки и нагревания жидкости затворения (блок)2, оборудование для приготовления и нагнетания раствора (блок)З, систему контроля и управления в реальном времени оборудованием комплекса, быстроразборную трубопроводную обвязку с запорно-регулирующей арматурой, работает следующим образом.
Бункеры 1 оборудования для пневмотранспортирования сухих порошкообразных смесей (блок)1 загружаются на базе тампонажного предприятия пневмоподачей лишь частично (до 10 т). При этом удаление воздуха из бункеров 1 производится через фильтры 3.
Возможно также заполнение бункеров 1 через люки 2 при использовании мягких контейнеров (МКРов), заполненных сухими порошкообразными смесями.
После размещения оборудования на буровой бункеры 1 догружаются до полной массы (20 т) цементовозами-вездеходами и запускаются в работу гидроприводные компрессоры 4, которые, через осушители 5, нагнетают воздух в ресиверы 6. При достижении давления в ресиверах 6 1МПа гидроприводные компрессоры 4 автоматически отключаются.
Оборудование для приготовления, химической обработки и нагнетания жидкости затворения (блок)2 связываются трубопроводами со скважиной водяной. Через фильтры сетчатые 12 емкости осреднительные 10 заполняются водой пресной либо минерализованной. Автономный блок сбора, обработки, визуализации и документирования получает измерительную информацию от первичных датчиков плотности, уровня (объема) и температуры, обрабатывает ее и отображает на световом информационном табло, стационарно размещенном на задней стенке бункера 1.
Из емкостей осреднительных 10 вода перетекает в емкости буферные 16, снабженные двумя шиберными задвижками и быстроразъемными соединениями.
При необходимости химической обработки жидкости затворения расчетные массы химического реагента на известные объемы воды подаются в приемные бункеры 14, а далее гидроприводными дозировочными складными шнекоми 13 транспортируются в емкости осреднительные 10.
Запускаются в работу гидроприводные вращатели-перемешиватели 11 и гидроприводные рециркуляционные центробежные насосы 17, которые, через раздаточные коллекторы 18, осуществляет рециркуляцию воды и качественную ее химическую обработку. При необходимости нагрева жидкости затворения паровые передвижные установки автоматизированные подают перегретый, пар в тепловые регистры 15, которые при рециркуляции быстро нагревают химически обработанную жидкость затворения до требуемой температуры.
Перед запуском в работу гидроприводного дозировочного шнека 7 открываются воздушные краны на ресивере 6 и через задатчики давления (на рис.не показаны) в трубопроводы 9 подается воздух, осуществляющий аэрацию сухой порошкообразной буферной смеси.
Запускается в работу гидроприводной компрессор 4, нагнетающий воздух в ресивер 6. На ресивере 6 открывается кран для подачи воздуха, через задатчик давления (на рис.не показан), в пневмоворонку 8 и запускается в работу гидроприводной дозировочный шнек 7, подающий сухую порошкообразную буферную смесь в пневмоворонку 8.
3
Под давлением воздуха в пневмоворонке 8 до 0,5МПа сухая порошкообразная буферная смесь задувается в воронку гидравлическую 27 низкого давления, размещенную в отделе мерного бака 24 объемом 10-12 м.
На раздаточном коллекторе 18 прикрывается шиберная задвижка на рециркуляцию и открывается шиберная задвижка на нагнетание химически обработанной жидкости затворения.
Гидроприводной рециркуляционный центробежный насос 17, через раздаточный коллектор 18, нагнетает приготовленную, химически обработанную и нагретую до требуемой температуры жидкость затворения в воронку гидравлическую 27 низкого давления.
В воронке гидравлической 27 низкого давления образуется суспензия из буферной смеси, базовая плотность которой измеряется плотномером в потоке и отображается на световом информационном табло на восемь контролируемых параметров, стационарно размещенном на мерном баке 24.
В случае отклонения текущей базовой плотности суспензии от запланированной, при заданном лабораторией водосмесевом отношении, производится ее корректирование путем регулирования подачи жидкости затворения с использованием шиберной задвижки на напорном трубопроводе, подающем жидкость затворения в воронку гидравлическую 27 низкого давления.
Образовавшаяся суспензия буферной смеси сливается в отдел мерного бака 24 и подвергается гидроприводным вращателем - перемешивателем 25 мощной гидродинамической активации.
По мере накопления в отделе мерного бака 24 суспензии и ее мощной гидродинамической активации образуется высококачественный аэрированный буферный раствор. Его основные параметры - плотность, объем и температура в отделе мерного бака 24 отображаются на световом информационном табло на восемь контролируемых параметров, стационарно размещенном на мерном баке 24 и одновременно на световом информационном табло на шесть контролируемых параметров, размещенном в утепленной кабине машиниста 21.
Дистанционно (из утепленной кабины машиниста 21) открывается шиберная задвижка на безнапорном коллекторе 26 и аэрированный буферный раствор перетекает во всасывающий коллектор 22 (см. рис.).
Трехплунжерный насос 20 всасывает аэрированный буферный раствор и через измерительный конструктив 23 высокого давления нагнетает его в цементируемую обсадную колонну.
В процессе нагнетания контролируются давление, плотность в потоке, расход, объем и температура аэрированного буферного раствора, а результаты контроля отображаются на световом информационном табло на шесть контролируемых параметров, стационарно размещенном в утепленной кабине машиниста 21.
В последний период приготовления и нагнетания аэрированного буферного раствора в другом отделе мерного бака 24 аналогичным образом приготавливается аэрированный тампонажный раствор путем мощной гидродинамической активации суспензии гидроприводным вращателем-перемешивателем 25.
По окончании нагнетания всего объема аэрированного буферного раствора в цементируемую обсадную колонну дистанционно (из утепленной кабины машиниста 21) закрывается шиберная задвижка в одном отделе мерного бака 24 и открывается в другом отделе.
Трехплунжерный насос 20 всасывает аэрированный тампонажный раствор и через измерительный конструктив 23 высокого давления нагнетает его в цементируемую обсадную колонну.
В процессе нагнетания аэрированного тампонажного раствора контролируются давление, плотность в потоке, расход, объем и температура, а результаты контроля отображаются на световом информационном табло на шесть контролируемых параметров, стационарно размещенном в утепленной кабине машиниста 21.
Во время приготовления аэрированного тампонажного раствора в одном отделе мерного бака 24 к этому процессу подключается и другой отдел, в котором приготавливался ранее аэрированный буферный раствор.
Два трехплунжерных насоса 20 совместной работой обеспечивают высокую производительность при нагнетании в цементируемую обсадную колонну приготавливаемого в двух отделах мерного бака 24 аэрированного тампонажного раствора.
По окончании нагнетания в цементируемую обсадную колонну аэрированного тампонажного раствора начинается процесс продавки растворов в заколонное и межколонное пространства.
Для этого продавочная жидкость может подаваться в отделы мерного бака 24 разными способами.
Если в качестве продавочной жидкости используется вода пресная техническая, то она может нагнетаться гидроприводными рециркуляционными центробежными насосами 17 в воронки гидравлические 27 низкого давления, размещенные в обоих отделах мерного бака 24.
Если в качестве продавочной жидкости используется буровой раствор, то он нагнетается насосом буровым (на рис.не показан) в раздаточный коллектор 28, имеющий трубопроводы для одновременной подачи бурового раствора в оба отдела мерного бака 24.
Смонтированные в отделах мерного бака 24 датчики плотности, уровня (объема) и температуры измеряют параметры продавочной жидкости, а результаты измерений и вычислений отображаются на световых информационных табло, стационарно размещенных на мерном баке 24 и в утепленной кабине машиниста 21.
Трехплунжерный насос 20, через измерительный конструктив 23 высокого давления, страгивает продавочную пробку в цементировочной головке (на рис. не показано) и осуществляет процесс продавки.
В процессе продавки на световом информационном табло, размещенном в утепленной кабине машиниста 21, отображаются измеряемые и вычисляемые параметры - давление, плотность, расход, объем продавки и температура.
К процессу продавки подключается второй трехплунжерный насос 20 и они совместно обеспечивают большую производительность при продавке.
По мере роста давления нагнетания производительность трехплунжерных насосов 20 понижается, а затем один из них отключается.
Посадку продавочной пробки на упорное кольцо всегда производит один трехплунжерный насос 20 при низкой производительности.
После плавной посадки продавочной пробки на упорное кольцо создается требуемое избыточное давление для проверки герметичности цементируемой обсадной колонны и это давление поддерживается некоторое время.
По окончании процесса продавки все использованное оборудование комплекса тщательно промывается.