Установка для цементирования скважин
Установка для цементирования скважин относится к установкам для приготовления рабочей жидкости и подачи ее под давлением в скважину при цементировании, а также при проведении других промывочно-продавочных работ на нефтяных и газовых скважинах. Установка для цементирования скважин состоит из размещенных на одной мобильной базе насосного блока, содержащего два дизельных двигателя, соединенных с трехплунжерными насосами, блока приема и распределения технологических жидкостей, содержащего мерную емкость и водоподающий насос, блока управления и блок приготовления растворов, включающий рециркуляционный и подпиточный насосы и смесительный блок. Водоподающий, рециркуляционный и подпиточный насосы имеют гидроприводы, запитываемые от гидросистемы установки. Смесительный блок содержит смесительную емкость, которая имеет закругленные стенки и наклонную часть с правой стороны и в донной части которой выполнено отверстие, соединенное с выходным патрубком для отвода готового цементного раствора. В смесительной емкости размещены мешалка и эжекторный смеситель, один вход которого через узел подачи воды соединен с водоподающим насосом, два входа - через линии рециркуляции с рециркуляционным насосом. Над эжекторным смесителем под углом к горизонтальной поверхности расположен клапан ввода сухого цемента с автоматическим регулированием подачи цемента путем регулирования проходного сечения клапана. Узел подачи воды выполнен в виде клапана управления расходом воды, при этом в трубопроводе подачи воды установлен расходомер, а в линии рециркуляции - плотномер, связанные с системой управления. Силовые установки и трехплунжерные насосы установлены со смещением вдоль продольной оси автомобильного шасси при дальнейшем сближении по ширине.
Полезная модель относится к установкам для приготовления рабочей жидкости и подачи ее под давлением в скважину при цементировании, а также при проведении других промывочно-продавочных работ на нефтяных и газовых скважинах.
Известен агрегат по цементированию скважин включающий насосный блок, содержащий две силовые установки, соединенные посредством трансмиссии с двумя трехплунжерными насосами, блок приема и распределения технологических жидкостей, блок приготовления тампонажных растворов, блок осреднения и рециркуляции, систему контроля и управления. Все блоки агрегата размещены на одной мобильной базе. /1/. Блок приготовления тампонажных растворов содержит гидровакуумную воронку с узлом смешения и затворяющий насос с приводом от силовой установки. Блок осреднения и рециркуляции имеет двухсекционную осреднительную емкость и рециркуляционный центробежный насос, при этом в секции большего объема размещены гидромеханические перемешиватели с насадками, а секция меньшего объема предназначена для жидкости затворения.
Известен также агрегат по цементированию скважин содержащий размещенные на одной мобильной базе насосный блок, включающий 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, гидровакуумную воронку с узлом смешения, имеющую возможность подключения к транспортеру, блок осреднения и рециркуляции систему контроля и управления /2/. Блок осреднения и рециркуляции содержит осреднительную емкость с перемешивателями, одна из секций которой предназначена для технологической жидкости, другая - для осреднения тампонажного раствора, рециркуляционный центробежный насос, линию рециркуляции. Блок осреднения и рециркуляции снабжен дополнительной гидровакуумной воронкой с узлом смешения. Гидровакуумные воронки имеют возможность поочередного подключения к транспортеру, снабженному насадкой для подачи и распределения тампонажного раствора в любую из секций осреднительной емкости для осреднения тампонажного раствора, причем одна из ее секций предназначена для промывочной жидкости, а перемешиватели выполнены электромеханическими, при этом линия рециркуляции снабжена насадкой для подачи и распределения тампонажного раствора в любую из секций осреднительной емкости для осреднения тампонажного раствора. Система контроля и управления содержит пульт управления, датчик температуры, датчик давления, расходомер и весовой плотномер.
Недостатком известных технических решений является сложность приготовления стабильных цементных растворов, так как 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. Кроме того наличие блока осреднения увеличивает размеры агрегата и усложняет его конструкцию.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является передвижная смесительная установка для цементирования нефтяных или газовых скважин состоящая из насосного блока, включающего две силовые установки соединенные посредством трансмиссии с двумя трехплунжерными насосами, блока приема и распределения технологических жидкостей, блока приготовления тампонажных растворов, блока осреднения и блока управления, размещенных на одной мобильной базе, обвязанных системой трубопроводов, оборудованных запорной арматурой /3/. В качестве силовых установок насосный блок содержит дизельные двигатели, которые с помощью размещенных на раме автомобильного шасси карданных валов связаны с размещенными на раме поперек трехплунжерными насосами. На раме также размещены водоподающий и рециркуляционный насосы, имеющие гидроприводы, запитываемые от гидросистемы передвижной установки, и трубопроводы. Блок приготовления тампонажных растворов содержит смесительную емкость в верхней части которой установлен смеситель, включающий узел подачи сухого цемента, узел коллектора для регулируемой подачи жидкостей и узел рециркуляции и перемешиватель. Блок осреднения содержит осреднительную емкость, оборудованную перемешивателем. Смесительная емкость выполнена заодно с осреднительной емкостью за счет выполнения между ними общей стенки, которая в донной части емкостей оборудована затвором и имеет высоту меньше высоты других стенок емкостей. Смесительная емкость связана с линией рециркуляции, которая через рециркуляционный насос связана с узлом рециркуляции в смесителе, а осреднительная емкость выполнена с патрубком отвода готового цементного раствора. Выполненные заодно осреднительная и смесительная емкости размещены над водоподающим и рециркуляционными насосами, блок управления размещен над трехплунжерными насосами, а блок приема технологических жидкостей размещен над карданными валами.
Недостатком известной установки является наличие осреднительной емкости, что усложняет конструкцию устройства, а также сложность приготовления стабильных цементных растворов из-за сложной конструкции смесителя и отсутствия автоматического управления плотностью.
Задачей заявляемой полезной модели является упрощение конструкции и повышение качества приготовления цементных растворов.
Поставленная задача достигается тем, что в установке для цементирования скважин, состоящей из размещенных на одной мобильной базе блоков, включая насосный блок, содержащий две силовые установки соединенные с трехплунжерными насосами, блок приема и распределения технологических жидкостей, содержащий мерную емкость, водоподающий насос, систему трубопроводов и запорную арматуру, блок управления, блок приготовления растворов, содержащий рециркуляционный насос и смесительный блок, включающий расположенные в смесительной емкости мешалку и смеситель с узлом подачи сухого цемента, узлом подачи воды и линией рециркуляции, соединенной с рециркуляционным насосом и смесительной емкостью, при этом водоподающий и рециркуляционный насосы имеют гидроприводы, запитываемые от гидросистемы установки, в качестве смесителя использован эжекторный смеситель, один вход которого через узел подачи воды соединен с водоподающим насосом, два входа - через линии рециркуляции с рециркуляционным насосом, узел подачи сухого цемента расположен над эжекторным смесителем под углом к горизонтальной поверхности и выполнен в виде клапана ввода сухого цемента с автоматическим регулированием подачи цемента, узел подачи воды выполнен в виде клапана управления расходом воды, при этом в трубопроводе подачи воды установлен расходомер, в линии рециркуляции - плотномер, связанные с системой управления, в донной части смесительной емкости выполнено отверстие, соединенное с выходным патрубком для отвода готового цементного раствора. Силовые установки и трехплунжерные насосы установлены со смещением вдоль оси автомобильного шасси и сдвинуты по ширине. Смесительная емкость имеет закругленные стенки и наклонную часть с правой стороны.
Указанная совокупность признаков позволяет обеспечить размещение технологического оборудования, позволяющего осуществлять процесс цементирования скважин растворами высокого качества и обеспечивать необходимый объем приготавливаемого цементного раствора в габаритах, установленных европейскими и российскими требованиями для автомобильного транспорта, перевозящего крупногабаритные и тяжеловесные грузы.
Конкретный пример выполнения полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид установки для цементирования скважин;
на фиг.2 - вид сверху;
на фиг.3 - вид сверху смесительной емкости;
на фиг.4 - вид сбоку смесительной емкости.
Установка для цементирования скважин включает шасси 1, на котором расположены: насосный блок, включающий силовые установки 2 соединенные посредством трансмиссии с двумя трехплунжерными насосами 3, блок приема и распределения технологических жидкостей, содержащий мерную емкость 4, водоподающий насос 5, систему трубопроводов и запорную арматуру 6, блок приема и приготовления растворов, включающий подпитывающий насос 7, рециркуляционный насос 8 с приводом от силовой установки, и смесительный блок 9 для приготовления цементного раствора, манифольд высокого давления 10, систему управления 11, содержащую пульт управления, датчик давления 12, расходомер 13 и плотномер 14.
В качестве силовых установок 2 используются дизельные двигатели, расположенные в передней части автомобильного шасси 1, которые с помощью карданных валов (на чертеже не показаны) связаны с трехплунжерными насосами 3. Силовые установки 2 и трехплунжерные насосы 3 установлены со смещением относительно друг друга по продольной оси (длине) автомобильного шасси и дальнейшем сближении по ширине, что позволяет уменьшить габариты установки. За силовыми установками 2 над карданными валами размещена мерная емкость 4, разделенная на два равных отсека одинакового объема не менее 2,0 м3, каждый из которых имеет измерительную линейку, служащую для визуального контроля объема закачиваемых жидкостей и внутреннее антикоррозионное покрытие. Отсеки мерной емкости 4 в донной части имеют отверстия и шиберные заслонки для слива, а в верхней части они соединены с водоподающим насосом 5, имеющим гидропривод, запитываемый от гидросистемы установки. Выше трехплунжерных насосов размещена система управления 11, оборудованная пультом управления и обеспечивающая подачу питания на устройства автоматики, осветительные приборы и элементы системы контроля и визуализации, управление всеми этапами цементировочных работ в ручном, полуавтоматическом и автоматическом режимах. В пульте смонтированы электронно-вычислительные элементы автоматической системы управления плотностью раствора. На электронном экране отображаются все параметры работы установки: давление нагнетания, плотность, расход раствора.
В задней части автомобильного шасси 1 расположен блок приготовления и подачи растворов, включающий в себя рециркуляционный насос 8, подпитывающий насос 7 и смесительный блок 9. Смесительный блок 9 представляет собой смесительную емкость 19 объемом 1,1 м3, в верхней части которой установлен эжекторный смеситель 16, над которым под углом к горизонтальной поверхности установлен клапан ввода сухого цемента 15. Эжекторный смеситель 16 имеет три входа: один вход - для воды, выполненный совместно с клапаном управления расходом воды 18 и два входа для рециркуляционного потока рабочей жидкости, соединенные с линиями рециркуляции 17. и далее с рециркуляционным насосом 8 и выходным патрубком 20. соединенным с отверстием, выполненным в донной части смесительной емкости 19. Смесительная емкость 19 в донной части имеет отверстие с выходным патрубком 20, который соединен с рециркуляционным насосом 8, и отверстие с выходным патрубком 21, соединенным с подпиточным насосом 7 для отвода готового цементного раствора. К клапану ввода сухого цемента 15 подключен трубопровод подачи сухого цемента. Объем подачи сухого цемента контролируется системой управления 11 автоматически путем изменения проходного сечения клапана ввода сухого цемента 15. К клапану управления расходом воды 18 подсоединен трубопровод подачи воды с расходомером 13, который определяет количество подаваемой жидкости, а к линии рециркуляции 17 подсоединен трубопровод с плотномером 14 для определения плотности цементного раствора. Для улучшения смешивания цемента с водой смесительная емкость 19 оснащена также мешалкой 22 с регулируемым гидроприводом. Подпитывающий насос 7 и рециркуляционный насос 8 установлены на раме автомобиля за системой управления 11 и имеют гидроприводы, запитываемые от гидросистемы установки.
Для обеспечения функционирования блоков, установка для цементирования скважин снабжена системой трубопроводов, включающей манифольд высокого давления 10, трубопроводы низкого давления, тробопроводы подвода воды и трубопроводы внешнего отвода жидкостей. Трубопроводы низкого давления соединяют мерную емкость 4, линии всасывания водоподающего насоса 5, подпитывающего насоса 7, рециркуляционного насоса 8, трехплунжерных насосов 3, а также линии нагнетания в смеситель и обратный слив жидкости.
Установка для цементирования скважин работает следующим образом:
Для приготовления цементного раствора предварительно настраивают клапан управления расходом воды 18 в соответствии с необходимой производительностью трехплунжерного насоса 3, которая определяется в зависимости от необходимого количества раствора закачиваемого в скважину, и включают водоподающий насос 5. Вода от водоподающего насоса 5 через клапан управления расходом воды 18 поступает в эжекторный смеситель 16 и далее в смесительную емкость 19. Подача воды прекращается при заполнении смесительной емкости 19. При этом клапан ввода сухого цемента 15 остается закрытым. Включают рециркуляционный насос 8 и осуществляют многоразовую циркуляцию жидкости в смесительной емкости 19 через выходной патрубок 20, линии рециркуляции 17 и эжекторный смеситель 16, обеспечивающий смешивание даже при низких расходах. Для приготовления цементного раствора открывают клапан ввода сухого цемента 15, производят ввод сухого цемента в смесительную емкость 19, где происходит его смешивание с жидкостью. В смесительной емкости 19 цементный раствор дополнительно перемешивается мешалкой 22 с гидроприводом. Специальная конструкция смесительного бака 19 в виде закругленных стенок и наклонной части с правой стороны (со стороны эжекторного смесителя 16), обеспечивают хорошее смешивание, устраняют завихрения и образование воздушных полостей. Плотномер цементного раствора 14, установленный в линии рециркуляции 17, передает величину реальной плотности раствора в систему управления 11. Микропроцессор системы управления 11 по этим данным устанавливает величину проходного сечения клапана ввода сухого цемента 15, и при достижении заданной плотности клапан закрывается, при этом циркуляция готового раствора продолжается за счет работы рециркуляционного насоса 8, что позволяет поддерживать равномерную консистенцию цементного раствора. Из смесительной емкости 19 готовый цементный раствор через отверстие в донной части смесителя 19 и выходной патрубок 21 направляется в подпитывающий насос 7 и далее к трехплунжерным насосам 3 для закачивания в нефтяную или газовую скважину.
В процессе закачки цементного раствора трехплунжерными насосами 3 включают водоподающий насос 5, и клапан ввода сухого цемента 15 начинает автоматически открываться. Происходит ввод сухого цемента в смесительную емкость 19 через эжекторный смеситель 16. Происходит быстрое смешивание поступающего сухого цемента с водой и с раствором, находящимся в смесительной емкости 19, при этом полученный раствор успевает пройти несколько кругов рециркуляции через эжекторный смеситель 16 перед тем как попадет через выходной патрубок 21 в подпитывающий насос 7 для отвода готового цементного раствора. Расходомер 13, установленный в трубопроводе подачи воды, измеряет текущий расход воды, плотномер 14 - текущую плотность раствора, которые передаются в систему управления 11. Система управления 11 автоматически контролирует плотность подаваемого раствора, предварительно установленную оператором, путем изменения проходного сечения клапана ввода сухого цемента 15.
Система управления 11 может управлять процессом приготовления раствора, как автоматически, так и вручную. Для автоматического управления система может быть запрограммирована заранее, но позволяет внести изменения в процессе работы установки. Система управления 11 автоматически управляет плотностью раствора по изменению расхода воды и объема подаваемого сухого цемента. При ручном управлении оператор контролирует работу установки при помощи гидравлических органов управления и контроля.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет уменьшить габариты установки за счет отсутствия осреднительной емкости и взаимного расположения силовых установок со смещением по длине шасси и сближением по ширине при высоком качестве приготовления цементных растворов за счет автоматического управления плотностью раствора и использования эжекторного смесителя, имеющего две линии рециркуляции.
Источники информации, принятые во внимание при рассмотрении заявки:
1. Свидетельство РФ на полезную модель 
33972, МПК Е21В 33/13, опубл. 15.11.2002 г.
2. Патент РФ на полезную модель 63430, МПК Е21В 33/13, опубл. 27.05.2007 г.
3. Патент РФ на изобретение 2362674, МПК В28С 5/00, опубл. 27.07.2009 - прототип
1. Установка для цементирования скважин, состоящая из размещенных на одной мобильной базе блоков, включая насосный блок, содержащий две силовые установки соединенные с трехплунжерными насосами, блок приема и распределения технологических жидкостей, содержащий мерную емкость, водоподающий насос, систему трубопроводов и запорную арматуру, блок управления, блок приготовления растворов, включающий рециркуляционный насос и смесительный блок, включающий расположенные в смесительной емкости мешалку и смеситель с узлом подачи сухого цемента, узлом подачи воды и линией рециркуляции, соединенной с рециркуляционным насосом и смесительной емкостью, при этом водоподающий и рециркуляционный насосы имеют гидроприводы, запитываемые от гидросистемы установки, отличающаяся тем что в качестве смесителя использован эжекторный смеситель, один вход которого через узел подачи воды соединен с водоподающим насосом, два входа через линии рециркуляции - с рециркуляционным насосом, узел подачи сухого цемента расположен над эжекторным смесителем под углом к горизонтальной поверхности и выполнен в виде клапана ввода сухого цемента с автоматическим регулированием подачи цемента, узел подачи воды выполнен в виде клапана управления расходом воды, при этом в трубопроводе подачи воды установлен расходомер, в линии рециркуляции - плотномер, связанные с системой управления, в донной части смесительной емкости выполнено отверстие, соединенное с выходным патрубком для отвода готового цементного раствора.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что силовые установки и трехплунжерные насосы установлены со смещением вдоль продольной оси автомобильного шасси при дальнейшем сближении по ширине.
3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что смесительная емкость имеет закругленные стенки и наклонную часть с правой стороны.
4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что блок приготовления растворов дополнительно содержит подпитывающий насос, соединенный с выходным патрубком готового цементного раствора.
