Мобильная азотная установка
Полезная модель относится к области эксплуатации и подземного ремонта нефтяных и газовых скважин и предназначена для приготовления и нагнетания газообразного азота в скважину при освоении скважин, ремонтно-восстановительных работ на нефтяных и газовых скважинах для обеспечения взрыво-пожаробезопасности. Мобильная азотная установка выполнена в виде двух блоков представляющих собой объемные каркасные конструкции из стальных труб с расположенным внутри оборудованием. Первый блок содержит криогенную емкость для жидкого азота с трубопроводной и запорной арматурой и гидравлически соединен со вторым блоком. Второй (насосный) блок содержит дизельный двигатель, гидробак с рабочей жидкостью, насосную систему для подачи жидкого азота в испаритель, включающую насос высокого давления и подпиточный насос, теплообменник, испаритель и пульт управления. Между двумя блоками расположена площадка со съемной лестницей для обслуживания насосного блока, а также имеется площадка со стороны первого блока для обслуживания криогенной емкости для жидкого азота. Каркасы из стальных труб имеют проемы под грузозахватные механизмы и закреплены на раме полуприцепа с помощью угловых фитингов. Теплообменник включает систему подвода тепла от дизельного двигателя, системы смазки насоса высокого давления и гидросистемы насосного блока. В качестве двигателя используется дизельный двигатель Detroit Diesel Series 60 с с турбонадувом, мощностью 550 л.с. при 2100 об/мин с электронной системой управления. В качестве насоса высокого давления используется трехплунжерный насос фирмы Hydra Rig NP200 с диаметром плунжера 41,3 мм и максимальным давлением 70 МПа, а в качестве подпиточного насоса используют насос фирмы Hydra Rig 1-1/2x 1-1/2х6 с гидравлическим приводом. Предлагаемая установка удобна в обслуживании и эксплуатации, а также при транспортировании морем или железнодорожным транспортом.
Заявляемое техническое решение относится к области эксплуатации и подземного ремонта нефтяных и газовых скважин и предназначено для приготовления и нагнетания газообразного азота в скважину при освоении скважин, ремонтно-восстановительных работ на нефтяных и газовых скважинах для обеспечения взрыво-пожаробезопасности.
Известны установки для приготовления и нагнетания газообразных азотно-воздушных смесей, применяющие, так называемую, «мембранную» технологию для приготовления азотно-воздушной смеси из атмосферного воздуха. Известно, например, устройство для приготовления и нагнетания газовых и газожидкостных взрыво-пожаробезопасных смесей на основе азота, которое содержит размещенные на транспортном средстве воздушный компрессор низкого давления, мембранный аппарат, дожимной аппарат, сепаратор, емкость для жидкости и насос для подачи жидкости /1/. Недостатком известных устройств является низкая производительность, сложная конструкция установки для получения азота из воздуха, а также значительные габариты.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является азотная установка, входящая в состав комбинированной силовой установки «три в одной» для азотной системы, жидкостной системы текучей среды и системы с наматываемой на барабан насосно-компрессорной трубой /2/. Установка содержит тягач и прицеп, и имеет единственный двигатель для работы насосов и двигателей, установленных на единственном прицепе. На платформе прицепа установлены криогенный резервуар для азота, кабина управления с системой управления установкой и местом для оператора, барабан с наматываемой на него насосно-компрессорной трубой, инжектор, кран для подъема инжектора, азотная система, испаритель азота и теплообменник. Азотная система, испаритель азота и теплообменник расположены под кабиной управления. Азотная система включает в себя насос высокого давления (трехплунжерный насос), подпиточный (центробежный насос) и гидравлическую распределительную магистраль. Теплообменник включает систему подвода тепла от двигателя. Выход резервуара с жидким азотом соединен со входом подпиточного насоса, который подает жидкий азот к насосу высокого давления, выход которого соединен с испарителем. В качестве варианта использования установки для транспортирования по морю она может быть смонтирована на двух салазках (в виде блоков), на одних из которых расположен дизельный двигатель, гидробак с рабочей жидкостью и колтюбинговое оборудование, а на других выдвижной пульт управления с азотной системой, включающей насос высокого давления и подпиточный насос низкого давления, теплообменник и испаритель, расположенные под выдвижной кабиной с пультом управления. Криогенная емкость поставляется отдельно.
Известное устройство предназначено для совместной работы азотной установки с колтюбинговой установкой от единственного приводного (дизельного) двигателя. Недостатком известной установки является расположение системы для перекачивания азота (азотной системы) под кабиной управления, что создает определенные сложности при эксплуатации и ремонте насосной системы, а наличие системы подвода тепла к теплообменнику только от дизельного двигателя является недостаточно эффективным.
Задачей решаемой предлагаемой полезной моделью является создание удобной в обслуживании и эксплуатации мобильной азотной установки с возможностью транспортирования ее автомобильным, железнодорожным, водным или воздушным транспортом.
Поставленная задача решается тем, что в мобильной азотной установке, выполненной в виде блоков, включающих дизельный двигатель, криогенную емкость для жидкого азота, трубопроводную и запорную арматуру, насосную систему для подачи жидкого азота в испаритель, содержащую насос высокого давления и подпиточный насос, теплообменник, испаритель жидкого азота и пульт управления, блоки выполнены в виде объемных каркасных конструкций из стальных труб, причем первый блок содержит криогенную емкость для жидкого азота с трубопроводной и запорной арматурой, второй блок содержит дизельный двигатель, гидробак с рабочей жидкостью, насосную систему для подачи жидкого азота в испаритель, содержащую насос высокого давления и подпиточный насос, теплообменник, испаритель и пульт управления, при этом между блоками расположена съемная площадка с лестницей, а каркасные конструкции из стальных труб имеют проемы под грузозахватные механизмы и закреплены на раме полуприцепа с помощью угловых фитингов. Теплообменник включает систему подвода тепла от дизельного двигателя, системы смазки насоса высокого давления и гидросистемы насосного блока. В качестве дизельного двигателя используется дизельный двигатель Detroit Diesel Series 60 с с турбонадувом, мощностью 550 л.с. при 2100 об/мин с электронной системой управления, а в качестве насоса высокого давления используется трехплунжерный насос фирмы Hydra Rig NP200 с диаметром плунжера 41,3 мм и максимальным давлением 70 МПа и в качестве подпи-точного насоса используют насос фирмы Hydra Rig 1-1/2x 1-1/2х6 с гидравлическим приводом.
Предлагаемая установка удобна в обслуживании и эксплуатации, хорошо приспособлена для транспортирования морским и железнодорожным транспортом.
Конкретный пример выполнения технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид мобильной азотной установки;
на фиг.2 - общий вид установки сверху.
Мобильная азотная установка изготовлена на базе автомобильного полуприцепа-контейнеровоза МАЗ-938920-011. и содержит смонтированные на раме 1 полуприцепа два отдельных быстросъемных блока 2 (первый блок) и 3 (второй блок) в виде объемных каркасных конструкций 4 из стальных труб с расположенным внутри оборудованием. Первый блок 2 представляет собой объемную каркасную конструкцию 4 в которой установлена криогенная емкость 5 с жидким азотом. Криогенная емкость 5 содержит кожух с эффективной вакуумной изоляцией и с помощью трубной обвязки 6 и запорно-регулирующей аппаратуры 7 гидравлически соединена со вторым блоком 3. Криогенная емкость 5 оборудована манометром газовой фазы и манометром жидкой фазы для контроля давлений. Второй - насосный блок 3 представляет собой каркасную конструкцию 4 внутри которой расположены дизельный двигатель 8, предназначенный для привода гидронасосов, установленных на редукторе отбора мощности, гидробак с рабочей жидкостью 9, насос высокого давления 10, подпиточный насос 11 (насос низкого давления), теплообменник 12, испаритель жидкого азота 13 и пульт управления 14. Между насосным блоком 3 и блоком 2 расположена съемная площадка 15. с лестницей, закрепленная на раме 1 полуприцепа, и предназначенная для обслуживания насосного блока 3. С противоположной стороны блока 2 расположена съемная площадка 16 с лестницей для обслуживания криогенной емкости 5. Выход криогенной емкости 5 с жидким азотом соединен со входом подпиточного насоса 11, выход которого соединен со входом насоса высокого давления 10, выход которого соединен со входом испарителя жидкого азота 13. Дизельный двигатель 8 имеет трубопровод для горячей воды, соединенный с его радиатором и подающим горячую воду через теплообменник 12 к испарителю жидкого азота 13, который использует в своей работе так же остаточное тепло из системы смазки насоса высокого давления 10 и гидросистемы насосного блока 3. Для оптимального использования запасов газообразного азота насос высокого давления 10 связан трубопроводом с верхней частью наджидкостного пространства криогенной емкости 5.
В качестве дизельного двигателя 8 в установке используется дизельный двигатель Detroit Diesel Series 60 с турбонадувом, мощностью 550 л.с. при 2100 об/мин. Двигатель оснащен пневмостартером, глушителем с искрогасителем, электронным блоком управления, который непрерывно отслеживает изменения в работе двигателя и обеспечивает автоматическую защиту при превышении допустимых параметров. В качестве насоса высокого давления 10 в установке используется специальный криогенный трехплунжерный насос фирмы Hydra Rig NP200 с диаметром плунжера 41,3 мм и максимальным давлением 70 МПа. Гидропривод трехплунжерного насоса осуществляется по схеме закрытого контура с регулируемым насосом. Смазка плунжеров и привода насоса 10 осуществляется гидравлическим насосом, установленном на дизельном двигателе 8. В качестве подпиточного насоса 11 используется центробежный насос фирмы Hydra Rig 1-1/2x 1-1/2х6 с гидравлическим приводом. Для предотвращения тепловых деформаций на входе и выходе насоса установлены гибкие рукава из нержавеющей стали.
Система контроля и управления в реальном времени мобильной азотной установкой включает пульт управления 14 насосным блоком 3, расположенный со стороны съемной площадки 15 и пульт контроля и управления блоком 2 (на чертеже не показан). Для защиты от воздействия окружающей среды и несанкционированного доступа пульт управления 14 имеет закрывающуюся крышку. На пульте управления 14 расположен дисплей отображения параметров двигателя и дисплей с отображением информации по четырем каналам: производительность нагнетания, давление нагнетания, температура нагнетания, суммарная (накопленная) подача газообразного азота. Пульт контроля я 14 содержит индикаторы давления масла в гидроприводе насоса высокого давления, в гидроприводе подпиточного насоса, индикатор температуры масла гидросистемы, индикатор давления в пневмосистеме, индикаторы давления и температуры в системе смазки насоса высокого давления, индикатор давления азота на входе в насос высокого давления, индикатор давления нагнетания азота, индикатор давления насыщения (показывает степень охлаждения криогенной части насоса), тахометр.
.Рама 1 полуприцепа имеет угловые фитинги 17 как на морских грузовых контейнерах, с помощью которых каркасные конструкции 4 блоков 2 и 3 крепится к раме. Расположение угловых фитингов 17 также соответствует контейнерным, что позволяет крепить блоки 2 и 3 в виде каркасных конструкций 4 к палубе судна при транспортировке установки морем или платформе при транспортировке железнодорожным транспортом. Также в раме 1 имеются специальные «карманы» 18 под грузозахватный механизм вилочного погрузчика, что облегчает транспортировку и погрузку-разгрузку блоков в порту или на базе. Каркасные конструкции 4 из стальных труб блоков 2 и 3 позволяют осуществлять подъем блоков за четыре точки и обеспечивают защиту оборудования при погрузочно-разгрузочных работах
Установка работает следующим образом. Жидкий азот из криогенной емкости 5 по гибким стальным трубам трубной обвязки 6 поступает на вход подпиточного насоса 11, который подает его с постоянным давлением на вход насоса высокого давления 10, в качестве которого используется трехплунжерный насос, состоящий из двух частей: криогенной части, которая перекачивает жидкий азот и некриогенной части, в которой происходит преобразование вращательного движения в возвратно-поступательное. В насосе высокого давления 10 жидкий азот сжимается до необходимого давления и поступает в испаритель 13, в котором происходит преобразование жидкого азота в газообразный и подогрев его до температуры 16-21°С. Для оптимального использования запасов газообразного азота насос высокого давления 10 сообщен трубопроводом с верхней частью (наджидкостным пространством) криогенной емкости 5. При транспортировании установки каркасные конструкции 4 блоков 2 и 3 отсоединяют от полуприцепа и с помощью подъемного крана осуществляют подъем блоков за четыре точки.
Источники информации, принятые во внимание при оформлении заявки:
1. Патент на изобретение RU 
2089750, МПК F04B 35/02, опубл. 10.09.1997 г.
2. Патент на изобретение RU 2353750, МПК Е21В 19/22, опубл. 27.04.2009 г.
1. Мобильная азотная установка, выполненная в виде блоков, включающих дизельный двигатель, гидробак с рабочей жидкостью, криогенную емкость для жидкого азота, трубопроводную и запорную арматуру, насосную систему для подачи жидкого азота в испаритель, содержащую насос высокого давления и подпиточный насос, теплообменник, испаритель жидкого азота, и пульт управления, отличающаяся тем, что блоки выполнены в виде объемных каркасных конструкций из стальных труб, причем первый блок содержит криогенную емкость для жидкого азота с трубопроводной и запорной арматурой, второй блок содержит дизельный двигатель, гидробак с рабочей жидкостью, насосную систему для подачи жидкого азота в испаритель, содержащую насос высокого давления и подпиточный насос, теплообменник, испаритель и пульт управления, при этом между блоками расположена съемная площадка с лестницей, а каркасные конструкции из стальных труб имеют проемы под грузозахватные механизмы и закреплены на раме полуприцепа с помощью угловых фитингов.
2. Мобильная азотная установка по п.1, отличающаяся тем, что теплообменник включает систему подвода тепла от дизельного двигателя, системы смазки насоса высокого давления и гидросистемы насосного блока.
3. Мобильная азотная установка по п.2, отличающаяся тем, что в качестве дизельного двигателя используют дизельный двигатель Detroit Diesel Series 60 с турбонадувом, мощностью 550 л.с. при 2100 об/мин с электронной системой управления.
4. Мобильная азотная установка по п.2 или 3, отличающаяся тем, что в качестве насоса высокого давления используют трехплунжерный насос фирмы Hydra Rig NP200 с диаметром плунжера 41,3 мм и максимальным давлением 70 МПа.
5. Мобильная азотная установка по п.4, отличающаяся тем, что в качестве подпиточного насоса используют насос фирмы Hydra Rig 1-1/2x1-1/2x6 с гидравлическим приводом
