Передвижная установка для цементирования нефтяных или газовых скважин

011372 Изобретение относится к области нефтегазодобычи, в частности к технологическому оборудованию, предназначенному для цементирования нефтяных или газовых скважин. Процесс цементирования подготовленных нефтяных и газовых скважин включает подачу компонентов растворов в установку,приготовление тампонажных растворов, последовательное нагнетание в скважину приготовленных растворов, нагнетание в скважину продавочной жидкости до посадки пробки на упорное кольцо. Известна машина для цементирования CPT-Y4 фирмы Halliburton, состоящая из размещенных на одной мобильной базе блоков, включая насосный блок, содержащий две силовые установки, соединенные посредством трансмиссии с двумя трехплунжерными (триплексными) насосами, мерный бак объемом 3,2 м 3, смесительный блок, манифольды низкого и высокого давления и систему управления и сбора информации. (Руководство для пользователя Машина для цементирования CPT-Y4, фирма Halliburton,рус., 1996 г.). Смесительный блок фирмы Halliburton включает осевой смеситель, состоящий из водомерной задвижки, сопел рециркуляции тампонажного раствора и диффузора, емкость для смешивания приготавливаемых растворов объемом 0,95 м 3, оборудованную механическим перемешивателем, смешивающий (водоподающий) и циркуляционный (рециркуляционный) центробежные насосы, обвязанные системой трубопроводов, плотномер на рециркуляционном трубопроводе и расходомер. Такая конструкция обеспечивает высокое качество приготавливаемых тампонажных растворов благодаря конструктивному выполнению смесителя, содержащего узел рециркуляции. Однако количество приготавливаемого в данном блоке раствора ограничено относительно небольшими размерами смесительной емкости (0,95 м 3), что негативно сказывается на поддержании стабильности плотности откачиваемого раствора (чем больше объем, тем лучше выравнивается плотность), и вынуждает сохранять постоянную без отклонений скорость откачки раствора из емкости в скважину, поскольку отсутствует буферный объем приготовленного раствора, который позволил бы обеспечить процесс откачки готового раствора при возникновении вынужденных задержек в процессе приготовления раствора. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является Агрегат по цементированию скважин (патент RU33972 на полезную модель, Е 21 В 33/13), включающий насосный блок, содержащий две силовые установки, соединенные посредством трансмиссии с двумя трехплунжерными насосами, блок приема и распределения технологических жидкостей, содержащий мерные баки,оборудованные мерными линейками, центробежные насосы, систему трубопроводов и запорную арматуру, блок приготовления тампонажных растворов, содержащий затворяющий насос с приводом от силовой установки, блок осреднения с осреднительной емкостью большого объема, узел рециркуляции с рециркуляционным центробежным насосом, систему контроля и управления, при этом все блоки агрегата размещены на одной мобильной базе. Блок приготовления тампонажных растворов имеет гидровакуумную воронку с узлом смешения, в котором предварительно смешиваются цемент и вода. Осреднительная емкость имеет объем, обеспечивающий буферный объем раствора, и 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 большой секции позволяет обеспечить приготовление раствора в большом объеме. 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, а качество приготавливаемого таким устройством раствора не отвечает требованиям однородности. Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в разработке передвижной установки для цементирования нефтяных или газовых скважин, включающей совокупность блоков, которые обеспечивают процесс непрерывного приготовления раствора, имеющего высокую степень однородности. Поставленная задача решается выполнением передвижной установки для цементирования нефтяных или газовых скважин, состоящей из размещенных на одной мобильной базе блоков, включая блок приготовления тампонажных растворов и блок осреднения, обеспечивающие приготовление раствора с требуемой степенью однородности, соединенных системой трубопроводов, оборудованных запорной арматурой. Установка включает насосный блок, который содержит две дизельные силовые установки, осуществляющие привод посредством карданных валов двух трехплунжерных насосов, обеспечивающих перекачивание растворов и других вязких сред, жидкостей и материалов. Блок приема и распределения технологических жидкостей содержит центробежные насосы и мерный бак, состоящий из двух секций, имеющих отверстия для слива, выполненные в дне баков, установленные в секциях указатели уровня налитой жидкости (мерные линейки), причем в верхней части секции оборудованы двумя водоподающими линиями.-1 011372 Блок приготовления тампонажных растворов содержит узел смешения, который включает смесительную емкость большого размера (1,3 м 3), оборудованную в верхней части приводимым во вращение гидроприводом перемешивателем с лопастной насадкой, расположенной на конце его рабочего вала, и смесителем, состоящим из размещенных последовательно по вертикальной оси и соединенных посредством трубопроводов узлов подачи сухого цемента от линии пневмоподачи цемента,коллектора с устройством для регулируемой подачи воды,рециркуляции. Блок осреднения включает осреднительную емкость большого размера (2 м 3), которая обеспечивает наличие буферного объема приготовленного раствора и в верхней части оборудована приводимым во вращение гидроприводом перемешивателем с лопастной насадкой на конце его рабочего вала, при этом рабочий вал в средней части снабжен дополнительными лопастями. 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 заданную плотность, в осреднительную емкость. Общая стенка со стороны донной части емкостей оборудована затвором, открытие которого позволяет очистить смесительную емкость через осреднительную емкость от остатков приготавливаемого раствора после завершения работы. В осреднительной емкости приготовленный раствор заданной плотности дополнительно перемешивается приводимым во вращение гидроприводом перемешивателем, причем сохранение показателя однородности приготовленного раствора по всей высоте осреднительной емкости обеспечивается перемешивателем за счет того, что он снабжен насадкой на конце рабочего вала и лопастями, установленными в средней части рабочего вала. Водоподающий насос и рециркуляционный насос, участвующие в процессе приготовления раствора, установлены под смесительной и осреднительной емкостями, а узел рециркуляции включает рециркуляционный насос с обвязывающими трубопроводами. Водоподающий и рециркуляционный насосы имеют гидроприводы, запитываемые от гидросистемы установки. На рециркуляционном трубопроводе установлен плотномер. Блок управления включает площадку оператора, оборудованную системой контроля и управления. Передвижная установка включает систему трубопроводов, обвязывающих указанные блоки. Система трубопроводов состоит из манифольда высокого давления, обеспечивающего нагнетание цементного раствора и технологических жидкостей в скважину, манифольда низкого давления, связывающего осреднительную емкость и мерный бак с трехплунжерными, водоподающим и рециркуляционным насосами,манифольда подвода воды, связывающего нагнетательный патрубок водоподающего насоса со смесителем и мерным баком, манифольда подвода жидкостей от внешних насосов в отсеки мерного бака. Новыми признаками по сравнению с прототипом в заявляемом изобретении являются выполнение узла смешения, включающего смесительную емкость с оборудованными в ее верхней части перемешивателем и смесителем,смесителя, состоящего из расположенных последовательно по вертикальной оси и соединенных посредством трубопроводов узла подачи в смеситель сухого цемента от линии пневмоподачи, коллектора с устройством регулируемой подачи воды и узла рециркуляции,смесительной емкости блока приготовления тампонажных растворов заодно с осреднительной емкостью блока осреднения за счет выполнения между ними одной общей стенки, которая имеет высоту меньше высоты других стенок емкостей, а со стороны донной части оборудована затвором,в донной части смесительной емкости связи с патрубком рециркуляции, который через рециркуляционный насос связан с узлом рециркуляции в смесителе,в донной части осреднительной емкости вмонтированного патрубока отвода готового цементного раствора,перемешивателя, размещенного в осреднительной емкости, с лопастями, расположенными в средней части рабочего вала. Из уровня техники известны устройства, содержащие узлы рециркуляции в составе смесителей, позволяющие осуществлять рециркуляцию раствора в процессе его приготовления, например, смеситель,используемый в машине для цементирования СРТ-Y4 фирмы Halliburton (Руководство для пользователя Комплекс для цементирования CPT-Y4, фирма Halliburton, 1996 г.), однако, в этом техническом решении обеспечивается наилучшая однородность приготавливаемого раствора в небольших по объему емкостях, что вынуждает сохранять постоянную без отклонений скорость откачки раствора из емкости в скважину, поскольку отсутствует буферный объем приготовленного раствора. Совокупность признаков выполнение смесительной емкости блока приготовления тампонажных растворов заодно с осреднительной емкостью блока осреднения, с общей стенкой между ними, которая имеет высоту меньше высоты других стенок емкостей, а со стороны донной части оборудована затво-2 011372 ром и оборудование перемешивателя, размещенного в осреднительной емкости, дополнительными лопастями, установленными в средней части рабочего вала не выявлены в уровне техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности изобретательский уровень. Возможность осуществления изобретения подтверждается конкретным примером, проиллюстрированным чертежами. На фиг. 1 показан вид сбоку на передвижную установку для цементирования нефтяных или газовых скважин,на фиг. 2 - вид сверху на передвижную установку в том виде, как она показана на фиг. 1,на фиг. 3 - вид сверху, а на фиг. 4 - вид сбоку смесительной и осреднительной емкостей,на фиг. 5 - смеситель,на фиг. 6 - фрагментарно вид сбоку, а на фиг. 7 - вид сверху манифольда высокого давления, трехплунжерных насосов, смесительной и осреднительной емкостей. Передвижная установка для цементирования нефтяных или газовых скважин монтируется на базе автомобильного шасси 1, имеющего дизельные силовые установки 2 и 3, размещенные в передней части автомобильного шасси 1, которые с помощью карданных валов (на чертежах не показаны) связаны с трехплунжерными насосами 4 и 5, установленными на раме 6. За дизельными силовыми установками 2 и 3 над карданными валами размещен блок приема и распределения технологических жидкостей, который содержит мерный бак 7, состоящий из двух секций,имеющих в донной части отверстия для слива, а в верхней части оборудованных двумя водоподающими линиями 8, соединенными с водоподающим насосом (на фиг. не показан). В задней части автомобильного шасси 1 размещены совмещенные блок приготовления тампонажных растворов и блок осреднения, которые включают выполненные заодно смесительную 9 и осреднительную 10 емкости большого размера, имеющие общую стенку 11, высота которой меньше высоты других стенок смесительной 9 и осреднительной 10 емкостей, а со стороны донной части емкость оборудована затвором 12 (фиг. 3 и 4). Смесительная емкость 9 оборудована в верхней части вертикально установленным смесителем 13 и перемешивателем 14 с рабочим валом 15, на котором размещена лопастная насадка 16. В донной части смесительная емкость 9 имеет отверстие, через которое она связана с патрубком рециркуляции 17, соединенным через рециркуляционный насос 18 с узлом рециркуляции смесителя 13. Смеситель 13 (фиг. 5) включает расположенные последовательно по вертикальной оси и соединенные в одно целое узел подачи сухого цемента, включающий затвор поворотный 19, маховик 20 и поворотный гидродвигатель 21 (соединение смесителя 13 с линией пневмоподачи цемента от внешнего накопителя цемента не показано); регулируемую подачу воды в коллектор, включающую патрубок 22 и диск клапанный 23, рукоятку 24 и поворотный гидродвигатель 25, узел рециркуляции, включающий патрубки 26 и рециркуляционные линии 27. Снизу установлен рассекатель 28 и резиновая юбка 29. Осреднительная емкость 10 в верхней части оборудована гидромеханическим перемешивателем 30 с рабочим валом 31, на котором размещена лопастная насадка 32, при этом рабочий вал 31 в средней части снабжен дополнительными лопастями 33. В донной части осреднительная емкость 10 снабжена патрубком отвода готового цементного раствора (на фиг не показана). Водоподающий насос (на фиг. не показан) и рециркуляционный насос 18 установлены под смесительной 9 и осреднительной 10 емкостями и имеют гидроприводы, запитываемые от гидросистемы установки. Блок управления включает площадку оператора 34, оборудованную системой контроля и управления 35. Для обеспечения функционирования блоков передвижная установка снабжена системой трубопроводов, которая включает манифольд высокого давления, манифольд низкого давления, манифольд подвода воды и манифольд внешнего подвода жидкостей. Манифольд высокого давления (фиг. 6 и 7) включает всасывающие трубы 36 плунжерных насосов 4 и 5, соединенные отводами через затворы поворотные 37 с донными клапанами 38 мерного бака 7. Сброс с трехплунжерных насосов 4 и 5 выведен в мерный бак 7 или постороннюю емкость (на фиг. не показана). На сбросовых линиях установлены предохранительные клапаны 39 и пробковые краны 40. Нагнетательные линии трехплунжерных насосов 4 и 5 выведены в сторону тягово-сцепного устройства автомобильного шасси 1. На нагнетательных линиях установлены пробковые краны 41, датчики давления 42, клапанные коробки 43. Конструкция смесителя 13 предусматривает его промывку после эксплуатации. Манифольд низкого давления связывает осреднительную емкость 10 и мерный бак 7 с трехплунжерными насосами 4 и 5, рециркуляционным 18 и водоподающим насосами. Манифольд низкого давления графическими материалами не проиллюстрирован, поскольку его конструкция достаточна проста. Манифольд низкого давления включает центральный трубопровод с крестовиной и отводами, при этом крестовина через затворы соединяется с всасывающими коллекторами трехплунжерных насосов 4 и 5 и имеет патрубки с затворами для подключения внешних источников технологических жидкостей; тру-3 011372 бопровод, связывающий крестовину центрального трубопровода с двумя отсеками мерного бака 7 через тройник и затворы; трубопровод, связывающий крестовину центрального трубопровода с осреднительной емкостью 10 через затворы; трубопровод с затворами для подвода воды от внешних источников к всасывающему патрубку водоподающего насоса, трубопровод с затворами, связывающий смесительную емкость 9 с всасывающим патрубком рециркуляционного насоса 18, имеющий всасывающий патрубок с затвором для подвода технологических жидкостей от внешних источников, трубопровод с затворами,связывающий нагнетательный патрубок рециркуляционного насоса 18 со смесителем 13 и через тройник - с трубопроводом, ведущим от осреднительной емкости 10 к крестовине центрального трубопровода для случая, когда водоподающий насос выполняет подпорные функции при нагнетании цементного раствора в скважину, трубопровод, связывающий через затворы всасывающие патрубки водоподающего насоса и рециркуляционного насоса 18 с отсеками мерного бака 7 через тройник и затворы. Манифольд подвода воды графическими материалами не проиллюстрирован. Он связывает нагнетательный патрубок водоподающего насоса через тройник, фильтр и затвор с двумя водоподающими линиями 8 мерного бака 7 и выполнен с затворами и пробковым краном высокого давления. Имеется также манифольд внешнего подвода жидкостей, который графическими материалами также не проиллюстрирован ввиду тривиального решения. Работа передвижной установки осуществляется следующим образом. Для приготовления цементного раствора сухой цемент от линии пневмоподачи направляется по трубопроводу через затвор поворотный 19 в смеситель 13, объем подачи регулируется либо вручную маховиком 20, либо автоматически с помощью поворотного гидродвигателя 21. Вода от водоподающего насоса поступает в патрубок 22 смесителя 13. Для регулировки подачи воды служит диск клапанный 23. Расход воды регулируется вручную рукояткой 24 или с помощью поворотного гидродвигателя 25. В коллекторе смесителя 13 цемент с водой образуют водоцементную смесь, к которой дополнительно через патрубки 26 по рециркуляционным линиям 27 от рециркуляционного насоса 18 подводится рециркуляционный раствор из смесительной емкости 9. От распыления цемента и разбрызгивания раствора при работе смесителя 13 предохраняет резиновая юбка 29. Далее подготовленная смесь разбивается на рассекателе 28 и поступает в смесительную емкость 9. В смесительной емкости 9 цементный раствор перемешивается гидромеханическим перемешивателем 14, на рабочем валу 15 которого размещена лопастная насадка 16. Неоднородный более тяжелый раствор опускается в донную часть смесительной емкости 9, откуда через патрубок рециркуляции 17 направляется по рециркуляционным линиям 27 в коллектор смесителя 13, а однородный более легкий раствор переливается через общую стенку 11 и наполняет осреднительную емкость 10, где продолжает перемешиваться перемешивателем 30 по всей высоте осреднительной емкости 10 за счет расположения лопастей 33 в средней части рабочего вала 31. Из осреднительной емкости 10 однородный цементный раствор через патрубок отвода готового цементного раствора направляется в гидравлические части трехплунжерных насосов 4 и 5, которыми он закачивается в нефтяную или газовую скважину. Перед завершением процесса закачки нефтяной или газовой скважины, выключается подача в смеситель 13 сухого цемента и воды, при этом система рециркуляции продолжает работать. К моменту опорожнения осреднительной емкости 10 открывается затвор 12 в общей стенке 11 и раствор из смесительной емкости 9 стекает в осреднительную емкость 10, откуда закачивается в скважину на завершающем этапе цикла закачки цементного раствора в нефтяную или газовую скважину. Кроме описанного выше примера конкретного выполнения возможны иные, несколько отличные варианты выполнения передвижной установки, ее отдельных деталей и узлов, соответствующие притязаниям, изложенным в формуле изобретения. Описание конкретного выполнения передвижной установки для цементирования нефтяных или газовых скважин позволяет доказать соответствие заявляемого изобретения условию патентоспособности промышленная применимость. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Передвижная установка для цементирования нефтяных или газовых скважин, состоящая из размещенных на одной мобильной базе блоков, включая насосный блок, содержащий две силовые установки,соединенные с двумя трехплунжерными насосами, блок приема и распределения технологических жидкостей, содержащий мерные баки, оборудованные водоподающими линиями, блок приготовления тампонажных растворов, содержащий водоподающий насос, соединенный также с водоподающими линиями мерных баков, блок осреднения, содержащий осреднительную емкость, оборудованную перемешивателем, узел рециркуляции, включающий рециркуляционный насос, а также блок управления, включающий площадку оператора, оборудованную системой контроля и управления, обвязанных трубопроводами,оборудованными запорной арматурой, отличающаяся тем, что узел смешения в блоке приготовления тампонажных растворов включает смесительную емкость, оборудованную в верхней части перемешива-4 011372 телем и смесителем, состоящим из расположенных последовательно по оси и соединенных посредством трубопроводов узла подачи сухого цемента от линии пневмоподачи в смеситель, узла коллектора с устройством, регулирующим подачу воды, и узла рециркуляции, при этом смесительная емкость блока приготовления тампонажных растворов выполнена заодно с осреднительной емкостью блока осреднения за счет выполнения между ними одной общей стенки, которая со стороны донной части оборудована затвором и имеет высоту меньше высоты других стенок емкостей, смесительная емкость в донной части связана с патрубком рециркуляции, который через рециркуляционный насос связан с узлом рециркуляции в смесителе, осреднительная емкость в донной части выполнена с патрубком отвода готового цементного раствора, а гидромеханический перемешиватель, размещенный в осреднительной емкости, снабжен лопастями, расположенными в средней части рабочего вала перемешивателя.