Блок водоподавальний БВ-15

Лабораторна робота № 2

ВИВЧЕННЯ КОНСТРУКЦІЙ ТА ТЕХНІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТАМПОНАЖНОЇ СПЕЦТЕХНІКИ

 

Мета роботи: вивчення конструкції, техніко-технологічних характеристик та призначення тампонажної спецтехніки

 

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Цементувальні агрегати

Цементувальні агрегати (ЦА) призначені для проведення робіт з цементування обсадних колон у нафтових і газових свердловинах, а також робіт, пов’язаних з освоєнням та ремонтом свердловин.

За допомогою ЦА можна виконати такі операції:

- подачу води в гідравлічний цементозмішувач (воронку) для приготування цементного розчину;

- закачування тампонажного розчину в свердловину;

- протискування тампонажного розчину за колону шляхом закачування в свердловину протискувальної рідини;

- промивання і протискування піщаних пробок в свердловині, маніфольдів, розбивку розчинів і т.д.

Випускаються такі типи ЦА: ЦА-320 М, ЦА-320 А, 5ЦА‑320, 5ЦА-320 С (база монтується на санях), 5ЦА-320 ГБ (на причепі з болотними гусеницями), 6ЦА-320; 3ЦА‑400, 3ЦА-400А, АН-700, ACF-700 В, ACF-1050, УНБ2 630х50 УНБ2 400х40 та ін.

Цементувальні агрегати мають такі основні вузли:

- водяний насос;

- насос високого тиску;

- мірний бак;

- маніфольд насоса;

- збірно-розбірний металевий трубопровід;

- гідравлічну цементомішалку;

- двигун.

Основними параметрами ЦА є максимальна продуктивність та максимальний тиск цементувального насоса.

Цементувальний агрегат ЦА-320 М (рис. 2.1) змонтований на базі КрАЗ-250 високої прохідності вантажопідйомністю 12 т з чотирьохтактним дизельним двигуном. На рамі автомобіля і на двох додаткових рамах змонтовано обладнання агрегату:

- поршневий насос КМ-9Т;

- трихплунжерний водяний насос типу 1В з двигуном ГАЗ-51А потужністю 52 кВт та з коробкою відбору передач;

- мірний бак об’ємом 6,4 м³;

- захисний кожух насоса КМ-9Т;

- вихлопна труба автомобіля з захисним кожухом для захисту персоналу від опіків;

- збірно-розбірний маніфольд високого тиску довжиною 22 м та з’єднання труб.

Поршневий насос 9Т горизонтальний, двоциліндровий, подвійної дії призначений для подачі цементного розчину та промивальної рідини в свердловину, для проведення протискувальних, опресувальних, промивальних та інших робіт. Поршневий насос КМ-9Т приводиться в дію від двигуна автомобіля, зміна режиму його роботи здійснюється шляхом переключення швидкості на коробці передач і зміною подачі палива. Приймальна лінія насоса 9Т за допомогою установленого на ній 3-ходового крану дозволяє відбирати воду як із мірного баку, так із цементувального бачка, встановленого на землі. Тиск у нагнітальній лінії насосу можна зменшувати відкриванням крана і подачею рідини в мірний бак.

Насос 9Т може мати такі діаметри поршнів: 90, 100, 115, 127 мм. Для підвищення зносостійкості циліндрових втулок їх внутрішня частина загартовується струмом високої частоти. Насос має 4 нагнітальних клапани і 4 всмоктувальні. При діаметрі поршня 90 мм діаметр клапана становить 105 мм, а при інших – 115 мм.

 

 

1 – шасі автомобіля; 2 - коробка відбору потужності;

3 - водяний насос 1В; 4 – двигун ГАЗ-51;

5 – двопоршневий насос 9Т; 6 – маніфольд агрегату;

7 – захисний кожух насоса 9Т; 8 – мірний бак; 9 – донні клапани; 10 – гнучкий шланг; 11 – платформа агрегату;

12 – цементозмішувач; 13 – карданний вал; 14 – шарнірні коліна; 15 – фара; 16 – вихлопна труба

Рисунок 2.1 – Цементувальний агрегат ЦА-320 М

 

Технічна характеристика цементувального агрегату ЦА-320 М

Тип агрегату	Пересувний на шасі автомобіля
Максимальний тиск при продуктивності 0,0029 м3/с, МПа
Максимальна продуктивність при тиску 4,0 МПа, м3/с	0,023
Габаритні розміри агрегату, мм: довжина ширина висота
Загальна маса агрегату, кг
Монтажна база
Трьохосьовий вантажний автомобіль	КрАЗ-257
Вантажопідйомність автомобіля, т	10-12
Двигун автомобіля: модель максимальна потужність, кВт максимальна частота обертання вала двигуна, об/хв.	ЯМЗ-238
Тип цементувального насосу 9Т	горизонтальний двопоршневий двосторонньої дії
Гідравлічна потужність
Передавальне число глобоїдальної передачі	20,5
Хід поршня, мм
Допоміжний двигун: модель максимальна потужність, кВт максимальна частота обертання вала двигуна, об/хв.	ГАЗ-51А
Водяний насос 1В: тип діаметр плунжера, мм хід плунжера, мм частота обертання колінчатого валу, об/хв. продуктивність насоса, м3/с тиск, МПа ввімкнута передача	вертикальний     0,013 1,5 друга
Маніфольд та інше обладнання: об’єм мірного бака, м3 умовний діаметр прохідного перерізу, мм: приймальних трубопроводів насосів 9Т і 1В нагнітальних трубопроводів насосів 9Т і 1В загальна довжина розбірного трубопроводу, мм	6,4

 

Водяний насос 1В призначений для подачі води в цементозмішувач. Режим роботи насоса проводиться регулюванням подачі палива. Крім цього, кількість рідини, що подається насосом, можна регулювати вентилем, який встановлений на викидному трубопроводі і з’єднує нагнітальну лінію з приймальною.

З метою контролю за тиском в нагнітальних лініях насосів 9Т та 1В встановлені манометри. Насос 9 Т оснащений запобіжним клапаном.

Цементозмішувач є сталевою конусною воронкою, яка в нижній частині має вакуумно-гідравлічний змішуючий пристрій. Принцип роботи наступний: насос подає воду під тиском 0,6-0,8 МПа в гідравлічний цементозмішувач. Надходячи в нижню частину змішувача (горшок) через сопло сильним струменем, вода створює в ній вакуум, внаслідок чого із воронки засмоктується цемент та інтенсивно змішується в турбулентному потоці води замішування в напірній трубі, із якої надходить уже готовий тампонажний розчин. Напірна труба горшка цементозмішувача дещо припіднята для того, щоб вона завжди була заповнена тампонажним розчином, який запобігає надходженню повітря в горшок. При засмоктуванні повітря в горшок сповільнюється всмоктування цементу.

Замірний бак ємністю 6,4 м³ встановлений на рамі агрегату і прикріплений до нього болтами. Він розділений повздовжньою перегородкою на дві рівні частини, в кожній з яких встановлено замірні рейки з ціною поділки 0,1 м³. Обидві половини бака з’єднуються між собою через донні клапани, отвори і додаткову камеру, яка встановлюється під дном бака. Донні клапани дозволяють одну або другу половину бака з’єднати з додатковою камерою, до якої приєднані приймальні лінії двох насосів. Мірний бак заповнюється водою аюо глинистим розчином через наливну трубу діаметром 51 мм, що проходить через днище бака наверх з розгалуженням на обидві половини.

Маніфольд агрегату складається із приймальної та нагнітальної лінії. Приймальна лінія насоса 9Т за допомогою встановленого на ній триходового крана дозволяє відбирати рідину як із мірного бака, так із цементного бака встановленого на землі. Рідину з цементного бака можна відбирати з правої або з лівої сторони агрегату з допомогою гофрованого шланга, який приєднується до приймального трубопроводу. Нагнітальна лінія насосу 1В розміщена під настилом з лівої сторони агрегату і закінчується гніздом ущільнення, до якого на місці проведення робіт приєднується гумовий шланг для подачі рідини в змішувач.

Принцип роботи агрегату ЦА-320 М

Вода надходить в мірний бака. Після цього з однієї частини мірного бака вона подається водяним насосом в цементозмішувач, де змішується із цементом, утворюючи цементний розчин, який всмоктується приймальною лінією насосу 9Т і подається на свердловину. Після закінчення закачування цементного розчину зупиняють водяний насос, мірний бак від’єднують від промислового водопроводу та підключають до трубопроводу протискувальної рідини (як правило, бурового розчину). Заповнюють мірний бак буровим розчином з допомогою бурового насосу та відкачують почергово з кожної з половин бака з метою контролю за кількістю закачаного розчину в свердловину.

Цементувальний агрегат 3ЦА-400А змонтований на шасі автомобіля КрАЗ-257. Цементувальний агрегат 3ЦА-400А на відміну від агрегату ЦА-320 М має потужніший трициліндровий цементувальний насос подвійної дії 11Т з індивідуальним приводом від силової установки 2УС-500А, яка розміщена на базі автомобіля КрАЗ, чотиришвидкісну коробку передач, проміжний вал, редуктор, маніфольд, мірний бак (6 м³). Водяним насосом він не обладнується, тому для приготування тампонажного розчину його не використовують.

Силова установка 2УС-500А є блоком, який складається з двигуна В2-500А-С2, стартера, паливної, змащувальної та охолоджувальної систем та повітряних фільтрів. Силова установка монтується на рамі безпосередньо за кабіною.

Насос 11 Т - трициліндровий поршневий горизонтальний подвійної дії. Приводиться в дію від силової установки через коробку передач, проміжний вал і навісний редуктор. Чотиришвидкісна коробка передач призначена для зміни швидкості обертання при передачі від двигуна до насосу.

Цементувальний агрегат АН-700 змонтований на шасі автомобіля КрАЗ-257 і оснащений триплунжерним цементувальним насосом 4Р-700. У агрегату немає насоса для подачі води.

Цементувальний агрегат УНБ2-630х50 змонтований на шасі автомобіля КрАЗ-257 (в останньому варіанті КрАЗ-250) і має триплунжерний цементувальний насос одинарної дії. Агрегат оснащений насосом для подачі води та підпорним насосом, що використовується для покращення роботи цементувального насоса.

Цементувальний агрегат УНБ2-400х40 змонтований на шасі автомобіля КрАЗ-257 (в останньому варіанті КрАЗ-250) і має триплунжерний цементувальний насос одинарної дії 14Т. Агрегат оснащений насосом для подачі води.

Насосні агрегати румунського виробництва АCF-700В і АCF-1050 змонтовані на шасі автомобіля «Татра 148-1» і оснащені триплунжерними насосами одинарної дії. Агрегат АCF-700В оснащений насосом для подачі води.

 

Блок водоподавальний БВ-15

Під час цементування, а також під час виконання інших робіт часто виникають ситуації, коли необхідно перекачувати різного типу рідини. Використовувати для цього цементувальні агрегати не доцільно, тим більше, що не всі вони обладнані водяними насосами. З цією метою сконструйований так званий блок водоподавальний, який складається з водяного насосу 1В з приводом від двигуна ГАЗ-51 і коробки передач з пультом управління двигуна. Даний блок оснащений цементно-змішувальним пристроєм гідровакуумного типу з приймальною воронкою і напірною трубою, цементним бачком з сіткою, всмоктувальним та нагнітальним шлангами, завдяки чому він може бути призначений для автономного приготування тампонажного розчину.

 

Змішувальні машини

В даний час для приготування цементних розчинів використовують спеціальні машини. Вони призначені, як правило, для приготування тампонажних розчинів при цементуванні свердловин.

Змішувальна машина 2 СМН-20 монтується на рамі автомобіля КРАЗ-250 (рис. 2.2) і призначення для приготування тампонажного розчину, приготування і обважнення глинистих розчинів з використанням порошкоподібних матеріалів, приготування пісково-рідинних сумішей під час проведення гідророзриву пласта, а також для приготування сухих тампонажних сумішей у заданих відношеннях.

 

Рисунок 2.2 – Змішувальна установка 2СМН-20

Продуктивність машини можна збільшити до 1,5-2,2 м³/хв, шляхом підвищення продуктивності водяного насоса.

Вона складається із бункера, карданного валу, двох основних дозуючих (розвантажувальних) шнеків, приймальної воронки, змішувального пристрою, розподільчої коробки, компенсатора тиску, приводного валу, завантажувального шнекового транспортера та інших пристроїв та механізмів.

Машина 2 СМН-20 розрахована для перевезення до 8 т сухого цементу (при невеликих відстанях перевезення по хорошій дорозі до 9 т матеріалу). Після прибуття на місце роботи вона довантажується за допомогою вертикального завантажувального шнека з швидкістю від 12 до 15 т за годину або автоцементовозами з пневматичним розвантаженням з швидкістю 1 т/хв.

Кількість цементу, що подається, регулюється шляхом частоти обертання двох горизонтальних шнеків-дозаторів.

Діаметр шнека 245 мм. Розвантажувальні кінці шнеків виходять за межі бункера в приймальну воронку, в якій обидва потоки цементу з’єднуються і направляються вертикальним шнеком до змішувального пристрою.

Приймальна воронка призначена для прийому цементу, який подається двома шнековими транспортерами для подачі його в змішувальний пристрій.

Бункер цементозмішувача призначений для завантаження цементу або інших порошкоподібних матеріалів. Він являє собою ємність, виготовлену із сталевих листів і приварену до несучої рами із швелера. Його бокові стінки нахилені під кутом 53 – 54⁰ і переходять у напівеліптичний дах з двома завантажувальними люками. Люки перекриті знімними решітками і щільно закриті накривками. На даху бункера є настили з відкидними перилами для полегшення обслуговування машини в період завантажування цементу. Драбина для підйому на дах бункера розміщена з лівого боку машини на задній торцевій стінці.

Із заднього торця рама бункера подовжена і утворює відкритий знизу ящик з відкидними дверцятами. В цьому ящику розміщена приймальна воронка.

На передній торцевій стінці бункера розміщені приводні механізми. Для розвантаження шасі автомашини при максимальному завантаженні бункера передбачено чотири відкидні домкрати, які приварені до несучої рами.

На випадок виходу із ладу механізмів приводу або двигуна автомобіля в бункері (справа в передній частині і зліва у задній частині) передбачено два аварійних люка для розвантаження порошкоподібного матеріалу.

Дно бункера виконано у вигляді двох паралельних корит. Кожний із шнекових транспортерів розміщений у своєму торцевому кориті.

Регулятор подачі і густини розчину має «магазин» із набором насадок різного перерізу (дві насадки діаметром 12,5 мм, дві – діаметром 13,5 мм, дві – діаметром 14,5 мм і одна – діаметром 15 мм). Змішувальний пристрій має обвідну трубу з краном для регулювання густини розчину шляхом додавання необхідної кількості води із регулятора безпосередньо в напірну трубу. Якість перемішування розчину покращується із збільшенням подачі.