Оборудование для подготовки малообъемных тампонажных смесей. Смеситель гидравлический СГМ-100 блока приготовления раствора БПР-70 смесительной установки УС-50-14-Дипломная работа-Оборудование для капитального ремонта, обработки пласта, бурения и цементиро

Дипломный проект на тему «Оборудование для подготовки малообъемных тампонажных смесей» выполнен на основании задания на проектирование, выданного ООО «Газпром добыча Красноярск».
На данный момент серийно выпускаемые цементосмесительные установки рассчитаны на приготовление большого количества тампонажной смеси (десятки кубометров). Для установки цементных мостов данные агрегаты обладают избыточной производительностью и экономически невыгодно приобретать их для бригады испытателей скважин.
В связи с этим, возникла необходимость разработать мобильные емкость для приготовления цементного раствора.
Дипломный проект содержит листов графической части, ____ листов пояснительной записки. При работе над дипломным проектом использована информация из ___ литературных источников.
В настоящее время в отечественной практике широко используют прогрессивную технологию приготовления буровых растворов из порошкообразных материалов. Технология основывается на применении серийно выпускаемого оборудования: блока приготовления раствора (БПР), выносного гидроэжекторного смесителя, гидравлического диспергатора, емкости ЦС, механических и гидравлических перемешивателей, поршневого насоса.
Блок БПР предназначен для приготовления и утяжеления бурового раствора, а также хранения на буровой запаса порошкообразных материалов. Выпускается несколько типов БПР, отличающихся вместимостью бункеров для хранения материалов.
Наиболее широко применяется БПР, выпускаемый Хадыженским машзаводом. Он представляет собой (рисунок 2) два цельнометаллических бункера 1, которые оборудованы разгрузочными пневматическими устройствами 7, резинотканевыми гофрированными рукавами 3 и воздушными фильтрами 2. В комплект БПР входит выносной гидроэжекторный смеситель 4, который монтируется непосредственно на емкости ЦС и соединяется с бункером гофрированным рукавом.
Бункера предназначены для приема, хранения и подачи порошкообразных материалов в камеру гидроэжекторного смесителя. Они представляют собой цилиндрические резервуары с коническими днищами и крышей, которые установлены на четырех приваренных к раме 5 стойках 6. Порошкообразный материал подается в них из автоцементовозов по трубе, закрепленной на внешней поверхности цилиндрической части бункера. К коническому днищу прикреплено раз-грузочное устройство, включающее аэратор, поворотную шиберную заслонку и воздушный эжектор. На крышке бункера установлен воздушный фильтр.
Выносной гидроэжекторный смеситель состоит из корпуса с тремя патрубками. К верхнему патрубку крепится прием для поступающего из бункера или через воронку порошкообразного материала. В левом патрубке установлены сменный твердосплавный штуцер и труба для подачи жидкости от насоса. К правому патрубку прикреплены диффузор и сливная труба. При прохождении подаваемой насосом жидкости через штуцер в камере гидроэжекторного смесителя создается вакуум. В результате этого порошкообразный материал из бункера поступает по резинотканевому гофрированному рукаву в камеру.
Принцип действия блока БПР состоит в следующем (рисунок 3). Порошкообразный материал (глина, барит и др.), привезенный на скважину автоцементовозом, загружается в силосы 1 пневмотранспортом при помощи компрессора. Поступая в силос, материал отделяется от воздуха, а воздух выходит в атмосферу через фильтр 2. При необходимости подачи порошкообразного материала в гидроэжекторный смеситель вначале аэрируют материал в силосе, чтобы исключить его зависание при опорожнении силоса, затем открывают шиберную заслонку, в результате чего обеспечивается доступ материалов в гофрированный шланг.
Жидкость, прокачиваемая насосом через штуцер гидросмесителя, в камере последнего создает разрежение, а так как в силосе поддерживается атмосферное давление, то на концах гофрированного шланга возникает перепад давления, под действием которого порошкообразный материал перемещается в камеру гидросмесителя, где смешивается с прокачиваемой жидкостью. Воронка гидросмесителя служит для ввода материала в зону смешивания вручную. В обычном случае ее патрубок закрыт пробкой.
Блок БПР-70 оборудован гидравлическим измерителем массы порошкообразного материала ГИВ-М. Передвижная установка смесительная механическая УС50-14 предназначена для транспортирования сухих порошкообразных материалов (цемента, тампонажных смесей и др.), механически регулируемой подачи этих материалов винтовыми конвейерами и приготовления тампонажных растворов при цементировании нефтяных и газовых скважин [3]. Она работает совместно с цементировочным агрегатом, от насоса которого к смесительному устройству подводится жидкость затворения. Установка предназначена для работы в районах с умеренным и холодным климатом. Устройство и принцип работы установки. Оборудование установки монтируют на шасси автомобиля Урал 4320-1912-40. Состоит оно из бункера, коробки отбора мощности, трансмиссии, загрузочного и дозировочного винтовых конвейеров, устройства смесительного, системы управления и вспомогательного оборудования (рисунок 10,11). Бункер установки предназначен для аккумулирования транспортируемого тампонажного материала и представляет собой влагонепроницаемую емкость, боковые и передняя стенки которой имеют угол наклона, превышающий естественный угол откоса цемента.
В верхней части бункера предусмотрены два люка с крышками, днище выполнено в виде двух параллельных корыт, в которых размещаются дозировочные винтовые конвейеры. Полость между передней стенкой бункера и наклонным листом, установленным внутри бункера, закрыта с боков откидными дверцами и используется как ящик для перевозки запасных деталей, инструмента и приспособлений.
Передняя стенка бункера утоплена в нижней части и служит базой для крепления передних опор дозирующих винтовых конвейеров.
На верхней площадке бункера имеются настил и откидные перила с фиксаторами. Для подъема оператора на верхнюю площадку предусмотрена стационарная лестница на передней стенке бункера.
Приемная камера приварена к задней стенке бункера. Передняя стенка приемной камеры имеет смотровое окно, закрытое прозрачной откидной крышкой, для визуального контроля поступления тампонажного материала к смесительному устройству, и служит базой для крепления задних опор дозирующих винтовых конвейеров.
В нижней части приемной камеры расположена заслонка с зубчатыми рейками и приводной рукояткой для ее выдвижения. В транспортном положении заслонка закрывает приемную камеру.
К фланцу приемной камеры крепят смесительное устройство с помощью двух полухомутов, один из которых неподвижный, а другой - откидной.
Устройство смесительное гидровакуумного типа (рисунок 12) работает по принципу струйного насоса и представляет собой камеру с диффузором, переходящим в сливную трубу.
Сливная труба в рабочем положении одним концом крепится с помощью болтов-фиксаторов к смесительному устройству, а на другом конце имеет деаэратор. В транспортном положении сливную трубу крепят с правой стороны бункера.
Принцип работы смесительного устройства основан на следующем: струя жидкости затворения, выходя из щелевидного насадка, создает разрежение в камере устройства, при этом тампонажный материал из приемной камеры попадает в сливную трубу, в которой за счет турбулентности потока происходит перемешивание материалов. Далее готовый раствор поступает в приемный бачок насосной установки.
Внутри гильзы устанавливают сменные щелевидные насадки с проходным сечением, эквивалентным диаметрам 10, 12, 18 и 22 мм.
Размер проходного сечения насадки подбирается в зависимости от необходимой плотности приготавливаемого тампонажного раствора.
Отличительная особенность смесительного устройства - возможность регулирования плотности раствора без замены насадки путем поворота пробки крана гидросмесителя ГРПП на требуемый угол.
Перемещают сухой тампонажный материал внутри бункера установки и подают его к приемной камере и смесительному устройству с помощью двух дозировочных винтовых конвейеров (шнеков), расположенных в бункере. Передний и задний концы конвейеров находятся в подшипниковых опорах, установленных на переднем листе бункера и сзади на приемной камере. Каждый подшипниковый узел смазывают индивидуально.
Загрузочное устройство предназначено для механизированной догрузки бункера у скважины (до 20 т) и загрузки бункера из мешков в случае отсутствия механизированных складов.
Загрузочный винтовой конвейер (шнек) выполнен из двух секций. Верхняя секция с неподвижным кожухом вварена под углом непосредственно в бункер, в верхней части ее имеется конический редуктор, с которым связан конвейер. Привод винтового конвейера включает, кроме этого, карданную передачу, установленную на верхней площадке бункера, вращение которой передается от цепной передачи. Ведущая звездочка цепной передачи смонтирована на конце среднего вала коробки отбора мощности, а ведомая звездочка установлена на валу трансмиссии, закрытом трубчатым кожухом, на верхней площадке. На-тяжение цепной передачи осуществляется перемещением по пазам кронштейнов, несущих на себе трубу трансмиссии.
Откидная часть загрузочного винтового конвейера соединяется с неподвижной частью с помощью вилки, поводка, пальца и передвижной муфты. Загрузочный винтовой конвейер оборудован консольной опорой, закрепляемой в рабочем положении в направляющей трубе.
После соединения и закрепления на опоре откидной части шнека устанавливают загрузочную воронку.
Отбор мощности для привода рабочих органов установки производится с помощью коробки отбора, установленной на раздаточной коробке автомобиля Урал 4320-1912-40. Коробка отбора мощности - пятивальная.
Приемный вал используют для привода датчика тахометра магнитоиндукционного типа.
Коробку отбора мощности крепят к раздаточной коробке ав-томобиля, а также к лонжеронам автомобиля через опорные лапы. Точность установки обеспечивается двумя контрольными штифтами в плоскости разъема раздаточной коробки и коробки отбора мощности. Вращение от выводных боковых валов коробки отбора мощности к дозировочным конвейерам передается двумя карданными валами, расположенными в передней части бункера, а вращение загрузочного конвейера - через цепную передачу. Для предохранения коробки отбора мощности от перегрузки при заклинивании конвейеров во фланцах карданных валов установлены опломбированные срезные пальцы.
Пневматический вибратор устанавливается на левой стенке бункера.
Питание вибратора - от пневмосистемы автомобиля. Режим работы - повторно-кратковременный.
Система управления - дистанционная, централизованная с поста, расположенного в задней части установки у смесительного устройства. На панели поста управления находятся органы управления подачей топлива (ручка газа), сцеплением, ручка включения вибратора, тахометр - прибор для контроля частоты вращения винтовых конвейеров, а также тумблеры осветительных приборов и отключения тахометра. Под корпус поста уп-равления выведена рукоятка включения дозировочных шнеков.
Управление подачей топлива - механическое, дублированное. С помощью тяг и рычагов усилие передается от ручки газа на панели поста к педали управления подачей топлива в кабине автомобиля. Перемещением ручки по вертикали из нижнего положения в верхнее увеличивают частоту вращения двигателя.
Выключение фрикционной муфты сцепления - пневматическое, дистанционное.
Питание исполнительного органа тормозной камеры осуществляется от пневмосистемы автомобиля через краны на посту управления. Питание включают поворотом ручки разобщительного крана, установленного на ресивере над подножкой кабины автомобиля.
Сцепление выключают поворотом ручки крана "Сцепление".
Выключение тахометра в транспортном положении достигается тумблером "Тахометр".
Рабочее место оператора освещают фарой, смонтированной на кронштейне поста управления, а панель поста - включением соответствующих тумблеров "Фара" и "Приборы".
Для разгрузки оси заднего моста шасси автомобиля от действия массы тампонажного материала, догружаемого в бункер у скважины, установка имеет четыре домкрата. В транспортном положении домкраты подвешивают к продольным уголкам бункера установки.
Установка работает следующим образом. При включении двигателя монтажной базы, используемого для привода рабочих органов установки, вращение передается через сцепление и коробку передач автомобиля на ведущую шестерню z0 = 34 раздаточной коробки автомобиля, с которой производится отбор мощности пятивальной коробкой отбора мощности установки.
Установка работает в режиме загрузки и в режиме дозирования сухого тампонажного материала при приготовлении тампонажных растворов.
Режим загрузки. Перемещением рукоятки включения на себя с помощь тяги передается усилие на валик включения. Вилка включения при этом переводит зубчатую муфту из нейтрального в крайнее левое положение. Зубчатая муфта входит в зацепление с зубчатым колесом z6 = 42, передавая вращение на карданный вал привода загрузочного конвейера. Далее вращение передается через цепную передачу и промежуточный вал на карданный вал привода углового редуктора. Угловой редуктор преобразует вращение под углом 900 и передает его загрузочному винтовому конвейеру.
Лопасти конвейера, вращаясь, захватывают тампонажный материал, засасываемый в загрузочную воронку, и переносят его по трубе конвейера в бункер установки.
Режим дозирования. Перемещением рукоятки включения от себя с помощью тяги передается усилие на валик включения. Вилка валика включения при этом переводит зубчатую муфту из нейтрального в крайнее правое положение. Зубчатая муфта входит в зацепление с зубчатым колесом z6 = 42, передающим вращение на левое и правое колеса z7 = 46. Далее вращение передается двумя карданными валами на левый и правый дозирующий винтовые конвейеры.
Лопасти конвейера, вращаясь, захватывают тампонажный материал, засыпанный в бункер установки, и переносят его в приемную камеру и далее в смесительное устройство.
При работе установки для предупреждения сводообразований тампонажного материала в бункере и достижения стабильности дозирования необходимо периодически поворотом ручки крана, расположенного на посту управления, включать пневмовибратор.

Предлагаемая в дипломном проекте установка, соответствует требованиям, предъявляемым к ней, а именно является блоком для подготовки малообъемных тампонажных смесей с резервуаром вместимостью 1,5 м3.
На основе анализа достоинств и недостатков рассмотренных ранее блоков приготовления тампонажных смесей, а также смесительных установок мы сделали выводы и разработали свою технологическую схему работы установки, её конструкцию и посчитали затраты на изготовление.

4.1 Технологическая схема работы установки

Технологическая схема работы установки представлена на рисунке 14 и листе 4 Приложения.
С использованием этой схемы приготовление раствора осуществляется следующим образом. В резервуар 2 из рукава 1 заливают расчетное количество жидкости затворения и с помощью электронасосного агрегата ПРМ 63/22,5 3 по выкидному патрубку 4 с трехходовым шаровым краном (с Т-образной пробкой) 9 подают ее сначала через смеситель гидравлический СГМ-100 11, для этого предварительно установив кран в соответствующее положение. В то же время порошкообразный материа¬л (сухой цемент) подается в воронку 7, откуда с помощью гидровакуума засасывается через рукав 8 в камеру гидравлического смесителя, где и происхо¬дит его смешивание с дисперсионной средой. Скорость подачи сухого материала регулируется с помощью регулятора подсоса воздуха 6. Далее суспензия сли¬вается в емкость и вновь повторяется описанный цикл до тех пор, пока весь сухой материал не смешается.
Следующий цикл приготовления раствора заключается в применении самовращающегося гидравлического перемешивателя. Для этого кран трехходовой шаровый переводят в положение, при котором суспензия через рукав 10 поступает в гидравлический перемешиватель NJQ80-3 12, который под действием реактивных сил, возникающих при высокоскоростном истечении раствора из его насадок, вращается. Благодаря этому перемешивание и размывание сгустков происходят по всему объему раствора.
Круговая циркуляция прекращается лишь тогда, когда смешано расчетное количество компонентов и основные технологические показатели свойств раствора близки к рас¬четным.
Для нагнетания полученного раствора на цементировочный агрегат (например, ЦА-320) на выкидном патрубке имеется ответвление, с установленным на нем затвором поворотным дисковым 5.
Преимущество данной установки заключается в принципе использования самовращающегося гидравлического перемешивателя, который не только упрощает технологическую схему установки, её эксплуатацию, но еще и значительно облегчает процесса промывки резервуара.
Для этого, после подачи тампонажного раствора по назначению достаточно всего лишь обеспечить подачу жидкости в резервуар и начать прогонять её по циклу работы гидравлического перемешивателя, который будет силой выпускаемых струй омывать стенки ёмкости. Затем открыть затвор поворотный дисковый, установленный на ветке для слива, и установить кран трехходовой шаровый в закрытое положение.
4.2 Оборудование, используемое в установке.
Всё используемое оборудование установлено на салазках с размещенным на них резервуаром со сварной рамой, закрепленной болтовым соединением со стойкой (рисунок 15, 16) (см. Приложение А лист 5, 6, 7).
Насос центробежный шламовый с безнапорным сальником ПРМ 63/22,5 (ТУ 3661-001-10147164-04) представлен на рисунке 16 [15]. Предназначен для перекачивания гидросмесей, температурой от 5 до 600С, с твердыми включениями максимальной плотностью 5400 кг/м3, объемной концентрацией до 25% и микротвердостью до 9000 МПа. Насос может входить в состав циркуляционных систем буровых установок всех типов и может эксплуатироваться как в закрытых помещениях, так и на открытом воздухе.
Согласно прайс-листу компании ЗАО «Энергопром» стоимость насосного агрегата ПРМ 63/22,5 с электродвигателем мощностью 11 кВт (1500 об/мин) на раме составляет 75 825,00 руб. с НДС.

4.2.2 Перемешиватель гидравлический самовращающийся (гидромонитор) NJQ80-3
Перемешиватель гидравлический NJQ80-3 (рисунок 18) бурового и тампонажного раствора применяется в системе циркуляции, является специальным инструментом для предотвращения оседания раствора, поддержания его однородности [16]. Оборудование характеризуется простой конструкцией, удобством в использовании.
Принцип действия перемешивателя заключается в следующем. Раствор посредством электронасосного агрегата подается в приемный патрубок 1, оттуда он поступает в ствол, вращающийся на шарикоподшипниках замкового типа. Между приемным патрубком и стволом установлены уплотнения, предотвращающие утечку и попадание раствора в подшипники. На конце ствола устанавливается конически сходящаяся форсунка 3 для повышения скорости, дальности действия и силы удара струи раствора, выбрасываемого из ствола. Реактивная сила, возникающая при высокоскоростном истечении раствора из форсунок, приводит перемешиватель во вращение. Благодаря этому перемешивание и размывание сгустков происходит по всему объему бурового раствора. Смеситель СГМ-100 (рисунок 19) предназначен для приготовления, обработки, утяжеления и предварительного диспергирования буровых и тампонажных растворов на водной основе и углеводородных эмульсий путемсмешения порошкообразных материалов (барита, глинопорошка и химических реагентов) с жидкостью в высокотурбулентном потоке. В комплект поставки входят смеситель, загрузочная воронка и пневмозагрузчик, комплект сменных сопел для смесителя, соединительные рукава [12]. Смеситель является разновидностью струйного аппарата, в котором осуществляется эжекция порошкообразных материалов и интенсивное смешивание с потоком рабочей жидкости (воды или бурового раствора), предварительного диспергирования и деаэразация смеси.
Приготовление тампонажного и бурового раствора, его утяжеление, химическая обработка с применением смесителя осуществляется следующим образом.
Смеситель через ниппель 8 соединяется с нагнетательными патрубками насоса. При движении рабочей жидкости через смеситель образуется вакуум, за счет которого порошкообразный материал из воронки или пневмозагрузчика поступает в смеситель 3. В комплект смесителя входят сменные сопла, при помощи которых достигается необходимый вакуум во всасывающем пат¬рубке. Порошкообразный материал засыпается в воронку или при помощи пневмозагрузчика загрузка происходит прямо из мешков или контейнера. Подсос воздуха в корпус воронки или пневмозагрузчика осущест¬вляется при помощи регулятора 7 (рисунок 20) и колпачка 6 (рисунок 21) соответственно. Необходимым условием стабильной работы смесителям является равномерное поступление порошка во всасывающий патрубок.
Согласно прайс-листу компании ООО «Завод ЮГМАШ» стоимость комплекта СГМ-100 составляет 55 250 руб. с НДС.
В результате дипломного проекта нам удалось разработать установку приготовления тампонажного раствора, полностью соответствующую требованиям заказчика в лице ООО «Газпром добыча Красноярск».
Данная установка имеет простую конструкцию, что исключает использование специализированного персонала. Вес модуля (1,6 тонны) позволяет его транспортировку на большие расстояния вертолетом Ми-8. Агрегаты, используемые в блоке, хорошо зарекомендовали себя в нефтяной промышленности.
Экономический анализ показал, что изготовление и доработка (в случае необходимости) данного блока целесообразна, так как его себестоимость гораздо ниже аналогичных блоков и установок смесительных типа УС50-14. В подтверждение этому - затраты на приобретение необходимого материала и оборудования, доставку, монтаж нашей установки составили в целом 225 334 рублей, а затраты на приобретение, например, аналогичного блока БПР-1 составляют 730 270 рублей. Анализ экономической выгоды отчетливо представлен на диаграмме (раздел 6.9).