Модернизация цементировочного агрегата ЦА-320А, путём установки в мерный бак перемешивающих устройств с лопастными насадками-Курсовая работа-Оборудование для капитального ремонта, обработки пласта, бурения и цементирования нефтяных и газовых скважин

Модернизация цементировочного агрегата ЦА-320А, путём установки в мерный бак перемешивающих устройств с лопастными насадками-Курсовая работа-Оборудование для капитального ремонта, обработки пласта, бурения и цементирования нефтяных и газовых скважин
2. Описание и принцип работы

2.1 Назначение цементировочного агрегата ЦА-320А

Установка насосная передвижная ЦА 320А предназначена для нагнетания различных жидких сред при цементировании скважин в процессе бурения и капитального ремонта, а также при проведении других промывочно-продавочных работ в нефтяных и газовых скважинах. А также для подачи затворяющей жидкости в смесительное устройство при приготовлении раствора.[24]

2.2 Техническая характеристика ЦА-320А

Техническая характеристика оборудования, входящего в состав передвижной насосной установки представлен в таблице 1.[24]

Таблица 1 – Техническая характеристика ЦА - 320
Шасси автомобиль Урал 4230

Грузоподъемность, т 10—12
Мощность двигателя, кВт 176,5
Частота вращения вала двигателя, мин-1 не более, об/мин  2100
Насос высокого давления 9Т(НЦ-320)

Полезная мощность, кВт   105
Ход поршня, мм   250
Передаточное число глобоидной передачи  20
Вспомогательный двигатель ГАЗ-53

Частота вращения вала двигателя, мин максимальная < 2800
 рабочая 1745
Мощность, кВт, не более 51,5
Крутящий момент, Н·м, не более 205

Продолжение таблицы 3
Центробежный насос ЦНС 38-154

Частота вращения вала насоса, мин 2950
Подача, дм3/с 10
Давление, МПа 1.54
Коробка перемены передач вспомогательного двигателя

Передаточное число   0,59
 
Смазка автомобильная
трансмиссионная
ГОСТ 3781-53
Манифольд

Вместимость, м3 мерного бака 6,4
 бачка для цементного раствора 0,25
Условный диаметр, мм: Приемной линии цементировочного и центробежного насосов 100
 напорной линии цементировочного и
центробежного насосов 50
Габаритные размеры агрегата, мм, не более  9350 х 2500 х 3750
Масса агрегата, кг: полная 21135
 комплекта 20300











2.3 Устройство и принцип действия

Цементировочный агрегат ЦА 320, показан на рисунке 2. [24]



1 – шасси автомобиля Урал 4230; 2 – искрогаситель;
3 – выхлопная труба; 4 – двигатель ГАЗ 53;
5 – водяной насос; 6 – цементировочный насос;
7 – защитный кожух насоса 9Т; 8 – электрооборудование агрегата;
9 – мерный бак; 10 – шарнирные колена;
11 – донные клапаны; 12 – манифольд;
13 – труба L = 2000мм.; 14 – труба L = 4000мм.;
15 – карданный вал; 16 – коробка отбора мощности.
Рисунок 2 – Основные узлы ЦА-320А




Рисунок 2.1 - Режим работы цементировочного агрегата ЦА-320А


Цементировочный насос 9Т [24]
Основной частью цементировочного агрегата является насос высокого давления 9Т - горизонтальный, двухпоршневой, двустороннего действия со встроенным червячным редуктором повышенной нагрузочной способности.
Данный насос предназначен для нагнетания жидких сред (глинистых, цементных, солевых растворов) при промывочно-продавочных работах и цементировании нефтяных и газовых скважин в процессе их бурения и капитального ремонта.
Насос состоит из двух основных частей - гидравлической и приводной (рисунок 2.2) 






1 – упорные шарикоподшипники; 2 – вал червяк; 3 –роликоподшипник; 4 – шатун;
5 – пружинное кольцо; 6 – крейцкопф; 7 – чугунные накладки; 8 – разделитель;
9 –нагнетательный коллектор; 10 – предохранительный клапан;
11 – клапанная коробка; 12 – клапан; 13 – нажимные коронки;
14 – уплотнительное кольцо; 15 – поршень; 16 – втулка; 18 – шток;
19 – сальниковое уплотнение; 20 – манжетное уплотнение камеры крейцкопфа;
21 – корпус насоса.
Рисунок 2.2 – насос высокого давления 9Т

Рассмотрим гидравлическую часть насоса высокого давления:

Клапанная стальная коробка 11 (рисунок 2.2) отлита из двух блоков, для жесткости сваренных вместе. Поршни 15 насоса самоуплотняющегося типа состоят из стальных сердечников, гуммированных специальной резиной. Посадка поршня на штоке цилиндрическая, с закреплением гайкой и контргайкой. Цилиндровые втулки в клапанных коробках уплот-няются резиновым кольцом 14.
Изменение давлений и подачи достигается при помощи сменных цилиндровых втулок 16 и поршней 15 насоса. Диаметры применяемых втулок и поршней 100, 115 и 127 мм.
Для повышения износоустойчивости втулок внутренняя поверхность их закаливается токами высокой частоты. Цилиндровые втулки в клапанных корейках зажимаются крышками через нажимные коронки 13.
Шток 18 поршня в месте соединения гидравлической и приводной частей уплотнен сальником 19. Надежное уплотнение сальника достигается манжетами, установленными в корпусе сальника. Поджатие сальника осуществляется при помощи нажимной втулки и фланца.
Приемные камеры клапанных коробок соединены всасывающим коллектором 17 (рисунок 2.2), фланец которого присоединяется к трубопроводу установки. Одновременно коллектор служит опорой для гидравлической части. Насос имеет четыре всасывающих и четыре нагнетательных клапана 12, одинаковых по размерам и конструкции.
Нагнетательные части клапанных коробок соединены коллектором 9, отлитым заодно с воздушным колпаком, к которому при помощи штуцеров подсоединены нагнетательная линия с двухдюймовым краном и линия сброса давления с дюймовым краном.
Между дюймовым краном и воздушным колпаком на промежуточном тройнике установлен предохранительный клапан 10 гвоздевого типа, предназначенный для ограничения давления, создаваемого насосом. На нагнетательном коллекторе установлен манометр.
Для предохранения манометра от попадания в него растворов предусмотрен разделитель 8 (рисунок 2.2) диафрагменного типа, у которого камера, соединяемая с манометром, заполняется маслом. Клапанные коробки крепятся шпильками к станине 21, в которой смонтирована приводная часть насоса.
Рассмотрим приводную часть насоса 9Т:

В нижней части картера, служащей масляной ванной насоса, находится глобоидный червяк 2, опорами которого служат два роликоподшипника 3.
От осевых смещений червяк зафиксирован двумя упорными шарикоподшипниками 1, установленными на дистанционных втулках.
Эксцентриковый вал вращается на сферических роликоподшипниках, расположенных в гнездах станины и крышке станины в месте их разъема. Крышка станины в местах установки подшипников эксцентрикового вала крепится к станине четырьмя шпильками, по периметру фланец крышки крепится к фланцу станины болтами. Для восприятия осевых усилий на концах эксцентрикового вала установлены упорные шарикоподшипники . Средняя часть эксцентрикового вала развита в ступицу, на которую напрессован и закреплен болтами бронзовый венец глобоидной передачи. На эксцентрики эксцентрикового вала, расположенные под углом 90° друг к другу и отлитые совместно с валом, надеты шатуны с роликоподшипниками.
Внутреннее кольцо мотылевого подшипника фиксируется пружинным кольцом 5 (рисунок 2.2), а наружное кольцо этого подшипника закреплено двумя планками. Корпус крейцкопфа 6 стальной, с чугунными накладками 7.
Для предотвращения попадания грязи в приводную часть насоса камера крейцкопфа в месте прохода штока имеет сальник 20. Наружное окно камеры закрыто крышкой. Палец крейцкопфа устанавливается в корпусе крейцкопфа на конусной посадке, закрепляется нажимной планкой и фиксируется от проворачивания шпонкой.
Смазка приводной части насоса осуществляется коловратным насосом, приводимым во вращение от червяка насоса 9Т и укрепленным на торцовой крышке картера станины. Масло, забираемое коловратным насосом из масляной ванны картера станины, через масляный фильтр по трубкам подается к подшипникам эксцентрикового вала и крейцкопфам. Подшипники мотылевых головок шатунов смазываются из масляной ванны путем разбрызгивания.

Водоподающий насос ЦНС 38-154 [24]

В качестве водоподающего насоса применен многоступенчатый центробежный секционный насос (ЦНС) (рисунок 2.3), предназначенный для подачи жидкости в цементосмеситель при затворении цементного раствора.
Устройство и эксплуатация центробежного насоса приведены в его паспорте.

1 - кронштейн; 2 - отбойное кольцо; 3 - вал; 4 - гайка вала; 5 - пеньковая набивка; 6 - диск; 7 - гидравлическая пята; 8 - регулировочное кольцо; 9 - втулка разгрузки; 10 - дистанционная втулка; 11 - крышка нагнетания; 12 - направляющий аппарат; 13 - кольцо направляющего аппарата; 14, 15 - уплотнительное кольцо; 16 - рабочее колесо;
17 - стяжная шпилька; 18 — пробка; 19 - сливная трубка; 20 - крышка всасывания;
21 - гидрозатвор; 22 - кольцо; 23 - грундбукса; 24 - кронштейн; 25 - втулочно-пальцевая муфта; 26 - специальная гайка; 27 - отбойное кольцо; 28 - манжета; 29 - втулка; 30- сфери-ческий подшипник; 31 – гайка.
Рисунок 2.3 - Центробежный насос

Водоподающий насос оборудован системой продувки выхлопными газами двигателя для удаления жидкости из насоса после окончания работы при минусовых температурах и прогрева насоса.
Манифольд установки

Манифольд установки состоит из приемной и нагнетательной линий.
Рисунок 2.4 - Манифольд установки









1 - манометр; 2 - линия сброса; 3 - нагнетательная линия насоса 9Т;
4, 12 - шиберная заслонка; 5 - приемная линия насоса ЦНС;
6 - нагнетательный рукав насоса ЦНС; 7 - система продувки;
8 — кран высокого давления; 9 — кран проходной наливной линии;
10 - кран для сброса давления; 11 - шланг приемной линии насоса 9Т;
13 - приемная линия насоса 9Т.
Рисунок 2.4.1 - Манифольд установки в разрезе (А-А)
Приемная линия насоса 9Т при помощи установленных на ней шиберных заслонок 4 (рисунок 2.4) позволяет забирать жидкость как из мерного бака, так и из цементного бачка, устанавливаемого на земле.
Забор жидкости из цементного бачка может производиться с правой или левой стороны установки с помощью гофрированного шланга 11, присоединяемого к приемному трубопроводу.
Нагнетательная линия 3 насоса 9Т выведена на заднюю часть установки под настилом и мерным баком и заканчивается уплотнительным конусом с гайкой. Для соединения нагнетательной линии установки с устьем скважины служит разборный трубопровод, состоящий из труб высокого давления и шарнирных колен. В транспортном положении трубы высокого давления помещаются на специальных стойках. Шарнирные колена укладываются в ящик. Сброс давления в нагнетательной линии насоса 9Т можно произвести открытием крана 10 (рисунок 2.4.1) через жесткую трубу линии сброса 2 в мерный бак.[24]
На приемной линии 5 насоса ЦНС 38-154, соединяющей насос с нижней камерой мерного бака, установлена шиберная заслонка 12.
Нагнетательная линия насоса ЦНС 38-154 выведена под настил с левой стороны установки и заканчивается гнездом уплотнения, к которому на месте производства работ присоединяется резиновый рукав 6 для подачи жидкости в цементосмеситель. Количество жидкости, подаваемое насосом ЦНС в цементосмеситель, регулируется изменением числа оборотов двигателя.
Для контроля за давлением на нагнетательной линии насоса ЦНС установлен манометр 1.
Манифольд установки оснащен системой продувки 7 для удаления жидкости после работы.
Продувка производится выхлопными газами двигателя ЯМЗ-238 при плавном повышении оборотов двигателя (1400—1500 мин-1) до полного удаления жидкости из насоса и трубопроводов, но не более 5 мин. При этом давление газов в выхлопных трубах автомобиля не должно превышать 1 Па.
Конструкция манифольда позволяет применить систему продувки также для подогрева гидравлической части насоса 9Т перед началом работы и для очистки трубопроводов манифольда и мерной емкости после окончания работы и промывки водой.
Продувку манифольдов и насоса 9Т нужно осуществлять на тех же режимах, что и для центробежного насоса, но нельзя допускать перегрева резиновых уплотнений и деталей, гуммированных резиной, которые от сильного перегрева теряют эластичность и быстро разрушаются. Кинематическая схема и схема приемного и напорного манифольдов насосной установки представлена на рисунке 2.5 [24]
1 - двигатель ЯМЗ-238; 2 - коробка перемены передач; 3 - раздаточная коробка автомобиля; 4 - шестерня высшей передачи первичного вала раздаточной коробки;
5 - рычаг включения насоса 9Т; 6 - коробка отбора мощности; 7 - карданный вал;
8 - двигатель ГАЗ-53; 9 - коробка перемены передач; 10 - муфта; 11 - насос 9Т;
12 - кран 2” высокого давления; 13 - нагнетательная линия; 14 - заслонка; 15 - мерный бак; 16 – наливная линия; 17 - донные клапаны; 18 - линия сброса; 19 – приемная линия насоса 9Т; 20 - бачок для цементного раствора; 21 - кран 1” с верньером; 22 - приемная линии насоса ЦНС; 23 - заслонка; 24 - цементосмеситель; 25 - нагнетательная линия на-соса ЦНС; 26 - насос ЦНС.
Рисунок 2.5 - Кинематическая схема и схема приемного и напорного манифольдов насосной установки

Мерный бак расположен сзади на раме и прикреплен к ней болтами. Бак разделен продольной перегородкой на две равные части, в каждой из которых установлены замерные рейки с ценой деления 0,1 м3.
Донные клапаны, установленные в днище бака, позволяют соединить одну или другую половину бака с небольшой дополнительной камерой под днищем бака, к которой присоединены приемные линии обоих насосов.
Наполнение мерного бака водой или глинистым раствором производится через наливную трубу диаметром 2”, проходящую через днище бака наверх. На наливной трубе установлены два проходных крана 9, позволяющие поочередно наполнять обе половины бака (рисунок 2.4.1). [24]

4. Техническое предложение

Успех работ по цементированию определяется множеством факторов, но основным фактором качества является герметичность обсадной колонны и герметичности цементного кольца за колонной. Для этого необходимо на протяжении всего процесса цементирования поддерживать однородность и плотность тампонажного раствора, а также непрерывную подачу его в затрубное пространство в случае отказа оборудования и внештатных ситуаций.
Для достижения этой цели, принял решение о дополнительной установке в мерный бак двух перемешивающих устройств с лопастными насадками, привод которых будет осуществляться от электродвигателей необходимой мощности.
Это позволит цементировочному агрегату ЦА-320А осуществлять набор цементного раствора в мерные баки, объемом до 6 м^3, исключив выпадение в осадок элементов цементного раствора, а также осуществлять рециркуляцию раствора для набора необходимой плотности.
Благодаря данной модернизации мы можем сократить количество техники при цементировании скважин, нет необходимости использования установки сместительно – осреднительной (УСО).
Данная модернизация цементировочного агрегата ЦА-320А снизит возможность прерывания процесса цементирования и уменьшит риск дополнительных затрат. Кроме того, увеличится качество цементного или бурового раствора за счет постоянного механического и динамического перемешивания, что позволит получить в итоге более качественный цементный камень и как следствие увеличение качества самого цементирования.