смесительная установка для приготовления растворов

Формула изобретения

Смесительная установка для приготовления растворов, содержащая транспортное средство с входящими в его состав ресивером и компрессором, размещенные на нем мешалку с перемешивающим устройством, измерителем объема и установленной над ней сетчатой емкостью, в полость которой направлен сливной патрубок трубопровода гидронапорного смесителя, струйный гидросмеситель со сбросным стволом и сливным патрубком, резервуар для жидкости, разделенный пополам, с запорными органами и измерителями объема в каждой его половине, насос, приемная часть которого посредством трубопроводов и запорных органов сообщается с нижней частью мешалки и с резервуаром для жидкости, а его напорная часть сообщается со струйным гидросмесителем, бункер для сыпучих материалов с измерителем их объема, приемным устройством, рукавом и трубопроводом с запорным органом, с крышкой, герметично закрывающимся люком и заслонкой в нижней части конусного днища, фартуком, прикрепленным изнутри к крышке, с приемно-распределительным устройством, выполненным в виде тройника, один патрубок которого соединен со струйным гидросмесителем, второй патрубок направлен вверх и снабжен запорно-открывающимся устройством, а третий патрубок направлен вниз и снабжен запорно-регулирующимся устройством, отличающаяся тем, что в центре мешалки вертикально установлен растворопровод, верхняя часть которого герметично соединена со сливным патрубком струйного гидросмесителя, а нижняя часть оснащена вращающимся перемешивающим устройством типа сегнерово колесо с закрепленными на торцах крутоизогнутых фитингов насадками, установленным на опорное устройство, при этом рядом с растворопроводом в нижней части мешалки расположено аэрирующее устройство, сообщающееся с ресивером компрессора транспортного средства воздухопроводом через вентиль, бункер сверху дополнительно оснащен сетчатой емкостью, а трубопровод приемного устройства оборудован сбросным патрубком, направленным в полость этой сетчатой емкости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к смесительной технике и может быть использовано при строительстве и ремонте скважин в нефтяной и газовой промышленности, в геологоразведке и в гражданском строительстве для приготовления тампонажных, буровых и подобных растворов, буферных жидкостей, суспензий, эмульсий и т.д.

Известен пескосмесительный агрегат 4 ПА, предназначенный для приготовления смеси жидкости с песком, применяемой при гидроразрыве пластов в скважинах для повышения их дебита, для приготовления цементных растворов, а также для выполнения других операций по приготовлению различных типов растворов с транспортированием необходимых сыпучих и порошковых материалов к месту проведения работ. Агрегат включает следующие основные узлы, смонтированные на шасси автомобиля: бункер со шнеком и вибраторами (побудителями истечения сыпучих материалов), манифольд, струйный гидросмеситель со сбросным стволом, сообщающимся с полостью лопастной механической мешалки, получающей привод от гидромотора посредством маслонасоса, песковый центробежный насос с приводом через коробку передач, коробку отбора мощности и карданные валы от тягового двигателя автомобиля ("Справочное руководство по цементировочному оборудованию" О. И. Бездробный, А.И. Булатов, В.Д. Барановский и др. М., "Недра", 1979, с.162-163).

Основными недостатками данной конструкции агрегата являются:

- невозможность осуществления самозагрузки сыпучих и порошковых материалов в бункер агрегата, что очень важно в условиях промыслов и требуется наличие дополнительного загрузочного оборудования;

- ненадежность работы агрегата при подаче сыпучих материалов на смешение с жидкостью и не достигается эффективное их перемешивание из-за наличия сложного механического привода шнека и вращающихся в абразивных сыпучих материалах деталей и узлов, а также громоздкого и сложного привода пескового центробежного насоса и маслонасоса;

- невозможность подачи приготовленных растворов с высоким давлением и регулируемой производительностью непосредственно в нефтяную или газовую скважину центробежным песковым насосом, обеспечивающим давление нагнетания до 0,4 МПа.

Известна также смесительная установка для приготовления цементных растворов при цементировании и капитальном ремонте нефтяных и газовых скважин. Установка содержит транспортное средство с входящими в его состав ресивером и компрессором и размещенные на нем бункер с вибраторами (побудителями истечения сыпучих материалов), лопастную мешалку с гидромотором, струйный гидросмеситель со сбросным стволом и сливным патрубком, сообщающимся с верхней частью мешалки, манифольд, насос, приемная гидравлическая часть которого сообщается с нижней частью мешалки, и маслонасос, соединенные посредством коробки перемены передач, коробки отбора мощности и карданных валов с тяговым двигателем транспортного средства. Установка оснащена резервуаром для жидкости, разделенным пополам, с измерителями объема и запорными органами в каждой половине, а бункер снабжен установленным в его верхней части приемно-распределительным устройством (ПРУ) в виде тройника, один патрубок 1 которого соединен со струйным гидросмесителем, второй патрубок 2 направлен вниз и снабжен запорным органом и вакуумным рукавом, свободный конец которого расположен в нижней части бункера, а третий патрубок 3 оборудован крутоизогнутым фитингом, конец которого направлен вверх и снабжен пылевым фильтром и запорно-открывающимся устройством. Кроме этого, бункер вверху снабжен крышкой с герметично закрывающимся люком и патрубком 4 с вакуумным рукавом для загрузки порошка в бункер, в нижней части которого выполнено выгрузочное отверстие, оборудованное герметично закрывающейся заслонкой, а к внутренней стороне крышки прикреплен фартук, разделяющий верхнюю часть бункера на две части, в одной из которых размещен пылевой фильтр и запорно-открывающееся устройство, а во второй части - патрубки 1, 2 и 4. Мешалка вверху снабжена сетчатой емкостью, установленной под сливным патрубком сбросного ствола струйного гидросмесителя. При этом напорная гидравлическая часть насоса соединена со струйным гидросмесителем, а его приемная гидравлическая часть - с резервуаром для жидкости трубопроводами с запорными органами. (Патент на изобретение РФ 2150381 кл. В 28 С 5/33, 13.04.1999 - прототип).

Основными недостатками смесительной установки, приведенной в качестве прототипа, являются:

- сложность и ненадежность привода лопастной мешалки посредством гидромотора, маслонасоса, коробки перемены передач, коробки отбора мощности и карданных валов от тягового двигателя транспортного средства (особенно это проблемно в жаркий период времени, когда при работе установки масло в маслонасосе теряет вязкость и у лопастной мешалки снижаются обороты или она совсем останавливается);

- невозможность оперативного регулирования и поддержания регулируемой подачи порошковых материалов в струйный гидросмеситель и соответственно приготовление тампонажных растворов с необходимой плотностью, являющейся одним из основных контролируемых параметров приготавливаемых растворов.

Задача, достигаемая изобретением, заключается в упрощении конструкции перемешивающего устройства и его привода с одновременным повышением надежности его работы и установки в целом в процессе приготовления растворов путем использования для привода перемешивающего устройства энергии потока приготавливаемого раствора, сопутствующего с ним воздуха и сжатого воздуха, поступающего из ресивера компрессорной установки транспортного средства, барбатируя раствор и эффективно его перемешивая.

Поставленная задача достигается тем, что в смесительной установке для приготовления растворов, содержащей транспортное средство с входящими в его состав ресивером и компрессором и размещенные на нем мешалку с перемешивающим устройством, с измерителем объема и с установленной над ней сетчатой емкостью, в полость которой направлен сливной патрубок трубопровода гидронапорного смесителя, и струйный гидросмеситель со сбросным стволом и сливным патрубком, резервуар для жидкости, разделенный пополам, с запорными органами и измерителями объема в каждой его половине, насос, приемная часть которого посредством трубопроводов и запорных органов сообщается с нижней частью мешалки и с резервуаром для жидкости, а его напорная часть сообщается со струйным гидросмесителем, бункер для сыпучих материалов с измерителем их объема, с приемным устройством с рукавом и трубопроводом с запорным органом, с крышкой, герметично закрывающимся люком и заслонкой в нижней части конусного днища, фартуком, прикрепленным изнутри к крышке, с приемно-распределительным устройством ПРУ, выполненным в виде тройника, один патрубок которого соединен со струйным гидросмесителем, второй патрубок направлен вверх и снабжен запорно-открывающимся устройством, а третий патрубок направлен вниз и снабжен запорно-регулирующим устройством, в центре мешалки вертикально установлен растворопровод, верхняя часть которого герметично соединена со сливным патрубком струйного гидросмесителя, а нижняя его часть оснащена вращающимся перемешивающим устройством типа сегнерово колесо с закрепленными на торцах крутоизогнутых фитингов насадками, установленным на опорное устройство, при этом рядом с растворопроводом в нижней части мешалки расположено аэрирующее устройство, сообщающееся с ресивером компрессора транспортного средства воздухопроводом через вентиль, бункер сверху дополнительно оснащен сетчатой емкостью, а трубопровод приемного устройства оборудован сбросным патрубком, направленным в полость этой сетчатой емкости.

На фиг. 1, 2 представлен общий вид смесительной установки, а на фиг.3 - фрагмент узла I.

Смесительная установка содержит транспортное средство 1 с входящими в ее состав ресивером 2 и компрессором. На транспортном средстве 1 установлен резервуар 3 для аккумулирования жидкости, разделенный пополам, с запорными органами 4 и измерителями объема 5 в каждой его половине и заливным трубопроводом 6, насос 7 (плунжерного или поршневого типов), приемной частью сообщающийся с нижними частями резервуара 3 и мешалки 8 посредством приемных трубопроводов 9 с запорными органами 10, а его напорная часть сообщается трубопроводом 11 со струйным гидросмесителем 12, включающим сбросной ствол 13, сливной патрубок 14 и регулятор 15 ввода атмосферного воздуха, бункер 16 для сыпучего материала, имеющий крышку 17 с герметично закрывающимся люком 18, фартук 19, прикрепленный к крышке 17 изнутри и разделяющий полость бункера 16 на две части: часть, куда подается сыпучий материал и часть, откуда отсасывается воздух из него, аэрирующие клапаны 20, установленные на конусной части днища бункера 16, заслонку 21 в нижней его части, приемное устройство 22 с рукавом, трубопроводом, запорным органом и загрузочным патрубком 23 с запорным органом, направленными в полость сетчатой емкости 24, установленной сверху бункера 16, приемно-распределительное устройство (ПРУ), выполненное в виде тройника, первый патрубок 25 которого соединен со струйным гидросмесителем 12, второй патрубок 26 направлен вверх и снабжен запорно-открывающимся устройством 27, а третий патрубок 28 направлен вниз, конец которого оборудован запорно-регулирующим устройством, выполненным в виде конфузора 29, а его запорный орган 30 имеет форму конуса, соответствующего размеру конфузора 29, с уплотнительным эластичным и прижимными металлическими дисками у основания конуса, прикрепленными к нижнему концу штока 31, проходящему соосно с патрубками 26 и 28 через запорно-открывающееся устройство 27, жестко и герметично прикрепленному к нему через уплотнительное устройство в крышке 17, и снабжен стопорным устройством для фиксации их в определенном положении. Причем запорно-открывающееся устройство 27 и запорный орган 30 расположены на определенном расстоянии друг от друга, обеспечивая одновременное открывание и закрывание патрубков 26 и 28, а также изменение зазора между входным отверстием конфузора 8 и конусом запорного органа 30.

Мешалка 8, оснащенная заслонкой 32 в днище и пробоотборником 33, включает растворопровод 34, установленный вертикально по центру ее, к верхней части которого герметично подсоединен сливной патрубок 14 сбросного ствола струйного гидросмесителя 12, а к нижней части скользящей посадкой герметично присоединено перемешивающее устройство 35 типа сегнерово колесо с насадками 36 определенного диаметра, прикрепленными к торцам крутоизогнутых фитингов 37 с опорой всей конструкции на опорное устройство 38. Рядом с растворопроводом 34 в нижней части мешалки 8 расположено аэрирующее устройство 39, сообщающееся с ресивером 2 компрессора транспортного средства 1 воздухопроводом 40 через вентиль 41.

Установка также снабжена гидронапорным смесителем 42 с рукавом 43 и трубопроводом 44 со сливным патрубком 45, направленным в полость сетчатой емкости 46, устанавливаемой в верхней части мешалки 8, с измерителем объема 47 жидкости и измерителем объема 48 сыпучих материалов в бункере 16, домкратами 49 для снятия нагрузки с шасси транспортного средства 1 в процессе приготовления растворов, траповыми лестницами 50 и площадками обслуживания 51.

Смесительная установка для приготовления растворов работает следующим образом.

На месте проведения работ для снятия нагрузки с шасси транспортного средства 1 в рабочее положение устанавливаются домкраты 49. В резервуар 3 (в обе его половины) набирается расчетное количество воды, ориентируясь по показаниям измерителей объема 5. В бункер 16, ориентируясь по показаниям измерителя объема 48, загружается необходимое количество цемента посредством автоцементовоза с пневматической разгрузкой через загрузочный патрубок 23 или самозагрузкой с использованием серийно выпускаемой смесительной установки типа УС6-3 с подачей цемента из бункера двумя дозирующими шнеками в приемное устройство 22 по рукаву и трубопроводу. Подача цемента в обеих случаях осуществляется в сетчатую емкость 24, обеспечивающую отделение от него комкообразных включений. Для самозагрузки цемента в бункер 16 необходимо поднять шток 31 вверх до упора и застопорить в этом положении. Запорным органом 30 при этом закрывается вход цемента в конфузор 29 и открывается вход воздуху, находящемуся в полости бункера 16 (при герметично закрытых люке 18 и заслонке 21) в патрубок 26 при одновременно поднятом запорно-открывающемся устройстве 27 и запорном органе 30. Открывается запорный орган 10 и вода, находящаяся в резервуаре 3, за счет гидростатического напора поступает в мешалку 8 в количестве, необходимом для заполнения приемной гидравлической части насоса 7 и обеспечения его работы методом рециркуляции: отбирая воду из мешалки 8, подавая ее под давлением до 5,0 МПа в струйный гидросмеситель 12 и возвращая ее опять в мешалку 8. При этом в приемно-распределительном устройстве (ПРУ) и в патрубке 26 обеспечивается пониженное давление за счет эжекционного эффекта, создаваемого струей воды, выходящей из насадки с большой скоростью, увлекающей воздух, находящийся в корпусе струйного гидросмесителя 12 и в полости бункера 16, выбрасывая его вместе с потоком воды в мешалку 8. Цемент при этом за счет пониженного давления, создаваемого в бункере 16, засасывается в его полость из приемного устройства 22 по рукаву и трубопроводу с отделением комкообразных включений в сетчатой емкости 24. Для исключения превышения пониженного давления в бункере 16 выше допустимого (не допуская его смятия атмосферным давлением) и обеспечения обрушения образующихся сводов цемента на его конусном днище автоматически срабатывают аэрирующие клапаны 20, отрегулированные на определенное пониженное давление, впуская атмосферный воздух в полость бункера 16,тем самым снижая величину пониженного давления в нем.

Загрузка цемента в бункер 16 осуществляется до необходимого его объема, ориентируясь по измерителю объема 48. Пополнение цемента в бункер 16 может обеспечиваться в процессе приготовления раствора. Но для этого необходимо открывать вход в конфузор 29 для поступления цемента в корпус струйного гидросмесителя 12 на смешение с водой и закрыть вход в патрубок 26, опустив вниз шток 31, переместив тем самым вниз запорно-открывающееся устройство 27 и запорный орган 30. Приготавливаемый при этом раствор из струйного гидросмесителя 12 по сбросному стволу 13 и сливному патрубку 14 под избыточным давлением поступает в растворопровод 34, в крутоизогнутые фитинги перемешивающего устройства 35 типа сегнерово колесо и в насадки 36. Раствор, вытекая из насадков 36 с большой скоростью, вращает перемешивающее устройство 35 и тем самым механически перемешивает приготавливаемый раствор. Одновременно эффективное перемешивание раствора обеспечивается: гидравлически - раствором, вытекающим из насадков 36, пневматически - сопутствующим в растворе воздухом, перемешивая его методом барбатажа, а также воздухом, поступающим по воздухопроводу 40 от ресивера 2 компрессора транспортного средства 1 в аэрирующее устройство 39, дополнительно барбатируя и перемешивая весь объем приготавливаемого раствора, открыв вентиль 41.

Регулирование плотности приготавливаемого раствора осуществляется изменением подачи цемента в струйный гидросмеситель 12, изменяя величину зазора между конусом запорного органа 30 и входным отверстием в конфузор 29, а также снижением величины вакуума в корпусе струйного гидросмесителя с помощью регулятора 15 вводом атмосферного воздуха, тем самым снижая отбор цемента из бункера 16 и подачу его на смешение с водой.

Контроль плотности приготавливаемого раствора осуществляется отбором проб из пробоотборника 33 и измерением ее с помощью плотномера.

При необходимости приготовления раствора с большей производительностью или выхода из строя системы: насос - струйный гидросмеситель в работу может включаться последовательно со струйным гидросмесителем 12 и одновременно гидронапорный смеситель 42. Подача воды в него может осуществляться от серийно выпускаемой насосной установки типа УНБ-160, а цемента в его воронку - из бункера дозирующими шнеками серийно выпускаемой установкой типа УС6-30. Приготавливаемый при этом цементный раствор за счет скоростного напора по рукаву 43, трубопроводу 44 из сливного патрубка 45 поступает непосредственно в сетчатую емкость 46, где от него отделяются комкообразные включения, а из нее сливается в полость мешалки 8. Объем раствора в мешалке 8 контролируется по измерителю объема 47.

Приготавливаемый цементный раствор отбирается из мешалки 8 и нагнетается в скважину или в другое место назначения с регулируемой производительностью насосом 7. Слив остатков цементного раствора и обмыва, получаемого после мойки мешалки 8 водой, осуществляется в определенное место их утилизации насосом 7 или открыв заслонку 32 в днище мешалки 8.

Обслуживание установки осуществляется с помощью траповых лестниц 50 и площадок обслуживания 51.

Использование предлагаемой смесительной установки позволит надежно и автономно приготавливать и нагнетать в скважины качественные тампонажные растворы с заданными регулируемыми производительностью, плотностью и другими свойствами при капитальном ремонте нефтяных и газовых скважин (при установке цементных мостов), при цементировании различных обсадных колонн (в том числе аэрированными тампонажными растворами), а также при проведении различных профилактических работ в скважинах и в строительной индустрии.

Наряду с этим применение смесительной установки с более простой конструкцией перемешивающего устройства и его привода позволит упростить ее обслуживание и ремонт, применять серийно выпускаемое мобильное оборудование (например, автоцементовозы с пневматической разгрузкой) вместо специального дорогостоящего оборудования (например, смесительных установок типа УС6-30, используя их только для транспортирования цемента).