Глава 14 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН

 

  Главная      Учебники - Разные     Буровые машины и механизмы (Лесецкий В.А.) - 1980 год

 

поиск по сайту            правообладателям  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание      ..     52      53      54      55     ..

 

 

 

 

Глава 14 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН


Спуск обсадных труб и цементирование скважин являются заключительными наиболее сложными и ответственными операциями при бурении скважин. От успешности цементирования зависят продолжительность и нормальная эксплуатация скважины, а если скважина разведочная, то и правильность оценки пласта и перспективности изучаемого месторождения.

Сложность этих работ обусловливается большим весом и диаметрами спускаемых труб (колонны диаметром 279— 305 мм, весом до 3—5 МН), высокими давлениями (более 25—30 МПа), возникающими при подъеме цементного раствора за трубы при цементировании эксплуатационных колонн, спущенных на глубину свыше 5000 м, а также трудностью определения точного количества жидкости, которое необходимо закачать в трубы для продавливания цементного раствора.

Особенно ответственны эти работы при спуске труб в осложненных скважинах, где не исключается возможность их прихвата. Для восстановления циркуляции жидкости в таких скважинах, как правило, необходимо создавать большие давления, а при освобождении прихваченных труб — большие натяжки.

Цементирование скважин производится с помощью цементировочных агрегатов, смесительных машин и другого вспомогательного оборудования.

 

§ 1. ЦЕМЕНТИРОВОЧНЫЕ АГРЕГАТЫ

Цементирование скважин осуществляется с помощью цементировочных агрегатов.

В табл. XIV.1 приведена техническая характеристика основных агрегатов.

 

 

Таблица XIV.I

 

Рис. XIV. I Схема цементировочного агрегата ЦА-320М 

 

Цементировочный агрегат ЦА-320М предназначен для цементирования глубоких скважин. Он состоит из следующих основных узлов (рис. XIV.1): автомобиля КрАЗ-257, на котором вдоль оси шасси установлен цементировочный насос 5, расположенный между замерным баком 7 и двигателем 4 и приводимый от ходового двигателя 1 автомобиля через коробку отбора мощности 2. Насос имеет разветвленную приемную (вса-сывающую) линию, соединяющую его с замерным баком через задвижку и позволяющую осуществлять двусторонний забор цементировочного раствора. Нагнетательная 50-мм линия 6 высокого давления при помощи быстродействующих соединений легко присоединяется к заливочной головке, установленной на устье скважины.

Второе ответвление выкидной линии 9, перекрываемое краном 8, позволяет при необходимости «сбрасывать» раствор в замерный бак 7, установленный на противоположной от кабины части шасси и прикрепленный болтами. Непосредственно за кабиной водителя располагается бензиновый двигатель 4 типа ГАЗ-51, предназначенный для привода водяного насоса 3, приемная линия которого присоединена к замерному баку. Нагнетательная линия насоса 3 соединена с цементосмесителем 10.

Основной и наиболее ответственной частью агрегата является цементировочный насос 5, с помощью которого закачивают цементировочный раствор и продавочную жидкость.

Для подачи воды, необходимой при приготовлении цементировочного раствора, агрегат снабжен вертикальным трехплунжерным насосом 3 типа 1В.

 

§ 2. МЕХАНИЗАЦИЯ ЦЕМЕНТИРОВОЧНЫХ РАБОТ


Цементный раствор готовят на буровых с помощью смесительных машин, которые монтируют на шасси автомашины с бункером вместимостью 10 т (СМ-10) и 20 т (2СМН-20). По конструкции эти машины различаются только кинематической схемой привода основных шнеков, емкостью бункера и способом загрузки.

Внедрение смесительных машин позволило полностью ликвидировать тяжелый ручной труд на погрузочно-разгрузочных операциях и при затворении цемента, значительно повысить качество цементирования скважин за счет стабильности плотности цементного раствора, сократить потери цемента, осуществить его бестарную перевозку и комплексную механизацию работ. Для более эффективного использования цементосмесительных машин необходимо иметь механизированные склады для приема и хранения цемента.

Самоходная смесительная машина 2СМН-20 смонтирована на шасси автомобиля КрАЗ-257 и состоит из следующих основных механизмов и приспособлений: бункера, транспортирующих приспособлений и смесительного устройства. Непосредственно за кабиной водителя находится коробка отбора мощности, через которую осуществляется привод всех механизмов машины от ходового двигателя автомобиля.

К бункеру присоединяется гидравлическое смесительное устройство. Стенки бункера наклонены под углом 53—54°. Крышка бункера имеет два загрузочных люка со съемными решетками. Внутри бункера в двух параллельных продольных желобах днища на опорах качения установлены транспортеры со шнеками диаметром 245 мм и шагом 150 мм. Приводные концы шнеков выходят за пределы бункера и соединяются с коробкой отбора мощности карданными валами. Противоположные концы шнеков выходят в приемную воронку, в которой цемент, поступающий от обоих шнеков, соединяется и направляется к смесительному устройству.

Сухие материалы в бункер загружаются с помощью шнека, привод которого осуществляется двумя последовательными цепными передачами и карданным валом.

Техническая характеристика цементосмесительных машин приведена в табл. XIV.2.

 

 

 

Таблица XIV.2

 

 

 

 

 

 

 

Рис XIV 2 Кинематическая схема цементосмесительной машины 2СМН-20

 

Привод всех основных и вспомогательных механизмов, как указывалось ранее, осуществляется от двигателя машины через раздаточную коробку и коробку отбора мощности по схеме, изображенной на рис. XIV.2.

Мощность на транспортно-дозирующее устройство отбирается от двигателя через шестерню 1 раздаточной коробки, постоянно соединенную с шестерней 2 ведущего вала коробки отбора мощности. Вращение ведомому валу передается через пару шестерен 3 и 4 и далее через систему передач трем выходным валам коробки отбора мощности. На втором (ведомом) валу этой коробки на шлицах посажена двойная шестерня 5 и 6, перемещая которую из нейтрального положения, можно включать либо дозирующее или смесительное устройство, либо вал, передающий вращение загрузочному шнеку. Когда шестерня 6 входит в зацепление с шестерней 8, включаются дозирующее и смесительное устройства.

Шестерня 8 соединена с шестерней 9; они посажены на шарикоподшипники и свободно вращаются на валу. Шестерня 9 входит в зацепление с шестернями 10 и 11, посаженными соответственно на левый и правый выходные валы, вращающие шнеки через карданные валы. Шестерня 10, находящаяся на левом выходном валу, может выводиться из зацепления с шестерней 9, чем достигается остановка левого шнека.

На выходящем из подшипника конце вала правого невыключаемого шнека со стороны воронки имеется звездочка 23, передающая через втулочно-роликовую цепь вращение звездочке 22, находящейся на ведущем валу механизма вертикального шнека. Затем через коническую пару шестерен 20 и 21 вращение передается валу вертикального лопастного шнека.

Когда шестерня 5 входит в зацепление с шестерней 7, находящейся на среднем выходном валу коробки, вращение передается только на механизмы привода загрузочного шнека. От шестерни 7 приводится во вращение средний вал, соединенный карданным валом с валом промежуточной трансмиссии, которая установлена на торце бункера. С этой трансмиссии вращение передается цепной передачей со звездочками 18 и 19 на второй вал промежуточной трансмиссии и далее цепной передачей со звездочками 16 и 17 на вал верхней трансмиссии. Отсюда вращение передается выходному валу с помощью конической пары шестерен 14 и 15. Верхняя трансмиссия соединяется с редуктором загрузочного шнекового транспорта, состоящим из пары шестерен 12 и 13, телескопическим карданным валом.

Кинематика машины позволяет регулировать технологические параметры раствора в широких пределах. Смесительные машины 2СМН-20 работают совместно с цементировочными агрегатами и получают от них техническую воду, необходимую для приготовления растворов. В последней модернизированной конструкции смесительной машины установлен водяной насос между кабиной машины и бункером.


 

 

 

 

 

 

 

Рис. XIV.3. Технологическая схема расположения оборудования при закачке цемента в скважину
Рис. XIV4. Общий вид цементосмесительного агрегата 1 АС-20

 

 




 

 

 

Таблица XIV.3 

 

 

На рис. XIV.3 приведена технологическая схема расположения оборудования для закачки цементного раствора в скважину. Перед началом работ машину 3 устанавливают на домкраты, монтируют загрузочный шнек, водяные линии и смеситель. После загрузки цемента в бункер по сигналу «пуск» включают водяной насос 2 цементировочного агрегата для подачи воды из замерного бака 1 через компенсатор и регулятор давления к смесителю. Когда давление нагнетания воды достигнет 0,7—0,9 МПа, открывают задвижку перед смесительным устройством и включают шнеки, постепенно доводя частоту вращения вала двигателя до расчетной. Плотность раствора регулируется количеством сухого цемента, подаваемого шнеками в смесительное устройство. Реже применяется регулировка плотности количеством воды, поступающей в смеситель. Из смесителя готовый раствор поступает в приемную емкость 4, откуда он засасывается цементировочным насосом 5 и нагнетается в скважину 6.

Цемент перевозят в тех же цементосмесительных машинах. Если объем цементного раствора, который необходимо закачать в скважину, велик и его невозможно поместить в бункеры машины, то для перевозки цемента используют дополнительные машины 2СМН-20 или СМ-10. В этом случае они работают как цементовозы и участия в приготовлении цементного раствора не принимают.

Цементосмесительный агрегат 1АС-20 (рис. XIV.4) предназначен для механизированного приготовления цементного раствора и может быть использован для приготовления бурового раствора, а также песчано-жидкостных смесей, используемых при гидравлическом разрыве пластов.

Особенностью этого агрегата, отличающей его от предыдущих, является то, что между кабиной автомобиля 1 и бункером 3 установлен водоподающий блок 2, который состоит из вертикального трехплунжерного насоса 1В и двигателя ГАЗ-51, смонтированных на общей раме. Насос для подачи воды обеспечивает более эффективное использование новых мощных цементировочных агрегатов ЗЦА-400. Техническая характеристика насоса 1В приведена в табл. XIV.3.

Монтажной базой агрегата является грузовой автомобиль КрАЗ-219, на шасси которого расположена емкость (бункер), оборудованная загрузочными и дозирующими механизмами и смесительными устройствами. Для подачи воды в бункер, как указывалось выше, установлен насосный блок с приемным и нагнетательным трубопроводами, причем приемный трубопровод разветвляется в обе стороны агрегата. Нагнетательный трубопровод проложен со стороны присоединения его к смесительному устройству бункера.

Техническая характеристика агрегата 1АС-20 приведена в табл. XIV.2.

Смесительная машина СМ-10 предназначена для тех же целей, что и машина 2СМН-20. Вместимость ее бункера 10 т. Кинематическая схема этой машины несколько упрощена по сравнению со схемой машины 2СМН-20. Основные дозирующие шнеки, приемная воронка и смесительное устройство такие же, как и у описанной выше машины. В Советском Союзе создано несколько типов таких машин, в том числе СМ-10, СМН-10, СМП-20 (на полуприцепе), 2СМН-20 и 1 АС-20 с блоком водоподающего насоса.

 

Рис. XIV.5.Цементировочная головка ЦГЗ

 Рис. XIV.6.Цементировочная головка ГЦК:



Цементировочные головки предназначены для герметизации устья скважин и присоединения к ним нагнетательных трубопроводов цементировочных агрегатов. Головка ЦГЗ (рис. XIV.5) состоит из стального корпуса 1 в нижней части с конической резьбой для навинчивания корпуса головки на обсадную колонну соответствующего диаметра. В нижней части корпуса имеются четыре патрубка 2, к которым в процессе работы присоединяются нагнетательные трубопроводы цементировочных агрегатов. Выше этих патрубков установлены в диаметрально противоположных направлениях два стопора 3, при помощи которых в верхней части головки удерживается предварительно вставленная внутрь верхняя заливочная пробка.

После окончания закачки цементного раствора сальниковые стопоры выворачиваются, и пробка под собственным весом опускается вниз, после чего начинается закачка продавочного раствора. Для опускания пробки внутрь корпуса головки последний имеет прочную крышку 4, навинчиваемую на корпус с помощью двух болтов (рымов) 5. Крышка имеет ниппель с тройником 6, который служит для пропуска жидкости, если окажется необходимым продавливать верхнюю пробку. В тройник ввинчивается переводник 7 для присоединения к головке манометра.
 

Таблица X1V.4
 
 

 

 

 

 

На рис. XIV.6 показана цементировочная головка ГЦК, применяемая, главным образом, для труб больших размеров. Основные размеры (в мм) головок типа ЦГЗ приведены в табл. XIV.4.

Цементировочные пробки. Нижняя пробка предназначена для очистки внутренней поверхности колонны от остатков про-давочной жидкости и отделения ее от цементного раствора, а верхняя — для предотвращения проникновения продавочной жидкости в цементный раствор при прокачке последнего в за-трубное пространство. Значительный интерес представляет самоуплотняющаяся резиновая пробка, успешно применяющаяся в ряде районов страны.

Блок манифольда 1ВМ-700 предназначен для соединения с устьем скважины нескольких агрегатов, одновременно работающих при цементировании скважины. Блок предназначен для цементирования глубоких скважин и для случаев, когда в процессе цементирования ожидаются высокие давления.

 

Основная техническая характеристика

Наибольшее рабочее давление, МПа ..........70,0

Условный проход напорного коллектора, мм ............50

Грузоподъемность лебедки, кг .............500

Габаритные размеры, м:

длина.......................7,32

ширина......................2,50

высота ......................2,99

Масса, кг...................... 9250

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание      ..     52      53      54      55     ..