Глава 14.

ЦЕМЕНТИРОВОЧНЫЕ АГРЕГАТЫ И ЦЕМЕНТНОСМЕСИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ

Ежегодно в Советском Союзе проводится более 20 тыс. це­ментирований нефтяных и газовых скважин. Этот процесс осу­ществляется комплексом специального оборудования, которое расстанавливают в соответствии с заранее разработанной схе­мой, Одна из таких схем расстановки и обвязки оборудования для случая, когда для приготовления необходимого для цемен­тирования раствора требуется 40—60 т сухого тампонажного материала, показана на рис.141 а. Схема расстановки оборудо­вания с использованием усреднительной (для «усреднения» па­раметров тампонажного раствора) емкости приведена на рис.141, б .

14.1 Цементировочнве агрегаты

Цементировочные агрегаты предназначены для нагнетания тампонажного раствора и продавочной жидкости в скважину, а также для подачи затворяющей жидкости в смесительное устройство при приготовлении раствора. Кроме того, они ис­пользуются для промывки и продавки песчаных пробок, опрессовки труб, колонны, манифольдов, гидравлического перемеши­вания раствора и т. д.

Рис.14.1 Схемы расстановки н обвязкн оборудования при цементировании скважин:

""Дементировочные агрегаты ЗЦА-400А, 2 — цемеитно-смесительные машины 2CMH-2G, 3 — цементировочные агрегаты ЦА-320М; 4 — станция контроля цементирова­ния СПЦ-2М, 5 —блок манифольда 1БМ-7О0, 6 — цементировочная головка; б: / — це­ментировочный агрегат ЦА-320, 2 — цементировочный агрегат ЗЦА-400А, 3 — цементно- смесительная машина СМН-20, 4 г- бак для затворения цемента, 5 — усреднительная ем­кость, 6 — цементировочная головка, 7 —линия подачи продавочной жидкости к ЦА

Цементировочные агрегаты, как правило, выполняются са­моходными и монтируются на шасси грузовых автомобилей; однако имеются агрегаты в специальном исполнении (на санях, гусеничном ходу, в блочном исполнении) для использования в различных условиях.

Рассмотрим конструкции и технические характеристики не­которых цементировочных агрегатов.

Техническая характеристика цементировочного агрегата ЦА-320М

Тип агрегата Передвижной на

шасси автомобиля

Максимальное давление при подаче

(1.65) 73

8.2 Составы расширяющихся тампонажных цементов 79

9.2 Синтетические смолы 87

12.14Проектирование составов облегченных тампонажных цементов и растворов 136

12.2.2Утяжеленный цемент для умеренно высоких температур 138

12.23Утяжеленные тампонажные цементно- и шлако-баритовые растворы 146

12.2.4Утяжеленные тампонажные растворы на основе шлаков цветной металлургии 148

12.3.2 Приготовление засоленных тампонажных растворов 153

12.3.3 Влияние солей на реологические свойства тампонажных растворов 155

Эффективный замедлитель структурообразования тампонаж­ных растворов, насыщенных б.ишофитом,— декстрин при темпе­ратурах до 90 °С. Большинство же других добавок при повы­шенных температурах не позволяет получить тампонажные ра­створы с замедленными сроками схватывания. 157

s = (11.3) 159

12.4.3Нефтецементные растворы 162

ЦЕМЕНТИРОВОЧНЫЕ АГРЕГАТЫ И ЦЕМЕНТНОСМЕСИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ 179

Рис.14.1 Схемы расстановки н обвязкн оборудования при цементировании скважин: 180

Рис. 14.2. Цементировочный aгpeгaт ЦА-320М: 183

Рис. 14..3 Цементировочный насос 9Т; 183

Режим работы агрегата ЦА-320М (расчетные при объемном коэффициенте η=9,9)

Режим работы агрегата	Частота вращения вала двигателя об/мин	Включенная передача	Частота вращения коренного вала насоса, об/мин	Давление (МПа) при диаметре втулки, ММ			Подача (л/с) при диаметре втулки,мм
				100	115	127		100	115	127
На макси­	1700	и	28	30,5*	22,5*	18,2*		3,0	4,1	5,1
мальную	1700	m	54	15,9	11,7	т		5,8	7,9	9,8
подачу	1700	IV	83	10.26	7,6 1	ел		9,0	12,2	15,1
	1700	V	125	6,9	5,0	4,0		13,5	18,3	23,0
На макси­	1600	п	27	32,0*	23,0*	18,5* 10,7		2,9	4,0 7,0	4,9
мальное	1500	ш	48	18,0	13,4 8,7			5,2		8,7
давление	1500	IV	73	11,7		7,0		7,9	10,7	13,3
	1500	V	ПО	7,8 ;	5,8	4,7		11,9	16,1	20,0

* Допустима кратковременная работ а.

Таблица14.1

На нагнетательных трубопроводах насосов 9Т и 1В установ­лены манометры, а. у насоса 9Т, кроме того,— предохранитель­ный клапан.

Приемная линия насоса 9Т с помощью установленного на ней трехходового крана позволяет забирать жидкость из мер­ного бака и цементного бачка, устанавливаемого, как правило, на земле, В нижней части мерного бака установлены донные клапаны, которые позволяют соединить одну или другую поло- вину бака с небольшой дополнительной камерой, соединенной с приемными трубопроводами обоих насосов. Мерные баки ос­нащены замерными рейками с ценой деления 0,1 м³.

Основным узлом агрегата является цементировочный насос 9Т (рис 14.3). Это горизонтальный, поршневой, двухцилиндро­вый насос двустороннего действия. Он предназначен для за­качки и продавки тампонажного и бурового растворов в скважину.

Водоподающий насос 1В—вертикальный, трехплунжерный, предназначен для подачи жидкости в гидровакуумное смеси­тельное устройство при приготовлении раствора.

Рис. 14.2. Цементировочный aгpeгaт ЦА-320М:

/ — кабина; 5 — коробка отбора мощности; 3 — насос Ш; 4 — двигатель ГАЗ-51 А; 5 — двух поршневой насос 9Т; .6 — обвязка агрегата; 7 — защитный кожух насоса 9f; 5 — мерный бак;—донные клапаны;. 10 — гибкий металлический пшанг; Я — платформа агрегата; /2 — цементомешалка; — карданный вал; Шарнирные колена; 15 - фара и электрооборудование; 16 — выхлопная труба

Рис. 14..3 Цементировочный насос 9Т;

/.— коловратный насос; 2 — глобоидиый червяк; 5 — ша­тун; -/ — станина; S — разъемный вкладыш; 6 — мано­метр; 7 — разделитель; $ — коллектор нагнетательный; 9 — предохранительный клапан; 10 — клапанная короб­ка; 11 — клапан; /2 — коронка нажимная; 13 — поршень; —втулка цилиндр а; 15 — коллектор всасывающий; 16-щток; 17-крейцкопф

Трансмиссионный вал насоса (рис. 14.4) приводится во вращение от двигателя ГАЗ-51А через цепную муфту, а с трансмиссионного вала на коленчатый вал насоса вращение передается цилиндрическими зубчаыми колесами.

Рис. 14.4. Водоподающий насос 1В:

1 — клапанная коробка; 2 — плун­жер; 3 — палец крейцкопфа; 4 — станина; 5 —- шатун; 6 ~ зубчатое колесо; 7 — коленчатый вал; 8 ~~ разрезной вкладыш; 9 — кривошип; 10 — накладка; 11 — сальник; 12 — клапан; 13 — трансмиссионный вал; 14 — шестерня; 15 — полумуфта цепная

Гидравлическая часть насоса состоит из чугунной клапанной коробки с установленными в ней тремя всасывающими и тремя нагнетательными клапанами.

Для соединения нагнетательной линии агрегата с устьем скважины служит разборный трубопровод, состоящий из труб высокого давления и шарнирных колен.

Вода поступает из водопровода в одну из половин мерного бака, из которого она подается в цементосмеситель, где смешивается с цементом и образует цементный раствор, который по­ступает в цементный бачок и оттуда насосом 9Т в скважину.

По окончании закачки цементного раствора водоподающий насос останавливают, мерный бак быстро отключают от про­мыслового водопровода, подключают к заранее подготовлен­ному трубопроводу бурового раствора и заполняют раствором с помощью бурового насоса.

Буровой раствор закачивают буровым насосом в одну из половин мерного бака. В это время из второй половины мер­ного бака буровой раствор забирают насосом 9Т и подают в скважину. Для обеспечения нормальной работы агрегата не­обходимо, чтобы наполнение мерного бака проводилось быст­рее, чем выкачивание жидкости при работе.

Цементировочный агрегат ЗЦА-400А (рис. 14.5) имеет спе­циальный двигатель и четырехскоростную коробку передач для привода трехцилиндрового цементировочного насоса 11Т, рас­положенные на платформе агрегата, и предназначен для нагне­тания в скважину жидкой смеси при цементировании, гидрораз­рыве пластов и других работах (табл14.2) Агрегат ЗЦА-400А состоит из следующих основных узлов, смонтированных на об­щей раме: трехпоршневого насоса двойного действия, силовой установки, коробки передач, промежуточного вала, редуктора, манифольда, мерного бака.

Таблица14.2

Режим работы агрегата ЗЦА-400А

Включенная	Частота вращения	Давление <МПа) при диа­метре втулки» мм			Подача <л/с) при диаметре втулки, мм
передача	коренного вала насоса, об/мин	110	125	140	110	125	140
1	43,2	40	30	23,5	6,6	8,8	11,2
2	62	27,5	21	16,2	9,5	12,6	16,1
3 4	91,8	18,5	14 .	11	14,1	18,6	23,8
	127	13,5	10	8	19,5	25,8	33,0

Он не оснащен водоподающим на­сосом.

Манифольд агрегата состоит из приемных и нагнетательных линий с установленными на них пробковыми кранами диамет­рами 25,4; 50,8; 101,6 и 127 мм, предохранительным клапаном гвоздевого типа, компенсатора и манометра на давление 60МПа с масляным разделителем.

Мерный бак вместимостью 6 м³ разделен на две равные ча­сти и имеет донные клапаны.

Цементировочный насос 11Т, установленный на агрегате, имеет три горизонтальных цилиндра, в которых работают поршни (рис. 14.6).

Основные технические данные цементировочного агрегата ЗЦА-400А

Тип агрегата………………………………………Передвижной, и

шасси автомобиля

(1.65) 73

8.2 Составы расширяющихся тампонажных цементов 79

9.2 Синтетические смолы 87

12.14Проектирование составов облегченных тампонажных цементов и растворов 136

12.2.2Утяжеленный цемент для умеренно высоких температур 138

12.23Утяжеленные тампонажные цементно- и шлако-баритовые растворы 146

12.2.4Утяжеленные тампонажные растворы на основе шлаков цветной металлургии 148

12.3.2 Приготовление засоленных тампонажных растворов 153

12.3.3 Влияние солей на реологические свойства тампонажных растворов 155

Эффективный замедлитель структурообразования тампонаж­ных растворов, насыщенных б.ишофитом,— декстрин при темпе­ратурах до 90 °С. Большинство же других добавок при повы­шенных температурах не позволяет получить тампонажные ра­створы с замедленными сроками схватывания. 157

s = (11.3) 159

12.4.3Нефтецементные растворы 162

ЦЕМЕНТИРОВОЧНЫЕ АГРЕГАТЫ И ЦЕМЕНТНОСМЕСИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ 179

Рис.14.1 Схемы расстановки н обвязкн оборудования при цементировании скважин: 180

Рис. 14.2. Цементировочный aгpeгaт ЦА-320М: 183

Рис. 14..3 Цементировочный насос 9Т; 183

Рис. 14.6 Насос 11Т:

1 – шатун; 2 – крейцкопф; 3 – станина; 4 - коллектор; 5 – клапанная коробка; 6 – клапан; 7 – нажимная коробка; 8 – цилиндровая крышка; 9 – поршень; 10 – шток; 11 – коренной вал; 12 – трансмиссионный вал.

Основой гидравлической части насоса являются три кла­панные коробки, крепящиеся к станине.

Поршни насосов и втулки предусмотрены сменными с диа­метрами 110, 125, 140 мм, в результате обеспечивается работа при давлениях соответственно 40, 30 и 23,5 МН/м².

В манифольд агрегата входят приемный, нагнетательный и раздающий трубопроводы. Приемный трубопровод насоса ИТ оборудован трехходовым краном и позволяет принимать жид­кость из мерной емкости агрегата и цементного бачка, распо­ложенного на земле. Раздающий трубопровод также имеет трехходовой кран» Нагнетательный трубопровод оборудо­ван воздушным колпаком, предохранительным клапаном, манометром с разделителем и проходными кранами высокого давления.

Для набора затворяющей и продавочной жидкостей в зад­ней части агрегата устанавливают мерный бак сварной кон­струкции, разделенный перегородкой; вместимость бака 6 м³. Внутри каждого отсека (рис 14.7) имеются вертикальные рейки с делениями, цена которых 0,1 м³

Отсеки первого бака наполняются по трубопроводу, прохо­дящему через днище емкости. На конце каждого из ответвле­ний установлен проходной кран с коленом.

Жидкость можно отбирать насосом отдельно из каждого от­сека. Отстой и промывочная вода сливаются из бака при от­крытии сливной конусной пробки.

Пульт управления агрегата расположен на его платформе со стороны приводной части насоса и включает в себя рабочее кресло машиниста, рычаги, педали и приборный щиток.

Цементировочный агрегат 4ЦА-100 Оборудование

смонтировано на шасси трехосного грузового автомобиля. При­вод цементировочного насоса осуществляется от силовой уста­новки, расположенной на платформе агрегата, включающей пятискоростную коробку передач и фрикционную муфту. Двига­тели силовой установки и автомобиля карбюраторные. На агрегате установлен горизонтальный двухпоршневой цементиро­вочный насос ИГрЦ и водоподающий насос ЗК-6 с приводом от тягового двигателя автомобиля.