Способ приготовления бурильных промывочных и тампонажных растворов и устройство для его осуществления
Владельцы патента RU 2499878:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") (RU)
Группа изобретений относится к бурению и ремонту нефтяных и газовых скважин, в частности к приготовлению тампонажных, буровых растворов и регулированию их плотности. Способ включает подачу в гидросмеситель струйного типа, соединенный материалопроводом с загрузочной емкостью, сыпучего материала, смешение его с водой затворения, подаваемой под давлением. Подачу сыпучего материала осуществляют за счет разности давлений в загрузочной емкости и в приемной вакуумной камере гидросмесителя при стабильном регулируемом расходе этого материала путем поддержания его уровня в загрузочной емкости стабильным. Изменение расхода сыпучего материала осуществляют посредством регулирования глубины погружения конца материалопровода под уровень сыпучего материала в соответствии с техническим регламентом процесса приготовления раствора. Поддерживают псевдоожиженное состояние сыпучего материала в загрузочной емкости. Повышается качество буровых и тампонажных растворов. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к устройствам и способам для приготовления тампонажных, буровых растворов, а также способам регулирования плотности тампонажных и буровых промывочных растворов в процессе их приготовления в гидросмесителях струйного типа при бурении нефтяных и газовых скважин. Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, но может быть использовано в других отраслях промышленности, в процессах дифференцированного смешения сыпучих материалов и жидкости затворения.
Известен способ приготовления тампонажного раствора (патент РФ №2106479), включающий смешение в вакуумном гидросмесителе смеси вяжущего и сухих компонентов (добавок), и воды затворения, подаваемой под давлением, отличающийся тем, что вышеуказанные составляющие тампонажного раствора подают в вакуумный гидросмеситель в заданном соотношении одновременно, причем воду затворения подают под давлением 3,5-4,5 МПа. Положительным является то, что повышается качество тампонажного раствора и снижаются затраты на его приготовление. Недостатком является использование насосов высокого давления (более 8 атм), которые, во-первых, энергоемкие, во-вторых, высокие давления жидкостей и абразивы приводят к преждевременному абразивному износу деталей, что в целом снижает надежность всей системы.
Известно устройство - полезная модель (патент РФ №98221), задачей которого является повышение качества растворов, а также сокращение времени на приготовление буровых и тампонажных растворов. Автономный блок приготовления буровых и тампонажных растворов, состоящий из емкости, шламового насоса, гидроэжекторного смесителя, лопастного механического перемешивателя, отличающийся тем, что нагнетательная линия шламового насоса оснащена манометром и регулирующей задвижкой, а на выходе гидроэжекторного смесителя установлен диспергатор-дегазатор циклонного типа, который позволяет повысить степень дисперсности раствора за счет более интенсивного перемешивания, и одновременно дегазирует раствор.
К недостаткам данного устройства относится то, что при имеющемся регулировании подачи жидкости затворения отсутствует регулирование и стабилизация подачи сыпучего материала, что делает невозможным процесс дифференцированного смешения сыпучих материалов и жидкости затворения.
Прототипом предлагаемого способа является способ, представленный в патенте РФ №2206706. Сущность изобретения заключается в том, что в гидросмесителе струйного типа, предусматривающем засыпку в него сухого порошкообразного материала с поддержанием его постоянного уровня и смешение указанного сухого материала с подаваемой жидкостью затворения, жидкость затворения подают с постоянным давлением и расходом, готовый раствор сбрасывают по гидроэлеватору в осреднительную емкость, причем одновременно с жидкостью затворения в гидросмеситель подают из осреднительной емкости раствор с плотностью ниже расчетной. В данном изобретении предлагается устройство для приготовления тампонажных и буровых промывочных растворов, включающее гидросмеситель струйного типа, содержащий приемную и смесительную камеры, сопло, установленное с возможностью регулирования зазора в проходном сечении эжектора, что позволяет регулировать подачу жидкости затворения и расход эжектируемой среды, но воздействие на стабилизацию поступления сыпучего материала данное устройство не оказывает, и технических решений на поддержание уровня порошкообразного материала не предлагается.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении качества буровых и тампонажных растворов за счет стабильной подачи сухого сыпучего материала в гидроэжекторный смеситель с производительностью, соответствующей производительности жидкостного насоса и заданной плотности получаемого раствора.
Техническим результатом является регулирование и стабилизация процесса пневмотранспорта сыпучих материалов при приготовлении бурового промывочного, тампонажного раствора за счет возможности ввода в него за один цикл смешивания необходимого количества сыпучих материалов при заданной производительности жидкостного насоса.
Технический результат достигается тем, что подачу в гидросмеситель сухого сыпучего материала по материалопроводу осуществляют за счет разности давлений в загрузочной емкости, находящейся в зоне атмосферного давления, и в приемной вакуумной камере при стабильном регулируемом расходе этого материала путем поддержания его уровня в загрузочной емкости стабильным, а изменение расхода подаваемого сухого сыпучего материала осуществляют посредством регулирования глубины погружения конца материалопровода под уровень сыпучего материала в соответствии с техническим регламентом процесса приготовления раствора, при этом сыпучий материал поддерживают в псевдоожиженном состоянии в загрузочной емкости за счет дозированной подачи воздуха через дно загрузочной емкости. Необходимый расход сыпучего материала определяют по глубине погружения конца материалопровода под слой сыпучего материала из тарировочных графиков зависимости расхода сыпучего материала от уровня его над приемным концом материалопровода.
Устройство для реализации предлагаемого способа включает загрузочную емкость, гидроэжектор с всасывающим патрубком, который подвижно (например, телескопически) связан с материалопроводом, отличающийся тем, что загрузочная емкость соединена с устройством для стабилизации уровня сыпучего материала, а материалопровод установлен с возможностью вертикального перемещения для регулирования погружения приемного конца под слой сыпучего материала на необходимую глубину. Материалопровод подвешен внутри загрузочной емкости при помощи тяги, снабженной указателем глубины его погружения под уровень сыпучего материала. Внизу загрузочной емкости установлен патрубок с регулировочным вентилем, назначение которого обеспечить псевдоожижение сыпучего материала для его стабильной подачи в материалопровод и исключения его завалов.
На фиг.1 изображено устройство, реализующее предложенный способ.
На фиг.2 представлены зависимости расхода некоторых сыпучих материалов от уровня сыпучего материала от поверхности до конца материалопровода (м) при оптимальном значении вакуума в приемной камере эжектора (0,6×105 Па).
Устройство содержит загрузочную емкость 1, устройство 2 для стабилизации уровня сухого сыпучего материала в загрузочной воронке (патент РФ №106300), всасывающий патрубок 3 гидросмесителя, штуцер 4 для подачи жидкости, вакуумную приемную камеру 5, камеру смешения жидкости и сыпучего материала 6, тягу 7 для вертикального перемещения материалопровода с помощью блока, подвижное (например, телескопическое) соединение 8 материалопровода с всасывающим патрубком гидросмесителя, указатель глубины погружения материалопровода 9 под слой сыпучего материала, материалопровод 10, фильтр 11, патрубок 12, регулировочный вентиль 13.
Способ приготовления буровых и тампонажных растворов заключается в перемещении сыпучего материала по материалопроводу 8 снизу вверх из загрузочной емкости 1, в которой сыпучий материал находится под воздействием атмосферного давления, в гидросмеситель, в приемной камере 5 которого создается низкое давление. Уровень сыпучего материала в загрузочной емкости 1 стабилизируют в течение всего процесса пневмотранспорта при помощи устройства 2 для стабилизации уровня порошкообразного материала в загрузочной емкости. Расход транспортируемого сыпучего материала регулируют за счет погружения материалопровода 10 под уровень сыпучего материала на глубину, установленную техническим регламентом процесса приготовления раствора. При эжектировании «тяжелых» сыпучих материалов (барит, гематит и др.) при помощи регулировочного вентиля 13 открывают патрубок 12 и псевдоожижают сыпучий материал, тем самым интенсифицируют подачу его в материалопровод. Наличие дополнительно поступающего воздуха через патрубок 12 позволяет исключить условия «завалов» сыпучего материала и наступления кризиса эжекции. Фильтр 11 предотвращает высыпание сыпучего материала через патрубок 12.
К реализуемому способу предлагаются тарировочные кривые, представленные на фиг.2 - зависимости расхода разных сыпучих материалов от уровня сыпучего материала от поверхности до конца материалопровода (м) при оптимальном значении вакуума в приемной камере гидросмесителя (0,6×105 Па). Выбирается нужная кривая в зависимости от вида сыпучего материала, в соответствии с техническим регламентом задаются необходимым расходом и устанавливается необходимое значение глубины погружения материалопровода 10 под уровень сыпучего материала.
Устройство работает следующим образом.
Загрузочная емкость 1 заполняется сыпучим материалом через устройство для стабилизации уровня сыпучего материала 2, после чего в загрузочную емкость 1 опускают материалопровод 10, который через подвижное соединение (например, телескопическое) 8 входит верхним концом во всасывающий патрубок 3 гидросмесителя. При помощи тяги 7 и указателя глубины погружения материалопровода 9 устанавливается необходимая глубина погружения материалопровода под уровень сыпучего материала в загрузочной емкости 1. В гидросмеситель через штуцер 4 подается жидкость от насоса (не показан). В приемной камере гидросмесителя создается разрежение, и так как сыпучий материал в конической загрузочной емкости находится под действием атмосферного давления, то начинается пневмотранспорт. Возможность регулирования концентрации сыпучего материала в воздушном потоке осуществляется за счет перемещения материалопровода 10 относительно уровня сыпучего материала в загрузочной емкости 1. Для интенсификации подачи сыпучих материалов и исключения «завалов» приоткрывается регулировочный вентиль 13 и через патрубок 12 осуществляется псевдоожижение порошка. Фильтр 11 позволяет поступать воздуху через патрубок 12 в направлении загрузочной емкости 1 и предотвращает высыпание сыпучего материала.
Выполненные экспериментальные исследования пневмотранспорта подтвердили, что уровень сыпучего материала в загрузочной емкости напрямую влияет на расход сыпучего материала и соответственно - на плотность восходящего потока по материалопроводу.
1. Способ приготовления буровых промывочных и тампонажных растворов в гидросмесителе струйного типа, соединенном материалопроводом с загрузочной емкостью, включающий подачу в гидросмеситель сухого сыпучего материала, смешение его с водой затворения, подаваемой под давлением, отличающийся тем, что подачу в гидросмеситель сухого сыпучего материала по материалопроводу осуществляют за счет разности давлений в загрузочной емкости, находящейся в зоне атмосферного давления, и в приемной вакуумной камере гидросмесителя при стабильном регулируемом расходе этого материала путем поддержания его уровня в загрузочной емкости стабильным, а изменение расхода подаваемого сыпучего материала осуществляют посредством регулирования глубины погружения конца материалопровода под уровень сыпучего материала в соответствии с техническим регламентом процесса приготовления раствора, при этом поддерживают псевдоожиженное состояние сыпучего материала в загрузочной емкости за счет дозированной подачи воздуха через дно загрузочной емкости.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для определения глубины погружения материалопровода строят график зависимости расхода сыпучего материала от уровня его над приемным концом материалопровода при расположении материалопровода вблизи уровня засыпки конической загрузочной емкости и непосредственно над ее дном и по нему определяют глубину погружения, соответствующую расходу сыпучего материала, установленную регламентом.
3. Устройство для приготовления буровых промывочных и тампонажных растворов, содержащее гидросмеситель струйного типа, состоящий из приемной и смесительной камер и сопла, отличающееся тем, что дополнительно содержит всасывающий патрубок в приемной камере гидросмесителя, загрузочную емкость с устройством для стабилизации уровня сухого сыпучего материала в ней, материалопровод, установленный с возможностью вертикального перемещения, один конец которого расположен в загрузочной емкости для регулирования его погружения под слой сухого сыпучего материала, а другой подвижно связан с всасывающим патрубком гидросмесителя, патрубок с регулируемым вентилем, установленный на дне загрузочной емкости для подачи воздуха, и фильтр, расположенный над этим патрубком.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что устройство для вертикального перемещения материалопровода содержит тягу, один конец которой соединен с материалопроводом, а другой посредством блока - с указателем глубины погружения нижнего конца материалопровода под слой сухого сыпучего материала в загрузочной емкости.
