CC BY
12
УДК 622.245.42 (075) ПЯ.Зельцер1
ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР КОНСТРУКТИВНЫХ И СХЕМНЫХ РЕШЕНИЙ ОБОРУДОВАНИЯ В АРКТИЧЕСКОМ ИСПОЛНЕНИИ ДЛЯ РАЗОБЩЕНИЯ ПЛАСТОВ
Для достижения качественных результатов работ по разобщению пластов, соответствующих современным требованиям, необходимо обеспечить проведение технологических процессов не только в районах с развитой транспортной инфраструктурой, но и в условиях Крайнего Севера оборудованием расчётной мощности и производительности, применять соответствующую контрольно-измерительную и регистрирующую аппаратуру. На основании анализа состояния существующей отечественной и зарубежной цементировочной техники и результатов перспективных исследований в этой области, а также с учётом собственных научно-технических решений, автором разработаны технические требования на полный комплекс цементировочного оборудования для условий Крайнего Севера, которое можно транспортировать и по земле, и вертолётом. Ключевые слова: комплекс цементировочного оборудования, Крайний Север, технические требования.
Библиогр 2 назв. Табл. 2
Zeltser P.Ya.
Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074 GROUND AND CHOICE OF STRUCTURAL AND SCHEME DECISIONS EQUIPMENT IN ARCTIC EXECUTION FOR THE LEADTHROUGH OF WORKS ON THE
DISCONNECTOR
To attain the high-quality results of works on the disconnector of layers, proper modern requirements, it is necessary to provide the leadthrough of technological processes not only in districts with the developed transport infrastructure but also in the conditions of the far north by the equipment of calculation power and productivity, to apply the proper control and measuring and recording apparatus. On the basis of analysis of the state of existent domestic and foreign cementing technique and results of long-range researches in this area, and also taking into account own scientific and technical decisions an author is develop technical requirements on the complete complex of cementing equipment for the terms of The far north, which can be transported and by land, and by a helicopter. Key words: complex of cementing equipment, The far north, technical requirements. Sources2, tabl. 2
При строительстве скважин в рай- и оборудования, которые трудно опера-
онах Крайнего Севера крепление сква- тивно доставлять на буровые ввиду их
жин и разобщение пластов осложняются большой массы, бездорожья, больших
из-за отсутствия или недостаточного расстояний.
количества единиц специальных машин
^ельцер Павел Яковлевич, доктор технических наук, профессор кафедры технологии и техники разведки месторождений полезных ископаемых Иркутского государственного технического университета, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, тел.: 405-754
Zeltser Pavel Yacovlevitch, Doctor of technical Sciences, professor Department Technological and Technical Prospecting Fields mineral Deposits Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, tel.:405-754
Применение многокомпонентных тампонажных смесей, сложных технологических схем цементирования в таких случаях, как правило, вообще невозможно. Это приводит не только к снижению качества крепления скважин и разобщения пластов, осложнениям и авариям, но и существенно снижает возможности использования для этих целей всего арсенала средств и технологий, которые успешно применяются в районах, имеющих развитую транспортную инфраструктуру. Разработанные машиностроительными научно-исследовательскими институтами комплексы оборудования для разобщения пластов в труднодоступных районах не имеют всех необходимых видов машин и аппаратуры, а вес их весьма значителен.
Работы по разобщению пластов -специализированные операции. Для их осуществления необходимо иметь обученный квалифицированный персонал, несущий ответственность за качество проведения работ, а также соответствующее оборудование, которое должно рационально использоваться с минимальными простоями. К оборудованию предъявляются достаточно жёсткие требования по техническому обслуживанию, уходу за ним, особенно в условиях Крайнего Севера. Всё это диктует необходимость разработки для таких условий, прежде всего, специального цементировочного оборудования и аппаратуры.
Для того чтобы достичь качества работ, соответствующего современным требованиям, необходимо обеспечить проведение цементировочного процесса и в условиях Крайнего Севера оборудованием расчётной мощности и производительности, применять соответствующую контрольно-измерительную и регистрирующую аппаратуру. В различных регионах страны по-разному подходят к решению этого вопроса. Так, для Тюменской области институт Зап-СнбНИГНИ предложил использовать
мощности буровых насосов для прокачивания жидкостей при проведении цементировочного процесса, а приготовление тампонажных смесей осуществлять с помощью специальной перемешивающей и диспергирующей установки, которая служит для приготовления буровых растворов. В такой установке определённый (около 4 м3) объём раствора циркулирует по замкнутому циклу и после достижения необходимой кондиции перекачивается в ёмкость или в скважины. Затем приготавливается новая порция. Процесс цементирования осуществляет буровая бригада. Подобный подход, по-видимому, может быть принят как временная мера для неглубоких скважин при условии специального обучения работников буровой бригады и проведения работ под руководством опытного инженера.
Машиностроительными научно-исследоватевательскими институтами разработаны комплексы оборудования для разобщения пластов в труднодоступных районах. В один из таких комплексов, служащих для цементирования скважин, входят: цементировочный агрегат, цементовозы и смесительный блок.
Цементировочные агрегаты этого комплекса могут быть смонтированы на раме (5ЦА-320) для транспортирования на внешней подвеске вертолёта, на санях (5ЦА-320С) для транспортирования тягачом, а также на прицепе с болотными гусеницами (5ЦА-320ГБ) болотным трактором С-100Б. Масса вертолётного варианта агрегата составляет 8 тонн.
Входящий в комплект оборудования цементовоз 1СМР-20 имеет унифицированный с машиной СМН-20 бункер, два горизонтальных разгрузочных шнека и один загрузочный, приводимые в движение через редуктор силовым бензиновым двигателем внутреннего сгорания. Цементовоз оснащён смесителем струйного типа. Масса 1СМР-20 без саней 5 т (вертолётный вариант), с санями - 7,5 т. Цементировочный агре-
гат 5ЦА-320 и цементовоз 1СМР-20 могут быть перевезены даже тяжёлым вертолетом только в два приёма.
Существенно более лёгкий комплект цементировочного оборудования для труднодоступных районов разработала американская фирма «Халибур-тон». В этот комплект входят четыре блока смонтированного на специальных полозьях оборудования, транспортируемого по воздуху. Масса каждого из блоков не превышает 1,8 т. Снижение массы достигнуто за счёт применения легированных сталей, алюминиевых сплавов, а также газотурбинных двигателей мощностью 230 кВт, имеющих небольшую массу, для привода насосов.
Таким образом, лёгкое отечественное оборудование для цементирования скважин в отдалённых районах в настоящее время отсутствует, а закупка такого оборудования за рубежом обойдётся весьма дорого. Всё это вызвало необходимость в разработке отечественного цементировочного оборудования для отдалённых, прежде всего северных, районов, рассчитанного на транспортировку и по земле, и вертолётом.
В соответствии с разработанными автором техническими требованиями в комплект цементировочного оборудования входят блоки: насосов высокого давления (НВД), загрузки порошкообразных материалов (ЗПМ), аккумулирования порошкообразных материалов (АПМ), смесителей, дезинтегратора, управления процессом цементирования (УПЦ). Каждый из блоков имеет вес, не превышающий 1,8 т, предусмотрена возможность их транспортировки и по земле, и вертолётом.
Рассчитанная гидравлическая характеристика насосов высокого давления представлена в табл. 1. Такие показатели давлений и производительности насосов являются аналогичными тем, которые развивают серийно выпускае-
мые насосы типа 9Т и способны обеспечить проведение любых цементировочных работ, встречаемых в реальных условиях. В табл. 2 приведена техническая характеристика смесителей, предназначенных для приготовления тампо-нажных растворов из порошкообразных материалов и жидкости затворения.
Для контроля и управления процессом цементирования скважин предусматривается установка на соответствующих блоках основных элементов новой аппаратуры - компьютеризованной станции типа КСКЦ-01, разработанной НИИ интроскопии при Томском политехническом университете. Станция позволяет проводить следующие операции:
- экспрессный контроль (обновление текущей информации через 1 мин) плотности тампонажного раствора, поступающего от цементировочных агрегатов в напорный коллектор или осреднительную емкость;
- измерять плотность, расход и давление тампонажного раствора, поступающего в скважину;
- измерять расход и давление буферной жидкости или раствора, поступающего в скважину через цементировочный агрегат для продавлива-ния пробки;
- отображать в реальном масштабе времени параметры процесса цементирования на дисплее компьютера в виде мнемосхемы или графиков;
- передавать информацию о плотности раствора машинистам цементировочных агрегатов с помощью цифровых табло и вычислять полный объём раствора и буферной жидкости, закачанных в скважину.
С учётом работы в северных условиях планируется снабдить оборудование приборами контроля температуры окружающего воздуха и прокачиваемых жидкостей.
Таблица 1
Гидравлические характеристики насосов высокого давления_
Режим работы Включённая скорость Диаметр цилинд ровых втулок, мм
1С С 1' 5 127
Подача, л/с Давление, МПа Подача, л/с Давление, МПа Подача, л/с Давление, МПа
На максимальную подачу II 3,0 30,5 4,1 22,5 5,1 18,2
III 5,8 15,9 7,9 11,7 9,8 9,5
IV 9,0 10,3 12,2 7,6 15,1 6,1
V 13,5 6,9 18,8 8,0 23,0 4,0
На максимальное давление II 2,9 32,0 4,0 23,0 4,9 18,5
III 5,2 18,0 7,0 13,4 8,7 10,7
IV 7,9 11,7 10,7 8,7 13,3 7,0
V 11,9 7,8 16,1 5,8 20,0 4,7
Таблица 2
Технические характеристики смесителей_
Показатели
Водоподающий насос Центробежный
Ёмкость бункера, т 20
Подача готового раствора, м3/мин 0,6-2,0
Тип смесительного устройства Вакуумно-гидравлический
Плотность приготавливаемого раствора, г/см 1,7-2,1
Подача порошка к смесительному устройству Двумя горизонтальными шнеками
Подача материала к смесителю Механическая
Система регулирования плотности Количеством подаваемых воды и сухого материала
Для осуществления цементировочного процесса необходимо определённое количество блоков насосов, смесителей и аккумулирования порошкообразных материалов. Это количество зависит от горно-геологических условий района работ, объёмов закачиваемых жидкостей, массы порошкообразных материалов, надёжности оборудования и других факторов.
Учитывая трудность и высокую стоимость доставки вертолётами большого количества блоков цементировочной техники в условиях Севера, случаи цементирования мы разграничили на те, при которых требуется полный комплект оборудования, и на те, при которых на буровую можно доставить только часть такого комплекта.
При цементировании эксплуатаци-
онных и ответственных промежуточных скважин и необходимости приготавливать, закачивать и продавливать большое количество тампонажного раствора в сложных горно-геологических условиях следует обеспечивать буровые полным комплектом цементировочного оборудования. Этот комплект назовём первым вариантом цементировочного оборудования (ВЦО-1).
При цементировании кондукторов и спускаемых на небольшие глубины промежуточных колонн на буровую может быть доставлена часть полного комплекта, которую назовём вторым вариантом цементировочного оборудования (ВЦО-2).
В состав ВЦО-2 должны обязательно входить следующие блоки: по одному НВД, ЗПМ, АПМ и смесителя, а
также блок УПЦ.
В обоих случаях необходимо предусматривать возможность использования насосов буровой установки для продавливания тампонажных растворов. При этом целесообразно использовать устройства, смягчающие гидравлический удар при получении давления «стоп», для исключения порыва мани-фольда и обсадной колонны при окончании процесса.
Блок дезинтегратора доставляется на буровые при необходимости размола слежавшегося портландцемента или других материалов и веществ, вводимых в тампонажный раствор и состоящих из кусков достаточно крупных размеров. Этот блок может применяться для осуществления работ по измельчению материалов на основных или промежуточных базах буровых предприятий. Когда процесс цементирования необходимо провести в сжатые сроки или обеспечить повышенную надёжность процесса, дополнительно к комплекту ВЦО-1 могут быть завезены на
буровую и использованы блок НВД и другие, которые входят в состав полного комплекта цементировочного оборудования.
При разработке документации на оборудование предусмотрено выполнение эргономических и экологических требований, с учетом того, что работы будут проводиться в экстремальных климатических и географических условиях Крайнего Севера.
Выбор варианта оборудования в каждом конкретном случае должен осуществляться после всестороннего обоснования.
Библиографический список
1. Буровое оборудование: Справочник: В 2-х т ./В.Ф. Абубакиров, В. Л. Архангельский, Ю.Г. Буримов и др. - М.: Недра, 2000. - 523 с
2. Справочное руководство по цементировочному оборудованию/ О.И. Бездробный, А.И. Булатов, В.Д. Барановский и др. - М.: Недра, 1979. - 187 с.
Рецензент: кандидат технических наук, профессор Иркутского технического университета В.В.Большаков
