Содержание

Введение 3

1 Способы цементирования обсадных колонн 5

2 Цементировочные агрегаты 5

2.1 Цементировочный агрегат 3ЦА-400А 6

2.2 Совершенствование цементировочных агрегатов 8

3 Патентно-информационный обзор 8

4 Модернизация 12

5 Расчет цементировочного насоса 11Т 12

5.1 Мощность и КПД насоса 12

5.2 Расчет цилиндра насоса на прочность 13

5.3 Расчет штока поршня на сжатие 14

5.4Расчет удельного давления штока ползуна

приводной части на шток поршня 15

Заключение 16

Список использованной литературы 17

Введение

Все способы цементирования имеют одну цель - вытеснить буровой раствор тампонажным из затрубного пространства скважины и поднять последний на заданную высоту. В результате этого предотвращается возможность движения любой жидкости или газа из одного пласта в другой через заколонное пространство, обеспечивается длительная изоляция продуктивных объектов от посторонних вод, укрепляются неустойчивые, склонные к обвалам и осыпям породы, обсадная колонна предохраняется от коррозии пластовыми водами и повышается ее несущая способность.

Весь комплекс работ, связанных с замещением бурового раствора цементным (тампонажным), называется цементированием скважины или обсадной колонны; сюда же входят ожидание затвердения цементного раствора (ОЗЦ) и период формирования цементного камня. Существует несколько методов цементирования. Из них наиболее распространен метод прямого цементирования, применяемый с некоторыми вариациями и изменениями с начала прошлого века (Перкинс, А. Богушевский).

Важность качественного цементирования обусловлена тем, что это заключительный этап строительства скважин, поэтому неудачи при его выполнении могут свести к минимуму ожидаемый эффект, стать причиной неправильной оценки перспективности разведываемых площадей, появления «новых» залежей нефти и, особенно, газа в коллекторах, перетоков флюидов, грифонообразования, газопроявлений и т.д. Стоимость скважин, особенно глубоких, высока, а ущерб от некачественного их крепления может быть еще большим. Процесс цементирования скважин - операция необратимая, ремонт и восстановление их связаны со значительными затратами средств и времени.

Цементный раствор поступает в заколонное пространство, замещая

находящийся там буровой раствор, и затвердевает в камень.

Назначение и функции, выполняемые цементным камнем, многообразны.

1. Разобщение пластов, их изоляции, т.е. образование в стволе безусадочного тампона, внутреннюю часть которого составляет колонна обсадных труб. Важным условием является равномерная толщина цементного камня со всех сторон. Размеры кольцевого зазора (т.е. толщина цементного кольца) не определяют качества разобщения пластов, однако влияют на формирование цементного камня или предопределяют его отсутствие.

2. Удержание обсадной колонны от всевозможных перемещений; проседания под действием собственного веса, температурных деформаций, деформаций вследствие возникновения перепадов давления в колонне, ударных нагрузок, вращений и т.д.

3. Защита обсадной колонны от действия коррозионной среды.

4. Повышение работоспособности обсадной колонны с увеличением сопротивляемости повышенным (против паспортных данных) внешнему и внутреннему давлениям. Естественно, цементное кольцо должно быть сплошным и иметь при этом определенную физико-механическую характеристику.

5. Сплошное цементное кольцо, приобретая в процессе формирования камня способность к адгезии (цементный камень сцепляется с металлом труб, образуя интерметаллический слой), создает предпосылки к еще большему повышению сопротивляемости высоким внешним и внутренним давлениям.

Краткосрочность операции цементирования скважин не делает ее менее значимой, хотя может быть причиной недостаточного внимания к ее выполнению.

Эксплуатация скважин требует устойчивой работы крепи, что обеспечивается формированием цементного камня вдоль ствола и заполнением им всего заколонного пространства, соответствием свойств камня (и всей крепи) требованиям, обусловленным внешними воздействиями (нагрузки, коррозия и т.д.).

1 Способы цементирования обсадных колонн

Существует несколько способов цементирования обсадных колонн. Все они могут быть разделены на две большие группы - первичные и вторичные (ремонтные, повторные, восстановительные) способы цементирования нефтяных и газовых скважин. Первичные процессы цементирования проводятся после бурения (первичные), вторичные (ремонтные) - после первичных, обычно после некоторого периода работ в скважинах и нарушения герметичности затрубного пространства или колонны, появления посторонних вод, прохождения газа по зацементированному затрубному пространству и т.д.

Каждая из названных групп может иметь подгруппы и подразделения.

2 Цементировочные 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. 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.

2.1 Цементировочный агрегат 3ца-400а

Цементировочный агрегат ЗЦА-400А 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 (таблица 2.1). Агрегат ЗЦА-400А состоит из следующих основных узлов, смонтированных на общей раме: трехпоршневого насоса двойного действия, силовой установки, коробки передач, промежуточного' вала, редуктора, манйфольда, мерного бака. 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 60 МПа с масляным разделителем.Мерный бак вместимостью 6 м3 разделен на две равные части и имеет донные клапаны.

Таблица 1Режимы работы агрегата 3ЦА-400

Включенная передача	Число двойных ходов насоса в 1 мин	Давление (кгс/см^2) при диаметре втулки, мм				Подача (л/с) при диаметре втулки, мм
		100	115	127	100		115	127
I	53,4	400	305	232	6,5		8,6	11,25
II	75,2	270	205	163	9,6		12,7	16,1
III	112,5	182	138	110	4,2		118,7	23,8
IV	156	131	100	79	19,7		26	33

Цементировочный насос 11T, установленный на агрегате, имеет три горизонтальных цилиндра, в которых работают поршни. 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 МПа.

В манифольд агрегата входят приемный, нагнетательный и раздающий трубопроводы. Приемный трубопровод насоса 11T." 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 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.