Цементировочный агрегат 3ЦА-400 с насосом 11Т

пояснительная.docx

Способы цементирования обсадных колонн 5
Цементировочные агрегаты 5
1 Цементировочный агрегат 3ЦА-400А 6
2 Совершенствование цементировочных агрегатов8
Патентно-информационный обзор 8
Расчет цементировочного насоса 11Т 12
1 Мощность и КПД насоса 12
2 Расчет цилиндра насоса на прочность 13
3 Расчет штока поршня на сжатие 14
4Расчет удельного давления штока ползуна
приводной части на шток поршня 15
Список использованной литературы 17
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.
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.
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.
Защита обсадной колонны от действия коррозионной среды.
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.
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 704850261620Изм.
камня (и всей крепи) требованиям обусловленным внешними воздействиями (нагрузки коррозия и т.д.).
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.
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
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 254; 508; 1016 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
Число двойных ходов насоса в 1 мин
Давление (кгссм2) при диаметре втулки мм
Подача (лс) при диаметре втулки мм
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 235 МПа.
В манифольд агрегата входят приемный нагнетательный и раздающий трубопроводы. Приемный трубопровод насоса 11T." оборудован 704850261620Изм.
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 01 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.
2 Совершенствование цементировочных агрегатов
К основным недостаткам существующих цементировочных агрегатов следует отнести: недостаточную гидравлическую^ мощность невысокую работоспособность отдельных узлов (клапанов поршней и цилиндровых втулок уплотнений и т. д.) высокую неравномерность давления ненадежную работу запорной арматуры и гибкого металлического шланга неприспособленность к работе при низких температурах невысокую проходимость шасси автомобиля и некоторые другие.В настоящее время создан размерный ряд цементировочных агрегатов и цементно-смесительных машин. Типы и основные параметры нефтепромысловых передвижных насосных установок (так называются цементировочные и насосные агрегаты) регламентированы техническими условиями на их 704850261620Изм.
производство (ТУ 26-16-52-77 ТУ 26-16-148-82 ТУ 26-16-196-87 ТУ 26-16-213-87). Предусмотрено создание трех типов насосных установок: с мерным баком (УНБ) с цистерной для транспортирования рабочей жидкости (УНЦ) и без специального оборудования (УН). Установки насосные с мерным баком (цементировочные агрегаты) будут выпускаться пяти типов каждая на определенную гидравлическую мощность (736; 1178; 2944; 4637 и 910 кВт). Чтобы получить различные технические характеристики установок той же полезной мощности предусматривается применение в насосах различных гидравлических блоков. Разработаны и испытаны несколько модификаций установок насосных на 1178; 2944 и 4637 кВт.
Патентно-информационный обзор
В авторском свидетельстве №222166 на рис. 1 изображено устройство грязевого двухжидкостного насоса. Его устройство отличается тем что с целью предохранения цилиндров насоса от абразивных частиц
компенсаторы снабжены соосно расположенными в них осадительными трубками соединёнными с цилиндром насоса. При работе насоса в агрессивных средах его эксплуатационный срок уменьшается. Также он более сложный в изготовлении имеющий более сложную конструкцию.
Рисунок 1- Устройство грязевого двухжидкостного насоса
В авторском свидетельстве №775375 описано устройство поршневой гидромашины. На фиг. 1 изображена предлагаемая гидромашина продольный разрез; на фиг. 2 - гидромашина со снятой крышкой корпуса вид сверху. Данная поршневая гидромашина отличается тем что с целью уменьшения потерь мощности на трение кинематическая связь выполнена в виде попарно шарнирного соединения шеек коленчатых валов гидромашины.
Машина также сложна в изготовлении требует более точного изготовления некоторых узлов. Непригодна для работы в условиях крайнего севера и агрессивных средах.
Рисунок 2 – Поршневая гидромашина
В авторском свидетельстве №1779771 А1 описано устройство объёмного насоса содержащего корпус в котором установлены поршень со штоком и механизмы преобразования вращательного движения штока в возвратно-поступательное движение поршня. Устройство отличается тем что с целью упрощения конструкции механизм преобразования вращательного движения штока в возвратно-поступательное движение поршня выполнен в виде выполненных на корпусе винтовых пазов и установленных в них по меньшей мере трёх направляющих с возможность перемещения по ним поршня на боковой поверхности которого также выполнены пазы в которых установлены ролики. При изготовлении этого насоса требуются дополнительные затраты на эластичные оболочки которые установлены на боковой поверхности поршня которые при работе в нефтяной отрасли будут быстро приходить в негодность. Замена их - лишние затраты.
Рисунок 3 – Объемный насос
В авторском свидетельстве №1476183 А1. Описано устройство поршневого насоса. Модернизированный насос отличается тем что с целью повышения долговечности цилиндропоршневой пары путём компенсации несоосности приводной и гидравлической частей насоса сочленение штока поршня выполнено сферическим с центром сферы расположенным на оси штока поршня в плоскости уплотняемого зазора цилиндропоршневой пары. Насос более прост в изготовлении предназначен для работы в условиях агрессивных сред.
Рисунок 4 – Поршневой насос
При изучении всех патентов для усовершенствования цементировочного агрегата я решил применить АС №1476183. так как. при незначительном изменении конструкции изменяется долговечность цилиндропоршневой пары. Следовательно стоимость модернизации будет не высока. В остальных рассмотренных авторских свидетельствах модернизация обойдётся дороже.
Модернизация данного агрегата заключается в том был заменен тип сочленения штоков( см. АС №1476183 рисунок 3). Цель замены - повышение долговечности работы всего цементировочного агрегата. Также был поставлен подшипник скольжения с целью направления движения штока. Поршневой насос содержащий приводную часть со штоком ползуна гидравлическую часть со штоком поршня и цилиндропоршневой парой хомут соединяющий штоки ползуна и поршня отличающийся тем что с целью повышения долговечности цилиндропоршневой пары путем компенсации несоосности приводной и гидравлической частей насоса сочленение штока ползуна и штока поршня выполнен сферическим с центром сферы расположенном на оси штока поршня в плоскости уплотняемого зазора цилиндропоршневой пары. Так же уменьшилось удельное давление на модернизированный шток за счёт увеличения площади сочленения штоков.
Расчет цементировочного насоса 11Т
1 Мощность и КПД насоса.
Полезная мощность насоса (в кВт)
где Q - подача насоса м; p - давление насоса Мпа
Механический КПД насоса
м = 1м * 2м * 3м * 4м
где 1м =090-095 - КПД подшипников валов
м =095-098 - КПД зубчатой передачи
м =095 - КПД кривошипно-шатунного механизма
м =090-092 КПД поршней и сальников
Таким образом механический КПД насоса м =087-088
Nинд =258*088=227 кВт
Полный КПД - это отношение полезной мощности насоса к мощности насоса
=NпNм=Nп*NиндNинд*Nм = инд* м
2 Расчет цилиндра насоса на прочность
Цилиндр поршневого насоса изготовлен из стали 45 для которой допускаемое напряжение [] = 360МПа. Максимальное давление насоса при минимальной подаче составляет 40 МПа. Геометрические размеры цилиндра данного насоса:
-наружный радиус - 00825 м
-внутренний радиус - 00575м
=2Prнар2(rнар2-rвн2)≤[] n
где - напряжение разрывающее стенки цилиндра;
P - давление МПа; rнар - наружный диаметр цилиндра м;
Rвн - внутренний диаметр цилиндра м; [] - допускаемое напряжение
материала МПа; n - коэффициент запаса прочности.
=2Prнар2(rнар2-rвн2)=2*40*106*008252(008252-005752)= 1555 МПа.
n = [] = 360*1061555*106 = 23.
3 Расчёт штока поршня на сжатие
Шток цилиндра поршневого насоса изготовлен из стали 45 для которой допускаемое напряжение сжатия [] = 450МПа. Максимальное давление насоса при минимальной подаче составляет 40 МПа.
Радиус штока rшт = 003 м.
Радиус поршня rпорш = 00575 м.
где - напряжение сжимающее шток цилиндра МПа;
F - сжимающая сила Н; Sшт - площадь поперечного сечения штока м2 ; n - коэффициент запаса прочности.
где Р - давление насоса МПа; Sпорш - площадь поперечного сечения поршня м2 .
Sшт = rшт 2= 314 * 0032 = 0002826 м2 .
Sпорш = rпорш 2 = 314 * 005752 = 01038 м2 .
F = PSпорш = 40 * 106 * 01038 = 415 кН.
= FSшт=415*1030002826 = 14685 МПа.
n = []=450*10614685*106=3.
4 Расчёт удельного давления штока ползуна приводной части на шток поршня.
а) Шток до модернизации:
где Руд1 - удельное давление штока ползуна приводной части на шток цилиндра до модернизации МПа; F - сжимающая сила Н; S1 - площадь сочленения м2 .
Р =FS1=415*103000067= 6194 МПа.
б) Шток после модернизации:
где Руд2 - удельное давление штока ползуна приводной части на шток цилиндра до модернизации МПа; F - сжимающая сила Н; S2 - площадь сочленения м .
Руд2=FS2=415*10300008= 518 МПа.
Удельное давление на шток после модернизации меньше чем на шток до модернизации следовательно работоспособность модернизированного штока больше чем не модернизированного.
В данном курсовом проекте рассматривалась модернизация цементировочного агрегата 3ЦА-400. Модернизация цементировочного агрегата заключалась в замене типа сочленения штоков в насосе и приводной части. Данная модернизация позволила повысить коэффициент 704850261620Изм.
работоспособности увеличить срок службы насоса повысить его надежность и долговечность. Соответственно частота ремонта насоса уменьшится что является большим плюсом с точки зрения технико-экономического обоснования модернизации.
Список использованной литературы
Булатов А.И. Тампонажные материалы и технология цементирования скважин: учебник для техникумов. - 4-е издание переработанное и дополненное. - М.: "Недра" 1991. - 336 с.: ил.
Лесецкий В.А. Ильский А.Л. Буровые машины и механизмы: учебник 2-е издание переработанное и доп. - М.: Недра 1980 - 391с.

Спецификация насос.spw

0602.65 0800270 КР 02.00.000
0602.65 0800270 КР 02.01.000
0602.65 0800270 КР 02.02.000
0602.65 0800270 КР 02.03.000
0602.65 0800270 КР 02.04.000
0602.65 0800270 КР 02.05.000
0602.65 0800270 КР 02.06.000
0602.65 0800270 КР 02.07.000
0602.65 0800270 КР 02.08.000
0602.65 0800270 КР 02.09.000
0602.65 0800270 КР 02.10.000
0602.65 0800270 КР 02.11.000
0602.65 0800270 КР 02.12.000
0602.65 0800270 КР 02.13.000

Насос.cdw

горизонтальный двойного
Гидравлическая мощность кВт 258
Наибольшее число двойных
Максимальное давление при
минимальной подаче МПа 40
Давленине развиваемое
насосом при максимальроной
Техническая характеристика

Спецификация 3ЦА-400.spw

0602.65 0800270 КР 01.00.000
0602.65 0800270 КР 01.01.000
0602.65 0800270 КР 01.02.000
0602.65 0800270 КР 01.03.000
0602.65 0800270 КР 01.04.000
0602.65 0800270 КР 01.05.000
0602.65 0800270 КР 01.06.000
0602.65 0800270 КР 01.07.000
0602.65 0800270 КР 01.08.000
0602.65 0800270 КР 01.09.000

Патентно инфо обзор.cdw

Авторское свидетельство №773575
Поршневая гидромашина
- эластичные оболочки
10 - всасыывающие клапаны
12 -нагнетательные клапаны
Авторское свидетельство № 1779771 А1
Авторское свидетельство №222166
Грязевой двухжидкостный насос
Авторское свидетельство №1476183 А1
- цилиндр двойного действия
- трубчатый компенсатор
- осадительная трубка
Патентно-информационный обзор

ЗЦА-400.cdw

Тип агрегата Передвижной на шасси
Максисмальное давления при подаче 29 лс МПа 40
Максимальная подача при давлении 4 МПа лс 33
Тип автомобиля Трехосный грузовой
Грузоподъемность т 10-12
максимальная частота вращения вала
двигателя обмин 2100
наибольшая мощность кВт 177
Цементировочный насос 11Т
Гидравлическая мощность кВт 258
Наибольшее число двойных ходов в 1 мин 127
Манифольд и прочее оборудование
Вместимость мерного бака м
Условный диаметр проходного сечения
Общая длина разборного трубопровода мм 22000
Номинальная мощность двигателя В2-500А-С2
при 1800 обмин кВт 368
Наибольший крутящий момент
при 1100-1200 обмин Н
Эксплуатационная мощность при 1600 обмин кВт 344
Устойчивая частота вращения вала двигателя
на холостом ходу обмин
Коробка передач 4КПм
Наибольшая передаваемая мощность
Передаточные числа для передач:
Техническая характеристика