СМЕСИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАСТВОРОВ Российский патент 2000 года по МПК B28C5/38 

Установка относится к смесительной технике и может быть использована в нефтяной и газовой промышленности, в геологоразведке для приготовления тампонажных и буровых растворов при цементировании обсадных колонн и бурении нефтяных и газовых скважин, а также в строительной и других отраслях промышленности.

Известна смесительная установка УС для приготовления тампонажных растворов, состоящая из емкости, внутри которой расположены два горизонтальных вала, с установленными на них лопастями, развернутыми под углом 70^o относительно оси валов.

Причем на каждом валу одна половина лопастей выполнена с правым углом наклона, другая - с левым. Привод двух лопастных мешалок осуществляется от двигателя трактора через коробку отбора мощности и редуктора. Для загрузки порошковых материалов в емкость установки и смешения их с расчетным объемом жидкости затворения в состав ее включены два загрузочных шнековых транспортера с гидроприводом от общей гидросистемы трактора, а также два пневмоциклона с тангенциальными патрубками для подсоединения пневмошлангов автоцементовозов с пневматической разгрузкой (РНТС "Машины и нефтяное оборудование" вып. N 10, Москва, ВНИИОЭНГ, 1979 г., стр. 28-30).

Одним из основных недостатков данной конструкции установки является невозможность обеспечения достаточной интенсивности и степени перемешивания компонентов приготавливаемых растворов в емкостях значительных объемов только поперечными валам лопастями, повернутыми под углом 70^o в разные стороны при относительно малых диаметрах мешалок в сравнении с высотой емкости. Приготовление растворов таким способом, названным объемным, при котором в емкость установки заливается расчетный объем жидкости затворения, в нее же загрузочными шнеками или пневмотранспортом вводится определенное количество цемента для получения раствора с необходимой плотностью (иногда требуется до 2400 кг/м³) с одновременным перемешиванием общей массы до получения гомогенного раствора, считается нетехнологичным. Так как при получении раствора уже с плотностью 1500-1600 кг/м³ цемент, подаваемый в него, начинает плавать сверху, и чтобы его утопить под уровень, перемешать с основной массой и получить гомогенный раствор объемом до 33 м³, требуются значительные энергетические затраты и продолжительное время (что неприемлемо при цементировании обсадных колонн нефтяных и газовых скважин, где время является одним из определяющих факторов).

Известна также смесительная установка для приготовления растворов, содержащая установленный на шасси транспортного средства резервуар, размещенные в нем мешалки, состоящие из горизонтально расположенных валов с поперечными траверсами, к концам которых прикреплены прерывные ленточные винтовые лопасти (см. прилагаемый для информации чертеж "Вал перемешивающий 40-16.01.02.000 СБ" ). Резервуар оснащен шахтой, которая включает заслонки поворотные, сетку-фильтр для отделения комкообразных включений, находящихся зачастую в серийно выпускаемых цементах, перед поступлением на прием насосных установок и патрубки для подсоединения приемных шлангов последних, мерную линейку, пробоотборник, площадки обслуживания, трубопроводы со специальными приспособлениями, при этом резервуар имеет днище, выполненное по форме и размерам мешалок в виде двух соприкасаемых сферических сегментов, расположенный под ним поддон, образующий с ними, с торцевой стенкой резервуара и торцевой заглушкой перед задней торцевой стенкой герметичную полость, в которую с противоположных сторон введены патрубки для подвода и отвода теплоагента при подогреве жидкости в резервуаре (см. прилагаемый чертеж "Резервуар УО-16.01.01.000 СБ").

На торцевых стенках резервуара оборудованы опорно-концевые подшипники концов валов мешалок, которые соединены специальными приводными валами с приводом от транспортного средства через коробку отбора мощности и цепные передачи, без биения в сальниковых уплотнениях (Научно-технический журнал "Нефтяное хозяйство", N 8, 1991, М.:Недра, с. 40 - прототип).

Основными недостатками приведенной в качестве прототипа смесительной установки являются:
- недостаточная степень перемешивания компонентов приготавливаемых растворов, что обуславливает образование застойных зон и выпадение из раствора частиц непрогидратировавшего цемента на днище резервуара, которые наслаиваются и уплотняются на высоту зазора 20-50 мм между днищем и лопастями мешалок, а также это удлиняет сроки получения гомогенных растворов;
- отсутствие предварительного смешения компонентов приготавливаемых растворов ( в необходимом соотношении), интенсивного их перемешивания при транспортировании (например, по рукаву) непосредственно в резервуар с мешалками за счет энергии струи жидкости затворения, обеспечивая предварительное перемешивание, что способствует получению гомогенных растворов;
- неполное вытеснение раствора из резервуара прерывными ленточными винтовыми лопастями в направлении к шахте, где производится отбор его насосными установками и нагнетания в скважину, особенно это важно в конце процесса, что усложняет очистку, а затем и смыв остатков раствора с днища резервуара, что требует значительного времени и количества технической воды, определения способа ее утилизации, обеспечения ее и т.д.;
- неуравновешенность осевых усилий, создаваемых потоками перемешиваемого раствора на опорно-концевые подшипники валами мешалок при вращении их винтовых ленточных лопастей, а также повышение радиальных нагрузок на опорно-концевые подшипники при заполнении цементным раствором полостей в валах и траверсах мешалок ввиду их негерметичности, что приводит к разрывам в их теле при применении расширяющихся цементов или размораживании в зимнее время;
- невозможность обеспечения постоянного контроля и периодической очистки сетки-фильтра, находящейся в днище резервуара перед входом в шахту под двухметровым слоем раствора, от комкообразных включений, накапливающихся в процессе перемешивания раствора, что затрудняет отбор его с достаточной производительностью, а иногда приводит к остановкам процесса для удаления их и потерям при этом раствора.

Задача, достигаемая изобретением, заключается в создании технологичной конструкции установки, обеспечивающей приготовление с высокой производительностью качественных с необходимой плотностью гомогенных растворов путем эффективного предварительного смешения в необходимом соотношении компонентов приготавливаемого раствора с отделением от него комкообразных включений и дополнительного его перемешивания усовершенствованными мешалками в резервуаре без образования застойных зон с одновременным обеспечением полного вытеснения раствора из резервуара, уравновешивания осевых усилий и снижения радиальных нагрузок на опорно-концевые подшипники.

Поставленная задача достигается тем, что смесительная установка для приготовления растворов, содержащая установленный на шасси транспортного средства резервуар, с размещенными в нем мешалками, состоящими из горизонтально расположенных полых валов с поперечными полыми траверсами, к торцам которых прикреплены ленточные винтовые лопасти, сетчатый фильтр, мерную линейку, пробоотборник, площадки обслуживания, трубопроводы со специальными приспособлениями, при этом резервуар имеет выполненное по форме мешалок днище, расположенный под ним поддон с шахтой, размещенной у задней торцевой стенки резервуара и снабженной поворотными заслонками и патрубками под шланги на прием насосных установок, установленную перед шахтой торцевую заглушку, образующую герметичную полость между днищем, передней торцевой стенкой и поддоном, снабженную с противоположных ее сторон патрубками для подвода и отвода теплоагента, а концы валов мешалок, установленные на опорно-концевые подшипники, закрепленные на торцевых стенках резервуара, соединены специальными приводными валами с приводом от ходового двигателя транспортного средства через коробку отбора мощности и цепные передачи, дополнительно снабжена гидросмесителями гидронапорного и/или гидропневматического типа, сливные патрубки которых направлены на фильтры, выполненные в виде сетчатых емкостей, установленных над резервуаром, а на наружных кромках взаимно противоположных ленточных винтовых лопастей, выполненных сплошными с витками, направленными в сторону шахты, в шахматном порядке закреплены эластичные накладки таким образом, что они соприкасаются с поверхностью днища и перекрывают при вращении мешалок всю его длину, кроме того, траверсы снабжены сплошными на всю длину резервуара ленточными винтовыми лопастями, размещенными между указанными выше наружными лопастями и валами, витки которых направлены в сторону, противоположную направлению витков наружных лопастей с равнозначными площадями, при этом полости валов и траверс выполнены герметичными.

На чертеже представлен общий вид заявляемой смесительной установки для приготовления растворов.

Смесительная установка содержит резервуар 1 с шахтой 2, снабженной патрубками 3 и заслонками поворотными 4, и с днищем, выполненным в виде двух соприкасающихся сферических сегментов по форме и с размерами горизонтально расположенных мешалок 5, оборудованных поперечно к валам 6 полыми траверсами 7, выполненных герметично, к концам которых прикреплены сплошные (на всю длину резервуара) наружние 8 и внутренние 9 ленточные винтовые лопасти, витки которых направлены в разные стороны: наружние 8 в направлении к шахте 2, а внутренние 9 - в противоположную сторону и имеют равнозначные площади с обеспечением взаимно уравновешивающихся осевых усилий на опорно-концевые подшипники 10. При этом к наружним лопастям 8 на их взаимно противоположных участках у концевых кромок прерывно в шахматном порядке прикреплены эластичные накладки 11, соприкасающиеся с определенными участками сдвоенных сферических днищ, перекрывая при вращении мешалок 5 всю их длину. Установка включает также поддон 12, образующий с торцевой заглушкой 13, передней торцевой стенкой и днищем резервуара 1 герметичную полость 14. В полость 14 у противоположных торцевых стенок резервуара 1 введены патрубки 15 для подвода и отвода теплоагента (для подогрева при необходимости жидкостей в резервуаре 1). Специальной конструкции привода мешалок 5 соединены с приводом от ходового двигателя транспортного средства, например автомобиля 16, через коробку отбора мощности 17 и цепные передачи 18. Установка также оснащена трубопроводами со специальными приспособлениями 19, обеспечивающими подачу растворов и жидкостей в резервуар 1, мерной линейкой 20 для определения объема жидкости в нем, площадками обслуживания 21 и пробоотборником 22. В состав установки входят гидросмесители типа гидронапорного 23 и гидропневматического 24 (на которые поданы заявки). Сливные патрубки 25 гидросмесителей направлены в сетчатые емкости-фильтры 26. Сетчатые емкости-фильтры 26 прикреплены сверху над полостью.

Компоненты приготавливаемого раствора (например, цемент-жидкость затворения) в необходимом соотношении за счет эжекции, создаваемой энергией струи жидкости затворения, поступают в гидронапорный 23 или в гидропневматический 24 смесители ( или одновременно ), интенсивно смешиваются и дополнительно перемешиваются при транспортировании непосредственно в резервуар 1 по трубопроводу со специальными приспособлениями 19 или по пути к сливному патрубку 25 гидропневматического смесителя 24. Приготавливаемый при этом раствор из сливных патрубков 25 сливается в сетчатые емкости-фильтры 26 , где из него отделяются комкообразные включения (зачастую находящиеся в серийно выпускаемых цементах, особенно в лежалых, хранящихся продолжительное время в не приспособленных для хранения складах в северных регионах), а очищенный раствор поступает в резервуар 1. В резервуаре 1 раствор интенсивно перемешивается двумя горизонтально расположенными мешалками 5 с взаимно противоположно направленными винтовыми лопастями: наружними 8 поток раствора направляется к шахте 2, где производится отбор насосами насосных установок (например, типа УНБ-160) и нагнетание в скважину, а внутренними 9 - в противоположную сторону, дополнительно интенсифицируя процесс его перемешивания, с одновременным постоянным очищением по всей длине днища резервуара 1 эластичными накладками 10 от оседающих на него частиц из раствора. Одновременно противоположно направленные витки винтовых лопастей наружних 8 и внутренних 9 с равнозначными площадями создают потоки перемешиваемого раствора, взаимно уравновешивающие осевые усилия на опорно-концевые подшипники 10. А герметичность выполнения валов 6 и траверс 7 мешалок 5 обеспечивает снижение радиальных усилий в результате воздействия архимедовой силы на полые сварные конструкции при заполнении резервуара 1 приготавливаемым раствором с высокой плотностью и вязкостью.

Оснащение наружных лопастей 8 эластичными накладками 11 исключает образование застойных зон, а прерывное их расположение в шахматном порядке обеспечивает снижение мощности привода мешалок 5 и соответственно расхода топлива из-за меньшей площади соприкосновения эластичных накладок 11 со сферическим днищем резервуара 1, а также уменьшение объема выполняемых работ и количества используемого эластичного материала, а в результате обеспечен необходимый эффект.

Расположение сетчатых емкостей-фильтров 26 сверху над полостью резервуара 1 обеспечивает отделение из приготавливаемого раствора комкообразных включений перед поступлением его в резервуар 1, а также ведения постоянного контроля за накоплением и оперативное и удобное удаление их в процессе приготовления раствора, не останавливая его и не допуская потерь раствора.

После отбора и нагнетания приготовленного раствора в скважину остатки его полностью вытесняются эластичными накладками 11 и производится только обмыв технической водой стенок резервуара 1 и мешалок 5, не останавливая их вращение, вытесняя растворосодержащую техническую воду в шахту 2 и в место ее утилизации без значительного расхода технической воды и в короткие сроки, что особенно важно в зимнее время.

Применение предлагаемой смесительной установки позволит приготавливать качественные гомогенные с заданной плотностью тампонажные растворы с высокой производительностью, с обеспечением необходимых режимов и качества цементирования обсадных колонн нефтяных и газовых скважин, а также их бурения.

Изобретение относится к устройствам для перемешивания и может быть использовано в нефтяной, газовой, а также строительной и других отраслях промышленности. Смесительная установка для приготовления растворов содержит установленный на шасси транспортного средства резервуар, размещенные в нем мешалки, состоящие из горизонтально расположенных полых валов с поперечными полыми траверсами, к торцам которых прикреплены ленточные винтовые лопасти, сетчатый фильтр, мерную линейку, пробоотборник, площадки обслуживания, трубопроводы со специальными приспособлениями, при этом резервуар имеет выполненное по форме мешалок днище, расположенный под ним поддон с шахтой, размещенной у задней торцевой стенки резервуара и имеющей заслонки и патрубки под шланги на прием насосных установок, установленную перед шахтой торцевую заглушку, образующую герметичную полость между днищем, передней торцевой стенкой и поддоном. Шахта выполнена с патрубками для подвода и отвода теплоагента, расположенными с противоположных сторон шахты. Концы валов мешалок, установленные на опорно-концевые подшипники, закрепленные на торцевых стенках резервуара, соединены специальными приводными валами с приводом от ходового двигателя транспортного средства через коробку отбора мощности и цепные передачи. Смесительная установка снабжена гидросмесителями гидронапорного и/или гидропневматического типа, сливные патрубки которых направлены на фильтры, выполненные в виде сетчатых емкостей, установленных над резервуаром. На наружных кромках взаимно противоположных ленточных винтовых лопастей, выполненных сплошными с витками, направленными в сторону шахты, в шахматном порядке закреплены эластичные накладки так, что они соприкасаются с поверхностью днища и перекрывают при вращении мешалок всю его длину. Траверсы снабжены сплошными на всю длину резервуара ленточными винтовыми лопастями, размещенными между указанными наружными лопастями и валами, витки которых направлены в сторону, противоположную направлению витков наружных лопастей с равнозначными площадями. Полости валов и траверс выполнены герметичными. Изобретение позволяет обеспечить приготовление с высокой производительностью качественных с необходимой плотностью гомогенных растворов. 1 ил.

Смесительная установка для приготовления растворов, содержащая установленный на шасси транспортного средства резервуар, размещенные в нем мешалки, состоящие из горизонтально расположенных полых валов с поперечными полыми траверсами, к торцам которых прикреплены ленточные винтовые лопасти, сетчатый фильтр, мерную линейку, пробоотборник, площадки обслуживания, трубопроводы со специальными приспособлениями, при этом резервуар имеет выполненное по форме мешалок днище, расположенный под ним поддон с шахтой, размещенной у задней торцевой стенки резервуара и снабженной поворотными заслонками и патрубками под шланги на прием насосных установок, установленную перед шахтой торцевую заглушку, образующую герметичную полость между днищем, передней торцевой стенкой и поддоном, снабженную с противоположных ее сторон патрубками для подвода и отвода теплоагента, а концы валов мешалок, установленные на опорно-концевые подшипники, закрепленные на торцевых стенках резервуара, соединены специальными приводными валами с приводом от ходового транспортного средства через коробку отбора мощности и цепные передачи, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена гидросмесителями гидронапорного и/или гидропневматического типа, сливные патрубки которых направлены на фильтры, выполненные в виде сетчатых емкостей, установленных над резервуаром, а на наружных кромках взаимно противоположных ленточных винтовых лопастей, выполненных сплошными с витками, направленными в сторону шахты, в шахматном порядке закреплены эластичные накладки так, что они соприкасаются с поверхностью днища и перекрывают при вращении мешалок всю его длину, кроме того, траверсы снабжены сплошными на всю длину резервуара ленточными винтовыми лопастями, размещенными между указанными наружными лопастями и валами, витки которых направлены в сторону, противоположную направлению витков наружных лопастей с равнозначными площадями, при этом полости валов и траверс выполнены герметичными.