СМЕСИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАСТВОРОВ Российский патент 2000 года по МПК B28C5/38 

Изобретение относится к смесительной технике и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности, в геологоразведке для приготовления тампонажных и буровых растворов при цементировании обсадных колонн и бурении нефтяных и газовых скважин как на суше, так и на море, а также в строительной и других отраслях промышленности.

Известен пневмогидравлический смеситель для приготовления тампонажных и буровых растворов и сухих тампонажных смесей в нефтяной и газовой промышленности с интенсификацией перемешивания компонентов смеси, содержащий впускные патрубки: два - для газовзвеси и один - для жидкости, установленные под углом один к другому, смесительную камеру (приемную емкость), конфузор, имеющий входное сечение в форме эллипса, плавно переходящего в выпускную трубу (смесительную камеру), оканчивающуюся патрубком (напорной трубой), имеющим прогибы, расположенные на взаимно противоположных стенках, соединяющим пневмогидравлический смеситель с гидроциклоном, обеспечивающим отделение воздуха от раствора, а также патрубок для жидкости, снабженный регулятором расхода жидкости с набором сменных эжекционных сопл (насадков) (авт. св. N 1357058, B 01 5/04, 1986).

Недостатком данного смесителя является то, что в процессе приготовления растворов не обеспечиваются:
- регулирование подачи газовзвеси и соответственно необходимое соотношение компонентов раствора (порошок-жидкость) и получение растворов заданной плотности;
- оперативное удаление из смесительной камеры (приемной емкости) запрессовывающегося цемента (зачастую возникающего при неожиданном прекращении подачи жидкости затворения в результате остановки насоса), а также очистка ее стенок от налипающего цемента и раствора в процессе приготовления растворов и в конце его (невыполнение этих операций нарушает работоспособность смесителя);
- кроме того, при остановках жидкость затворения заливает впускные патрубки и смачивает цемент в них, что чревато сказывается на оперативности их очистки и очередного запуска в работу.

Известна также цементно-смесительная машина 2СМН-20(УС6-30), включающая смесительное устройство вакуумно-гидравлического типа.

Смесительное устройство состоит из приемной емкости, штуцерной камеры со сменяемой насадкой, диффузором, переходящим в напорную трубу, и обводной трубы с краном (см. "Справочное руководство по цементировочному оборудованию", -М.: Недра, 1979, стр.23, авторы О.И.Бездробный, А.И.Булатов и др.) - прототип.

Основным недостатком в работе известного смесительного устройства является невозможность обеспечения следующих технологических процессов, необходимых при приготовлении растворов:
- регулируемый отбор порошковых материалов из любой аккумулирующей емкости по трубопроводу в смесительное устройство, находящееся на расстоянии оптимально до 10 м (по вертикали или по горизонтали) с затворением их и получения продиспергированных с заданной плотностью качественных, например, цементных растворов;
- затворения цемента, подаваемого пневмотранспортом непосредственно из автоцементовоза, камерного питателя или другого типа пневмотранспортной установки;
- оперативной очистки приемной емкости от запрессовывающегося цемента при внезапном прекращении подачи жидкости затворения, а также периодической очистки ее стенок от налипающего цемента и раствора - результат явление трубообразования (образование узкого прохода для цемента), снижающего плотность приготавливаемого раствора.

Задача, достигаемая изобретением, заключается в расширении технологических возможностей смесительного устройства при приготовлении растворов, а именно обеспечение следующих технологических процессов:
- регулируемого отбора порошковых материалов из любой аккумулирующей емкости по трубопроводу в приемную емкость смесительного устройства, установленного на расстоянии до 10 м (по вертикали или по горизонтали), за счет повышенного вакуума (до 0,096 МПа), создаваемого в приемной емкости энергией струи жидкости затворения, исходящей из насадки, с одновременным их затворением и повышением степеней смешения компонентов раствора (порошок-жидкость в определенном регулируемом соотношении) и соответственно диспергирования частиц цемента в растворе с обеспечением возможности оперативной очистки приемной емкости смесительного устройства от запрессовывающегося цемента при внезапном прекращении подачи жидкости затворения, периодической очистки ее стенок от налипающего цемента (при этом образуется узкий проход для цемента, поступающего на смешение с жидкостью затворения), в результате чего снижается плотность приготавливаемого раствора, а также исключается залив трубопровода для порошка жидкостью затворения в момент остановки процесса приготовления раствора;
- затворения цемента, подаваемого пневмотранспортом (например, из автоцементовоза, камерного питателя или другого типа пневмотранспортных установок) с обеспечением дополнительного диспергирования частиц цемента в растворе за счет сопутствующего в нем транспортирующего воздуха, создающего "кипящий" поток, интенсифицирующий процесс перемешивания.

Поставленная задача достигается тем, что смесительное устройство для приготовления растворов, содержащее приемную емкость, соосно расположенные штуцерную камеру с установленной в ней сменной насадкой, диффузор с подсоединенной к нему напорной трубой со сливным устройством и введенную в нее обводную трубу с краном, дополнительно снабжено конфузором, установленным на стенке приемной емкости напротив сменной насадки и соосно с ней, фильтром перед насадкой в штуцерной камере, смесительной камерой, размещенной между конфузором и диффузором, трубопроводом для порошка, введенным в приемную емкость под углом к оси конфузора и имеющим запорно-регулирующее устройство, сливное устройство дополнительно снабжено сливным и тупиковым патрубком с торцевой стенкой, установленной под углом к потоку раствора, обеспечивающей его отражение в направлении проходного отверстия сливного патрубка, при этом площадь его проходного сечения должна соответствовать площади проходного сечения смесительной камеры, а приемная емкость оснащена откидной крышкой с уплотнительным герметизирующим элементом и запорным устройством.

На чертеже представлен общий вид заявляемого смесительного устройства для приготовления растворов.

Смесительное устройство содержит приемную емкость 1 с откидной крышкой 2, запорным устройством 3 и герметизирующим уплотнительным элементом 4, а также штуцерную камеру 5 с быстроразъемным соединением 6 для оперативной смены насадки 7, фильтром 8 для исключения попадания инородных частиц в проходное отверстие насадки 7, зачастую находящихся в жидкости затворения, обводную трубу 9 с краном 10, конфузор 11, смесительную камеру 12, диффузор 13, напорную трубу 14, сливное устройство 15 с торцевой стенкой 16, установленной под углом, тупиковый участок 17, предотвращающий абразивный износ в месте поворота потока раствора и обеспечивающий повышение степени диспергирования частиц цемента в нем, сливной патрубок 18, трубопровод 19 для жидкости, трубопровод 20 для порошка, введенный в приемную емкость 1 под углом в направлении к входному отверстию конфузора 11, и запорно-регулирующее устройство 21.

Введение трубопровода 20 для порошка в приемную емкость 1 сверху и под углом к конфузору 11 исключает попадание в него жидкости затворения и смачивание цемента при вынужденных остановках процесса приготовления раствора. При этом смесительное устройство необходимо устанавливать под углом 10-15^o в сторону слива, обеспечивая тем самым полный слив раствора из приемной емкости 1 и напорной трубы 14. Это все обеспечивает осуществление запуска смесительного устройства неоднократно без опасения снижения его работоспособности.

Смесительное устройство в процессе приготовления растворов работает следующим образом.

В штуцерную камеру 5, разъединив быстроразьемное соединение 6, устанавливается соответствующая сменная насадка 7, с проходным сечением, обеспечивающим приготовление раствора в пределах необходимой плотности (при этом необходимо иметь в виду, что чем меньше площадь проходного сечения установленной сменной насадки 7 при одном и том же рабочем давлении жидкости затворения и эквивалентном отборе цемента из приемной емкости, тем больше плотность приготавливаемого раствора, т.к. количество жидкой фазы в растворе уменьшается). К трубопроводу 19 для подачи жидкости подсоединяется высоконапорный насос с повышенной подачей, а трубопровод 20 для порошка подсоединяется к емкости, аккумулирующей цемент, установленной на расстоянии в пределах до 10 м от смесительного устройства (возможно расположение его над резервуаром с мешалкой для дополнительной обработки раствора, устанавливаемым на высоте, например, на шасси автомобиля). Закрывается откидная крышка 2 с обеспечением плотного прилегания герметизирующего уплотнительного элемента 4 и фиксируется запорным устройством 3. Включается в работу насос. Истекающая с большой скоростью из насадки 7 струя жидкости затворения увлекает за собой атмосферный воздух, находящийся в приемной емкости 1, и выбрасывает его в конфузор 11, смесительную камеру 12 и далее, запирая при этом образуемым конусом весь периметр их. В приемной емкости 1 в короткий промежуток времени создается пониженное давление до 0,096 МПа, которым плотным потоком засасывается порошковый материал из аккумулирующей емкости и одновременно смешивается c жидкостью затворения в приемной емкости 1 в конфузоре 11 и интенсивно перемешивается при дальнейшем транспортировании скоростным потоком в смесительной камере 12, диффузоре 13, напорной трубе 14 и в сливном устройстве 15. При этом частицы цемента интенсивно диспергируют с жидкостью, отдавая полнее свои вяжущие свойства. Особенно интенсивное их диспергирование происходит при соударении потока раствора о торцевую стенку 16 тупикового патрубка 17 сливного устройства 15, отбрасывающую поток раствора в направлении входного отверстия сливного патрубка 18. При этом в патрубке 17 создается тупиковый участок, обеспечивающий снижение абразивного износа в месте изменения направления потока раствора из-за того, что раствор в нем в основном соприкасается с раствором. Полное запирание конусом потока раствора периметра конфузора 11 и смесительной камеры 12, а также соответствие площадей проходного сечения сливного патрубка 18 и смесительной камеры 12 не позволяет атмосферному воздуху обратно проникать в приемную емкость 1, обеспечивая тем самым в ней постоянный высокий вакуум, которым цемент отсасывается из аккумулирующей емкости с повышенной регулируемой производительностью.

Регулирование подачи цемента в смесительное устройство (и соответственно плотности приготавливаемого раствора) осуществляется запорно-регулирующим устройством 21, а при выходе на заданную плотность тонкая ее регулировка производится вводом жидкости затворения в раствор (разбавление его) с помощью крана 10 на обводной трубе 9.

При необходимости затворения цемента, подаваемого пневмотранспортом из автоцементовоза, камерного питателя или другого типа пневмотранспортной установки, в работу включается насос, обеспечивая необходимую подачу жидкости затворения в смесительное устройство и пониженное давление в его приемной емкости. Одновременно включается подача цемента пневмотранспортом по трубопроводу 20. Перед этим крышка 2 должна быть плотно закрыта и надежно зафиксирована запорным устройством 3. Регулирование подачи цемента обеспечивается запорно-регулирующим устройством 21 смесительного устройства, а также на выходе из пневмотранспортной установки. Тонкая регулировка плотности раствора осуществляется с помощью крана 10 вводом жидкости затворения в раствор при необходимости снижения его плотности.

При описанном технологическом процессе приготовления растворов в интенсификации процесса, перемешивания его компонентов и диспергирования частиц цемента дополнительно участвует воздух, поступающий с цементом из пневмотранспортной установки, который сопутствуя с раствором, перемешивает его струйками и пузырьками, создавая как бы "кипящий" поток. Затем воздух отделяется в гидроциклоне или на сетках, где происходит также отделение комкообразных включений, зачастую находящихся в серийно выпускаемом цементе. Особенно их большое количество в лежалых цементах, применяемых в северных нефтегазовых регионах, куда цемент завозится большими партиями и хранится продолжительное время.

Исходя из вышеописанного, предлагаемое смесительное устройство обеспечивает приготовление качественных цементных и других растворов с регулируемой плотностью, с отбором порошковых материалов за счет создаваемого вакуума по трубопроводу на расстоянии до 10 м (по вертикали или горизонтали), а также затворение цемента, подавая непосредственно из пневмотранспортных установок, что позволит обеспечить проведение различных вариантов и технологических процессов приготовления растворов с использованием энергии струи жидкости затворения.

Изобретение относится к устройствам для перемешивания и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности. Смесительное устройство для приготовления растворов содержит приемную емкость, соосно расположенную штуцерную камеру с установленной в ней сменной насадкой, диффузор с подсоединенной к нему напорной трубой со сливным устройством и введенную в нее обводную трубу с краном. Оно снабжено конфузором, установленным на стенке приемной емкости напротив сменной насадки и соосно с ней, фильтром перед насадкой в штуцерной камере, смесительной камерой, размещенной между конфузором и диффузором, трубопроводом для порошка, введенным в приемную емкость под углом к оси конфузора и имеющим запорно-регулирующее устройство. Сливное устройство снабжено сливным патрубком и тупиковым патрубком с торцевой стенкой. Торцевая стенка установлена под углом к потоку раствора. Расположение торцевой стенки обеспечивает отражение потока раствора в направлении проходного отверстия сливного патрубка. Площадь проходного сечения сливного патрубка должна соответствовать площади проходного сечения смесительной камеры. Приемная емкость оснащена откидной крышкой с уплотнительным герметизирующим элементом и запорным устройством. Изобретение позволит расширить технологические возможности смесительного устройства при приготовлении растворов. 1 ил.

Смесительное устройство для приготовления растворов, содержащее приемную емкость, соосно расположенные штуцерную камеру с установленной в ней сменной насадкой, диффузор с подсоединенной к нему напорной трубой со сливным устройством и введенную в нее обводную трубу с краном, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено конфузором, установленным на стенке приемной емкости напротив сменной насадки и соосно с ней, фильтром перед насадкой в штуцерной камере, смесительной камерой, размещенной между конфузором и диффузором, трубопроводом для порошка, введенным в приемную емкость под углом к оси конфузора и имеющим запорно-регулирующее устройство, сливное устройство дополнительно снабжено сливным патрубком и тупиковым патрубком с торцевой стенкой, установленной под углом к потоку раствора, обеспечивающей его отражение в направлении проходного отверстия сливного патрубка, при этом площадь его проходного сечения должна соответствовать площади проходного сечения смесительной камеры, а приемная емкость оснащена откидной крышкой с уплотнительным герметизирующим элементом и запорным устройством.