Устройство для приготовления бурового раствора Российский патент 2024 года по МПК B28C5/38 

Область техники

Изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию, в частности к устройствам для приготовления растворов.

Уровень техники

Известно аналогичное устройство [Патент на изобретение № 2150380 С1 /Н.И. Макушев, С.А. Рябоконь, опубл. 10.06.2000, Бюл. №16], содержащее приемную камеру, диффузор и разгрузочную трубу с эжекционной камерой. Камера сообщается с бункером посредством трубопровода с запорно-регулирующим узлом. Гидросмеситель снабжен сменной насадкой. Насадка размещена в коробке с элементом быстроразъемного соединения, прикрепленного к стенке приемной камеры. Гидросмеситель снабжен фильтром, установленным в коробке перед сменной насадкой, крутоизогнутым фитингом. Фитинг подсоединен к разгрузочной трубе и оборудован противоабразивным элементом. Гидросмеситель снабжен сливным устройством, имеющим патрубок с тупиковым участком и сливной патрубок. Бункер выполнен в виде воронки.

Недостатком устройства-аналога является возможность сводообразования в сыпучем материале, что нарушает равномерность его подачи в питатель.

В качестве прототипа выбрано устройство для дозированного смешивания сыпучего материала с жидкостью, которое содержит загрузочную емкость, шнековый питатель, который подсоединяется под углом к линии горизонта, равным углу естественного откоса транспортируемого сыпучего материала (от 35 до 45 градусов) к загрузочной емкости. Верхним концом шнековый питатель соединен с вакуумной камерой гидроэжекторного смесителя, оснащенного регулятором подачи атмосферного воздуха и рабочей жидкости, а также штуцером-завихрителем потока. [Патент на полезную модель № 123344 U1 /Ю.М. Проселков, И.А. Пахлян, С.В. Мищенко, опубл. 27.12.2012, Бюл. №36].

Недостатком устройства-прототипа является возможность сводообразования в сыпучем материале, что нарушает равномерность его подачи в питатель.

Раскрытие сущности изобретения

Техническим результатом изобретения является предотвращение сводообразования, повышение гомогенности бурового раствора, увеличение скорости приготовления раствора, снижение доли ручного труда в процессе его приготовления, повышение безопасности всего процесса строительства буровой скважины и защита оборудования от преждевременного износа и выхода из строя.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве для приготовления растворов, содержащем привод, загрузочную ёмкость, питатель, оснащённый устройством регулировки скорости подачи компонентов раствора, гидроэжекторный смеситель, особенность заключается в том, что загрузочная ёмкость посредством упругих опор своей верхней частью закреплена на раме с опорами, а нижней частью - соединена с питателем, соединённым с приводом и гидроэжекторным смесителем, при этом вал привода оснащена защитной юбкой, питатель снабжён технологическим каналом, а загрузочная ёмкость оборудована защитной решёткой, установленной внутри неё в средней её части.

Защитная юбка вала привода изготовлена в виде конического колеса с лопастями, жёстко закреплённого на валу.

На раме установлен защитный кожух, препятствующий выдуванию сухой смеси из загрузочной ёмкости.

Питатель оснащён технологическим каналом для его промывки, а приёмная камера гидроэжекторного смесителя содержит устройство для прочистки засоров.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 изображена конструкция устройства для приготовления растворов, где показаны: 1 - упругие опоры, 2 - рама, 3 - защитный кожух, 4 - блок управления, 5 - загрузочная ёмкость, 6 - защитная решётка, 7 - технологический канал, 8 - питатель, 9 - опоры, 10 - отвод, 11 - выходной патрубок гидроэжекторного смесителя, 12 - устройство для прочистки засоров, 13 - гидроэжекторный смеситель, 14 - входной патрубок гидроэжекторного смесителя, 15 - защитная юбка, 16 - привод, 17 - вал.

Заявленное устройство для приготовления растворов содержит загрузочную ёмкость - 5, закреплённую посредством болтовых соединений через упругие опоры - 1 на раме - 2, стоящей на опорах - 9. Рама - 2, стоящая на опорах - 9, является несущей конструкцией, к которой крепятся другие части устройства, в том числе блок управления - 4. Рама - 2 и опоры - 9 изготавливаются из стали или пластика, и соединяются при помощи сварки или болтовых соединений. На раму может устанавливаться защитный кожух - 3, препятствующий выдуванию ветром сухой смеси из загрузочной ёмкости - 5. Защитный кожух - 3 изготавливается из пластика и надевается на раму - 2, на которой, при необходимости, может быть дополнительно зафиксирован болтами. Загрузочная ёмкость - 5 снабжена защитной решёткой - 6, препятствующей попаданию посторонних предметов в питатель и обеспечивающей безопасность рабочих. Загрузочная ёмкость - 5 соединена посредством болтовых соединений через упругие опоры - 1 с питателем - 8. Питатель - 8 соединён с гидроэжекторным смесителем - 13 и содержит технологический канал - 7, предназначенный для промывки питателя в случае закупоривания сухой смесью. Вал - 17, передаёт механическую энергию от привода - 16 на питатель - 8 и имеет защитную юбку - 15, препятствующую попаданию сухой смеси в опору вала и предотвращающий его заклинивание. Защитная юбка - 15 представляет собой коническое колесо с лопастями, жёстко закреплённое на валу и отбрасывающее сухую смесь от опоры вала в канал, соединяющий питатель - 8 и гидроэжекторный смеситель - 13.

Гидроэжекторный смеситель - 13 имеет входной патрубок - 14 и выходной патрубок - 11, связанный с отводом - 10. Гидроэжекторный смеситель - 13 может содержать устройство для прочистки засоров - 12. В зависимости от исполнения, устройство для прочистки засоров - 12 может как ввариваться в гидроэжекторный смеситель - 13, так и прикручиваться к заранее предусмотренному гнезду для его монтажа.

Осуществление изобретения

Заявленное устройство для приготовления растворов работает следующим образом. В загрузочную ёмкость - 5 засыпают сухую смесь, которая под действием гравитационных сил перемещается в питатель - 8. Вибрации, которые могут возникать при работе устройства, передаются через упругие опоры - 1 на загрузочную ёмкость и препятствуют сводообразованию, чем способствуют равномерному пересыпанию сухой смеси из загрузочной ёмкости - 5 к питателю - 8. Питатель - 8 подаёт с равномерной скоростью сухие вещества из загрузочной ёмкости - 5 в гидроэжекторный смеситель - 13, где они растворяются в жидкости, закачиваемой через входной патрубок - 14 гидроэжекторного смесителя и отводятся вместе с ней в виде раствора по выходному патрубку - 11 гидроэжекторного смесителя через отвод - 10 в ёмкость блока приготовления раствора. Устройство для прочистки засоров - 12 представляет собой поршень с рукояткой, закреплённый в трубке, соединённой с технологическими каналами гидроэжекторного смесителя. При закупоривании технологических каналов гидроэжекторного смесителя - 13 разбухшей сухой смесью рабочий может вручную протолкнуть сухую смесь поршнем устройства для прочистки засоров - 12. В случае засорения питателя - 8 производится его промывка водой через технологический канал - 7.

Для преобразования крутящего момента и частоты вращения вала питателя, механическая энергия от электродвигателя может передаваться через редуктор. Управление работой устройства для приготовления растворов производится блоком управления - 4 посредством изменения характеристик электрического тока, передаваемого на привод - 16. Скорость подачи сухих компонентов задаётся рабочим персоналом через интерфейс блока управления. В случае нарушений в работе устройства для приготовления растворов: заклинивания питателя или резкого увеличения нагрузки на валу электродвигателя в следствии попадания посторонних предметов в питатель, блок управления останавливает электродвигатель, с целью защиты рабочих и оборудования.

В качестве гидроэжекторного смесителя может использоваться любая распространённая модель, например СМ-100. В качестве привода может использоваться асинхронный электродвигатель, обороты которого можно менять блоком управления с преобразователем частоты тока. В качестве питателя может быть использован питатель шнекового типа.

Компоненты раствора, имеющие разную растворимость и склонность к набуханию, требуют различной скорости подачи в гидросмеситель. Из-за несоблюдения технологии приготовления и слишком быстрой и неравномерной засыпки, некоторые сухие компоненты не успевают полностью раствориться и выпадают в труднорастворимый осадок, что может привести к ряду негативных последствий: в виде осадка теряются дорогие компоненты раствора; закупоривание осадком циркуляционных каналов может привести к поломке шламового насоса; часть дорогих реагентов, выпавших в осадок потом необходимо вычистить со дна ёмкости блока приготовления раствора, на что приходится затрачивать много труда и времени; утилизация осадка требует материальных затрат; гораздо более серьёзные последствия могут произойти при поступлении в скважину бурового раствора, не удовлетворяющего требованиям, когда в скважину поступает раствор с недостаточным содержанием компонентов, так как часть компонентов в нём не растворилась, а осела на дне ёмкости блока приготовления раствора в виде осадка.

Заявленное устройство для приготовления растворов, при его использовании:

- позволит получать буровой раствор более однородного о гомогенного состава за счёт регулирования скорости подачи сухой смеси, когда каждый компонент будет подаваться с соответствующей его свойствам скоростью, обеспечивающей его растворение;

- обеспечит стабильную подачу сухой смеси за счёт уменьшения сводообразования, так как вибрации, возникающие при работе оборудования будут концентрироваться благодаря упругим опорам на загрузочной ёмкости, и их энергия пойдёт не на разрушение оборудования, а на разрушение сводов. Установленная на упругих опорах загрузочная ёмкость обладает меньшей упругостью, так как, в отличии от остального оборудования, не жёстко закреплена, поэтому будет легко накапливать вибрации. В следствие вибрирования загрузочной ёмкости, стенки загрузочной ёмкости, ударяясь о загруженную сухую смесь будут проталкивать её и механически разрушать своды;

- позволит увеличить скорость приготовления раствора и снизить долю ручного труда в процессе приготовления, так как, благодаря регулируемой подаче сухой смеси, рабочему не придётся вручную дозировать сухую смесь, затрачивая на это дополнительно силы и время;

- повысит безопасность всего процесса строительства скважины благодаря получению раствора стабильного качества, удовлетворяющего технологическим требованиям и обеспечивающего безаварийность процесса бурения скважины;

- обеспечит защиту оборудования от преждевременного износа и выхода из строя, за счёт предотвращения выпадения сухой смеси в осадок, создающий повышенные нагрузки на оборудование.

Пример реализации. Изготовлен прототип устройства для приготовления раствора с рамой и опорами, сваренной из квадратного профиля, длиной и шириной 60 мм. Ширина рамы 1100 мм., длина рамы 1500 мм. Высота прототипа 1600 мм. Питатель прототипа шнековый, длиной 500 мм., диаметром 159 мм., расстояние между витками шнека 150 мм. В качестве привода был выбран асинхронный электродвигатель 5АИ-80-В4-1,5кВт-380В-У2, механическая энергия от которого передаётся на вал шнека через червячный редуктор NMRV-63-15-1400-1,5-B3. Скорость подачи сухой смеси задаётся через преобразователь частоты тока.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Патент на изобретение № 2150380 С1 / Н.И. Макушев, С.А. Рябоконь, опубл. 10.06.2000, Бюл. №16.

2. Патент на полезную модель № 123344 U1 / Ю.М. Проселков, И.А. Пахлян, С.В. Мищенко, опубл. 27.12.2012, Бюл. №36.

Устройство относится к нефтепромысловому оборудованию, предназначенному для приготовления растворов. Технический результат - возможность регулирования подачи сыпучего материала при приготовлении растворов в зависимости от его свойств и приспособленность конструкции для применения на большинстве современных блоках приготовления раствора. В устройстве, содержащем загрузочную емкость, питатель, гидроэжекторный смеситель, загрузочная емкость закреплена на раме с опорами и содержит защитную решетку, упругие опоры и защитный кожух. Питатель оснащен устройством регулировки скорости подачи компонентов раствора и технологическим каналом. Вал питателя имеет защитную юбку. Приемная камера гидроэжекторного смесителя содержит устройство для прочистки засоров. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для приготовления бурового раствора, содержащее привод, загрузочную емкость, питатель, оснащенный устройством регулировки скорости подачи компонентов раствора, гидроэжекторный смеситель, отличающееся тем, что загрузочная емкость посредством упругих опор своей верхней частью закреплена на раме с опорами, а нижней частью соединена с питателем, соединенным с приводом и гидроэжекторным смесителем, при этом вал привода оснащен защитной юбкой, питатель снабжен технологическим каналом для его промывки, а загрузочная емкость оборудована защитной решеткой, установленной внутри нее в средней ее части.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что защитная юбка вала привода изготовлена в виде конического колеса с лопастями, жестко закрепленного на валу.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на раме установлен защитный кожух, препятствующий выдуванию сухой смеси из загрузочной емкости.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приемная камера гидроэжекторного смесителя содержит устройство для прочистки засоров.