RU2434119C1

RU2434119C1 - Equipment for preparation of backfilling solution at cementing oil and gas wells

Info

Publication number: RU2434119C1
Application number: RU2010116605/03A
Authority: RU
Inventors: Борис Михайлович Скориков (RU); Борис Михайлович Скориков; Геннадий Андреевич Белоусов (RU); Геннадий Андреевич Белоусов; Алексей Николаевич Шишлянников (RU); Алексей Николаевич Шишлянников
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ИНТОВ" (ООО "ИНТОВ")
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2011-11-20

Abstract

FIELD: oil and gas production. ^ SUBSTANCE: module device consists of charging module including mixing funnel and unit of components charging, of unit for storage of prepared dry mixture consisting of several bins arranged over tank for liquid tempering, of unit for storage of dry components consisting of several bins positioned over another tank for tempering liquid and over tank for spacer fluid. Also, the bins are equipped with sensors for determination of weight and with devices for mixing, while cement surge tanks forming a module are made like two autonomous tanks and are connected with the liquid tempering tanks. The module of cement surge tanks facilitating circulation is connected to the mixing funnel communicated with the module for dry mixture storage. ^ EFFECT: successive preparation of complex composition backfilling solutions of various density directly at drilling site. ^ 1 dwg

Description

Изобретение относится к установке для приготовления облегченного тампонажного раствора, предназначенного для цементирования нефтяных и газовых скважин, расположенных преимущественно в высокопроницаемых и поглощающих пластах, а также для их капитального ремонта.The invention relates to a plant for the preparation of lightweight cement slurry intended for cementing oil and gas wells located mainly in highly permeable and absorbing formations, as well as for their overhaul.

На практике для цементирования каждой колонны, в зависимости от геолого-технических условий, градиентов давления и температуры, тампонажный раствор готовят определенной рецептуры и необходимой плотности. Компоненты для приготовления тампонажного раствора доставляют транспортными средствами в необходимом для проведения цементирования скважин количестве, а также с учетом аварийных ситуаций, например изоляции зон поглощения, установки мостов, и капитального ремонта.In practice, for cementing each column, depending on the geological and technical conditions, pressure and temperature gradients, the grouting mortar is prepared with a specific formulation and the required density. Components for the preparation of cement slurry are delivered by vehicles in the quantity necessary for cementing the wells, and also taking into account emergency situations, for example, isolation of absorption zones, installation of bridges, and overhaul.

Известен комплекс цементирования скважин, принятый в качестве прототипа, содержащий смесительную воронку для приготовления тампонажного раствора, осреднительные емкости, оснащенные перемешивающими устройствами, датчиками плотности и насосами, емкость для буферной жидкости, станцию управления и контроля, приемные и нагнетательные трубопроводы, датчики и измерительные устройства плотности, расходомеры и систему закачивания бетонной смеси в скважину (см. заявка на изобретение Российской Федерации №2003131086, МПК Е21В 33/14 от 23.10.2003 г.).A well-known cementing complex, adopted as a prototype, containing a mixing funnel for the preparation of cement slurry, averaging tanks equipped with mixing devices, density sensors and pumps, a buffer liquid tank, a control and monitoring station, receiving and injection pipelines, density sensors and measuring devices , flow meters and a system for pumping concrete mixture into a well (see application for invention of the Russian Federation No. 2003131086, IPC ЕВВ 33/14 dated October 23, 2003).

Известный комплекс, в силу своих конструктивных особенностей, не имеет возможности регулирования необходимого количественного соотношения цемента, заполнителя и жидкости затворения, а именно цементного раствора и заполнителя, что приводит к изменению плотности тампонажного раствора, которая оказывает значительное влияние на основные структурно-механические параметры тампонажного камня, а следовательно, и герметичности затрубного пространства.The known complex, due to its design features, does not have the ability to control the required quantitative ratio of cement, aggregate and grout, namely cement mortar and aggregate, which leads to a change in the density of grouting mortar, which has a significant effect on the basic structural and mechanical parameters of grouting stone , and consequently, the tightness of the annulus.

Кроме того, использование при кустовом и морском бурении большого количества (20-30 единиц) самоходных агрегатов нецелесообразно, а в некоторых случаях невозможно.In addition, the use of large quantities (20-30 units) of self-propelled aggregates during cluster and offshore drilling is impractical, and in some cases impossible.

Технической задачей предлагаемой установки является расширение функциональных возможностей путем обеспечения приготовления сложных по составу облегченных тампонажных растворов различной плотности быстро и в большом количестве непосредственно на буровой, а также обеспечение компактности установки.The technical task of the proposed installation is to expand the functionality by providing the preparation of complex in composition lightweight cement slurries of various densities quickly and in large quantities directly on the rig, as well as ensuring the compactness of the installation.

Техническая задача решается тем, что предлагаемая установка для цементирования и приготовления тампонажного раствора для нефтяных и газовых скважин содержит смесительную воронку для приготовления тампонажного раствора, осреднительные емкости, оснащенные перемешивающими устройствами, датчиками плотности и насосами, емкость для буферной жидкости, станцию управления и контроля, приемные и нагнетательные трубопроводы, датчики и измерительные устройства плотности, расходомеры и систему закачивания тампонажного раствора в скважину, при этом она выполнена блочно-модульной, состоящей из блока загрузки, включающего смесительную воронку и узел загрузки компонентов, блока для хранения приготовленной сухой смеси, состоящего из нескольких силосов, расположенных над емкостью для жидкости затворения, блока для хранения сухих компонентов, состоящего из нескольких силосов, расположенных над другой емкостью для жидкости затворения и емкостью для буферной жидкости, причем силосы снабжены датчиками определения веса и устройствами для перемешивания, а осреднительные емкости, образующие блок, выполнены в виде двух автономных емкостей и соединены с емкостями для жидкости затворения, при этом блок осреднительных емкостей соединен с возможностью циркуляции со смесительной воронкой, соединенной с блоком для хранения сухой смеси.The technical problem is solved in that the proposed installation for cementing and preparation of cement slurry for oil and gas wells contains a mixing funnel for the preparation of cement slurry, averaging tanks equipped with mixing devices, density sensors and pumps, a tank for buffer liquid, a control and monitoring station, reception and injection pipelines, density sensors and measuring devices, flow meters and a system for pumping cement slurry into a well, etc. this it is made block-modular, consisting of a loading unit, including a mixing funnel and a component loading unit, a unit for storing the prepared dry mixture, consisting of several silos located above the mixing liquid tank, a unit for storing dry components, consisting of several silos, located above another tank for mixing liquid and a tank for buffer liquid, moreover, the silos are equipped with sensors for determining the weight and devices for mixing, and averaging tanks, azuyuschie block made as two independent tanks and are connected with containers for mixing liquids, the unit mud surge tank connected in circulation with the mixing funnel connected to the storage unit dry mixture.

Предлагаемая установка позволяет готовить облегченные тампонажные растворы плотностью до 1000 кг/м³ из сухих тампонажных смесей на основе цемента и полых стеклянных микросфер, позволяющих обеспечивать различную стабильную плотность тампонажным растворам с необходимыми заранее заданными свойствами, что в свою очередь позволяет повысить качество цементирования скважин и долговечность их эксплуатации.The proposed installation allows you to prepare lightweight cement slurries with a density of up to 1000 kg / m ³ from dry cement slurry mixtures based on cement and hollow glass microspheres, which provide different stable densities of cement slurries with the necessary predetermined properties, which in turn improves the quality of well cementing and durability their operation.

Использование предлагаемых установок позволяет снизить затраты на проведение работ и сократить количество единиц используемой техники, что особенно важно при кустовом бурении и бурении на море, и особенно в аварийных ситуациях, когда необходимо готовить тампонажный раствор различной плотности быстро и в большом количестве.The use of the proposed installations can reduce the cost of work and reduce the number of units of equipment used, which is especially important for cluster drilling and drilling at sea, and especially in emergency situations when it is necessary to prepare grouting mortar of various densities quickly and in large quantities.

Установка для приготовления тампонажного раствора при цементировании нефтяных и газовых скважин иллюстрируется на чертеже, где изображен общий вид установки.Installation for the preparation of cement slurry for cementing oil and gas wells is illustrated in the drawing, which shows a General view of the installation.

Установка для приготовления тампонажного раствора при цементировании нефтяных и газовых скважин выполнена блочно-модульной и состоит из блока 1 загрузки, блока 2 для хранения приготовленной сухой смеси, блока 3 для хранения сухих компонентов, блока 4 осреднительных емкостей, блока 5 насосов 6 для закачивания бетонной смеси в скважину, манифольда 7, станции 8 управления и контроля и пульта 9 управления.Installation for the preparation of cement slurry during cementing of oil and gas wells is made block-modular and consists of a loading unit 1, a unit 2 for storing the prepared dry mix, a unit 3 for storing dry components, a unit 4 for averaging containers, a unit 5 for pumps 6 for pumping concrete into the well, manifold 7, station 8 control and monitoring and remote control 9.

Блок 1 загрузки состоит из узла 10 загрузки и смесительной воронки 11.The loading unit 1 consists of a loading unit 10 and a mixing funnel 11.

Блок 2 для хранения приготовленной сухой смеси выполнен в виде силосов 12 и 13, снабженных перемешивающим устройством и датчиками определения веса смешиваемых компонентов (перемешивающее устройство и датчики определения веса смешиваемых компонентов на чертеже условно не показаны). Силосы 12 и 13 предназначены для хранения смеси из цемента и наполнителя в виде полых стеклянных микросфер, взятых в разном соотношении, необходимом для приготовления тампонажных растворов разной плотности. Количество силосов зависит от сложности по составу и объема потребляемого тампонажного раствора на скважине.Block 2 for storing the prepared dry mix is made in the form of silos 12 and 13, equipped with a mixing device and sensors for determining the weight of the mixed components (the mixing device and sensors for determining the weight of the mixed components are not shown conventionally in the drawing). Silos 12 and 13 are designed to store a mixture of cement and filler in the form of hollow glass microspheres, taken in different ratios, necessary for the preparation of cement slurries of different densities. The number of silos depends on the complexity in the composition and volume of the consumed cement slurry at the well.

Силосы 12 и 13 расположены, для компактности установки, над емкостью 14 для жидкости затворения, оснащенной перемешивающим устройством и устройством для подогрева (перемешивающее устройство и подогреватель на чертеже условно не показаны).Silos 12 and 13 are located, for compact installation, above the tank 14 for the mixing liquid, equipped with a mixing device and a heating device (the mixing device and heater are not shown conventionally in the drawing).

Блок 3 для хранения сухих компонентов выполнен в виде силосов 15, 16 и 17 для хранения, соответственно, цемента, добавок и наполнителя и расположен для компактности установки над емкостью 18 для жидкости затворения и емкостью 19 для буферной жидкости. Силосы 15, 16 и 17 снабжены перемешивающими устройствами и датчиками определения веса компонентов (перемешивающие устройства и датчики определения веса компонентов на чертеже условно не показаны).Block 3 for storing dry components is made in the form of silos 15, 16 and 17 for storing, respectively, cement, additives and filler and is located for compact installation above the capacity 18 for the mixing fluid and the capacity 19 for the buffer fluid. Silos 15, 16 and 17 are equipped with mixing devices and sensors for determining the weight of components (mixing devices and sensors for determining the weight of components are not conventionally shown in the drawing).

Емкость 18 для жидкости затворения и емкость 19 для буферной жидкости оснащены перемешивающими устройствами и устройствами для подогрева (перемешивающие устройства и устройства для подогрева на чертеже условно не показаны).The mixing liquid tank 18 and the buffer liquid tank 19 are equipped with mixing devices and heating devices (mixing devices and heating devices are not conventionally shown in the drawing).

Блок загрузки 10 соединен с блоком 2 для хранения приготовленной сухой смеси и блоком 3 для хранения сухих компонентов посредством трубопровода 20.The loading unit 10 is connected to a block 2 for storing the prepared dry mixture and a block 3 for storing dry components through a pipe 20.

Блок 4 осреднительных емкостей выполнен в виде двух автономных емкостей 21 и 22, оборудованных перемешивающими устройствами, приводимыми в движение от приводов соответственно 23 и 24, и датчиками плотности (перемешивающие устройства и датчики плотности на чертеже условно не показаны). Емкости 21 и 22 блока 4 осреднительных емкостей соединены со смесительной воронкой 11 с возможностью циркуляции посредством трубопроводов 25, 26 и 27.Block 4 averaging containers made in the form of two autonomous containers 21 and 22, equipped with mixing devices driven by drives 23 and 24, respectively, and density sensors (mixing devices and density sensors are not conventionally shown in the drawing). The tanks 21 and 22 of the block 4 of averaging tanks are connected to the mixing funnel 11 with the possibility of circulation through pipelines 25, 26 and 27.

Емкости 14 и 18 для жидкости затворения соединены трубопроводом 28 и 29 с блоком 4 осреднительных емкостей и посредством трубопровода 30 и 31 - со смесительной воронкой 11.Tanks 14 and 18 for the mixing liquid are connected by a pipe 28 and 29 with a block 4 of averaging tanks and through a pipe 30 and 31 with a mixing funnel 11.

Силосы 12 и 13 соединены трубопроводом 32 со смесительной воронкой 11, а силосы 15, 16 и 17 соединены трубопроводом 33 и 34 с блоком 4 осреднительных емкостей.Silos 12 and 13 are connected by a pipe 32 with a mixing funnel 11, and silos 15, 16 and 17 are connected by a pipe 33 and 34 with a block 4 of averaging tanks.

Система закачивания тампонажного раствора в скважину включает блок 5 насосов высокого давления, состоящий как минимум из двух насосов 6, и манифольд 7, обеспечивающие подачу буферной жидкости по трубопроводу 35 из емкости 19 и откачку готового тампонажного растворв из блока 4 осреднительных емкостей в скважину.The system for pumping cement slurry into the well includes a block 5 of high-pressure pumps, consisting of at least two pumps 6, and a manifold 7, which supply buffer fluid through pipeline 35 from tank 19 and pumping the finished cement slurry from block 4 of averaging tanks into the well.

Установка для приготовления тампонажного раствора при цементировании нефтяных и газовых скважин работает следующим образом.Installation for the preparation of cement slurry for cementing oil and gas wells works as follows.

Вначале силосы 12 и 13 в блоке 2 заполняют посредством узла 10 загрузки цементом и наполнителем, взятыми в необходимом соотношении, а перемешивающие устройства механического или иного действия, установленные внутри силосов 12 и 13, предотвращают слеживаемость приготовленной для хранения готовой сухой смеси, состоящей из цемента и наполнителя.Initially, the silos 12 and 13 in block 2 are filled by means of the loading unit 10 with cement and filler, taken in the required ratio, and mechanical or other mixing devices installed inside the silos 12 and 13 prevent caking of the prepared dry mixture consisting of cement and prepared for storage filler.

Силосы 15, 16 и 17 блока 3 для хранения сухих компонентов заполняют соответственно цементом, добавками и наполнителем. При этом перемешивающие устройства механического или иного действия силосов 15, 16 и 17 не позволяют компонентам слеживаться.Silos 15, 16 and 17 of block 3 for storing dry components are filled respectively with cement, additives and filler. At the same time, mixing devices of mechanical or other action of the silos 15, 16 and 17 do not allow the components to cake.

Для приготовления облегченного тампонажного раствора, в зависимости от требуемой плотности тампонажного раствора, необходимого для цементирования скважины, сухую смесь из силоса 12 или 13, используя датчики веса, подают по трубопроводу 32 в смесительную воронку 11, где затворяют предварительно приготовленной жидкостью затворения, подаваемой насосами 6 блока 5 из емкости 14 или 18 по трубопроводам 30 или 31.To prepare a lightweight grouting mortar, depending on the required density of grouting mortar required for cementing the well, a dry mixture of silo 12 or 13, using weight sensors, is fed via line 32 to a mixing funnel 11, where it is closed with a pre-prepared mixing fluid supplied by pumps 6 block 5 from the tank 14 or 18 through pipelines 30 or 31.

Из смесительной воронки 11 тампонажный раствор поступает в одну из емкостей 21 или 22 блока 4 осреднительных емкостей для доведения тампонажного раствора до необходимой плотности, откуда посредством насосов 6 высокого давления подают его в скважину.From the mixing funnel 11, the cement slurry enters one of the containers 21 or 22 of the averaging vessel block 4 to bring the cement slurry to the required density, from where it is supplied to the well by high pressure pumps 6.

Одновременно в смесительную воронку 11 подают сухую смесь из силоса 13 или 12 для приготовления другого по плотности тампонажного раствора в емкостях 22 или 21.At the same time, a dry mixture of silo 13 or 12 is fed into the mixing funnel 11 to prepare a cement slurry of another density in containers 22 or 21.

Пока в одной емкости 21 блока 4 осреднительных емкостей готовят раствор и доводят до необходимой плотности, из другой емкости 22 готовый раствор закачивают в скважину блоком 5 насосов высокого давления, предварительно подав по трубопроводу 35 буферную жидкость из емкости 19, что ускоряет процесс приготовления облегченных тампонажных растворов.While a solution is prepared in one tank 21 of block 4 of averaging tanks and adjusted to the required density, from another tank 22, the finished solution is pumped into the well by block 5 high-pressure pumps, having previously supplied buffer fluid from tank 19 through pipeline 35, which speeds up the process of preparing lightweight grouting mortars .

Предлагаемая установка позволяет, при необходимости, подавать недостающее количество одного из компонентов из блока 3 для хранения сухих компонентов, а также готовить тампонажный раствор, подавая в емкости 21 или 22 сухие компоненты непосредственно из силосов 15 или 17, что также ускоряет процесс приготовления облегченных тампонажных растворов.The proposed installation allows, if necessary, to supply the missing amount of one of the components from block 3 for storage of dry components, as well as to prepare the grouting mortar, feeding dry components directly into the silos 15 or 17 in containers 21 or 22, which also speeds up the process of preparing lightweight grouting mortars .

Claims

Installation for cementing and preparing cement slurry for oil and gas wells, containing a mixing funnel for preparing cement slurry, averaging tanks equipped with mixing devices, density sensors and pumps, a tank for buffer liquid, a control and monitoring station, receiving and injection pipelines, sensors and density measuring devices and flow meters, and a system for pumping cement slurry into a well, characterized in that it is a block module one, consisting of a loading unit, including a mixing funnel and a component loading unit, a unit for storing the prepared dry mixture, consisting of several silos located above the mixing liquid tank, a unit for storing dry components, consisting of several silos, located above another container for mixing liquid and a container for buffer liquid, and the silos are equipped with sensors for determining the weight and devices for mixing, and the averaging tanks forming the block are made in the form of yx autonomous tanks and are connected with containers for mixing liquids, the unit mud surge tank connected in circulation with the mixing funnel connected with a block for storing the dry mixture.