установка для изготовления твердых стержней пенообразователей
Классы МПК: | E21B43/00 Способы или устройства для добычи нефти, газа, воды, растворимых или плавких веществ или полезных ископаемых в виде шлама из буровых скважин B01F7/00 Смесители с вращающимися перемешивающими устройствами в неподвижных резервуарах; месильные машины |
Автор(ы): | Долгов Сергей Викторович (RU), Гасумов Рамиз Алиджавад Оглы (RU), Лобкин Анатолий Николаевич (RU), Тенишев Юрий Сергеевич (RU), Мазанов Сергей Владимирович (RU), Гейхман Михаил Григорьевич (RU), Зайцев Геннадий Антонович (RU), Максименко Игорь Юрьевич (RU), Кривоногов Валерий Александрович (RU), Зикеева Татьяна Петровна (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Северо-Кавказский научно-исследовательский проектный институт природных газов" Открытого акционерного общества "Газпром" (ОАО "СевКавНИПИгаз" ОАО "Газпром") (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2004-06-07 публикация патента:
10.02.2006 |
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для изготовления твердых стержней пенообразователей. Обеспечивает повышение производительности установки и качества получаемой продукции. Сущность изобретения: установка включает блок предварительного приготовления, состоящий из смесительной емкости с элементами перемешивания, установленными на валу редуктора, и блок формования, содержащий полый цилиндрический корпус с загрузочным люком и установленным в нем шнеком, связанным с электродвигателем, и формовочную трубу, выполненную с возможностью выдавливания через нее смеси и последующего образования твердых стержней пенообразователей. Согласно изобретению блок предварительного приготовления дополнительно содержит накопительную емкость. Смесительная емкость выполнена с возможностью вращения в горизонтальной плоскости. Элементы перемешивания выполнены в виде ножей и установлены на горизонтальном валу редуктора с возможностью вращения в вертикальной плоскости. В блоке формования шнек установлен соосно полому цилиндрическому корпусу и заключен в ресивер, который дополнительно содержит электронагреватель и предохранительный клапан. Электродвигатель оснащен частотным преобразователем. Выход полого цилиндрического корпуса оборудован перфорированной крышкой и трехходовым краном и связан с загрузочным люком байпасной линией. Накопительная емкость блока предварительного приготовления и загрузочный люк блока формования соединены загрузочной линией, оснащенной центробежным насосом. Ресивер блока формования и смесительная емкость блока предварительного приготовления соединены гибкой системой. 1 ил.
Формула изобретения
Установка для изготовления твердых стержней пенообразователей, включающая блок предварительного приготовления, состоящий из смесительной емкости с элементами перемешивания, установленными на валу редуктора, и блок формования, содержащий полый цилиндрический корпус с загрузочным люком и установленным в нем шнеком, связанным с электродвигателем, и формовочную трубу, выполненную с возможностью выдавливания через нее смеси с последующим образованием твердых стержней пенообразователей, отличающаяся тем, что блок предварительного приготовления дополнительно содержит накопительную емкость, а смесительная емкость выполнена с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, при этом элементы перемешивания выполнены в виде ножей и установлены на горизонтальном валу редуктора с возможностью вращения в вертикальной плоскости, а в блоке формования шнек установлен соосно полому цилиндрическому корпусу и заключен в ресивер, который дополнительно содержит электронагреватель и предохранительный клапан, при этом электродвигатель оснащен частотным преобразователем, а выход полого цилиндрического корпуса оборудован перфорированной крышкой и трехходовым краном и связан с загрузочным люком байпасной линией, причем накопительная емкость блока предварительного приготовления и загрузочный люк блока формования соединены загрузочной линией, оснащенной центробежным насосом, а ресивер блока формования и смесительная емкость блока предварительного приготовления соединены гибкой системой.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для изготовления твердых стержней пенообразователей, используемых для удаления жидкости с забоя скважин, в том числе в условиях многолетнемерзлых пород (ММП).
Анализ существующего уровня показал следующее:
известно устройство для приготовления растворов, содержащее полый цилиндрический корпус с загрузочным люком (бункером) и установленным в нем шнеком, связанным с турбинным двигателем (см. п. РФ №2203384 от 25.01.2001 г. по кл. Е 21 В 21/06, В 01 F 7/28, опубл. в ОБ. №12, 2003 г.). В корпусе устройства установлен перфорированный диск и ножи, которые в совокупности с другими конструктивными элементами образуют механическую дробилку. Устройство предназначено для перемешивания высоковязких полимеров с растворителем в условиях низких температур.
Недостатками указанного устройства являются относительно невысокая производительность устройства и низкое качество получаемой продукции. Это обусловлено следующими причинами:
- для получения необходимой дисперсной фазы порошкообразных полимерных компонентов в механическом дробителе необходимо производить смену перфорированного диска при каждой операции дробления, т.е. прерывать процесс приготовления раствора;
- отработанная в турбине жидкость имеет температуру 50°-60°С, что недостаточно для получения гомогенной смеси при затворении используемых реагентов-полимеров;
- отсутствие электронагревательного элемента не позволяет производить нагрев высоковязких полимеров, большинство которых является термоплавкими, что не обеспечивает получения гомогенной смеси.
Известна установка по изготовлению твердых стержней поверхностно-активных веществ (ПАВ), включающая блок предварительного приготовления, состоящий из измельчителя, смесительной емкости, элементов перемешивания, выполненных в виде лопастей и установленных на вертикальном валу редуктора и блок формования, содержащий полый цилиндрический корпус (емкость) с загрузочным люком и формовочную трубу (см. Проведение научно-исследовательских и опытно-промышленных работ по поддержанию работоспособности скважин на Канчуринском ПХГ: Отчет по договору 4Б/92.92 (заключительный) / СевКавНИИгаз; рук. Быков И.Д., - г.Ставрополь, 1992 г., - 112 с.; с.45-46, №ГР 01920014948; инв. №02930001973). Для подачи смеси в формовочную трубу блок формования оснащен гидравлическим прессом.
Недостатками указанной установки являются низкая производительность установки и низкое качество получаемой продукции, что обусловлено рядом причин:
- установка состоит из трех самостоятельных, не связанных между собой блоков, требующих двухкратного ручного перемещения смеси, что не обеспечивает непрерывности процесса приготовления;
- отсутствие в установке электронагревательного элемента не позволяет производить нагрев термоплавких ПАВ, что не обеспечивает приготовление гомогенной смеси;
- отсутствие в установке шнека и конструктивных элементов, обеспечивающих замкнутую циркуляцию, не позволяет многократно и интенсивно перемешивать смесь, с обеспечением ее гомогенности.
В качестве прототипа взята установка по изготовлению твердых стержней ПАВ, включающая блок предварительного приготовления, состоящий из емкости для механического дробления, смесительной емкости (емкости для механического приготовления), элементов перемешивания, выполненных в виде лопастей и установленных на вертикальном валу редуктора и блок формования, содержащий полый цилиндрический корпус (емкость для размещения подготовленной пасты) с загрузочным люком и установленным в нем шнеком, связанным с электродвигателем, и формовочную трубу, выполненную в виде трубчатой насадки (см. Разработать и внедрить комплекс мероприятий по удалению жидкости из эксплуатационных скважин на Канчуринском ПХГ: Отчет по договору VI-2Б/89.90 (заключительный) / СевКавНИИгаз; Рук. Быков И.Д., - Ставрополь, - 1990 г., - 167 с.; с.36-39., №ГР 01890052241, инв. №02910036787).
Недостатками указанной установки являются низкая производительность установки и низкое качество получаемой продукции, что обусловлено рядом причин:
- установка состоит из автономных блоков, требующих использования ручного труда, т.е. отсутствует непрерывность процесса приготовления;
- установка оснащена редуктором, т.е. ступенчатым устройством с ограниченным интервалом понижения оборотов электродвигателя, что не позволяет производить интенсивное перемешивание смеси;
- в установке отсутствует электронагревательный элемент для подогрева термоплавких ПАВ, что не обеспечивает приготовление гомогенной смеси;
- отсутствие в установке конструктивных элементов, обеспечивающих замкнутую циркуляцию, не позволяет многократно и интенсивно перемешивать смесь с обеспечением ее гомогенности.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, сводится к следующему:
- повышается производительность установки за счет улучшения интенсивности перемешивания и обеспечения непрерывности процесса приготовления;
- повышается качество получаемой продукции за счет обеспечения гомогенности смеси.
Технический результат достигается с помощью известной установки, включающей блок предварительного приготовления, состоящий из смесительной емкости с элементами перемешивания, установленными на валу редуктора и блок формования, содержащий полый цилиндрический корпус с загрузочным люком и установленным в нем шнеком, связанным с электродвигателем, и формовочную трубу. По заявляемой конструкции установки для изготовления твердых стержней пенообразователей блок предварительного приготовления дополнительно содержит накопительную емкость. При этом смесительная емкость выполнена с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, а элементы перемешивания выполнены в виде ножей и установлены на горизонтальном валу редуктора с возможностью вращения в вертикальной плоскости. В блоке формования шнек установлен соосно полому цилиндрическому корпусу и заключен в ресивер, который дополнительно содержит электронагреватель и предохранительный клапан. При этом электродвигатель оснащен частотным преобразователем, а выход полого цилиндрического корпуса оборудован перфорированной крышкой и трехходовым краном и связан с загрузочным люком байпасной линией. Накопительная емкость блока предварительного приготовления и загрузочный люк блока формования соединены загрузочной линией, оснащенной центробежным насосом. Ресивер блока формования и смесительная емкость блока предварительного приготовления соединены гибкой системой. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует условию новизны.
Анализ изобретательского уровня показал следующее: известны установки для дозированной подачи поверхностно-активных веществ в нефтяные пласты, содержащие электронагреватели для подогрева ПАВ (см. а.с. №640022 от 11.03.77 г. по кл. Е 21 В 43/00, опубл. в ОБ №48, 1978 г.), (а.с. №651117 от 08.06.77 г. по кл. Е 21 В 43/00, опубл. в ОБ №9, 1979 г.), (а.с. №827756 от 25.06.79 г. по кл. Е 21 В 43/00, опубл. в ОБ №17, 1981 г.); известна установка дозирования химреагентов, оборудованная электронагревателем (см. а.с. №926243 от 11.03.79 г. по кл. Е 21 В 43/00, опубл. в ОБ №17, 1982 г.); известен способ приготовления тампонажного раствора, в котором для нагрева волокнистых нитей до температуры пластической деформации используют емкость, образованную электронагревателем и мешалкой с электродвигателем (см. а.с. №859604 от 31.01.79 г. по кл. Е 21 В 33/13, опубл. в ОБ №32, 1981 г.); известна установка периодического действия для литья быстротвердеющих смесей, состоящая из двух емкостей компонентов, оборудованных мешалками и водяной баней (см. а.с. №1687438 от 11.07.89 г. по кл. В 29 С 39/06, опубл. в ОБ №40, 1991 г.); известно устройство для приготовления обычных и утяжеленных цементных растворов, в котором смеситель состоит из двух смесительных аппаратов - гидравлического и механического (см. а.с. №86501 от 09.11.49 г. по кл. Е 21 В 33/13); известна установка для приготовления промывочных жидкостей, содержащая две фрезерно-струйных мельницы: приемную - для предварительного грубого измельчения и сливную - для окончательного тонкого помола материалов в водяной среде (см. а.с. №323540 от 08.07.70 г. по кл. Е 21 В 21/00, опубл. в ОБ №1, 1972 г.); известно устройство для приготовления растворов, в котором смеситель выполнен с возможностью вращения (см. а.с. №599050 от 17.02.75 г. по кл. Е 21 В 33/138, опубл. в ОБ №11, 1978 г.); известно устройство для приготовления отверждаемых глинистых растворов, в котором для смешивания компонентов раствора перегородки установлены с возможностью вращения в вертикальной плоскости относительно оси устройства (см. а.с. №564405 от 27.05.75 г. по кл. Е 21 В 21/00, опубл. в ОБ №25, 1977 г.); известны биссерные мельницы, в которых размольная камера и мешалка выполнены с возможностью вращения относительно оси устройства (см. а.с. №447497 от 03.03.72 г. по кл. Е 21 В 21/00, опубл. в ОБ №39, 1974 г.), (а.с. №703647 от 06.03.78 г. по кл. Е 21 В 21/00 опубл. в ОБ №46, 1979 г.); известны смесители с возможностью многократного повторения цикла смешения (см. а.с. №454333 от 29.06.72 г. по кл. Е 21 В 21/00, опубл. в ОБ №47, 1974 г.), (а.с. №654774 от 19.12.77 г. по кл. Е 21 В 21/00, опубл. в ОБ №12, 1979 г.); известна установка для приготовления и обработки буровых растворов, работающая по проходной и циркуляционной схемам (см. а.с. №300588 от 30.01.67 г. по кл. Е 21 В 21/00, опубл. в ОБ №13, 1971 г.); известна мешалка, состоящая из цилиндрического корпуса с загрузочным и разгрузочным патрубками, рабочего органа в виде вала, снабженного в верхней части шнеком (см. а.с. №549571 от 10.07.75 г. по кл. Е 21 В 21/00, опубл. В ОБ №9, 1977 г.); известна механическая глиномешалка, состоящая из корпуса с воронкой, установленного в нем шнека, крестообразного ножа и смесительной камеры (см. а.с. №72091 от 05.01.48 г. по кл. Е 21 В 21/00, опубл. 30.04.48 г.); известен смесительный агрегат для приготовления цементного раствора, снабженный шнеком, приводом шнека, выходным патрубком, приемной воронкой, смесительным устройством и выкидной трубой (см. а.с. №734388 от 28.12.77 г. по кл. Е 21 В 21/00, опубл. в ОБ №18, 1980 г.); известен дозатор для приготовления смесей, включающий цилиндрические емкости с загрузочными патрубками, шнековый рабочий орган, связанный с приводом, с регулируемой скоростью вращения (см. а.с. №1348530 от 02.09.85 г. по кл. Е 21 В 21/10, опубл. в ОБ №40, 1987 г.); известен смеситель, содержащий смесительную емкость, с расположенным внутри нее перфорированным ротором, в котором на валу смонтирована спиральная лопасть, привод, трубопровод с задвижкой, позволяющей подавать раствор на повторную диспергацию (см. а.с. №343860 от 07.09.70 г. по кл. В 28 С 1/04, B 01 F 7/12, опубл. в ОБ №21, 1972 г.).
Проанализировав вышеприведенные источники информации, экспертиза может сделать вывод о соответствии технического решения условию изобретательский уровень.
Подавляющее число скважин ОАО "Газпром" расположено в зоне ММП, где забойная температура достигает 85°С. В установке для приготовления твердых стержней пенообразователей имитируются соответствующие термические условия, которые отвечают тепловым условиям забоя скважины. В композиционный состав твердого пенообразователя входит ряд компонентов, большинство которых являются твердыми и термоплавкими. Поэтому при изготовлении необходим предварительный их нагрев до температуры 100°С, и только после этого создаются необходимые условия для их перемешивания и придания формы с последующей доставкой на забой скважины. Изготовленный твердый стержень пенообразователь должен обладать определенной механической прочностью с целью достижения забоя скважины, где он начинает растворяться в жидкости с определенной (заданной) скоростью (активно или пассивно).
На чертеже изображена конструкция заявляемой установки для изготовления твердых стержней пенообразователей, общий вид.
Заявляемая установка содержит два блока: блок предварительного приготовления и блок формования. Блок предварительного приготовления состоит из смесительной емкости 1, выполненной с возможностью вращения в горизонтальной плоскости и оснащенной парой ножей 2. Ножи 2 установлены на горизонтальном валу 3 редуктора 4 с возможностью вращения в вертикальной плоскости. В нижней части смесительная емкость 1 снабжена рукояткой 5, обеспечивающей выгрузку приготовленной смеси в накопительную емкость 6. Блок формования содержит полый цилиндрический корпус 7, который снабжен загрузочным люком 8 с крышкой 9. В полом цилиндрическом корпусе 7 соосно установлен шнек 10, опирающийся на подшипники 11. Полый цилиндрический корпус 7 заключен в ресивер 12, в котором установлен электронагреватель 13 с автоматическим регулированием температуры в пределах 100°С и предохранительный клапан 14. Привод шнека 10 осуществляют от электродвигателя 15, управляемого частотным преобразователем 16. Выход полого цилиндрического корпуса 7 оборудован перфорированной крышкой 17 и трехходовым краном 18, в верхней части связанным посредством байпасной линии 19 с загрузочным люком 8, а в нижней части с формовочной трубой 20. Накопительная емкость 6 блока предварительного приготовления и загрузочный люк 8 блока формования соединены загрузочной линией 21, оснащенной центробежным насосом 22. Ресивер 12 блока формования соединен со смесительной емкостью 1 блока предварительного приготовления гибкой системой 23. Ресивер 12 оснащен краном 24 для подачи горячей воды в смесительную емкость 1 и краном 25 для заполнения ресивера 12 водой. Установка смонтирована на основаниях 26 и 27, выполненных в виде металлических столов.
Более подробно сущность заявляемого технического решения поясняется следующим примером.
Установка изготовлена и испытана в ОАО "СевКавНИПИгаз" и имеет следующие габариты:
Длина, мм | 1500 |
Ширина, мм | 520 |
Высота основания, мм | 1120 |
Масса, кг | 380 |
При сборке установки используют покупное оборудование: электропривод марки АИР-90 ЛЧУЗ, частотный преобразователь марки EL-8001, измельчитель марки КАЖИ 102.132.001 РЭ, электронагреватель марки НЭВТ 3,75-100 и центробежный насос марки 2К-6.
Работа установки начинается с заполнения водой ресивера 12 через кран 25 из водопроводной сети. Затем включают электронагреватель 13, который автоматически поддерживает в ресивере 12 температуру воды 100°С. Для получения 20 кг смеси в смесительную емкость 1 загружают следующие компоненты, кг:
Конденсированная сульфит-спиртовая барда (КССБ) | 8,4 |
Блок-сополимер | 5,6 |
Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) | 5,6 |
Комплексонат железа | 0,4 |
или
Неионогенное ПАВ (ОП-10) | 11,4 |
Гидрохлорид мочевины | 5,0 |
Нитрит натрия | 3,6 |
защищенные патентами (см. п.РФ №2069682 от 09.08.94 г. по кл. С 09 К 7/08, опубл. в ОБ №33, 1996 г.), (п. №2100577 от 17.10.95 г. по кл. Е 21 В 43/00, 37/00, опубл. в ОБ №36 (ч.II), 1997 г.). Открывают кран 24 и подают горячую воду в расчетном количестве из ресивера 12 по гибкой системе 23 в смесительную емкость 1. Для затворения физико-химической смеси подаваемая вода имеет температуру 100°С, что достаточно для превращения компонентов в тестообразующую массу. Смесительную емкость 1 закрывают крышкой и включают редуктор 4 для вращения смесительной емкости 1 и ножей 2. Таким образом за счет возможности вращения смесительной емкости 1 в горизонтальной плоскости и ножей 2 в вертикальной плоскости достигается интенсивность перемешивания и обеспечивается гомогенность смеси твердого пенообразователя. Перемешивание производят в течение 30 мин.
Полученная смесь из смесительной емкости 1 с помощью рукоятки 5 складируется в накопительную емкость 6. Из накопительной емкости 6 смесь поступает по загрузочной линии 21, оснащенной центробежным насосом 22, в загрузочный люк 8 блока формования. Привод шнека 10 осуществляется от электродвигателя 15, управляемого частотным преобразователем 16, который является бесступенчатым устройством, способным изменять частоту вращения шнека 10 практически в любом диапазоне от 20 до 200 об/мин, обеспечивая при этом необходимую производительность устройства и многократное качественное перемешивание. В конкретном примере устанавливают частоту вращения шнека 10-100 об/мин. Установка полого цилиндрического корпуса 7 внутри ресивера 12, оснащенного электронагревателем 13 с автоматическим регулированием температуры 100°С, позволяет обеспечить нагрев смеси при непрерывном ее перемешивании. Далее смесь через трехходовой кран 18 и байпасную линию 19 попадает в загрузочный люк 8. В течение 30 мин происходит многократное смешивание смеси за счет обеспечения замкнутой циркуляции. При переключении рукоятки трехходового крана 18 гомогенная смесь поступает в формовочную трубу 20 и далее выдавливается в синтетическую оболочку с последующим образованием твердых стержней-пенообразователей. Поскольку в ресивере 12 при нагреве воды до температуры 100°С возможно образование некоторого количества паров воды и тем самым повышение давления, его оснащают предохранительным клапаном 14.
По прототипу на установке за один рабочий день изготавливают 200 штук стержней-пенообразователей диаметром 40 мм и длиной 400 мм. Масса такого стержня равна 1 кг, следовательно, производительность установки составляет 200 кг/день или 25 кг/час.
На предлагаемой установке за один рабочий день изготавливают 128 штук стержней-пенообразователей диаметром 40 мм и длиной 1000 мм, масса стержня - 2,5 кг, следовательно, производительность установки составляет 320 кг/день или 40 кг/час.
Из примера видно, что производительность предлагаемой установки в 1,6 раза выше, чем по прототипу.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности, а именно условию новизны, изобретательского уровня и промышленной применимости.
Класс E21B43/00 Способы или устройства для добычи нефти, газа, воды, растворимых или плавких веществ или полезных ископаемых в виде шлама из буровых скважин
Класс B01F7/00 Смесители с вращающимися перемешивающими устройствами в неподвижных резервуарах; месильные машины
перемешивающее устройство - патент 2528843 (20.09.2014) | |
устройство для смешения и измельчения сыпучих материалов - патент 2528664 (20.09.2014) | |
перемешивающее устройство - патент 2528663 (20.09.2014) | |
лопастной смеситель - патент 2527466 (27.08.2014) | |
планетарный лопастной смеситель - патент 2527237 (27.08.2014) | |
диспергидратор - патент 2526931 (27.08.2014) | |
установка для переработки органического сырья - патент 2525897 (20.08.2014) | |
роторный гидроударный аппарат - патент 2524999 (10.08.2014) | |
мешалка для емкостей с малой горловиной - патент 2524602 (27.07.2014) | |
центробежный смеситель - патент 2523576 (20.07.2014) |