Цементировочные насосные агрегаты

Цементировочный насосный агрегат — это специализированная передвижная установка, предназначенная для приготовления, подачи и закачки цементного раствора в скважины при бурении и капитальном ремонте нефтяных и газовых скважин. Агрегаты этого типа устанавливаются на шасси грузовых автомобилей и являются ключевым звеном цементировочных работ, обеспечивая надежную герметизацию скважинных колонн и предотвращение межпластового давления.

Виды

Цементировочные насосные агрегаты классифицируются по ряду признаков:

• По числу насосов:

  • Однонасосные;

  • Двухнасосные.

• По типу установки:

  • Стационарные (на платформе, трейлере);

  • Мобильные (на автомобильном или гусеничном шасси).

• По способу приготовления раствора:

  • С собственным смесительным блоком;

  • Без смесительного блока (только насосный блок).

• По типу насоса:

  • Поршневые (плунжерные);

  • Шестеренчатые (для вспомогательных операций).

История создания

Цементировочные насосы начали использоваться в нефтегазовой промышленности с начала XX века, когда стало ясно, что качественное крепление скважин необходимо для предотвращения выбросов и обрушений. Первоначально это были стационарные насосные установки, используемые в связке с бетономешалками и вспомогательными емкостями.

С развитием буровой техники в 1940–1950-х годах стали применяться мобильные цементировочные агрегаты, смонтированные на базе военных или грузовых автомобилей. В СССР такие агрегаты разрабатывались на базе шасси ЗИЛ, УРАЛ, КрАЗ. В современности агрегаты монтируются на вездеходные шасси (Урал, КамАЗ, MAN, Mercedes-Benz), обладают автоматическим управлением и высокой производительностью.

Типы

По комплектации

• ЦА (цементировочный агрегат) — классическая конфигурация с насосом, гидроприводом и системой управления.

• ЦА с блоком приготовления — дополнительно включает миксер и смесительный резервуар.

• ЦА с баком и мерником — включает ёмкости для жидкости и систему контроля за дозировкой компонентов.

По применению

• Основные цементировочные агрегаты — для закачки основного цементного раствора в обсадную колонну.

• Вспомогательные — для промывки, опрессовки и закачки буферной жидкости.

Общее устройство

Типовой цементировочный агрегат включает следующие элементы:

• Шасси — базовая платформа, чаще всего полноприводный грузовик.

• Цементировочный насос — плунжерный, высокого давления, до 100 МПа.

• Гидропривод или механический привод — передаёт мощность от двигателя на насос.

• Смесительная система — включает бункер, дозаторы, мешалку и смесительную ёмкость (в комбинированных установках).

• Система управления — пульт оператора, датчики давления, оборотов, температуры.

• Емкости — для воды, раствора, химических реагентов.

• Шланги и арматура — соединительные элементы высокого давления.

• Системы безопасности — аварийные клапаны, сигнализация, автоматическое отключение.

Классификация

По типу привода

• Механический — от коробки отбора мощности двигателя шасси;

• Гидравлический — с отдельной гидросистемой, чаще используется на двухнасосных агрегатах.

По производительности

• Малопроизводительные (до 300 л/мин) — для ремонтных операций;

• Среднепроизводительные (300–800 л/мин) — для цементировки на средних глубинах;

• Высокопроизводительные (свыше 800 л/мин) — для бурения и цементировки на глубоких и сложных скважинах.

По давлению нагнетания

• Низкого давления (до 30 МПа);

• Среднего давления (30–60 МПа);

• Высокого давления (60–100 МПа и выше).

Основные характеристики

• Производительность по жидкости: от 100 до 1000+ л/мин;

• Максимальное давление: до 105 МПа;

• Мощность привода: от 150 до 700 кВт;

• Объем емкостей: от 2 до 10 м³;

• Тип насоса: плунжерный (двойного действия, чаще всего триплекс);

• Привод: дизельный, гидравлический, комбинированный;

• Температурный диапазон эксплуатации: от −40 до +50 °C;

• Габариты: от 6 до 12 м в длину;

• Масса: от 8 до 25 тонн.

Основные производители

На российском и мировом рынке представлены следующие производители цементировочных насосных агрегатов:

• ОАО «Уралмаш НГО Холдинг» (Россия);

• ОАО «Техника и Технология» (ЦА-320, ЦА-400, ЦА-320/100 и др.);

• ООО «СИНТО» (мобильные ЦА на базе Урал и КамАЗ);

• NOV (National Oilwell Varco, США);

• Stewart & Stevenson (США);

• Halliburton (США) — производитель высокотехнологичных агрегатов с цифровым управлением;

• Schlumberger (Франция/США) — агрегаты с высокой степенью автоматизации;

• BJ Services — специализированные установки для сложных цементировок.

Интересные факты

• Самый мощный цементировочный агрегат может развивать давление до 138 МПа (в установках компании Halliburton для глубоких морских скважин).

• Самые компактные агрегаты используются в плотной городской застройке — вес до 6 тонн, устанавливаются на шасси ГАЗ или ISUZU.

• В арктических условиях применяются специальные утеплённые ЦА, способные работать при −55 °C.

• ЦА-320 — один из самых распространённых агрегатов в России, используется с 1970-х годов.

• Цементировка — одна из ключевых операций в бурении, от качества которой зависит герметичность скважины и её эксплуатационная безопасность на десятилетия.

Область применения

Цементировочные насосные агрегаты находят применение в следующих работах:

• основная и вторичная цементировка обсадных колонн;

• герметизация межтрубного пространства;

• ремонтные работы в скважинах (ликвидация аварий, изоляция зон водопритока);

• тампонажные работы;

• закачка глинистых растворов, буферной жидкости;

• давление опрессовки обсадной колонны;

• бурение и освоение нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин.

Эти агрегаты активно применяются как на суше, так и на морских платформах, в условиях вечной мерзлоты, пустынь, болотистой местности и высокогорья.