автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Модернизация оборудования и совершенствование технологии приготовления тампонажных растворов

на правах рукописи

Мищенко Сергей Владимирович

МОДЕРНИЗАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ

Специальность: 05.02.13 - машины, агрегаты и процессы (в нефтегазовой отрасли)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 ФЕВ 2015

Краснодар - 2015

005558851

005558851

Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кубанский государственный технологический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Проселков Юрий Михайлович Официальные оппоненты: Новохатский Дмитрии Федорович

Защита состоится «03» апреля 2015 года в 13:00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.100.08 в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» (КубГТУ) но адресу: 3500072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд. Г - 248

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» (www. kubstu.ru)

Автореферат разослан « 30 » января 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ДМ 212.100.08,

доктор технических наук, профессор, на пенсии

Минснков Владимир Михайлович

кандидат технических наук, генеральный директор ООО «НПК «ЭКСБУР-К» г. Краснодар

Ведущая организация: ОАО «Научно-исследовательский и проект-

ный институт по переработке газа»

(ОАО «НИПИгазпереработка»), г. Краснодар

кандидат химических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Важнейшим этапом строительства нефтяных и газовых скважин является цементирование обсадных колони, хвостовиков, установка цементных мостов. Для реализации процесса цементирования необходимо иметь высококачественные тампонажные растворы с необходимыми параметрами. Основу тампонажного раствора составляет раствор цемента в воде или водном растворе химреагентов (так называемая жидкость затворения). Технические средства приготовления цементного раствора должны обеспечить требуемую производительность по готовому раствору, его плотность и максимальную однородность смеси. Среди этих технических средств наиболее важны устройства для дозированной подачи цемента и его качественного смешения с жидкостью затворения.

В настоящее время приготовление больших объемов тампонажного раствора на буровых производится с помощью цементно-смесительных машин, оснащенных подвесным гидросмесителем, цементировочного агрегата, промежуточного бачка, второго цементировочного агрегата для откачки смеси в осреднительную емкость с последующей откачкой этим же или третьим цементировочным агрегатом на станцию контроля цементирования и на цементировочную головку на устье скважины. Недостатком этой системы являются большие колебания плотности раствора после гидросмесителя, связанные с нестабильностью истечения цемента из бункеров и некачественного смешения. Для выравнивания и доводки свойств смеси вынуждены применять осреднительные емкости. Многоступенчатость операции увеличивает количество применяемой техники. При этом для установки цементных мостов, цементирования хвостовиков, при изоляционных работах требуется приготовление небольших порций тампонажного раствора (как правило 1-5 м3). Использование описанного выше оборудования зачастую невозможно из-за малого объема раствора. В итоге рас-

твор готовится с использованием неприспособленных технических средств с применением ручного труда. Требуемого качества цементного раствора достичь проблематично. Специальная техника для этого отсутствует. Отсутствуют надежные гидроэжекторные смесители. Основным недостатком имеющихся является забиваемость канала цемента в результате брызгооб-разования в приемной камере. Производительность процесса ограничена и слабоуправляема из-за нестабильности истечения цемента из бункеров.

Исследованием оборудования и процессов приготовления тампонаж-ных растворов и связанных с ними явлений занимались многие отечественные и зарубежные инженеры и ученые. Среди них А.И. Булатов, Ю.М. Проселков, О.И. Бездробный, П.П. Макаренко, А.Г. Аветисов, Н.И. Макушев, В.М. Мильшгейн, В.М. Миненков, A.C. Мамврийский, С.А. Рябоконь, Т.Е. Аллен (T.E.Alien), И.О. Паджегг (P.O.Padgett). Вышел ряд обобщающих монографий. Однако, в известных исследованиях недостаточно изучен процесс истечения цемента из бункеров, мало информации о выборе рациональной конструкции гидроэжекторного смесителя.

Таким образом, исследования и разработки в области совершенствования оборудования и технологии приготовления тампонажных растворов являются актуальными.

Цель работы

Модернизация оборудования и совершенствование технологии приготовления тампонажных растворов путем создания устройств, обеспечивающих стабильную подачу цемента с требуемой производительностью и создания устройств для качественного смешения цемента с жидкостью затворения.

Для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:

1. Аналитически и экспериментально исследовать закономерности выпуска цемента из бункеров существующих систем приготовления. Выявить причины нестабильности истечения цемента и низкой производительности существующих агрегатов.

2. Разработать новые более эффективные способы транспортирования цемента из бункера в зону смешения.

3. Разработать конструкции и провести сравнительное исследование гидроэжекторных смесителей цемента, в том числе с компактной и диспергированной струей.

Научная новизна

1. Впервые предложены соотношения для расчета истечения цемента из бункера в вакуумированный пневмопровод. Разработана, испытана и защищена патентом РФ на изобретение № 2499878 высокопроизводительная система пневмотранспортирования цемента через верх бункера по вертикальному пневмопроводу с гидроэжекторным смесителем в качестве источника вакуума. Выведены расчетные соотношения для определения параметров новой системы.

2. Установлено, что низкая производительность шнековых питателей цемента традиционных конструкций связана с низкими расходными характеристиками процесса выгрузки цемента из нижнего отверстия бункера в шнек. Впервые разработана, испытана и защищена патентом РФ на полезную модель №123344 система подачи цемента на смешение с помощью шнека-рыхлителя, встроенного в боковую сгенку бункера, а не в дно. Экспериментально доказано, что предложенная система поддерживает непрерывное рыхление цемента и обрушение сводов. Определены достижимые значения коэффициента заполнения шнека не менее 0,4.

3. Доказано, что существенное повышение эффективности гидро-эжекторных смесителей достигается при значительном снижении числа Вебера рабочей струи аппарата, что обеспечивается за счет создания ее диспергированной или кольцевой формы. Разработан и защищен патентом РФ на изобретение №2507370 гидроэжекторпый смеситель с кольцевым соплом и центральной вставкой. Предложена степенная форма уравнения характеристики гидроэжекторного смесителя. Экспериментально доказана большая эффективность гидроэжекторных смесителей с диспергированной струей по сравнению с одноствольным соплом. Найдены практические значения коэффициентов эжекции натурных образцов гидроэжекторных смесителей, составляющие величину порядка 2-2,5.

Практическая значимость и реализация результатов работы

Разработанные автором гидроэжекторный смеситель с шестиствольным и кольцевым соплом и загрузчик цемента с обратным клапаном используются в составе установок для приготовления разовых порций буровых и гампонажных растворов.

В настоящее время ведется разработка опытного образца новой мобильной установки с подачей цемента на смешение наклонным высокопроизводительным шнековым транспортером со шнеком-рыхлителем.

Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечена сравнением теоретических положений и расчетных соотношений с опытными данными как самого автора, так и данными, опубликованными в печати. Адекватность полученных соотношений проверена по известным в статистике методикам.

Личный вклад автора заключается в анализе современного уровня развития данного вида техники, проектирование и контроль изготовления экспериментальных установок, личное проведение экспериментов, обработка и анализ результатов измерений, подготовка публикаций.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Расчет массового расхода цемента на переходе бункер - пневмопровод и обеспечение высокопроизводительной подачи тампонажных материалов на смешение вверх через вертикальный трубопровод при использовании гидроэжекторного смесителя в качестве источника вакуума.

2. Аналитическое и экспериментальное обоснование рациональной системы подачи цемента шнеком-рыхлителем и повышения коэффициента заполнения транспортирующего шнека.

3. Доказательство существенного влияния числа Вебера при работе гидроэжекторного смесителя и на этой основе разработка более эффетив-ных гидроэжекторных смесителей с диспергированной струей с получением соотношений для расчета фактического значения коэффициента эжек-ции на натурных образцах.

Апробация работы

Основные положения работы докладывались и обсуждались на Международной 65-й научной студенческой конференции "Нефть и газ-2011" г. Москва, апрель 2011 г.; на Международной X научно-практической конференции "Ашировские чтения" п.Агой, октябрь 2013 г.

Публикации результатов работы

По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 5 в журналах, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России, 2 патента РФ на изобретения, 1 патент РФ на полезную модель.

Структура н объем работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и рекомендаций. Список используемых источников содержит 89 наименований. Работа изложена на 182 страницах машинописного текста, содержит 14 таблиц, 48 рисунков и шесть приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и определены общие направления диссертационной работы.

В первой главе содержится анализ технологических схем и оборудования, применяемых в настоящее время для приготовления тампонаж-ных растворов.

Показано, что в составе системы приготовления тампонажных растворов основными элементами являются гидроэжекторный смеситель цементного раствора и бункер цемента. Установлено, что известные схемы либо не обеспечивают стабильность свойств получаемых растворов, либо чрезмерно усложнены. Выявлены недостатки существующей цементировочной техники, в частности, низкая производительность бункеров при выпуске цемента через донное отверстие и неудовлетворительное качество смешения цементного раствора в гидроэжекторных смесителях с компактной струей. В связи с этим определены цели и задачи работы.

Во второй главе содержится исследование традиционных схем истечения цемента через отверстие в днище бункера с целью выявления причин нестабильности и низкой производительности.

Выполнены теоретические и экспериментальные исследования основного параметра процесса - скорости истечения цемента из цементного бункера. Они показали, что скорость истечения может рассчитываться по экспериментально проверенным автором расчетным формулам. Известная гидравлическая формула дает только качественную оценку величины скорости истечения через отверстие, близкое по размерам к высоте слоя и диаметру бункера. Нами экспериментально установлено, что в случае глубокого бункера и образования у отверстия свода сыпучего материала гидравлическая формула не применима и более подходит формула Беверло. Вывод этой формулы и результаты расчетов по ней указывают на решающую роль в процессе истечения цемента явления сводообразования, по-

стоянно присутствующего в сыпучем материале. Из-за сводообразования существует минимальный диаметр выпускного отверстия, при котором истечение цемента вообще не происходит. Кроме того, сводообразование влияет на характер движения сыпучего материала в коническом бункере. При некотором угле наклона стенок бункера к вертикали истечение приобретает канальный характер, то есть бункер опорожняется лишь частично. Угол наклона не должен быть слишком большим, хотя уменьшение угла ведет к существенному снижению полезного объема бункера.

Для количественного определения минимального допустимого диаметра выпускного отверстия и наибольшего возможного угла наклона стенок бункера потребовалось изучение сводообразующих свойств цемента. Исследования проведены на стандартном сдвиговом тестере. С помощью тестера получены графики зависимости сдвигающего усилия от нормальной нагрузки для цемента. По этим графикам нашли минимальную нормальную нагрузку УтЫ , при которой сыпучий материал обрушится вблизи выпускного отверстия бункера. По этой величине нормальной нагрузки определили минимальное разрушающее касательное сдвигающее усилие З1,,,!,, вблизи выпускного отверстия. Полученное значение по формуле, (1) позволяет рассчитать минимальный диаметр отверстия Д„]п, который обеспечит выпуск материала:

О -

Лрх ' (|)

где А - площадь поверхности сдвигового тестера,/) - насыпная плотность цемента, £ - ускорение силы тяжести.

Для лежалого уплотненного цемента нашли 5111|п =10,3 Я. Для рыхлого цемента =4,2 Н . При этих значениях касательных усилий согласно формуле (1) для лежалого цемента требуется слишком большое от-

верстие диаметром порядка 380 мм, малоприемлемое, особенно в мобильных установках. Для рыхлого цемента истечение может быть обеспечено и через меньшие отверстия, но стабильность истечения в этом случае не гарантируется из-за непрерывного восстановления сводообразующих свойств цемента. Измерения на тестере коэффициента трения цемента по стали показали, что угол трения цемента весьма велик и составляет порядка 30° . Выяснено, что при таком большом угле трения, канальный режим будет наблюдаться уже при углах наклона стенок бункера к вертикали порядка 14°, что потребует значительного увеличения высоты бункеров для достижения требуемых рабочих объемов. Эти измерения и расчеты для условий, характерных в бурении, проведены впервые.

Выполненные исследования процесса истечения цемента из донных выпускных отверстий бункеров привели к выводу, что из-за интенсивного сводообразования свободное истечение цемента из бункера через нижнее отверстие не обеспечит стабильного дозированного приготовления смеси. В связи с этим была проверена возможность стабилизировать истечение цемента из отверстия бункера с помощью шнекового транспортера. Однако, в экспериментах было установлено, что из-за сводообразования шнек также не позволяет получить достаточную стабильность и производительность. Это выражается в низком коэффициенте заполнения межвиткового пространства шнека.

По этой причине дальнейшие работы были направлены на изучение еще одного способа воздействия на сводообразование, а именно процесса воздействия вакуума на истечение цемента. Исследовано истечение цемента из донного отверстия воронки в вакуумированный рукав. Графики зависимости расхода цемента от расхода воздуха при истечении из воронки в вакуум, представлены на рисунке 1. Исследования проведены при разных начальных высотах засыпки, построенные автором по данным эксперимента методом наименьших квадратов.

Из графиков можно выделить три режима движения воздуха через слой цемента. Первый режим без транспортирования цемента, второй режим, основной, сопровождается транспортированием цемента, третий режим - насыщение, когда увеличение расхода воздуха мало влияет па расход цемента.

2.4

u 2-2

"ч

£ го I w % и

i

I12

а го 0.8 0.6 О А 0.2

/

/

/ А __ —*

/ f— /

/ /

;/ я .

/ V /

ь / /

/ / /

/ У /

/

//

1 2 5 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Расход йоздуха л/с

• то щи на слоя 0,5п

* толщина с поя 0,6м

♦ толщина слоя 0,75п

Рисунок 1 - Зависимости расхода цемента от расхода воздуха при истечении из воронки в вакуум

Путем обработки экспериментов показано, что расход цемента в основном режиме описывается формулой:

0„=0,355Яр(2-&) (2)

где Н - толщина слоя засыпки; р- насыпная плотность цемента; 0- объемный расход воздуха; £)0 - начальный расход воздуха, при котором начинается пневмотранспорт, £>„ =1,6-10 \г !с.

Существование режима насыщения объясняется все тем же сводооб-разованием, ограничивающим производительность по цементу. Таким образом в экспериментах получено, что и в случае вакуумирования при истечении цемента через донное отверстие вниз подача цемента нестабильна, то есть реальная область применения этой схемы крайне ограничена.

Результаты исследования процесса истечения цемента через донное отверстие заставили автора искать новые технические решения.

В третьей главе показано, что для решения проблем, связанных со сводообразованием, автором была разработана, запатентована и испытана система пневмотранспортирования цемента через верх бункера по вертикальному пневмопроводу с гидроэжекторным смесителем в качестве источника вакуума (патент РФ № 249987В). Эта система обеспечивает движение потока цемента в направлении, обратном действующим касательным напряжениям и исключает их воздействие на образование свода перед выходом в транспортирующую трубу. Экспериментальные исследования процесса проведены на установке для испытаний системы выгрузки цемента по вертикальному пневмопроводу, изображеной на рисунке 2. Некоторые результаты экспериментов расхода цемента при выгрузке вверх из бункера через материалопровод диаметром 50 мм представлены в таблице I.

Таблица 1 - Расход цемента при выгрузке вверх из бункера

Абсолютное давление воздуха на входе, кПа, 40 50 70 95

Расход воздуха, л/с 10,3 16,2 31,7 58,4

Расход цемента, кг/с, расчет/опыт 2/2 3,4 / 2,5 7,0/5 13,4/11,5

Как видим, получена значительная производительность по цементу, поскольку отсутствует сводообразование. При расчете производительности по формуле (2) режим насыщения можно не учитывать, так как в дан-пом случае режим насыщения не достигается. Реальная производительность оказалась настолько большой, что на входе всасывающей трубы был установлен ограничивающий обратный клапан. Эта схема, таким образом, решает проблему получения высокой производительности и управляемости процесса затворения цемента. Особенно перспективна эта схема для жестких габаритных ограничений на оборудование, например на морских платформах.

I - бункер цемента; 2 - гидроэжекторный смеситель; 3 - герметичный промежуточный бункер для улавливания цемента; 4 - всасывающий патрубок; 5 - материалолровод; 6 - ступица; 7 - кран; 8 - фильтр; 9 -гофрированный рукав

Рисунок 2 - Установка для испытаний системы выгрузки цемента по вертикальному пневмопроводу

Автором предложен также другой путь решения проблемы сводооб-разования, особенно перспективный для порционного процесса приготовления раствора в мобильных установках. Разработана и испытана система подачи цемента на смешение с помощью шнека-рыхлителя, встроенного в боковую стенку бункера (патент РФ № 123344). Разработанная конструкция поддерживает непрерывное рыхление цемента и обрушение сводов. Достигнуты значения коэффициента заполнения шнека порядка 0,5, что в 1,5-2 раза больше чем на серийных образцах. Это обеспечит ускоренную и стабильную транспортировку цемента на затворение.

В четвертой главе показано, что в системе затворения цемента завершающим звеном является гидроэжекторный смеситель, как источник вакуума, поэтому на оптимизацию его конструкции направлена следующая часть работы.

Установлено, что эффективность работы смесителя существенно зависит от формы струи. Компактная форма струи с малым углом распыла приводит к неэффективной работе, так как струя воды не касается стенок выходного патрубка гидроэжекторного смесителя и не образует гидрозатвор и в результате возникает режим пробоя. Форма струи зависит от числа Рейнольдса и числа Вебера. На экспериментальной установке исследованы гидросмесители различных конструкций. Замечено, что снижение числа Вебера ведет к увеличению коэффициента эжекции. Это связано с тем, что при снижении числа Вебера увеличивается распыл струи, что исключает возникновение режима пробоя. На этом основании логично использовать для смешения цемента гидроэжекториые смесители со струей, характеризующейся намеренно заниженным числом Вебера. Это было достигнуто применением многоствольных или кольцевых сопел.

Некоторые результаты измерений ГЭС с диспергированными струями представлены в таблице 2. Они показали рост коэффициента эжекции у смесителей с диспергированной струей. Гидроэжекторный смеситель с

кольцевым соплом и центральной вставкой, разработанный и запатентованный автором (патент РФ на изобретение №2507370), представлен на рисунке 3. Оптимальный зазор между камерой смешения и вставкой в данной конструкции подбирали экспериментально.

Таблица 2 - Результаты испытаний ГЭС с диспергированными струями

Тип сопла Расход воды, л/с Вакуум на входе, кПа Скорость воды в сопле, м/с Расход воздуха, л/с Диаметр камеры смешения, мм Коэффициент эжекции Число Вебера, 10" 1 Число Рейнольдса, 103

1отв. 40мм 28 4 4 22,3 53,7 53,7 80 125 1,92 1,92 2,84 8,92

богв. 16мм 28 3 6 22,3 46,8 59,7 80 125 1,67 2,13 1,14 3,57

Кольцевое, зазор 5мм 27 5,5 21,5 62,4 125 2,31 0,33 1,08

у цепент

Рисунок 3 - Гидроэжекторный смеситель с кольцевым соплом и центральной вставкой

Статистическая обработка экспериментальных данных показала, что взаимосвязь коэффициента эжекции и вакуума на входе в гидроэжектор-ный смеситель адекватно описывается степенным уравнением:

(3)

где и() - коэффициент эжекции, 11 и

0а_ вР

,где - расход аэрозоля; () -

расход жидкости, Р„ - абсолютное давление аэрозоля на входе в гидро-эжекторпый смеситель, Р, - атмосферное давление, максимальный

достижимый коэффициент эжекции данного гидроэжекторного смесителя, определяемый экспериментально.

При отсутствии режима пробоя показатель степени в этом уравнении а ~ 2 . В условиях пробоя показатель степени а >- 8 . Расчетные характеристики гидроэжекторного смесителя в сравнении с экспериментами представлены на рисунке 4 и обозначены кривыми. го

I и

§'

• / о • ¡/

1 » / /

! • . / * /о / /

У о

О 50 КО

Мление но Входе 6 ГЭС. кПа

1 гидросмеситель О'М-1ООМ, режим пробоя:

2 - гидросмеси гель СГМ-100, режим пробоя отсутствует.

Рисунок 4 - Расчетные характеристики гидроэжекторного смесителя

в сравнении с экспериментами

Из этих расчетов еще раз подтверждается неэффективность работы гидроэжекторного смесителя в режиме пробоя, так как в этом случае даже при небольшом изменении вакуума на входе резко снижается коэффициент эжекции. Кольцевой и многоствольный гидроэжекторные смесители имеют более высокие коэффициенты эжекции по сравнению с серийными. Высокий коэффициент эжекции обеспечит стабильность вакуума и производительности. Испытания, разработанных гидросмесителей в мобильной установке, показали хорошее качество цемента при высокой производительности (цементный раствор объемом 5 м3 готовится в среднем в течение пяти минут).

В пятой главе предложены технологические схемы и сформулированы основные положения регламента приготовления тампонажных растворов на модернизированном оборудовании. Для мобильных установок предложена технологическая схема, включающая подачу цемента на смешение шнеком, встроенным в боковую стенку бункера с непрерывным рыхлением материала и обрушением сводов (патент РФ на полезную модель №123344), и гидроэжекторный смеситель с кольцевым соплом, исключающим забивание канала цемента в результате брызгообразования в приемной камере. Экспериментально доказано, что предложенная система поддерживает непрерывное рыхление цемента и обрушение сводов. Определены достижимые значения коэффициента заполнения шнека не менее 0,4. Система подачи цемента шнеком, встроенным в боковую стенку бункера представлена на рисунке 5. В работе представлена также схема и регламент варианта с выгрузкой бункера через вертикальный вакуумирован-ный трубопровод.

С использованием расчетных формул, предложенных при выполнении работы, приведены примеры расчетов производительности и времени затворения раствора для обоих вариантов.

1 - корпус шнекового транспортера; 2 - бункер; 3 - гидрозжекторный смеситель; 4 - сопло; 5 - емкость раствора; 6 - иеремешиватель; 7 - емкость жидкости загворения; 8 - насос; 9 - плотномер; 10 - линия загрузочной воды; 11 - воздушный штуцер; 12 - сбросной люк

Рисунок 5 - Система подачи цемента шнеком, встроенным в боковую стенку бункера

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Впервые установлено, что из-за процессов сводообразования для беспрепятственного выпуска лежалого цемента из донного отверстия бункера требуется большое отверстие диаметром порядка 380 мм. Для рыхлого цемента истечение может быть обеспечено и через меньшие отверстия, но стабильность истечения в этом случае не гарантируется из-за непрерывного восстановления сводообразующих свойств цемента.

2. Установлено, что режим свободного истечения цемен та из донных отверстий бункеров не массовый, а канальный. Полное и равномер-

пое опорожнение бункера через нижнее отверстие без аэрации или других побудителей не достижимо.

3. Выявлены закономерности истечения цемента из донного отверстия воронки в вакуумированный рукав. Предложены расчетные соотношения. Показано, что производительность по цементу при его выходе из нижнего отверстия воронки в вакуумный шланг, недостаточна для цементировочных агрегатов. Для повышения производительности пневмотранс-портпой системы, использующей гидроэжекторный смеситель в качестве источника вакуума, предложены новые технические решения, не связанные с истечением сыпучего материала через нижнее отверстие бункера, а предполагающие транспортирование цемента по вертикальному трубопроводу за счет вакуума гидроэжекторного смесителя.

4. Установлено, что низкая производительность шнекового питателя цемента связана с низкими расходными характеристиками процесса выгрузки цемента из нижнего отверстия в шнек. Показано, что для повышения производительности системы необходимо ввести шнек непосредственно в бункер.

5. В порядке решения отмеченных проблем разработана и испытана система пневмотранспортирования цемента через верх бункера цемента по вертикальному пневмопроводу с гидроэжекторным смесителем в качестве источника вакуума. Доказана ее работоспособность и эффективность. Предложены расчетные формулы для определения параметров системы.

6. Разработана и испытана система подачи цемента на смешение с помощью шнека-рыхлителя, встроенного в боковую стенку бункера. Показано, что разработанная конструкция поддерживает непрерывное рыхление цемента и обрушение сводов. Определены достижимые значения коэффициента заполнения шнека порядка 0,5.

7. Выполненные исследования гидроэжекторных смесителей показали, что аппараты с компактной струей недостаточно эффективны, так как

склонны работать в режиме пробоя, когда вовлечение аэрозоля в процесс смешения минимально. Существенное повышение эффективности может быть достигнуто при значительном снижении числа Вебера рабочей струи аппарата, что возможно при переходе от компактной струи - к диспергированной или кольцевой. Исследованы уравнения характеристики промышленных образцов гидроэжекториых смесителей. Предложено новое уравнение характеристики гидроэжекториых смесителей, пригодное для расчета гидроэжекториых смесителей с диспергированной струей.

8. Разработаны и испытаны натурные образцы гидроэжекториых смесителей с диспергированной струей (многоствольное и кольцевое сопла) со скоростью струй не менее 20 м/с. Доказана их большая эффективность но сравнению с одноствольным соплом. Гидроэжекторный смеситель с кольцевым соплом позволяет исключить забивание канала цемента в результате брызгообразования в приемной камере. Найдены практические значения коэффициентов эжекции натурных образцов, составляющие величину порядка 2-2,5.

9. Представлены две функциональные схемы приготовления тампо-нажных растворов, использующие разработанные автором систему подачи цемента на смешение шнеком-рыхлителем и систему подачи цемента на смешение через верх загрузочной воронки. Предложены методики расчета производительности, изложены основные положения технологического регламента процесса приготовления тампонажного раствора для разработанных вариантов.

10. Дальнейшие исследования целесообразно направить па создание опытных образцов установок, оснащенных высокопроизводительными шнеками-рыхлителями, а также на уточнение предельных значений расхода цемента при транспортировании его через верх бункера и создание на этой базе более компактной, чем шиековая, установки, способной приготавливать раствор требуемой плотности заодин цикл.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ Рецензируемые журналы, входгицие в перечень ВАК при

Мннобрнауки России:

1. Мищенко С. В. Исследование рабочих параметров вакуумного пневмотранспорта портландцемента/ С. В. Мищенко, Ю. М. Проселков, И. А. Пахлян // Бурение и нефть, - 2011, - №10, - с. 28-32.

2. Добик А. А. Расчет эжекторного гидросмесителя для приготовления буровых и тампонажных растворов/ А. А. Добик, С. В. Мищенко // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море, - 2011, -№9, - с. 28-32.

3. Добик А. А. О характеристиках шнековых питателей новых технических средств для цементирования скважин и утилизации буровых шла-мов / А. А. Добик, С. В. Мищенко // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море, - 2011, - №9, - с. 37-41.

4. Проселков Ю. М. Прогрессивные технологические схемы приготовления тампонажных растворов/ Ю. М. Проселков, И. А. Пахлян, С. В. Мищенко //Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса, - 2013, - №4, - с. 37-46.

5. Добик А. А. Новые технические средства приготовления тампонажных растворов при бурении боковых стволов и капитальном ремонте скважин / А. А. Добик, И. А. Кадацкая, С. В. Мищенко // Бурение и нефть, - 2014, - №3, - с. 54-57.

Патенты РФ:

6. Пат. 123344 Российская Федерация. Устройство для дозированного смешивания сыпучего материала с жидкостью / Мищенко С. В., Проселков Ю. М., Пахлян И. А.; опубл. 27.12.2012, бюл. № 36.

7. Пат. 2499878 Российская Федерация. Способ приготовления буровых промывочных и тампонажных растворов и устройство для его осуществления / Проселков Ю. М., Пахлян И. А., Мищенко С. В.; опубл.

27.11.2013, бюл. Лг2 33.

8. Пат. 2507370 Российская Федерация. Струйный смеситель-эжектор / Проселков Ю. М., Пахлян И. А., Мищенко С. В.; опубл.

20.02.2014, бюл. №5.

Тезисы материалов конференций:

9. Мищенко С. В. Минимальная скорость пневмотранспорта цемента / Материалы 65-й Международной научной студенческой конференции: «Нефть и газ-2011». - М., 11- 14 апреля 2011 г.

10. Пахлян И. А. Технологии с применением эжекторов в процессах приготовления растворов / И. А. Пахлян, 10. М. Проселков, С. В. Мищенко // Материалы 10 Международной научно-практической конференции: «Ашировские чтения», 29 сентября - 4 октября 2013 г.

Подписано в печать 28.01.2015. Печать трафаретная. Формат 50x84 7,(,. Усл. псч. л. 1,35. Тираж 100 экз. Заказ № 1298. Отпечатано в ООО «Издательский Дом - ЮГ» 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корп. «В», оф. В-120, тел. +7(918)41-50-571 sct@id-yug.com http://id-yug.com