专利名称：充气泡沫水泥浆机械式配气发泡机组的制作方法
技术领域：
本实用新型属于石油固井行业技术领域，具体涉及用于机械式配 制充气泡沫水泥浆的设备。
背景技术：
充气泡沫水泥浆是为了解决复杂的固井技术问题、保护油气层、 提高固井质量的一种用气体改变水泥浆密度的新型水泥浆体系，其密
度可以在井下条件下从0. 9g/m3到1. 80g/m3之间调整，最大供气排量 可达到80m7分(标准大气压)以上，最大供气量可达到10000m3 (标 准大气压)以上。主要用途是①低压易漏地层固井；②长封固段固 井；③防止水泥浆"失重"造成油气水窜糟的固井；④欠平衡钻井工 程固井； 充气、泡沫钻井工程固井。
目前，配制充气泡沬水泥浆有二种方法，1、化学发气，通过在 水泥桨中加入发泡剂和稳泡剂直接化学发泡，该方法配制的水泥浆密 度范围小，在施工中无法随机调整水泥浆密度。2、物理发泡法，通 过用水与发泡剂混配成泡沫液，通过水泥车将泡沫液与常规水泥浆泵 入井内，该方法没有将泡沫液和水泥浆有效的混合在一起，在水泥车 泵入时水泥浆和泡沫液时常分开进入井下，影响固井质量，另外，由 于泡沫液在泵入前压力低、流量小。在井下压力升高的条件下，因泡 沫液体积收縮很大导致水泥浆密度大幅度升高，不适用于充气泡沫水泥浆固井。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供适用于海洋、陆地固井现场施工，机动 灵活方便、具有自动化、智能化监测、操作、控制功能的充气泡沫水 泥浆机械式配气发泡机组。
为了达到上述目的，本案的解决方案是-
本实用新型提供的充气泡沫水泥浆机械式配气发泡机组由配液 系统、配气发泡系统和智能专家监控系统组成。配液系统由配液柜、 电动计量泵和电动搅拌器经管线连接组成，其功能是配制发泡液、稳 泡液并将其输送到配浆水泥车批混罐内的水泥桨中；配气发泡系统由 液氮罐、自控式电动液氮泵、内部装配有热水散热器和自控式电加热 器的气化器、气体稳压器、自控式电动执行器、内部装配有射流总成、 气流总成和涡流总成的配气发泡器、高压管汇的输入闸门组、输出闸 门组和旁道管线组成，其功能是将液氮汽化成氮气与常规水泥浆经配 气发泡配制出充气泡沫水泥浆；智能专家监控系统由水泥浆数据采集 无线变送器，带有无线讯号接收发送功能的工业计算机、具有设计、 监控、仿真功能的智能专家装置、显示器、打印机、柴油机、发电机 和配电柜组成，其功能是自动化、智能化监测、控制配制和注入充气 泡沫水泥浆。
配液系统中，配液柜设有进清水管线和输液管线，分别与供水车 和自控式电动计量泵相连，电动计量泵通过供液管线与配浆车批混罐 相连，安装在配液柜上端的自控式电动搅拌器其搅拌杆和叶轮位于配 液柜内；配气发泡系统中，液氮罐由输液氮管线与自控式电动液氮泵相 连，电动液氮泵通过供液氮管线与汽化器相连，汽化器内装有柴油机 热水散热器和自控式电加热器，由供气管线与气体稳压器相连，气体 稳压器由输气管线与自控式电动执行器相连，电动执行器由注气管线 与配气发泡器相连，配气发泡器进口与高压管汇输入闸门组出口相 连，出口与高压管汇输出闸门组进口相连，其中装有射流总成、气流 总成和涡流总成。输入闸门组进口与固井注浆水泥车相连，出口还与 旁通高压管线进口相连，旁通高压管线出口与输出闸门组进口相连。 输出阐门组出口与固井高压管汇相连。
智能专家监控系统中，水泥浆数据采集无线变送器通过无线讯号 与装在操作台上的带有无线讯号接收发送功能的工业计算机相连，安 装有智能专家设计、监控、仿真的工业计算机通过讯号线与显示器和 打印机相连、通过无线讯号与自控式电动搅拌器、自控式电动计量泵、 自控式电动液氮泵、自控式电加热器和自控式电动执行器相连。配电 装置柴油机由循环水管线与汽化器热水散热器相连，通过传动轴与发 电机相连，发电机通过电缆与配电柜相连，配电柜通过供电线路与用 电器相连。液氮罐、输液氮管线、电动液氮泵和供液氮管线安装在一 个液氮撬装底座上，其余装置共同安装在一个配气发泡撬装底座上。
本实用新型设计和加工过程中首先充分考虑到海洋、陆地钻井平 台有限面积的固井施工条件，采用体积小、供气量大的液氮罐作供气 源、搬运方便的撬装底座组装机组，可以在陆地卡车和海洋船只运输 限制条件下转运，为了确保固井施工安全、所有用电设施均为防爆电 器，所有高压泵、高压管汇均符合固井施工标准要求，机组结构与海 洋、陆地固井设施相匹配。
本实用新型根据充气泡沫水泥浆固井的技术要求、施工作业现状和充气泡沫水泥浆固相、液相、气相三相流的特殊性及复杂性，采用 射流、气流、涡流的配气发泡原理和参数无线传输、智能专家设计、 监测、控制、仿真系统装置，使现场施工的全过程及各种操作实现自 动化、智能化，从而保证现场施工的可操作性和可靠性，确保固井施 工成功和固井工程质量。
本实用新型采用机械式配气发泡方法没有化学反应，对地面、井 下环境无污染。实际使用时，将注浆水泥车泵出的含有发泡剂、稳泡 剂的水泥浆与液氮罐泵出的液氮经过汽化器汽化后的高压氮气同时 进入配气发泡器，经过射流压降、气流配气和涡流混配，配制出气泡 微小、独立密闭、均匀稳定的充气泡沫水泥浆，其水泥浆防漏和防窜 等性能好，满足固井施工的需要，水泥石性能达到固井质量的要求。
图1是本实用新型的结
图2是本实用新型的氮
标号说明
配液柜1
输液管线3
供液管线5
液氮罐7
自控式电动液氮泵9 汽化器ll 供气管线14 输气管线16
构示意气供气系统结构示意图。
清水管线2 自控式电动计量泵4 自控式电动搅拌器6 输液氮管线8 供液氮管线10 自控式电加热器13 气体稳压器15 自控式电动执行器17注气管线18
配气发泡器19
高压管汇输入闸门组20高压管汇输出闸门组21
射流总成22
气流总成23
涡流总成24
旁通高压管线25
水泥浆数据采集无线变送器26
操作台27
工业计算机28
智能专家监控装置29
显示器30
打印机31
柴油机32
循环水管线33
发电机34
配电柜35
配气发泡撬装底座36
液氮撬装底座3具体实施方式
如图1和图2所示，配液柜1上装有自控式电动搅拌器6，进口 有清水管线2与供水车相连可供清水，自控式电动计量泵4通过输液 管线3与配液柜1相连，电动计量泵4通过供液管线5与配浆车批混 罐相连，安装在配液柜1上端的自控式电动搅拌器6中的搅拌杆和叶 轮位于配液柜1内，可将自控式电动搅拌器6在配液柜1内用清水和 发泡剂、稳泡剂配制的发泡液、稳泡液供入配浆水泥车批混罐内。
配气发泡系统中，符合国标标准的液氮罐7和自控式电动液氮泵 9，经专用输液氮管线8、供液氮管线lO可将液氮供入汽化器ll。装 有柴油机热水散热器和自控式电加热器13的汽化器11，可以将液氮 汽化为高压氮气，高压氮气经气体稳压器15、自控式电动执行器17 和供气管线14、输气管线16、注气管线18进入配气发泡器19。配气发泡器19内装有射流总成22、气流总成23和涡流总成24，可以 将水泥车通过高压管汇输入闸门组20泵入的含有发泡液、稳泡液的 水泥浆与高压氮气配制成符合固井设计要求的充气泡沫水泥浆。充气 泡沫水泥浆通过高压管汇输出闸门组21经固井井口管汇注入井下。
为了随机监测、控制固井施工中充气泡沫水泥浆的密度和流量， 水泥浆数据采集变送器26通过无线传输将讯号输入装在操作台27上 的可接收发射讯号及安装有智能专家系统设计、监控、仿真软件的工 业计算机28中，工业计算机28内装有专家系统软件及时将监测数据 处理后发出控制指令，通过无线传输将讯号发送到自控式电动搅拌器 6、自控式电动计量泵4、自控式电动液氮泵9、汽化器内的自控式电 加热器13和自控式电动执行器17中，随机调整施工参数控制施工全 过程，并通过显示器30和打印机31显示和打印施工信息。
安装在高压管汇中的旁通高压管线25可以在配制注入泡沫水泥 浆施工结束后的压胶塞、顶替、碰压过程中，通过倒换高压管汇输入 闸门组20、输出闸门组21，使施工中从水泥车泵出的液体直接注入 井内并传递高压，避免配气发泡器19及相接设施承受高压。
配电装置柴油机32由循环水管线33与汽化器11热水散热器相 连，通过传动轴与发电机34相连；发电机34通过电缆与配电柜35 相连，配电柜35通过供电线路与用电器相连。液氮罐7、输液氮管 线8、电动液氮泵9和供液氮管线10安装在一个液氮撬装底座37上， 其余装置共同安装在一个配气发泡撬装底座36上。
本实用新型的具体操作步骤如下
1、 液氮罐7装液氮后将机组运至井场。
2、 机组与供水车、配桨水泥车、注桨水泥车和井口固井管汇分 别连接管线。将供液氮管线10和汽化器11相连。3、 启动柴油机32发电机34通过配电柜35供电。
4、 向配液柜l内供清水，加入发泡剂、稳泡剂，启动自控式电 动搅拌器6配制发泡液、稳泡液。
5、 启动工业计算机28，倒换闸门，做好固井施工前机组检查、 保养等准备工作。
6 、施工开始，配浆水泥车、注浆水泥车配注前置液、水泥浆领 浆及基浆。
7 、配注充气泡沫水泥浆开始，自控式电动计量泵4向配浆水泥 车批混罐内供发泡液、稳泡液，同时自控式电动液氮泵9向汽化器 11内供液氮。
8、经汽化器11汽化的高压氮气经气体稳压器15、自控式电动 执行器17进入配气发泡器19,配浆水泥车、注浆水泥车泵入的带发 泡液、稳泡液的水泥浆也进入配气发泡器19，配气发泡器19通过射 流总成22、气流总成23和涡流总成24，配制成充气泡沫水泥浆。带 有高压的充气泡沫水泥浆通过高压管汇输出闸门21经井口固井管汇 注入井内。
9 、通过水泥浆数据采集变送器26和智能专家监控装置29与自 控式电动液氮泵19、自控式电加热器13、自控式电动执行器17无线 传输讯号，控制氮气供气排量和压力；通过对自控式电动计量泵4无 线传输讯号控制发泡液、稳泡液供入排量；通过显示器30仿真显示 监测施工参数，随机对施工现状进行监控，使充气泡沫水泥浆密度达 到设计要求。
权利要求1、充气泡沫水泥浆机械式配气发泡机组，其特征在于由配液系统、配气发泡系统和智能专家监控系统组成；其中配液系统中，配液柜设有进清水管线与输液管线，分别与供水车和自控式电动计量泵相连，电动计量泵通过供液管线与配浆车批混罐相连，安装在配液柜上端的自控式电动搅拌器中的搅拌杆和叶轮位于配液柜内；配气发泡系统中，液氮罐由输液氮管线与自控式电动液氮泵相连，电动液氮泵由供液氮管线与汽化器相连，汽化器内装有柴油机热水散热器和自控式电加热器，汽化器由供气管线与气体稳压器相连，气体稳压器由输气管线与自控式电动执行器相连，电动执行器由注气管线与配气发泡器相连，配气发泡器进口与高压管汇输入闸门组出口相连、出口与高压管汇输出闸门组进口相连，其中装有射流总成、气流总成和涡流总成；输入闸门组进口与固井注浆水泥车相连，出口还与旁通高压管线进口相连，旁通高压管线出口与输出闸门组进口相连；输出阐门组出口与固井高压管汇相连；智能专家监控系统中，水泥浆数据采集无线变送器通过无线讯号与装在操作台上的带有无线讯号接收、发送功能及安装有智能专家系统设计、监控、仿真软件工业计算机相连，通过讯号线与显示器和打印机相连、并通过无线讯号与自控式电动搅拌器、自控式电动计量泵、自控式电动液氮泵、自控式电加热器和自控式电动执行器相连；配电装置柴油机由循环水管线与汽化器热水散热器相连，通过传动轴与发电机相连；发电机通过电缆与配电柜相连，配电柜通过供电线路与用电器相连；液氮罐、输液氮管线、液氮泵和供液氮管线安装在一个液氮撬装底座上，其余装置共同安装在一个配气发泡撬装底座上。
专利摘要本实用新型公开了一种充气泡沫水泥浆机械式配气发泡机组，该机组由配液系统，配气发泡系统和智能专家监控系统组成。其中配液系统由配液柜、自控式电动搅拌器和自控式电动计量泵组成；配气发泡系统由液氮罐，自控式电动液氮泵、汽化器、配气发泡器和高压管汇组成；智能专家监控系统，由水泥浆数据采集无线变送器、工业计算机、智能专家设计、监控、仿真装置和配电装置组成，本实用新型具有自动化、智能化设计、监测、操作、控制和仿真显示功能，可以根据石油固井作业的不同需要，通过机械式连续配气发泡配制出不同密度的充气泡沫水泥浆，充气泡沫水泥浆内气泡沫微小独立、均匀稳定，水泥浆防漏和防窜等性能好，水泥石性能满足固井质量要求。
文档编号B28C7/12GK201427353SQ20092013763
公开日2010年3月24日 申请日期2009年4月9日 优先权日2009年4月9日
发明者刘燕明, 张复彦, 张振军 申请人:厦门卓晓油田设备技术开发有限公司