Устройство для очистки внутренних полостей труб от парафиновых и других отложений

 

Использование: для очистки внутренних полостей труб от парафиновых и других отложений. Сущность изобретения: корпус выполнен в виде вала с двумя очистными головками с противоположно направленными режущими элементами. Очистные головки установлены на валу с возможностью вращения и имеют эвольвентный профиль. Между верхними и нижними частями очистных головок, стабилизаторами и заглубителем-фиксатором установлены подшипники скольжения и качения. Высота очистной головки определяется из соотношения, представленного в описании. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, конкретно к устройствам для очистки внутренних полостей труб от парафиновых и других отложений.

Известно устройство для очистки труб от парафина, включающее раздвижной скребок и связанный с ним груз, выполненный с ножами, которые установлены последовательно для срезания парафина сверху вниз, а скребок производит срезание при движении снизу вверх [1] Недостатком указанного устройства является то, что при движении вниз устройство зависает на твердых отложениях, т. к. веса груза недостаточно для срезания, а применение дополнительных грузов ограничено размерами лубрикатора. Кроме того, при срезании парафиновых отложений скребком снизу вверх образуются парафиновые пробки, что в свою очередь приводит к остановке скважины или (и) к обрыву подъемной проволоки с последующим внеплановым ремонтом скважины.

Известно устройство для очистки нефтепромысловых труб от парафина, включающее раздвижной скребок и связанный с ним эксцентрично расположенный относительно оси скребка груз, оснащенный ножами [2] Недостатком указанного устройства является то, что в случае прохода скребка вверх через неравномерно запарафиненный участок возрастают усилия на подъемную проволоку и при выходе из этого участка под воздействием натяжного усилия и напора жидкости происходят резкие рывки, а в результате обрыв проволоки.

Известен поршень для очистки стенок трубной колонны скважины от парафина, включающий трубчатый корпус, нижний конец которого имеет форму гладкого стержня, где на заранее заданном расстоянии ниже колец смонтирован кольцевой ротор. На наружной желобчатой поверхности ротора имеются лопасти [3] Недостатком указанного поршня является то, что ротор создает лишь турболенцию и его наличие практически не влияет на эффективность и качество очистки труб от парафиновых и других отложений.

Известны раздвижные скребки для очистки колонн подъемных труб фонтанных скважин [4] Недостатком этих скребков является нежесткая конструкция, а также возможность обрыва за счет возрастания усилия на подъемную проволоку при подъеме через неравномерно запарафиненный участок.

Известно устройство для очистки внутренней поверхности трубы [5] Недостатками указанного устройства являются те, что шарнирное соединение очистных головок не обеспечивает надежности конструкции, устройство не имеет стабильного положения в очищаемой трубе, что может привести к перекосу и заклиниванию его в трубе, а, следовательно, и к выходу скважины из строя. Кроме того, устройство оснащено сложными агрегатами для подачи моющего агента.

Известно устройство для очистки внутренних полостей от отложений, содержащее полый корпус, на котором размещены очистные головки с режущими элементами [6] Недостатками указанного устройства являются те, что устройство имеет сложное конструктивное выполнение, т.к. содержит агрегаты, подающие и подогревающие реагент, а разный диаметр очистных головок и возможность перемещения только в одном направлении не обеспечивают эффективной и качественной очистки.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является скребок для удаления парафина со стенок скважины [7] Недостатком указанного устройства является то, что его конструкция не технологична, сложна в изготовлении, использование силы рабочей жидкости, воздействующей на турбинки из-за потерь площади воздействия на лопатки турбинки, не позволяет преодолевать сопротивление, которое создают очистные штырьки устройства, т.к. наружный диаметр турбинки намного меньше наружного диаметра очистных штырьков, не имея возможности вращения, устройство останавливается и не выполняет возложенные на него функции. Конструкция указанного устройства не позволяет его использовать в лифтовых трубах диаметрами 60 и 76 мм, которые, как правило, применяются в нефтяной и газовой промышленности при добыче нефти, газоконденсата и газа с высоким содержанием асфальто-смолисто-парафиновых компонентов. Общим недостатком упомянутых выше устройств является невозможность их использования в условиях низких температур и при наличии газового фактора в нефтедобывающих скважинах.

Цель изобретения повышение эффективности и качества очистки за счет выбора оптимальных конструктивных геометрических параметров резания.

Достигается это тем, что выбранные оптимальные геометрические параметры резания обеспечивают высокоскоростные вращение очистных головок наряду с продольным (вверх-вниз) перемещением устройства, а также безаварийную его работу, особенно в условиях низких температур и высокого содержания парафино-асфальто-смолистых компонентов в нефти, газе, газоконденсате.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, размещенное в очищаемой колонне труб; на фиг.2 вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 вид по стрелке Б на фиг.1; на фиг.4 разрез по В-В на фиг.1; на фиг.5 размерная цепь устройства.

Устройство содержит по меньшей мере две очистные головки 1 и 2 с противоположно направленными эвольвентными режущими элементами 3, имеющими основной режущий буртик 4, смонтированные посредством подшипников 5 и 6, распорного 7 и направляющего 8 стабилизаторов, заглубителя-фиксатора 9 на валу 10, жестко соединяющем головки, заглубитель-фиксатор и стабилизаторы, один из которых соединен посредством узла присоединения с тяговым органом 11.

Эвольвентные режущие элементы 3 при соотношении их шага (l ш.э.р.э) с длиной окружности каждой очистной головки 1 и 2 (l о.о.г.) 1/6 позволяют наиболее эффективно использовать силу исходящего потока жидкости 12 (нефть, газоконденсат) для придания вращения очистным головкам и срезания отложений 13 на стенках колонны труб 14, а в сочетании с подвеской очистных головок на подшипниках 5 и 6 обеспечивается высокоскоростное вращение очистных головок до 900 об/мин, что способствует производительной высокоэффективной и качественной очистке колонны труб.

Расположение эвольвентных режущих элементов на очистных головках в противоположных направлениях обеспечивает в сочетании с подвеской на подшипниках независимое их вращение влево и вправо, под воздействием потока исходящей жидкости, а при соблюдении соотношения H где Н высота очистной головки, d диаметр очистной головки, α угол атаки эвольвентного режущего элемента и расположения очистных головок таким образом, что расстояние (S) между основными режущими буртиками 4, например, двух очистных головок, определяется из условия S 2Н + h _p.ст., где h_р.cт. высота распорного стабилизатора, что позволяет производить очистку полостей труб от всех видов отложений в обоих направлениях (при движении вниз-вверх), а также исключает влияние крутильных колебаний очистных головок друг на друга.

Оснащение устройства дополнительным направляющим и распорным стабилизаторами (уширение вала и распорная втулка) и заглубителем-фиксатором (гайка специальная) обеспечивают как создание осевой нагрузки для продвижения вниз, так и снижение осевой нагрузки на тяговый орган 11 при продвижении вверх, а также стабильность положения устройства в колонне труб, что исключает остановку очистных головок во время вращения и перекос устройства.

Конструкция устройства является жесткой и компактной, т.к. стабилизаторы, очистные головки и заглубитель-фиксатор соединены (стянуты) валом, подшипники установлены между верхними и нижними частями очистных головок и стабилизаторами.

Дополнительный направляющий стабилизатор (уширитель вала) соединен посредством узла присоединения с тяговым органом для обеспечения движения устройства вверх и вниз.

Соотношение длины вала l_в к длине дополнительного направляющего стабилизатора l_ст и их масс P_в/Р_cт равное 1/6 в сочетании с соотношением длины шага эвольвентного режущего элемента l_ш.э.р.э. к длине окружности очистной головки l_о.о.г. также 1/6, определение расстояния S l_в между основными режущими буртиками, например, двух очистных головок, из условия S 2Н + h_p.ст., причем H где d диаметр очистной головки; α угол атаки эвольвентного режущего элемента; h_p.cт. высота распорного стабилизатора, установлены экспериментальным путем, определяют геометрические и конструктивные параметры резания отложений и составляют предмет "ноу-хау".

Устройство для очистки внутренних полостей труб от парафиновых и других отложений (УК 26 ЕФ) работает следующим образом. При закрытой буферной задвижке устройство помещают в лубрикатор, лубрикатор герметизируется. Открывается буферная задвижка и посредством тягового органа 11 осуществляется спуск устройства в колонну труб 14 до начала контакта с жидкостью 12, поступающей под давлением. Нижняя очистная головка 1 начинает вращаться вправо, верхняя очистная головка 2 влево. При контакте режущего буртика 4 эвольвентного режущего элемента 3 с отложениями 13 происходит процесс срезания указанных отложений. Режущий буртик нижней очистной головки 1 производит черновое резание. Остальная часть эвольвентных режущих элементов 3 нижней очистной головки 1 и верхней очистной головки 2 производят дальнейшее измельчение срезанных кусков или стружки отложений. Режущий буртик верхней очистной головки 2 производит чистовую обработку внутренней поверхности колонны труб. Поток жидкости транспортирует кусочки или стружку далее по трубе. Измельченный разновращающимися очистками головками высота каждой из которых определяется из условия Н d/2tg α где d диаметр очистной головки; α угол атаки эвольвентного режущего элемента, парафин (асфальто-смолистые компоненты) в сочетании с отполированной внутренней поверхностью колонны труб уже не имеет прежней тенденции к осаждению.

Спуск устройства производят до необходимой глубины. Затем производят подъем устройства.

Теперь черновое срезание отложений производит режущий буртик верхней очистной головки 2. Дальнейшая очистка производится, как описано выше.

Такое выполнение устройства позволяет надежно его эксплуатировать при наличии газа в добываемой жидкости, обеспечивает качественную и эффективную очистку внутренних полостей труб в автоматическом режиме: вниз-вверх-вниз и т.д. без поднятия на дневную поверхность длительное время. Например, при 28% содержании асфальто-смолисто-парафиновых компонентов в добываемом продукте, межремонтный период составляет не менее 150-180 сут (раньше 18-25 сут), что особенно важно в условиях низких температур.

Устройство очищает лифт колонны труб (например, насосно-компрессорных труб) при работающей скважине, а это увеличивает производительность добычи по одной скважине на 2-4 т в сутки.

Выбор геометрических параметров резания, определяемый соотношениями l_b. /l_ст., P_b../P_ст., l_ш.э.p.э./l_о.о.г. равного 1/6 и Н d/2tdα обеспечивает надежную и безаварийную, эффективную и качественную работу практически в любых условиях эксплуатации, позволяет отказаться от применения методов электрохимической очистки, агрегатов подачи и подогрева моющего реагента.

Устройство дешево в изготовлении, просто и удобно в обслуживании.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВНУТРЕННИХ ПОЛОСТЕЙ ТРУБ ОТ ПАРАФИНОВЫХ И ДРУГИХ ОТЛОЖЕНИЙ, содержащее корпус, выполненный в виде вала, очистные головки с противоположно направленными режущими элементами, установленные на валу, стабилизатор, размещенный между очистными головками, и узел присоединения к тяговому органу, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности и качества очистки, оно снабжено заглубителем-фиксатором, закрепленным в нижней части вала, и дополнительным направляющим стабилизатором, закрепленным в верхней части вала, узел присоединения к тяговому органу расположен в верхней части направляющего стабилизатора, очистные головки установлены на валу с возможностью вращения, противоположно направленные режущие элементы имеют эвольвентный профиль, между верхними и нижними частями очистных головок, стабилизаторами и заглубителем-фиксатором установлены подшипники, при этом в верхней части верхней очистной головки и в нижней части нижней очистной головки режущие элементы имеют режущие буртики, а высота H очистной головки описана соотношением H = d/2tgα, где d диаметр очистной головки; α угол атаки режущего элемента.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что
l_в/l_ст, P_в/P_ст, l_ш.э.р.э/l_оог= 1/6,
где l_в длина вала;
l_ст длина направляющего стабилизатора;
P_в масса вала;
P_ст масса направляющего стабилизатора;
l_ш.э.р.э длина шага между режущими элементами;
l_оог длина окружности очистной головки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5