Устройство для удаления смолопарафиновых отложений

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к технике для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорных труб от отложений парафина, используемой при эксплуатации скважин с погруженными электроцентробежными установками и с фонтанным и газлифтным способами добычи. Обеспечивает повышение стабильности работы. Сущность изобретения: устройство включает корпус, образованный стержнеобразными направляющими и соосно расположенными кольцеобразными ограничителями перемещений, один из которых является седлом перепускного клапана, и средство очистки, установленное на корпусе с возможностью продольного перемещения между его ограничителями и выполненное в виде спиралеобразных ножей, жестко соединенных на их концах двумя соосно расположенными кольцеобразными опорными втулками, одна из которых оснащена затвором перепускного клапана. Согласно изобретению оно дополнительно снабжено механизмом управления затвором перепускного клапана, реагирующим на изменение температуры и/или давления и состоящим из привода продольного перемещения и преобразователя направления движения, которые расположены между опорными втулками средства очистки, установлены последовательно, соединены между собой и взаимосвязаны с корпусом. Привод продольного перемещения жестко взаимосвязан преимущественно с направляющими. Преобразователь направления движения взаимосвязан шарнирно с направляющими корпуса и шарнирно с опорной втулкой средства очистки, оснащенной затвором клапана. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к технике для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорных труб от отложений парафина, используемой при эксплуатации скважин с погруженными электроцентробежными установками и с фонтанным и газлифтным способами добычи.

Известно устройство для удаления смолопарафиновых отложений, содержащее корпус с ножами, толкатель корпуса и станцию управления [1].

Основными недостатками этого устройства являются его ненадежность и сложность конструкции, которые обусловлены необходимостью использования наземной станции управления.

Известно также устройство для удаления смолопарафиновых отложений, содержащее средство очистки - корпус с ножами и размещенный в корпусе с зазором и возможностью относительного осевого перемещения толкатель. Последний образован ограничителями перемещений - втулкой и упором и связывающими их направляющими. Корпус имеет уплотнительный элемент - затвор клапана, установленный с возможностью взаимодействия с упором - седлом клапана. Ножи выполнены в форме винта с переменным шагом [2].

Данное устройство является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и принято в качестве прототипа.

Недостатками этого устройства являются невозможность регулирования его характеристик и нестабильность работы, которая обусловлена тем, что изменение направления движения при работе устройства вызывается изменением гидродинамических характеристик вследствие относительного перемещения корпуса и толкателя. Относительное перемещение корпуса и толкателя происходит от воздействия силы инерции при их ударах об установленное в трубопроводе на стыке насосно-компрессорных труб при сборке колонны препятствие в виде кольца (в нижнем положении) и о задвижку лубрикатора, установленного на поверхности земли (в верхнем положении). Сила инерции определяется в свою очередь запасами кинетической энергии, приобретаемыми при движении устройства. Запасы кинетической энергии зависят от геометрических и весовых характеристик устройства, текущего расхода жидкости через трубопровод, сил сопротивления движению устройства и т.д., что определяет недостаточную стабильность силы ударов, работы конструктивных элементов, изменяющих гидродинамические характеристики устройства при его ударах о препятствие и функционирование устройства в целом.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение стабильности работы.

Решение поставленной задачи в устройстве для удаления смолопарафиновых отложений, включающем корпус, образованный стержнеобразными направляющими и соосно расположенными кольцеобразными ограничителями перемещений, один из которых является седлом перепускного клапана, и средство очистки, установленное на корпусе с возможностью продольного перемещения между его ограничителями и выполненное в виде спиралеобразных ножей, жестко соединенных на их концах двумя соосно расположенными кольцеобразными опорными втулками, одна из которых оснащена затвором перепускного клапана, достигается за счет того, что оно дополнительно снабжено механизмом управления затвором перепускного клапана, реагирующим на изменение температуры и/или давления и состоящим из привода продольного перемещения и преобразователя направления движения, которые расположены между опорными втулками средства очистки, установлены последовательно, соединены между собой и взаимосвязаны с корпусом, при этом привод продольного перемещения жестко взаимосвязан преимущественно с направляющими, а преобразователь направления движения взаимосвязан шарнирно с направляющими корпуса и шарнирно с опорной втулкой средства очистки, оснащенной затвором клапана.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что преобразователь направления движения выполнен в виде упругодеформированной пластины, а привод продольного перемещения - с замкнутой полостью, преимущественно в виде сильфона, и в его полость введен, по меньшей мере, один упругий рабочий элемент, при этом привод продольных перемещений и преобразователь направления движения соединены между собой с обеспечением возможности регулирования величины расстояния между ними.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами:

на фиг.1 представлено устройство, в котором механизм управления перепускным клапаном реагирует на изменение давления (перепускной клапан в положении «Открыто»);

на фиг.2 - то же (перепускной клапан в положении «Закрыто»);

на фиг.3 показан привод продольного перемещения, выполненный в виде набора жестких и эластичных шайб;

на фиг.4 показан привод продольного перемещения, реагирующий на изменение температуры.

Ниже приводится пример конкретного осуществления изобретения, не исключающий других вариантов его выполнения в объеме формулы изобретения.

Предлагаемое устройство включает корпус, образованный, например, тремя стержнеобразными направляющими 1 и двумя соосно расположенными кольцеобразными ограничителями перемещений: верхним 2 и нижним 3, один из которых (на фиг.1 и 2 - нижний) выполнен со сквозными отверстиями 4 и является седлом перепускного клапана, и средство очистки, которое установлено на направляющих 1 корпуса с возможностью продольного перемещения между его ограничителями 2 и 3 и выполнено в виде, по меньшей мере, четырех спиралеобразных ножей 5 (на фиг.1 и 2 показан один из ножей), жестко соединенных на их концах двумя соосно расположенными кольцеобразными опорными втулками 6 и 7, одна из которых (на фиг.1 и 2 - нижняя) оснащена затвором 8 перепускного клапана, представляющим собой кольцеобразную шторку, изготовленную из резины. Механизм управления затвором перепускного клапана состоит из привода продольного перемещения и преобразователя направления движения, которые расположены между опорными втулками 6 и 7 средства очистки, установлены последовательно и с зазором один относительно другого, взаимосвязаны между собой посредством резьбового узла 9, позволяющим регулировать величину зазора (расстояния) между ними, и взаимосвязаны с корпусом. Привод продольного перемещения выполнен в виде сильфона 10, т.е. с замкнутой полостью, а преобразователь направления движения - в виде упругодеформированной пластины 11, при этом внешний торец сильфона 10 посредством дополнительного кольца 12 жестко взаимосвязан с направляющими 1, а пластина 11 с помощью упоров 13 и шарниров 14 взаимосвязана шарнирно с направляющими 1 корпуса и шарнирно с опорной втулкой 7 средства очистки, оснащенной затвором 8 клапана. Для обеспечения возможности извлечения предлагаемого устройства из скважины через лубрикатор нижняя опорная втулка 7 оснащена сбивной заглушкой 15.

Эксплуатация устройства осуществляется следующим образом.

Предварительно при подготовке устройства к работе по зависимостям, связывающим величины наружного и внутреннего давления и продольную деформацию механизма управления затвором перепускного клапана, посредством резьбового узла 9 устанавливают необходимую величину свободного хода (зазора) сильфона 10 относительно пластины 11, а саму пластину 11 приводят в положение (см. фиг.1), обеспечивающее превышение веса устройства над выталкивающей силой струи и силами сопротивления. После этого устройство через лубрикатор вводят в очищаемую колонну насосно-компрессорных труб и отпускают его. Под действием собственного веса устройство свободно опускается в глубь скважины, поскольку выкачиваемая нефть беспрепятственно проходит через отверстия 4 нижней опорной втулки 7. В процессе опускания устройства вниз по колонне труб статическое давление столба нефти на сильфон 10 возрастает и его продольный размер (длина) уменьшается. В результате этого нижний конец сильфона 10 выбирает свой свободный ход относительно пластины 11. После того как свободный ход сильфона 10 будет полностью исчерпан, происходит нагружение и деформация предварительно продольно изогнутой между упорами 13 пластины 11 до момента «упругого хлопка», вследствие которого пластина 11 за счет накопленной потенциальной энергии изменяет свое первоначальное положение (см. фиг.2) на зеркально противоположное. При этом концы пластины 11, шарнирно связанные с опорной втулкой 7, опускают втулку в ее нижнее положение, при котором затвор клапана 8 перекрывает отверстия 4 нижнего ограничителя 3 и увеличивает тем самым гидродинамическое сопротивление устройства, обеспечив ему превышение выталкивающей силы струи над его весом и силами сопротивления его движению вверх. В результате этого устройство начинает свое перемещение вверх по колонне очищаемых труб.

При движении устройства вверх статическое давление столба нефти на сильфон 10 уменьшается и он удлиняется. Это происходит до тех пор пока сильфон не выберет весь свой свободный ход и далее до момента «упругого хлопка» пластины 11, которая деформируется и своими концами через шарниры 14 поднимает опорную втулку 7 над нижним ограничителем 3, вследствие чего затвор 8 открывает отверстия 4, т.е. приводит устройство в его исходное положение. В результате этого устройство вновь начинает опускаться вниз по колонне труб.

Далее циклы повторяются, а устройство, двигаясь вверх-вниз, ножами 5 соскабливает с внутренней поверхности насосно-компрессорных труб отложения парафина, выносимые из скважины потоком нефти.

Привод продольного перемещения, реагирующий на изменение давления, может быть выполнен также и в виде цилиндра прямолинейного движения, мембранного механизма, спиральной трубки и т.п., а его замкнутый объем может быть заполнен частично или полностью одним или несколькими упругими рабочими телами, имеющими маленький коэффициент температурных деформаций, например газом, сжимаемой жидкостью, полимерными веществами - монолитными, пористыми, порошкообразными, в виде гранул. Вместе с этим такой же привод может быть выполнен в виде набора последовательно жестко соединенных между собой металлических и монолитных полимерных шайб, например (см. фиг.3) в виде набора жестких 16 и эластичных 17 шайб. По физической сущности работа таких приводов не отличается от работы привода, выполненного в виде сильфона.

Привод продольного перемещения может быть выполнен и реагирующим на изменение температуры. В этом случае (см. фиг.4) он может быть образован набором биметаллических или из сплава «с памятью формы» пластин и/или оболочек 18, соединенных между собой последовательно и/или параллельно посредством крепежных деталей 19 и 20. Такой привод работает следующим образом: изменение температуры вызывает деформацию биметаллических пластинок 17, крепежные детали 18 и 19 препятствуют деформированию пластинок 17 в радиальном направлении и допускают в продольном направлении. Таким образом происходит трансформация тепловой энергии в продольное перемещение, деформирующее пластину 11, накапливающую потенциальную энергию для закрытия клапана устройства.

Кроме того, привод продольного перемещения может сочетать в своей конструкции элементы, реагирующие как на изменение давления, так и элементы, реагирующие на изменение температуры.

Источники информации

1. «Практическое пособие для операторов по добыче нефти и газа, мастеров и технологов. Способы борьбы с парафиноотложением», М, ВНИИОНГ, 1991 г., с.12.

2. Патент Российской Федерации №2140337, Е21В 37/02, 1998 г.

1. Устройство для удаления смолопарафиновых отложений, включающее корпус, образованный стержнеобразными направляющими и соосно расположенными, кольцеобразными ограничителями перемещений, один из которых является седлом перепускного клапана, и средство очистки, установленное на корпусе с возможностью продольного перемещения между его ограничителями и выполненное в виде спиралеобразных ножей, жестко соединенных на их концах двумя соосно расположенными кольцеобразными опорными втулками, одна из которых оснащена затвором перепускного клапана, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено механизмом управления затвором перепускного клапана, реагирующим на изменение температуры и/или давления и состоящим из привода продольного перемещения и преобразователя направления движения, которые расположены между опорными втулками средства очистки, установлены последовательно, соединены между собой и взаимосвязаны с корпусом, при этом привод продольного перемещения жестко взаимосвязан преимущественно с направляющими, а преобразователь направления движения взаимосвязан шарнирно с направляющими корпуса и шарнирно с опорной втулкой средства очистки, оснащенной затвором клапана.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что привод продольного перемещения выполнен с замкнутой полостью.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в полость привода продольных перемещений введен, по меньшей мере, один, упругий рабочий элемент.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что привод продольного перемещения выполнен преимущественно в виде сильфона.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что преобразователь направления движения выполнен в виде упругодеформированной пластины.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что привод продольных перемещений и преобразователь направления движения соединены между собой с обеспечением возможности регулирования величины расстояния между ними.