УСТАНОВКА ДЕПАРАФИНИЗАЦИИ СКВАЖИН УДС-ТЕХНО

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, и может быть использована для удаления асфальтосмолопарафиновых отложений с внутренней поверхности насосно-компрессорных труб.
7
Известна лебедка для депарафинизации насосно-компрессорных труб нефтяных скважин с помощью скребков, содержащая вертикальную стойку, в верхней части которой смонтирован соединенный с приводом барабан, ось вращения которого перпендикулярна стойке, узел крепления к насосно-компрессорной трубе, смонтированный в нижней части стойки, при этом барабан смонтирован на стойке с возможностью съема в направлении вдоль оси его вращения (патент РФ №16517 U1, МПК E21B 19/02, опубл. 10.01.2001).
Недостатками известного устройства являются ограниченные технологические возможности, сравнительно низкая надежность, а также невозможность производства очистных работ в автоматическом режиме и большая трудоемкость монтажных работ.
Известен механизм для депарафинизации насосно-компрессорных труб нефтяных скважин, также представляющий собой лебедку. Известный механизм содержит электродвигатель-редуктор, барабан для намотки скребковой проволоки, закрепляемый на выходном валу электродвигателя-редуктора, вертикальную стойку с узлом крепления к трубе лубрикатора и площадкой в верхней части, смонтированной под углом 10-20° к горизонту, на которой жестко закреплен электродвигатель-редуктор, устройство контроля натяжения скребковой проволоки, жестко и неразъемно закрепленное на вертикальной стойке (патент РФ №75422 U1, МПК E21B 19/02 (2006.01), опубл. 10.08.2008).
Недостатками известного устройства также являются его ограниченные технологические возможности и сравнительно низкая надежность.
Известен также, выбранный в качестве ближайшего аналога, механизм депарафинизации скважин МДС-10, содержащий электродвигатель-редуктор, барабан для намотки скребковой проволоки, закрепленный на выходном валу редуктора, вертикальную стойку с узлом крепления к трубе лубрикатора, на верхнем конце которой на площадке под отрицательным углом к горизонту от 10 до 20° жестко закреплен электродвигатель-редуктор, кроме того, на вертикальной стойке закреплено устройство контроля натяжения скребковой проволоки, лубрикатор, выполненный обогреваемым, сальниковое устройство, скребковое устройство с узлом присоединения к тяговому органу, устройство управления, индуктивный датчик вращения барабана, первый и второй индуктивные датчики контроля натяжения проволоки, при этом все индуктивные датчики и электродвигатель-редуктор выполнены с возможностью подключения к устройству управления, кроме того, в щеке барабана высверлено отверстие диаметром, несколько превышающим диаметр намотанной на барабан проволоки, в которое вставлен и отогнут наружу свободный конец проволоки, при этом первый и второй индуктивные датчики контроля натяжения проволоки размещены в устройстве контроля натяжения скребковой проволоки, выполненном съемным и содержащем рычаг, свободный конец которого взаимодействует со скребковой проволокой, причем в положении «норма» рычаг находится между датчиками, камера уплотнителя размещена в трубе лубрикатора, при этом между наружными стенками камеры уплотнителя и внутренними стенками трубы лубрикатора имеется общее свободное пространство, сообщенное с внешней средой в верхней безрезьбовой части стенки пробки лубрикатора через вентиль для сброса давления в лубрикаторе, кроме того, для соединения емкости для смазки с сальником введен штуцер нажимной, верхний конец которого предназначен для герметичного соединения с емкостью со смазкой, а нижний - для соединения с сальником путем вкручивания в присоединительную часть корпуса уплотнителя (патент RU №126050 U1, МПК B21B 37/02 (2006.01), опубл. 20.03.2013).
Недостатком известного механизма является сравнительно низкая надежность.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения надежности работы установки для депарафинизации скважины.
Для решения поставленной задачи установка депарафинизации скважин, содержащая мотор-редуктор, барабан для намотки скребковой проволоки, закрепленный на выходном валу редуктора, вертикальную стойку с узлом крепления к трубе лубрикатора, на верхнем конце которой на площадке под отрицательным углом к горизонту закреплен мотор-редуктор, сальниковое устройство, содержащее емкость для смазки скребковой проволоки и сальник, скребковое устройство, выполненное в виде металлической трубы с размещенным внутри свинцовым утяжелителем, на концах которого жестко закреплены нижняя и верхняя чистящие головки, при этом последняя выполнена с узлом присоединения к тяговому органу, станция управления, выполненная с возможностью подключения к ней мотор-редуктора, датчиков устройства контроля провиса скребковой проволоки, закрепленного съемно на вертикальной стойке и содержащего рычаг, свободный конец которого взаимодействует со скребковой проволокой, кран высокого давления, дополнительно содержит закрепленный на трубе лубрикатора датчик верхнего положения скребкового устройства, оснащенного магнитом, подключенного к станции управления, кроме того, кран высокого давления размещен на нижнем фланце трубы лубрикатора, а верхняя головка скребкового устройства соединена с концом грузонесущей проволоки с помощью крепления «карабин».
Совокупность отличительных признаков, заключающаяся в том, что на трубе лубрикатора закреплен подключенный к станции управления устройством датчик верхнего положения скребкового устройства, а скребковое устройство оснащено магнитом, позволяет фиксировать изменение напряженности магнитного поля вокруг трубы приемной камеры лубрикатора при заходе скребка, и в случае срабатывания датчиков, подавать на станцию управления установкой сигнал о том, что скребок достиг верхнего положения, отслеживать подъем скребка в верхнее положение (заход скребка в приемную камеру лубрикатора), а так же направление движения скребка, предотвращать удар скребка о крышку лубрикатора с последующим обрывом проволоки и утерей скребка, что положительно сказывается на эксплуатационной надежности устройства в целом.
Выполнение станции управления с частотным преобразователем позволяет контролировать скорость и направление вращения электродвигателя установки в зависимости от принятых команд с контроллера, а так же текущих параметров электрической сети, контролировать натяжение проволоки и скорость чистки при прохождении засоренных отложениями участков скважины, обеспечить бесперебойную работу установки, повысить ее надежность в целом.
Отличительный признак, заключающийся в том, что кран высокого давления размещен на нижнем фланце трубы лубрикатора, позволяет периодически высвобождать приемную камеру лубрикатора от нефтепродуктов и отложений, обеспечивая надежность работы устройства.
Соединение верхней головки скребкового устройства с концом грузонесущей проволоки с помощью крепления «карабин», которое позволяет свободно вращаться скребку на проволоке и избежать закручивания проволоки вокруг своей оси, тем самым повышая ее ресурс и надежность всего устройства в целом.
Таким образом, совокупность всех отличительных признаков позволяет повысить надежность работы установки.
Кроме того, в частных случаях исполнения могут быть внесены конструктивные изменения, обеспечивающие достижение новых технических результатов.
Так выполнение устройства с дополнительным датчиком верхнего положения скребкового устройства, дублирующим первый датчик, а также размещение обоих датчиков в герметичной взрывозащищенной коробке, закрепленной на трубе лубрикатора при помощи U-образных скоб, позволяет обеспечить бесперебойную работу устройства в случае выхода из строя одного из датчиков, а также надежно изолировать их.
Применение барабана емкостью до 3000 м, состоящим из двух щек, соединенных между собой размещенными по внутреннему радиусу осями, а также выполнение крепления свободного конца проволоки на одной из осей барабана, позволяет производить очистные работы на большую глубину, а также облегчить вес барабана и обеспечить надежное крепление проволоки на барабане.
Выполнение лубрикатора с обогревателем, представляющим собой нагревательный кабель, охватывающий трубу лубрикатора по спирали и снабженный средствами подключения к станции управления, которая в свою очередь включает обогрев только в случае понижения окружающей среды ниже 0°C, позволяет использовать установку в районах с холодными климатическими условиями, а так же более экономно расходовать электроэнергию, идущую на обогрев лубрикатора.
Выполнение сальникового устройства со встроенным контейнером для масла позволяет увеличить срок службы сальниковой набивки лубрикатора.
Крепление мотор-редуктора на площадке болтовым соединением позволяет повысить удобство монтажа-демонтажа установки.
Выполнение станции управления со встроенной системой обогрева и вентиляции шкафа создает оптимальный тепловой режим работы станции управления, что положительно влияет на ее работоспособность.
В результате проведенного анализа уровня техники, включающего поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого технического решения выявлен не был. Следовательно, можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».
Заявляемое техническое решение поясняется следующими чертежами:
Фиг.1 - механизм депарафинизации скважин УДС-Техно, вид спереди;
Фиг.2 - то же, вид сбоку;
Фиг.3 - то же, станция управления, схематичное изображение;
Фиг.4 - то же, скребковое устройство.
Установка депарафинизации скважин содержит мотор-редуктор 1, барабан 2 для намотки скребковой проволоки 3, закрепленный на выходном валу редуктора, вертикальную стойку 4 с узлом крепления к трубе лубрикатора 5, сальниковое устройство 6, скребковое устройство 7, станцию управления 8.
Мотор-редуктор 1 установлен на площадке 9, закрепленной на верхнем конце стойки 4 под отрицательным углом к горизонту 25°.
Барабан 2 состоит из двух щек 10, соединенных между собой размещенными по внутреннему радиусу осями (не показаны), а крепление свободного конца проволоки выполнено на одной из его осей. Емкость барабана 2 достигает до 3000 метров скребковой проволоки.
Вертикальная стойка 4 закреплена на кронштейне 11 к трубе лубрикатора 5. На вертикальной стойке 4 съемно закреплен узел 12 контроля провиса проволоки, выполненный с бесконтактными датчиками 13 положения и содержащий рычаг 14, свободный конец которого взаимодействует со скребковой проволокой 3.
Сверху на лубрикатор 5 установлено сальниковое устройство 6, которое содержит емкость 15 для смазки скребковой проволоки и сальник. На нижнем фланце трубы лубрикатора размещен кран 16 для сброса давления. К лубрикатору 5 с помощью U-образных скоб 17 крепится взрывобезопасный корпус 18, в котором размещены два датчика верхнего положения скребка и клеммы, необходимые для коммутации электрических проводов с датчиков со станцией управления 8 (на чертеже не показаны). Через сальниковое устройство 6 проходит грузонесущая скребковая проволока 3, на которой при помощи присоединительного узла 19 типа «карабин» крепится скребковое устройство 7.
Скребковое устройство 7 оснащено магнитом, выполнено в виде металлической трубы с размещенным внутри свинцовым утяжелителем. На концах утяжелителя закреплены нижняя и верхняя чистящие головки, соответственно 20 и 21.
Установка снабжена подключенным к станции управления датчиком состояния работы погружного насоса, так называемым датчиком тока (не показан). В процессе чистки скважины скребок счищает пласты отложений со стенок скважин, при этом чистка возможна только в потоке восходящей жидкости (нефти) в скважине, т.к. она позволяет предотвратить скапливание отложений и смыть их с лезвий скребка. В случае остановки насоса датчик замыкает сигнал, типа «сухой контакт», который фиксируется на станции управления. Станция приостанавливает выполнение текущей операции, и переходит в режим ожидания включения насоса. В случае подачи напряжения датчик сигнализирует об этом станции управления, и по превышению десятиминутного интервала (время, необходимое на возобновление нормального потока жидкости) возобновляет свою работу.
Станция управления 8 состоит из щита управления с размещенным в нем программируемо-логическим контроллером с ЖК экраном, частотным преобразователем, служащим для регулировки скорости движения скребкового устройства 7, автоматическим выключателем и встроенной системой обогрева и вентиляции шкафа.
Программируемо-логический контроллер обрабатывает дискретные сигналы от датчиков 13 устройства контроля провиса скребковой проволоки, датчика тока, датчиков верхнего положения скребка, и в зависимости от текущей подпрограммы, управляет мотор-редуктором 1 установки посредством частотного преобразователя.
Оснащение станции управления GPRS модемом с антенной позволит периодически отправлять данные в web-сервер, который позволяет просматривать и контролировать текущее состояние установки в реальном времени. При этом Web-сервер имеет следующий список функций:
- авторизация на сервере при помощи логина и пароля, которые выдаются покупателю перед монтажом установки;
- меню в левой части экрана с раскрывающимися подразделами, позволяющее сгруппировать или разделить смонтированные установки, согласно их общих признаков (конечный пользователь, географическое положение, месторождение, куст);
- накопление статистики работы установки за последний месяц, с возможностью визуализации накопленных данных в виде графика с привязкой по времени по оси x;
- возможность удаленной остановки оборудования.
Установка депарафинизации скважин работает следующим образом. Непосредственно на месторождение доставляют установку УДС-Техно, состоящую из заранее собранных комплектов:
- лебедка тяговая в сборе, включающая вертикальную стойку 4 со смонтированным на ней узлом 12 контроля провиса проволоки и мотор-редуктором 1, на выходном валу которого размещен барабан 2 с намотанной на него скребковой проволокой 3;
- лубрикатор 5 со смонтированными на нем сальниковым устройством 6 с емкостью 15 для смазки скребковой проволоки, взрывозащищенной коробкой 18, прикрепленной к трубе лубрикатора при помощи U-образных скоб, с размещенными внутри нее датчиками верхнего положения скребка и клеммами, а также закрепленным во фланце лубрикатора краном 16;
- станция управления 8, а так же комплект бронированных кабелей с разъемами (не изображены на рисунке), позволяющими быстро произвести подключение электродвигателя и датчиков лебедки к станции управления;
- скребковое устройство 7 в сборе, состоящее из следующих позиций: крепление проволоки на карабине 19, в котором жестко закреплена верхняя чистящая головка 21, с нижней оси прикрепленная к утяжелителю. На конце утяжелителя жестко закреплена нижняя чистящая головка 20.
Предварительная поузловая сборка установки позволяет сократить время монтажа, наладки и запуска оборудования на месте ее установки, а также повысить качество и значительно упростить весь процесс монтажа.
Окончательную сборку установки производят непосредственно на месторождении. К устьевой арматуре скважины крепят лубрикатор 5, на котором уже собраны все элементы установки для депарафинизации скважины. Скребковая проволока 3 сматывается с барабана 2, продевается через сальниковое устройство 6, затем к скребковой проволоке 3 при помощи присоединительного узла 19 крепится скребковое устройство 7, после чего оно опускается в приемную камеру лубрикатора 5, и на нее устанавливается сальниковое устройство 6. На безопасном удалении от скважины монтируется станция управления 8, к которой при помощи разъемов подключаются: мотор-редуктор 1, бесконтактные датчики 13 положения узла провиса проволоки, датчики верхнего положения скребка и датчик тока (не показаны). Станция управления 8 подключается к питающей сети 380 вольт. Затем производится включение установки. Последовательно проверяется срабатывание датчиков провиса проволоки, датчика верхнего положения скребка, токовых клещей, а так же вращение мотор-редуктора на подъем и спуск.
После проверки всех узлов приступают к очистке стенок насосно-компрессорной трубы от асфальтосмолопарафиновых отложений. Открывают задвижку скважины, включают и запускают станцию управления 8 в режим автоматической чистки. Мотор-редуктор 1 начнет вращать барабан 2 лебедки, тем самым производя спуск скребка 7 в скважину. В случае застревания скребка 7 в трубе из-за отложений, присутствующих на стенках скважины, подвижный рычаг 14 узла провиса проволоки опускается вниз до нижнего упора, что вызывает срабатывание нижнего датчика 13 положения. В результате станция управления 8 приостанавливает спуск скребкового устройства 7 на определенный в настройках станции управления 8 временной интервал. При этом скребок 7 продолжает под собственным весом продвигаться вперед, срезая отложения со стенок трубы скважины. В случае если за выделенный станцией управления 8 интервал времени скребок не пройдет до глубины восстановления натяжки скребковой проволоки 3, станция управления 8 производит попытку прохода (прочистки) препятствия, осуществляя подъем скребка с последующим спуском в небольшом интервале вплоть до прохождения скребком препятствия. После этого установка для депарафинизации скважины продолжает спуск скребка до достижения им глубины очистки. При достижении установленный глубины начинается подъем, в течение которого постоянно происходит мониторинг натяжения скребковой проволоки при помощи контроля потребляемого тока электродвигателем лебедки. В случае лавинообразного роста потребляемого тока, вызванного появлением на пути движения скребка вверх препятствия, станция управления 8 приостанавливает подъем в целях предотвращения обрыва скребковой проволоки с последующим падением чистящего инструмента. Установка производит подъем до достижения скребком трубы лубрикатора 5 и срабатывания датчика верхнего положения скребка. В дальнейшем происходит переход управляющего контроллера в ждущий режим до следующей, заложенной по расписанию, чистки.
В течение всего процесса чистки скважины управляющая станция 8 контролирует множество параметров питающей сети и мотор-редуктора 1, а именно: низкое или высокое напряжение питания, перекос фаз питающей сети, превышение предела потребляемого тока электродвигателем установки, короткое замыкание на питающей шине, неисправность частотного преобразователя или управляющего контроллера. В случае возникновения одной из вышеуказанных ошибок, станция блокирует электродвигатель лебедки и уходит в режим ожидания с индикацией типа ошибки на экране контроллера.
В любом из обозначенных режимов, будь то режим ожидания или чистки, станция управления 8 осуществляет передачу информации о текущем состоянии установки для депарафинизации скважины на сервер предприятия-изготовителя, который хранит информацию о каждой установке, ее размещении, покупателе, архив данных за последний месяц о проведенных чистках, что позволяет удаленно контролировать установку, обеспечить надежность ее работы.
Таким образом, заявляемая конструкция установки позволяет осуществлять следующие операции:
- периодический автоматический запуск по расписанию начала спускоподъемных операций, спуск скребка на заданную глубину, подъем до лубрикатора, а так же парковку скребка на заданной глубине;
- защиту от разматывания проволоки на барабане в случае провиса проволоки при непроходе препятствия вниз;
- защиту от обрыва проволоки, в случае повышения натяжения проволоки при непроходе препятствия вверх;
- управление операциями чистки как в автоматическом, так и полуавтоматическом режимах;
- контроль глубины спускоподъемных операций в метрах;
- возможность удаленного контроля и управления лебедкой по каналу 3G/GPRS;
- благодаря ЖК экрану станции с простым и удобным меню обеспечить простой запуск в эксплуатацию установки, а так же быстрое обучение персонала работе со станцией управления.
Установка для депарафинизации скважин соответствует критерию «промышленная применимость» и может быть изготовлена в условиях промышленного производства с применением современных материалов и технологий.