Электромеханический депарафинизатор

Назначение полезной модели:
Полезная модель предназначена для удаления отложений АСПО (асфальтосмолопарафиновые отложения, которые представляют собой тяжелые компоненты нефти, отлагающиеся на внутренней поверхности нефтепромыслового оборудования и затрудняющие его добычу, транспорт и хранение) и иных включений, с помощью механического воздействия на них вращающейся фрезы и высокочастотной вибрации.
Область техники и применения:
Области промышленности, где присутствуют процессы добычи, транспортировки и хранения нефти, и существует вероятность отложения АСПО или иных включений.
Заявленная полезная модель может применяться в вертикальных, наклонных, разведочных, многоствольных, многозабойных, поисковых, добывающих, резервных, контрольных, оценочных, дублирующих и фонтанных скважинах. А так же скважинах с электроцентробежными насосами и скважинах для геологоразведочных работ.
Уровень техники:
Методы удаления АСПО можно разделить на механические, тепловые и химические. Т.к. изобретение удаляет АСПО механическим воздействием, значит применяемый метод – механический.
Принцип действия большинства известных приспособлений для механической депарафинизации (процесс, направленный на удаление АСПО), заключается в соскабливании АСПО со стенок труб с помощью устройств, называемых скребками. Очистка достигается перемещением скребка или гирлянды скребков вверх и вниз по стволу скважины, как при помощи ручных лебедок, так и механизированных.
Известно «Устройство для очистки колонны насосно-компрессорных труб нефтяных скважин от парафина» (патент RU № 2630028, МПК E21B 37/02, опубл. 05.09.2017 в Бюл. № 25) состоящее из  лебедки с барабаном и электродвигателем, узел коммутации, блока управления, датчиков, гибкого элемента, скребка с утяжелителем и системы контроля.
Так же известно «Устройство для очистки нефтепромысловых труб от парафина» (патент RU № 2396421, МПК E21B 37/02, опубл. 05.09.2017 в Бюл. № 25), включающее в себя связанные с приводом скребки, развернутые вокруг продольной оси относительно друг друга на 90°, корпус с узлами присоединения, шипы, два подвижных подпружиненных элемента с ножами.
Оба устройства реализуют способ, включающий в себя спуск и подъем в колонне труб скважины  скребка на гибкой тяге с помощью ручного или механического привода и срезание скребком, снабженным ножами с заточенными торцами, отложений парафина с внутренней стороны очищаемых труб в любом направлении.
Данный способ эффективен только при регулярной работе устройств (движению вверх и вниз) или с периодичностью, не позволяющей АСПО образовывать плотные отложения, перекрывающие больше половины диаметра труб на протяженном участке внутренней поверхности НКТ (насосно-компрессорная труба, служит для извлечения жидкости и газа из скважин, нагнетания воды, сжатого воздуха (газа) и производства различных видов работ по текущему и капитальному ремонту скважин) или образовывать глухие пробки.
Вышеуказанные устройства, как и все другие известные на сегодняшний день устройства,  реализующие данный способ депарафинизации, объединяет один общий недостаток: при наличии плотных пробок, полностью перекрывающих внутренний диаметр труб или отложений, перекрывающих больше половины диаметра труб на длительном отрезке, их эффективность значительно снижается или сводится к нулю. Так как в этом случае, требуется многократное «пробивание» (движением вверх и вниз) устройствами данных участков. Из-за чего возникает риск заклинивания устройств в НКТ, требуется извлечение скребка для подбора и замены конусных фрез, что существенно увеличивает время проведения работ, что приводит к простою скважины и увеличению стоимости работ.
Раскрытие сущности полезной модели:
Достижение технического результата в виде наиболее эффективного удаления АСПО, т.е. обеспечение максимально возможного проходного сечения колонны НКТ за минимальный отрезок времени с привлечением минимальных ресурсов, обеспечивается за счет механического воздействия на АСПО вращающейся фрезы и высокочастотной вибрации электромеханического депарафинизатора. Диаметр фрезы подбирается индивидуально для каждого ствола НКТ, в зависимости от сечения трубы. Само же устройство имеет диаметр корпуса 50 мм, что соответствует самому  распространенному сечению большинства применяемых труб НКТ. Достижение заявленного технического результата с помощью полезной модели обеспечит поддержание дебита скважины (эффективности добычи нефтяной жидкости), сократит расходы, связанные с очисткой ствола НКТ от АСПО, позволит заменить известные устройства для удаления АСПО, а так же исключить необходимость применения теплового и химического методов депарафинизации.
Краткое описание чертежей:
1. Частотный преобразователь;
2. Типовой каротажный подъемник (лебедка с ручным или механизированным приводом);
3. Каротажный кабель;
4. Роликовая консоль;
5. Лубрикатор для подачи устройства в скважину;
6. Обвязка устья скважины (фонтанная арматура);
7. НКТ;
8. Рабочий орган в виде цилиндрического наконечника с корпусом из легированной стали, в котором размещен электрический мотор;
9. Режущий элемент в виде сверла, фрезы или аналогов;
10. Отложения АСПО;
11. Нефтеносный пласт.
Осуществление полезной модели:
Недостатком известных способов удаления АСПО является отсутствие возможности создания максимально возможного проходного сечения колонны НКТ при наличии длительной циркуляции через нее нефтяной жидкости. Поскольку известные способы позволяют поддерживать в рабочем состоянии только то проходное сечение колонны НКТ, через которое возможен свободный спуск на тяговом органе известных устройств под действием собственной силы тяжести. Образующееся проходное отверстие не является максимальным для сечения колонны НКТ и данную очистку нельзя назвать эффективной, т.к. требуется гораздо меньше времени, чтобы вновь образовались отложения АСПО, вызывающие снижение дебита скважины и возникла необходимость производить очередную очистку внутренней поверхности колонны НКТ. Попытка же вернуть проходное сечение колонны НКТ в первоначальное состояние (максимально возможное проходное сечение) с помощью известных устройств, как правило, приводит к неудаче, т.к. не удается провести спуск на тяговом органе устройств желаемого диаметра.
Если не удаётся очистить внутреннюю поверхность НКТ от АСПО механическим методом с помощью известных устройств, прибегают к более радикальным методам очистки: тепловому,  химическому или полному извлечению насосно-компрессорных труб из скважины, для дальнейшей промывки. Данные методы связаны с привлечением огромных ресурсов (персонала, техники, времени, сырья, материалов) и как следствие имеют несравнимо большую стоимость, а простой скважины может затянуться на несколько дней.
Наиболее близким к заявленному техническому решению, является устройство для механической очистки внутренней поверхности насосно-компрессорных труб от отложений, спускаемое на тросе, состоящее из цилиндрического корпуса, на наружной поверхности которого размещены гибкие металлические щетки, а во внутренней полости размещен электродвигатель, закрепленный в корпусе с помощью опор и центрирующийся при помощи двух подшипников качения, к двигателю присоединен вал переменного диаметра с возможностью совершения вибрационно-колебательных движений, сечение вала в центральной его части имеет эллипсоидную форму, при этом трос закреплен с помощью подвесного переводника, а щетки выполнены с возможностью изгибания вверх-вниз в зависимости от направления движения устройства (RU 157614 U1).
Недостатком данного устройства является отсутствие режущего элемента в передней / торцевой части устройства, без которого продвижение устройства вниз по стволу НКТ будет практически невозможным при наличии плотных или глухих пробок, образованных отложениями АСПО. Следующим недостатком является необходимость поступательных перемещений устройства вверх/вниз, только в этом случае оправдывается необходимость гибких металлических щёток, выполняющих соскабливающую функцию. Т.е. предложенным устройством невозможно обеспечить достижение нужного сечения ствола НКТ за один спуск вниз. Недостатком данного устройства так же является необходимость подачи промывочной жидкости, которая очищает металлические щётки от загрязнений. На площадке скважин не всегда присутствует возможность подачи промывочной жидкости, а сам факт её применения указывает на удорожание стоимости выполнения таких работ. Одним из отличий заявленной полезной модели от устройства (RU 157614 U1) является то, что она выполнена с возможностью связи с каротажным подъемником в виде ручной или механизированной лебедки, посредством каротажного кабеля ее для перемещения по колонне НКТ и подачи напряжения к рабочему органу одновременно.
Предложенная полезная модель состоит из рабочего органа (8) в виде цилиндрического наконечника с замкнутым корпусом из стали в котором размещен электродвигатель, работающий от частотного преобразователя (1), датчик температуры,  вал с эксцентриковой массой, за счет которой возникает высокочастотная вибрация, сальники, подшипники, режущего элемента, прикреплённого к валу электродвигателя и выступающего за торцевую часть стального корпуса. Питающий кабель частотного преобразователя имеет защитное заземление. На корпусе частотного преобразователя расположен световой индикатор, сигнализирующий о наличии или отсутствии напряжения в рабочем органе, кнопка включения-выключения подачи напряжения к электродвигателю рабочего органа. Внутри частотного преобразователя имеется гальваническая развязка, которая способна предотвращать удар электрическим током, устройство защитного отключения и защита от перегрузок. В комплекте имеются муфты или переходники для подключения частотного преобразователя и рабочего органа к каротажному кабелю через кабельные наконечники. Частотный преобразователь может быть расположен в алюминиевом корпусе и находится на устье скважины, вблизи источника напряжения или быть встроенным непосредственно в стальной корпус рабочего органа и погружаться в его составе в ствол НКТ. Для предотвращения выхода из строя электродвигателя при увеличении нагрузки и температуры свыше номинальной, в корпусе наконечника предусмотрен датчик температуры.
Достижение необходимого технического результата обеспечивается применением заявленной полезной модели, которая  функционирует следующим образом: к валу наконечника (8) прикрепляется режущий элемент в виде сверла или фрезы (9) диаметром соответствующему внутреннему диаметру НКТ (7). Рабочий орган через переходник  соединяется с каротажным кабелем (3) типового каротажного подъемника, ручной или механизированной лебедки (2) и помещается в лубрикатор (5) скважины для дальнейшего спуска в ствол НКТ. Производится спуск рабочего органа в ствол НКТ через лубрикатор. В случае наличия в НКТ отложений АСПО (10), препятствующих дальнейшему спуску рабочего органа, производится запуск электродвигателя рабочего органа с помощью кнопки включения-выключения, расположенной на корпусе преобразователя частоты (1). По мере увеличения скорости вращения вала электродвигателя, на котором размещена эксцентриковая масса, возникает высокочастотная вибрация, которая передается по всей длине корпуса в равные стороны, вызывая отслаивание АСПО от внутренних стенок НКТ, и разрушение АСПО с помощью фрезы или сверла, благодаря чему обеспечивается дальнейшее продвижение рабочего органа вниз по стволу НКТ, под действием собственной силы тяжести. После прохождения участка НКТ с отложениями АСПО электродвигатель рабочего органа останавливают с помощью кнопки включения-выключения, расположенной на корпусе частотного преобразователя и производят подъем рабочего органа на устье скважины.