СКРЕБОК-ЦЕНТРАТОР

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для центрирования колонны штанг и предотвращения образования асфальто-смолопарафиновых отложений (АСПО) в насосно-компрессорных трубах скважины при работе плунжерного насоса.
Известен скребок-центратор штанговый, содержащий корпус из упругоэластичного материала с центральным осевым каналом и сквозной вдоль образующей прорезью для размещения на штанге и с центрирующими ребрами с ножами в виде треугольных в сечении перьев, при этом перья размещены на торцевых поверхностях ребер наклонно к ним под одинаковым углом, а в ребрах выполнены сквозные пазы. (ПМ RU №11828, МПК E21B 37/02, опубл. 16.11.1999 г.)
Недостатками этого скребка-центратора сложность конструкции и, как следствие, ее дороговизна и низкая ремонтопригодность, а также его тяжесть, что значительно увеличивает нагрузки на станки-качалки и штанги, которые могут привести к преждевременным ремонтным работам по замене штанг.
Наиболее близким аналогом является скребок-центратор, содержащий сформированный на штанге корпус цилиндрической формы с конусными поверхностями на торцах, выполненный из полимерного материала, снабженный неразрывно связанными с ним ребрами со скошенными концами и расположенными под углом α к оси штанги с выходом на его боковую и конусную поверхности и образующими каналы, при этом он выполнен с возможностью отклонения потоков жидкости в каналах под одинаковым углом в обоих направлениях вращения относительно оси штанги для обеспечения нейтрализации образующихся вращающих моментов на скребке-центраторе при возвратно-поступательном движении колонны штанг за счет выполнения ребер с зеркальным отображением относительно поперечной плоскости с образованием в поперечном разрезе крестообразной фигуры и продолжения ближайших к центру корпуса концов ребер под углом 180-α к оси штанги. (RU №2230886, МПК E21B 37/02, E21B 17/10, опубл. 20.06.2004 г.)
Недостатками этого скребка-центратора сложность пространственной конструкции резцов и, как следствие, ее дороговизна и низкая ремонтопригодность, которая может осуществляться только в заводских условиях.
Технической задачей является создание простого в изготовлении и обслуживании, надежного скребка-центратора для штанг плунжерного насоса.
Задача решается скребок-центратором, содержащим сформированный на штанге корпус цилиндрической формы с конусными поверхностями на торцах, выполненный из полимерного материала, снабженный неразрывно связанными с ним ребрами, расположенными под углом к оси штанги и образующими каналы, при этом ребра выполнены с зеркальным отображением относительно поперечной плоскости для отклонения потоков жидкости в каналах под одинаковым углом в обоих направлениях вращения относительно оси штанги для обеспечения нейтрализации образующихся вращающих моментов на скребке-центраторе при возвратно-поступательном движении колонны штанг.
Новым является то, что ребра установлены под углом 90°±2° к оси штанги, разнесены по высоте и периметру корпуса с возможностью перекрытия всего периметра вокруг скребка-центартора и выполнены каплевидной формы с углом при вершине 15°-28°, длиной примерно половину описанной окружности вокруг наружной поверхности ребер, причем расстояние между ребрами по длине корпуса составляет от 2 до 5 максимальных толщин ребра, а количество ребер - от 2 до 7.
На фиг. 1 изображена схема скребка-центартора с пятью ребрами (вид сбоку), на фиг. 2 - тоже самое (вид сверху), а на фиг. 3 - схема развертки ребра.
Скребок-центратор, содержащий сформированный на штанге 1 (фиг. 1) корпус 2 цилиндрической формы с конусными поверхностями 3 на торцах, выполненный из полимерного материала, снабженный неразрывно связанными с ним ребрами 4, расположенными под углом 90°±2° к оси 5 штанги 1 и образующими каналы между ребрами 4 для прохода жидкости. Ребра 4 (фиг. 3) выполнены с зеркальным отображением относительно поперечной плоскости 6 для отклонения потоков жидкости в каналах под одинаковым углом в обоих направлениях вращения относительно оси 5 (фиг. 1) штанги 1 для обеспечения нейтрализации образующихся вращающих моментов на скребке-центраторе при возвратно-поступательном движении колонны штанг 1. Ребра 4 разнесены по высоте и периметру корпуса 2 с возможностью перекрытия всего периметра D (фиг. 2) вокруг скребка-центартора и выполнены каплевидной формы (фиг. 3) с углом при вершине α=15°-28°, длиной L примерно половину описанной окружности D (фиг. 2) вокруг наружной поверхности ребер 4 (L≈πD/2), что позволяет полностью перекрыть внутренне пространство колонны труб (на фиг. не показано) даже двумя ребрами. Расстояние H (фиг. 1) между ребрами 4 по длине корпуса 2 составляет от 2 до 5 максимальных толщин h (фиг. 3) ребра 4 (H=2÷5h), а количество ребер 4 (фиг. 1) - от 2 до 7. Технологические соединения, фаски и радиусы на фигурах не показаны.
Скребок-центратор изготавливается следующим образом.
Из условий работы определяются параметры скребка-центратора: чем более вязкая добываемая нефть и чем больше она склонна к образованию АСПО, тем больше количество ребер 4, расстояние между ними H и угол α (фиг. 3) при вершине ребра 4. Большее количество ребер 4 (фиг. 1) позволяет более эффективно очищать внутреннюю поверхность колонны труб, однако, как определили на практике, более семи ребер не значительно улучшают качество очистки, при этом значительно увеличивают размеры скребка-центратора и его стоимость. Аналогичные результаты по расстоянию Η между ребрами 5: чем больше расстояние Η между ребрами 4, тем меньше оно склонно к засорению продуктами очистки АСПО, однако более пяти толщин h (фиг. 3) не дают ожидаемого эффекта, при этом значительно увеличивают размеры скребка-центратора и его стоимость; а так же по углу α при вершине ребра 4: чем больше угол α тем боле эффективно он очищает внутреннюю поверхность колонны труб, но как выяснилось на практике при угле α более 28° не значительно улучшают качество очистки, при этом значительно увеличивают размеры и вес ребра 4. При добыче маловязкой нефти из вертикальных скважин достаточно двух ребер 4 (фиг. 1) для очистки внутренней поверхности колонны труб, центрирования штанг 1 (в том числе и полых с радиальными отверстиями) и перекрытия всего диаметр D (фиг. 2), который определяется внутренним диаметром колонны труб. Однако угол α (фиг. 3) менее 15° не создает достаточного момента для обеспечения нейтрализации образующихся вращающих моментов на скребке-центраторе при возвратно-поступательном движении колонны штанг 1, а при расстоянии Η (фиг. 1) менее двух h (фиг. 3) создается избыточное сопротивление потоку поднимающейся жидкости по колонне труб, что снижает эффективность работы плунжерного насоса (на фиг. не показан). Исходя из вышесказанного, эмпирическим путем в описанных пределах выбирают количество ребер 4 (фиг. 1) расстояние H между ними, угол α (фиг. 3) при вершине ребра 6. Исходя из внутреннего диаметра колонны труб, определяют диаметр D (фиг. 2) и длину L (фиг. 2) ребра 4, диаметр корпуса 2 (фиг. 1) и толщину ребер 4. Потом, например, из листового материала (на фиг. не показано) необходимой толщины прессом вырубают ребра 4 (фиг. 2) нужной формы, которые загибают на прессовом оборудовании до необходимого радиуса. Каплевидность ребер 4 снижает сопротивление потоку протекающей по колонне труб жидкости. Так как внутренний диаметр колонн труб для добычи нефти известен из ГОСТ 633-80, а штанг - из ГОСТ Ρ 51161-2002, то изготовление типовых корпусов 2 (фиг. 1) и ребер 4 не составляет трудностей для производства. Так как корпус 2 изготавливается из полимерного материала наплавкой на штангу 1 или литьем на термопласт-автомате (на фиг. не показан), то на нем сразу при изготовлении предусматриваются места посадки ребер 4 под углом 90°±2° к оси 5 штанги 1, причем отклонение ±2° вызвано возможными технологическими искажениями при остывании корпуса 2 и при фиксации ребер 4 в корпусе 2. Ребра 4 в корпусе 2 фиксируются при помощи клея-расплава (например: Forbo HD-6880, Purmelt QR-4663, Terokal-1250, Protostik 6503 и т.п.), имеющим температуру плавления ниже температуры плавления материала корпуса 2, но не ниже температуры в скважине (на фиг. не показана). В комплект поставки может входить несколько отдельных запасных ребра 4 для поставляемого корпуса 2
Скребок-центратор работает следующим образом.
При возвратно-поступательном движении колонны штанг 1 внутри колонны труб, поток жидкости, поступая в каналы между ребрами 4 скребка-центратора за счет расположения ребер 4 под углом 90°±2° относительно оси 5 штанг 1 и угла α=15°-28° (фиг. 3), отклоняется, создавая вращающий момент в поперечном направлении свинчивания штанг 1 независимо от движения штанг 1 и потока в каналах между ребрами 4. Таким образом, конструкция скребка-центратора нейтрализует вращающий момент в поперечном направлении, который создает дополнительную крутящую нагрузку на колонну штанг 1 и может вызвать отворот штанг 1. При этом ребра 4, установленные на корпусе 2 контактируют с внутренней поверхностью колонны труб, очищая ее от осаждаемых веществ. За счет конструкции с полным перекрытием каналов между ребрами 4 по диаметре D (фиг. 2) в поперечном направлении, вращение колонны штанг 1 не требуется и очистка производится в процессе работы плунжерного насоса.
Для замены износившихся ребер 4 колонну штанг 1 со скребком-центратором извлекают из скважины. Производят нагрев в индукционной рамке (на фиг. не показана) скребка-центратора, нагревая металлические ребра 4 (корпус 2 не подвержен нагреву индукционными токами) до температуры плавления клея-расплава, после чего износившиеся ребра 4 заменяют на запасные, которые фиксируются в корпусе 2 остывшим клеем-расплавом. На все операции ремонта скребка-центратора в условиях мастерских на практике затрачиваются не более 1 часа.
Предлагаемая конструкция скребка-центратора для штанг плунжерного насоса проста в изготовлении, обслуживании и надежна при эксплуатации.