СКРЕБОК ДЛЯ ОЧИСТКИ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ ОТ АСФАЛЬТЕНОСМОЛОПАРАФИНОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Полезная модель относится к области нефтедобычи, а именно к эксплуатации нефтяных фонтанирующих скважин, также скважин, оборудованных электроцентробежными насосами (ЭЦН), и предназначается для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорных труб (НКТ) от асфальтеносмолопарафиновых отложений (АСПО) механическим способом - с использованием пластинчатых скребков - с последующим удалением АСПО потоком жидкости из скважины.
Широкое распространение на промыслах получили устройства для очистки внутренней поверхности НКТ в скважине с использованием скребков пластинчатого типа различных модификаций. Эффективность срезания АСПО с внутренней поверхности НКТ определяется формой очистных элементов, их расположением, углом заточки режущих кромок. Известен скребок пластинчатого типа, описанный в Патенте РФ №2229017. Согласно этому источнику информации, корпус известного скребка закреплен на проволоке и состоит, по меньшей мере, из двух стержней, соединенных шарнирно. На нижнем конце корпуса закреплен грузик. По периметру корпуса закреплены жестко разборным соединением очистные элементы. На каждом стержне корпуса закреплено по одной паре очистных элементов, которые установлены на диаметрально противоположных сторонах корпуса и смещены друг относительно друга по оси корпуса не менее чем на половину длины режущего элемента.
Каждая последующая пара очистных элементов на стержне смещена относительно пары очистных элементов на предыдущем стержне на 90°. Каждый из очистных элементов состоит из пластины с обоюдоострыми кромками, ориентированными вдоль оси корпуса и жестко закрепленного на торце пластины параллельно оси корпуса режущего элемента, выполненного в виде ромбовидной, выпуклой в направлении очищаемой трубы пластины. Направление большей диагонали пластины совпадает с осью корпуса, а стороны являются режущими кромками с односторонней в направлении внутренней поверхности режущего элемента заточкой. На наружной выпуклой поверхности режущего элемента выполнено углубление, а режущие кромки загнуты внутрь в сторону пластины с обоюдоострыми кромками. Очистные элементы закреплены на корпусе с возможностью изменения поперечных размеров скребка. Такой известный сребок обеспечивает повышение эффективности очистки НКТ от АСПО.
Одним из недостатков указанного известного скребка является недостаточное перекрытие периметра трубы режущими элементами и квадратное сечение проходного отверстия после очистки трубы от АСПО из-за конструктивной особенности. Это снижает эффективность очистки.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по совокупности признаков является скребок пластинчатого типа для очистки насосно-компрессорных труб от асфальтеносмолопарафиновых отложений (Свидетельство РФ №15908 на полезную модель), включающий закрепленный на скребковой проволоке корпус с грузиком на нижнем конце и закрепленными жестко равномерно по периметру корпуса и со смещением вдоль его продольной оси очистными элементами. При этом корпус состоит, по меньшей мере, из одного стержня. При наличии нескольких стержней, они соединены шарнирно. Каждый очистной элемент состоит из пластины с обоюдоострыми кромками, ориентированными вдоль оси корпуса, и жестко закрепленного на торце пластины параллельно оси корпуса режущего элемента, выполненного в виде ромбовидной выпуклой в направлении очищаемой трубы пластины, направление большой диагонали которой совпадает с осью корпуса, а стороны являются режущими кромками с односторонней в направлении внутренней поверхности режущего элемента заточкой.
При ходе указанного скребка вниз происходит срезание парафина режущими кромками и выпуклыми наружными поверхностями ромбовидных пластин по периметру режущих элементов в виде равных полос, каждая из которых режется еще вдоль на две части острыми кромками обоюдоострой пластины. Скребок за счет веса грузчика идет вниз, а срезанный парафин потоком жидкости выносится кверху. При подъеме скребка процесс срезания происходит аналогично.
К недостаткам известного скребка следует отнести недостаточную эффективность очистки внутренней поверхности НКТ от АСПО, особенно при больших толщинах и твердости отложений в связи с недостаточным количеством режущих поверхностей. Такое конструктивное выполнение очистных элементов не исключает застревания скребка при малом проходном сечении запарафиненной колонны НКТ. Крепление очистных элементов на одной пластине увеличивает подвижность очистных элемента, что может привести к разрушению очистного элемента и застреванию скребка. Наличие на одном стержне по два очистных элемента расположенных со смещением по длине при движении скребка вниз может создавать колебательные движения корпуса скребка, в результате чего происходит неравномерное, ступенчатое срезание парафинов, а наличие двух соединенных шарнирно стержней скребка с двумя очистными элементами создает вероятность при отклонении шарнира и креплении очистных элементов на одной пластине отклоняет очистные элементы под нагрузкой, что позволяет пропустить часть запарафиненной трубы и оставить продольную полосу парафина на стенке, что снижает качество очистки.
Технический результат, достигаемым предлагаемым техническим решением, заключается в повышении эффективности и скорости очистки внутренней поверхности НКТ от АСПО, в том числе, при больших толщинах и твердости отложений, за счет придания дополнительной жесткости как очистному элементу, так и режущему элементу и за счет наличия на одном очистном элементе большего количества срезающих кромок, путем увеличения количества пластин в очистном элементе и благодаря наличию сквозного отверстия в пластине режущего элемента с заточенными кромками. В результате увеличивается межочистной период скважины, снижаются энерго- и трудозатраты.
Наличие сквозного отверстия в очистном элементе также позволяет снизить вероятность прилипания поверхности очистного элемента к трубе, увеличить скорость срезания парафинов и обеспечить их измельчение.
Указанный технический результат достигается предлагаемым скребком для очистки насосно-компрессорных труб от асфальтеносмолопарафиновых отложений, включающим корпус, выполненный в виде, по меньшей мере, одного стержня, и закрепленные равномерно по периметру корпуса-стержня и со смещением вдоль продольной оси указанного корпуса, по меньшей мере, два очистных элемента, содержащие ориентированную вдоль оси корпуса пластину с обоюдоострыми кромками с жестко закрепленным на ее торце параллельно оси корпуса режущим элементом, выполненным в виде выпуклой в направлении очищаемой трубы, пластины, все стороны по периметру которой являются режущими кромками с односторонней в направлении внутренней поверхности режущего элемента заточкой, отличающийся тем, что пластина режущего элемента представляет собой фигуру, выбранную из группы, включающей круг, или овал, или ромб, или треугольник, или многоугольник, или звездообразную фигуру, и снабжена сквозным отверстием с заточенными краями, а очистной элемент содержит, по меньшей мере, две пластины, жестко закрепленные на корпусе группой на расстоянии друг от друга, которое выбирается, исходя из возможности одновременного закрепления на торце всех пластин указанной группы одного режущего элемента.
Жесткое соединение с корпусом пластин очистного элемента выполнено посредством сварки или посредством винтового соединения.
Преимущественно скребок содержит три очистных элемента, установленных на корпусе равномерно со смещением по периметру на 120°, при одновременном смещении каждого по оси корпуса.
Сквозное отверстие в пластине режущего элемента выполнено в форме квадрата, или прямоугольника, или многоугольника, или овала.
При выполнении корпуса составным из нескольких стержней, последние соединены шарнирно.
Пластина режущего элемента выполнена упрочненной из композитных материалов с полимерным покрытием, в том числе, с напылением.
Поставленный технический результат достигается за счет следующего.
Благодаря тому, что корпус скребка выполнен как в виде одного стержня, так и в виде нескольких стержней, соединенных шарнирно, обеспечивается наряду с универсальностью скребка в зависимости от скважинных условий, еще и возможность охватить большую по протяженности зону отложений.
Наличие закрепленных равномерно по периметру корпуса-стержня и со смещением вдоль продольной оси указанного корпуса, по меньшей мере, двух очистных элементов, обеспечивает равномерное срезание АСПО как минимум в двух плоскостях.
А использование в преимущественном варианте заявляемой конструкции скребка три очистных элемента, установленных на корпусе равномерно со смещением друг относительно друга по его периметру на 120°, при одновременном смещении каждого по оси корпуса, обеспечит равномерное и одновременное срезание АСПО по всему периметру трубы, как при ходе скребка вниз, так и вверх, так как не образует зазора между режущими кромками пластин режущих элементов, что обеспечивает высокое качество очистки. Кроме того, это снизит величину нагрузки на каждый очистной элемент, что с вероятностью исключит поломку и обеспечит оптимальные энергозатраты.
Также благодаря шарнирному соединению стержней с находящимися на них очистными элементами, обеспечивается и в этом случае равномерное срезание АСПО по всему периметру очищаемой трубы. При этом выполнение корпуса с одним рабочим стержнем и составным из, по меньшей мере, двух рабочих стержней, соединенных шарнирно, обеспечивает многократное снижение их ударов, зацепов в скважинной арматуре, особенно в искривленном наземном и подземном оборудовании, в муфтовых соединениях НКТ и фонтанной арматуры.
Благодаря тому, что очистной элемент содержит по меньшей мере, две пластины (а значит может содержать и более двух пластин), обеспечивается: повышенная жесткость очистного элемента и увеличенное количество режущих кромок у очистного элемента, т.к. ими снабжена каждая пластина, что позволяет повысить эффективность по удалению (срезанию) отложений за один проход скребка и измельчению срезанных отложений.
Благодаря тому, что режущая плоскость режущего элемента представляет собой фигуру, выбранную из группы, включающей круг, или овал, или ромб, или треугольник, или многоугольник, или звездообразную фигуру, обеспечивается выбор в зависимости от плотности и твердости отложений, их равномерности в скважине, от технологических возможностей изготовления.
Так, например, овал, ромб, многоугольник предпочтительно использовать в условиях более плотных парафиноотложений.
А выполнение пластины режущего элемента в форме круга, или треугольника, или звездообразной фигуры предпочтительно использовать в условиях менее плотных парафиноотложений.
Таким образом, благодаря выбору формы (поверхности) плоскости режущего элемента обеспечиваются оптимальные энергозатраты на очистку в зависимости от скважинных условий, что также повышает эффективность работы скребка.
Снабжение пластины режущего элемента сквозным отверстием с заточенными краями, например, в форме квадрата, или прямоугольника, или многоугольника, или овала, позволит в большей степени измельчить срезанные отложения и исключить застревание АСПО при их срезании, даже при наличии большого их количества. Все указанные формы выполнения отверстия, практически являются равноценными (предпочтительнее прямоугольник, ромб ориентированный вдоль оси корпуса скребка). Форма отверстия на поверхности режущего элемента применяется в зависимости от количества парафинов в трубах и определяются технологическими возможностями изготовителя скребка. Предпочтительно выбор формы сквозного отверстия соотносить с выбором формы пластины режущего элемента. Это позволит скорректировать траекторию срезанных отложений пластиной с траекторией их прохождения через указанное отверстие, что, на наш взгляд, и обеспечит исключение застревания АСПО.
Жесткое закрепление на корпусе в виде группы пластин очистного элемента на расстоянии друг от друга, которое выбирается, исходя из возможности одновременного закрепления на торце всех указанных пластин этой группы одного режущего элемента, т.е. одной пластины режущего элемента, обеспечит, помимо увеличенной жесткости очистного элемента, еще и уменьшение полос срезанного парафина за счет измельчения.
Жесткое соединение с корпусом пластин очистного элемента выполнено посредством сварки или посредством винтового соединения. В последнем случае будет обеспечена возможность изменять поперечные размеры скребка в зависимости от размеров и характера отложений, что расширяет его функциональные возможности и повышает ремонтопригодность. Причем при использовании винтового соединения очистные элементы будут закреплены на корпусе посредством выполненных в основании пластин с заостренными кромками поперечных пазов и винтов. Такой подход позволяет приблизить усилие по срезанию АСПО к постоянной величине как при ходе скребка вниз, так и при ходе вверх, что резко повышает эффективность очистки труб, особенно при больших толщинах и твердости отложившегося парафина, и позволяет обеспечить эффективное срезание АСПО по всему периметру трубы. Кроме того, благодаря такому конструктивному выполнению обеспечивается возможность смены очистных элементов в случае их выхода из строя.
Причем такое конструктивное выполнение позволяет оставлять скребок в скважине на время, необходимое для выноса основной массы срезанных при спуске скребка АСПО и для последующего отложения на стенках НКТ допустимой толщины АСПО, которую может срезать скребок данных типоразмеров при подъеме, и обеспечить срезание АСПО при ходе вверх без увеличения усилия срезания (т.к. диаметр скребка перед спуском устанавливается с учетом конкретной скважины и характером парафинообразования).
Выполнение пластин режущих элементов упрочненными, в том числе с напылением, из композитных материалов с полимерным покрытием, обеспечит возможность удалять даже самые твердые отложения и придаст дополнительную прочность.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен внешний вид скребка в колонне НКТ; на фиг.2 - вид А-А на фиг.1; на фиг.3 - внешний вид скребка в колонне НКТ, корпус которого состоит из двух стержней; на фиг.4 - вид А-А на фиг.3; на фиг.5 - форма пластин режущего элемента.
Предлагаемый скребок содержит корпус 1, выполненный в виде одного стержня 2 (Фиг.1) или нескольких стержней 2 и 3 (на Фиг.3 два стержня, соединенных шарнирно шарниром 4), на наружной поверхности которого равномерно по периметру и со смещением по продольной оси корпуса 1 закреплены жестко (могут быть закреплены неразъемно сваркой или разъемно винтовым соединением), по меньшей мере, два очистных элемента 5 (на Фиг.1 - три очистных элемента, размещенные по периметру трубы друг от друга под углом 120°, на Фиг.3 - два очистных элемента, размещенные по периметру трубы друг от друга под углом 180°). На нижнем конце корпуса 1 закреплен грузик 6. Стержни 2 и 3 могут иметь круглое или преимущественно квадратное сечение для удобства монтажа очистных элементов 5.
Каждый очистной элемент 5 состоит, по меньшей мере, из двух пластин 7 и 8 (Фиг.2) и более (на Фиг.4 показан очистной элемент, имеющий три пластины 7, 8 и 9), каждая с заостренными кромками 10, и из жестко закрепленного на торце одновременно всех указанных пластин (они образуют как бы группу пластин) очистного элемента 5 режущего элемента, выполненного в виде выпуклой в сторону очищаемой насосно-компрессорной трубы (НКТ) 11 пластины 12 различной формы (рекомендуемая форма пластин 12 приведена на Фиг.5). Поверхность пластины режущего элемента может представлять собой фигуру, выбранную из группы, включающей круг, или овал, или ромб, или треугольник, или многоугольник, или звездообразную фигуру. При этом по всему периметру пластины 12 ее кромки 13 имеют одностороннюю заточку в направлении внутренней поверхности очистного элемента и являются самозатачивающимися. Также пластина 12 режущего элемента снабжена сквозным отверстием 14 с заточенными краями. Вместе с этим, в случае выполнения пластины 12 в виде ромба, овала, звездообразной фигуры, ее прикрепляют к пластинам 7, 8, 9, ориентируя большой диагональю вдоль оси корпуса 1.
Поверхности корпуса 1, а также - пластин 12 режущих элементов выполнены полированными, из антикоррозионного металла повышенной твердости. Все пластины 12 режущих элементов упрочнены, например азотированием или оксидом титана.
Пластины 7, 8 и 9 присоединяются к корпусу 1, например, посредством аргонно-дуговой сварки, параллельно продольной оси указанного корпуса 1. Но могут быть присоединены и посредством винтового соединения (на чертежах не показано), для чего на пластине со стороны крепления ее к корпусу 1 выполняют поперечные пазы увеличенной длины, а затем посредством винтов, устанавливаемых в указанные пазы в нужном положении (крайнем, среднем), пластины очистных элементов 5 крепятся на корпусе 1. Этим достигается возможность изменения поперечного размера скребка от минимального до максимального в пределах 66-90% от диаметра очищаемой НКТ. Такое жесткое соединение является разборным, позволяющим в зависимости от условий запарафиненности изменять поперечные размеры скребка или заменять вышедший из строя очистной элемент 5.
Под корпусом 1 закреплен грузик 6, имеющий в верхней части форму усеченного конуса. Вес грузика 6 определяется величиной усилия на срезание АСПО скребком при ходе его вниз. В НКТ 11 скребок опускается на скребковой проволоке 15.
Поперечный размер скребка устанавливается в зависимости от установленной в процессе подготовительных работ толщины АСПО 16 на внутренней поверхности НКТ 11, например, при винтовом соединении очистного элемента 5 с корпусом 1 путем установки винта в пазу пластины 7, 8, 9 на необходимом уровне.
Перед спуском скребка в колонну НКТ 11 осуществляют подготовительные операции, в которые входят изучение искривленности скважины, определение технологического режима скважины, ее дебита, глубины, толщины и состава (твердость) парафинообразования. Эти параметры позволяют осуществить монтаж скребка перед спуском его в скважину. По толщине и твердости парафина определяют минимальный поперечный размер очистных элементов скребка, обеспечивающий эффективное срезание парафина при ходе вниз, исключая при этом его застревание. Очистные элементы 5 скребка закрепляют так, чтобы все режущие кромки 10, 13 при движении скребка в колонне НКТ были ориентированы вдоль очищаемой поверхности. Благодаря этому срезание парафина происходит по всему периметру очищаемой трубы как при ходе скребка вниз, так и при ходе вверх. По величине дебита скважины определяют оптимальный вес грузика 6, чтобы обеспечить нормальное продвижение скребка без подбросов и без увеличения усилия на срезание.
Далее скребок в рабочем положении спускают в колонну НКТ 11. Скребок, встречая отложения парафина 16 в НКТ 11, состругивает его режущими кромками как сквозных отверстий 14, так и режущими кромками 13 пластин 12 режущих элементов, в виде полос (количество полос зависит от количества очистных элементов 5), каждая из которых в свою очередь острыми кромками 10 пластин 7, 8, 9 режется еще раз вдоль на несколько частей. Скребок под весом грузика 6 продолжает движение вниз, а срезанные и разрушенные на мелкие фракций АСПО потоком жидкости выносятся кверху, исключая образование пробок и забивание очистных элементов.
При достижении глубины скважины, свободной от отложений парафина, дальнейший спуск скребка прекращается. Для обеспечения более полного выноса срезанных измельченных АСПО, с учетом производительности скважины, скребок в нижнем положении оставляют на выдержку, определяемую временем, необходимым для выноса основной массы срезанных при спуске скребка отложений и для последующего отложения на стенках НКТ 11 допустимой толщины АСПО 16, которую может срезать скребок данных типоразмеров при подъеме вверх. Так для сильно запарафиненных скважин время выдержки составляет от 15 минут до 1,5 часа, а для скважин, выведенных на режим, время выдержки скребка в скважине до его подъема определяется интенсивностью отложения парафина и с учетом поперечных размеров скребка и может составить от 8 до 24 часов. Далее подают сигнал на подъем скребка на скребковой проволоке 15 вверх. По существу скребок в этом случае пойдет по НКТ 11, в которых отложился парафин за время спуска скребка и время выдержки. Поперечных размеров скребка будет вполне достаточно, чтобы в полной мере произвести срезание вновь отложившихся АСПО.
В зависимости от характера работы скважины, объемного содержания АСПО 16, их физико-химических свойств, интенсивности их выпадения, обводненности нефти, соблюдения установленного режима работы скважины и графика очистки НКТ 11 от парафина возможен вариант "выдержки" скребка в нижнем положении на более длительное время (до нескольких часов), что позволит увеличить межочистной период. При последующем подъеме скребка он будет состругивать отложившийся парафин 16 со стенок НКТ 11, который может выноситься потоком жидкости, опережая скребок, или же при скорости движения жидкости менее скорости движения скребка вверх, срезанные АСПО будут "проваливаться" через скребок в НКТ и по этой причине будут с запозданием выноситься из скважины. Ввиду достаточно малого фронтального сечения скребка и предложенного конструктивного выполнения очистных элементов 5 и пластин 12 со сквозным отверстием 14 забивание скребка АСПО практически исключается.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет разбивать срезанные АСПО на мелкие фракции, за счет чего потоком жидкости обеспечивается их устойчивый и ускоренный вынос из НКТ. Также обеспечивается очистка скважины от АСПО даже при их больших толщинах и твердости за счет увеличенной жесткости скребка. Все это позволяет повысить эффективность по очистке скважины от парафина и увеличить межочистной период.