УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНОЙ ТРУБЫ
DEVICE FOR CLEANING OF INNER SURFACE OF TUBING STRING

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для удаления асфальтосмолопарафиновых отложений с внутренней поверхности насосно-компрессорных труб.
Известно устройство для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорной трубы, вариант первый (РФ, патент №2393333, Е21В 37/02, 27.06.2010), включающее протяженный корпус, одновременно являющийся утяжелителем, нижний конец которого соединен с обтекателем. На верхнем конце утяжелителя, соединенном с узлом присоединения к гибкому тяговому органу, жестко закреплен скребок.
Поскольку в известном устройстве скребок закреплен на верхнем конце корпуса, срезанные отложения сразу попадают в свободное пространство и без затруднений выносятся жидкостью вверх из насосно-компрессорной трубы (НКТ). Это позволяет снизить вероятность подброса скребка при спуске. Однако при подъеме скребка ситуация резко меняется, так как на первый план выходит соотношение скоростей движения скребка при подъеме и скорости жидкой среды в НКТ, что для каждой скважины индивидуально и несоблюдение которого приводит к подбросу скребка, особенно для высокодебитных скважин.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорной трубы, содержащее утяжелитель, один конец которого соединен с узлом присоединения к гибкому тяговому органу; скребок, соединенный с нижним концом утяжелителя с возможностью вращения; свободный конец скребка соединен с обтекателем (РФ, патент на полезную модель №87204, Е21В 37/02, 27.09.2009 г.).
Недостатком известного устройства является следующее. При движении скребка вниз срезанный парафин при выносе его из НКТ жидкой средой проходит через конструктивные элементы скребка и далее - вдоль всего корпуса утяжелителя через узкое пространство между внутренней стенкой НКТ и утяжелителем. В этом случае эффективность выноса отложений из НКТ напрямую зависит от скорости движения жидкой среды. Поэтому в данном случае требуется соотносить скорость резания (скорость спуска скребка) со скоростью движения жидкой среды в НКТ, что особенно важно для малодебитных скважин. В противном случае происходит накопление срезанных отложений в НКТ, что может привести к непроходу скребка.
Кроме того, при подъеме скребка, как и в случае аналога, на первый план выходит соотношение скоростей движения скребка при подъеме и скорости жидкой среды в НКТ, которое для каждой скважины индивидуально и несоблюдение которого приводит к подбросу скребка, особенно для высокодебитных скважин.
Предлагаемое изобретение решает задачу создания устройства для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорной трубы, осуществление которого позволяет достичь технического результата, заключающегося в уменьшении вероятности аварийных ситуаций за счет возможности улучшения условий для выноса срезанных отложений из НКТ путем снижения зависимости возникновения аварийных ситуаций от соотношения между скоростью движения жидкой среды в НКТ и скоростями спуска и подъема скребка при срезании отложений, а также - в улучшении качества очистки.
Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорной трубы, включающем утяжелитель, один конец которого соединен с узлом присоединения к гибкому тяговому органу, обтекатель, скребок, закрепленный с возможностью вращения, новым является то, что второй конец утяжелителя соединен с обтекателем, а скребок представляет собой втулку, на которой закреплены режущие элементы, при этом скребок втулкой надет на утяжелитель с возможностью вращения и перемещения вдоль продольной оси утяжелителя. При этом на концах утяжелителя закреплены ограничители хода втулки скребка.
Существенные признаки формулы изобретения заявленного устройства: «Устройство для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорной трубы, включающее утяжелитель, один конец которого соединен с узлом присоединения к гибкому тяговому органу, обтекатель, скребок, закрепленный с возможностью вращения, …» - являются неотъемлемой частью заявленного устройства и обеспечивают его осуществимость, а следовательно, обеспечивают достижение заявленного технического результата.
Заявленный технический результат достигается следующим образом. Качество очистки внутренней поверхности НКТ напрямую связано с обеспечением условий для выноса жидкой средой из НКТ срезанных отложений. При этом условия выноса срезанных отложений из НКТ определяются как конструкцией скребкового устройства, так и скоростью движения жидкой среды в НКТ, которая выносит срезанные отложения наружу.
При закреплении скребка на нижнем конце утяжелителя, при движении скребка вниз срезанные отложения под действием движущейся жидкой среды проходят через элементы скребка и далее - вдоль утяжелителя через узкое пространство между внутренней стенкой НКТ и утяжелителем, т.е. преодолевают все внутреннее пространство, соответствующее очищаемой поверхности НКТ. В этом случае в улучшении условий для выноса срезанных отложений основную роль играет соответствие скорости спуска скребка (скорости резки) скорости движения жидкой среды в НКТ, несоответствие которых обуславливает высокую вероятность подброса скребка.
Оптимальными являются условия для выноса срезанных отложений, когда за зоной резания следует сразу либо проволока, либо открытое пространство, т.е при закреплении скребка вверху. При закреплении скребка на верхнем конце утяжелителя, при движении скребка вниз после срезания парафин сразу попадает в свободное пространство и без затруднений выносится жидкой средой вверх. Поэтому при таком закреплении скребка снижается количество подбросов скребка при спуске.
Однако при подъеме скребка (это же относится и к варианту закрепления скребка внизу утяжелителя) вероятность подброса скребка возрастает, поскольку в этом случае также большую роль играет соотношение скоростей движения скребка и жидкости, которое на каждой скважине различно.
В предлагаемом устройстве скребок надет на утяжелитель с возможностью вращения и перемещения вдоль продольной оси утяжелителя. Для предотвращения соскальзывания с утяжелителя на концах утяжелителя закреплены ограничители хода втулки скребка.
При этом при спуске скребок под действием встречного потока жидкой среды занимает на утяжелителе положение около верхнего ограничителя и под действием усилия тяжести утяжелителя движется вниз, врезаясь в отложения. В заявленном устройстве скребок удерживается в верхнем положении верхним ограничителем, усилием тяжести утяжелителя и встречным потоком жидкой среды. В результате в заявленном устройстве при спуске скребок оказывается закрепленным на верхнем конце утяжелителя. Это обеспечивает оптимальные условия для выноса срезанных отложений, когда за зоной резания следует сразу либо проволока, либо открытое пространство, так как срезанные отложения сразу попадают в свободное пространство и без затруднений выносятся жидкой средой вверх, что снижает количество подбросов скребка при спуске.
При подъеме устройства вверх со скоростью, превышающей скорость жидкой среды, скребок занимает на утяжелителе нижнее положение около нижнего ограничителя хода скребка и удерживается в нем усилием резания, получаемым через тянущую его вверх скребковую проволоку и нижний ограничитель хода, фиксирующий его положение на утяжелителе. Таким образом, в заявленном устройстве при подъеме со скоростью, превышающей скорость движения жидкой среды, скребок оказывается закрепленным на нижнем конце утяжелителя, что также обеспечивает хорошие условия выноса срезанных отложений из НКТ.
Если скорость жидкости превышает скорость подъема скребка и, кроме того, усилие резания низкое (например, выполняется операция зачистки срезанного при спуске слоя отложений), скребок под усилием жидкости перемещается в верхнее положение и фиксируется у верхнего ограничителя. Таким образом, в этом случае скребок оказывается закрепленным на верхнем конце утяжелителя, что также обеспечивает хороший вынос из НКТ срезанных отложений.
Из вышеизложенного следует, что в заявленном устройстве, как при спуске устройства, так и при подъеме устройства, скребок, в результате возможности вращательного и линейного движений, занимает оптимальное положение на утяжелителе, обусловленное плотностью отложений и скоростью движения жидкой среды в НКТ.
Поскольку положение скребка напрямую связано с плотностью отложений и скоростью движения жидкости в НКТ, то это позволяет заранее выбрать массу груза с учетом диапазона возможных плотностей срезаемых отложений и скоростей движения жидкой среды в НКТ. В результате улучшаются условия для выноса из НКТ срезанных отложений, что снижает вероятность подброса скребка, а следовательно, снижает вероятность возникновения аварийных ситуаций.
Кроме того, расширяются функциональные возможности заявленного устройства, по сравнению с прототипом, поскольку возможность предварительного подбора массы груза с учетом диапазона возможных плотностей срезаемых отложений и скоростей движения жидкой среды в НКТ позволяет использовать заявленное устройство на скважинах с различным дебитом.
Поскольку положение скребка на утяжелителе не фиксировано, а именно: «скребок втулкой надет на утяжелитель с возможностью вращения и перемещения вдоль продольной оси утяжелителя», то это позволяет увеличить длину утяжелителя до длины лубрикатора, т.е. увеличить массу утяжелителя. Эта возможность позволяет варьировать массу утяжелителя, обеспечивая необходимые условия для резания в конкретной НКТ с учетом скорости движения в ней жидкой среды. В результате улучшаются условия резания, условия выноса срезанных отложений из НКТ, повышается качество очистки, снижается вероятность подброса скребка, а следовательно, вероятность возникновения аварийных ситуаций.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что заявленное устройство для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорной трубы при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в уменьшении вероятности аварийных ситуаций за счет возможности улучшения условий для выноса срезанных отложений из НКТ путем снижения зависимости возникновения аварийных ситуаций от соотношения между скоростью движения жидкой среды в НКТ и скоростями спуска и подъема скребка при срезании отложений, а также - в улучшении качества очистки.
На фиг. 1 изображено заявленное устройство для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорной трубы с верхним положением скребка; на фиг. 2 - с нижним положением скребка.
Заявленное устройство для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорной трубы содержит утяжелитель 1, один конец которого соединен с узлом присоединения к гибкому тяговому органу 2, а второй соединен с обтекателем 3, выполненным в примере в виде конуса. Скребок 4 представляет собой втулку 5, на которой закреплены режущие элементы 6. Скребок 4 втулкой 5 надет на утяжелитель 1 с возможностью вращения и перемещения вдоль продольной оси утяжелителя 1.
На концах утяжелителя 1 закреплены ограничители хода 7, 8 втулки 5 скребка 4, например, посредством резьбовых шпилек.
Заявленное устройство работает следующим образом. Открывают задвижку, включают электродвигатель, который приводит во вращение барабан для намотки скребковой проволоки, и опускают заявленное устройство в НКТ, которое под действием веса утяжелителя продолжает медленно продвигаться вперед, срезая парафин.
В отложения первым врезается обтекатель 3, который центрирует положение устройства в НКТ. Обтекатель 3 обеспечивает прокладку рабочего канала: рыхлит и одновременно сглаживает отложения перед скребком 4. В предлагаемом варианте выполнения заявленного устройства обтекатель 3 выполнен в форме конуса. Конусная форма снижает встречное сопротивление среды при продвижении утяжелителя 1 вниз, что облегчает продвижение всего устройства в целом, делает продвижение более плавным.
Утяжелитель 1 под тяжестью своего веса постепенно опускается вниз. Исходное положение скребка 4 - на нижнем конце утяжелителя 1. Положение скребка 4 не фиксировано, так как скребок 4 надет на утяжелитель с возможностью вращения и перемещения с усилием вдоль продольной оси утяжелителя 1. В результате скребок 4 под тяжестью утяжелителя 1 врезается в отложения и за счет силы трения поворачивается при одновременном перемещении вниз, выполняя срез. При этом скребок 4 встречает на своем пути сопротивление жидкой среды, движущейся в противоположном направлении. В результате возможности вращательного и линейного движений скребок 4 занимает верхнее положение на утяжелителе 1. Скребок 4 удерживается на утяжелителе в верхнем положении ограничителем 7 хода скребка, встречным потоком жидкости и усилием резания, создаваемым массой утяжелителя 1. Срезанные отложения, не встречая на своем пути препятствий, выносятся наружу потоком жидкой среды.
После прохождения конуса 5 в НКТ на глубину очистки выполняют обратный ход устройства. Процесс резания аналогичен предыдущему. Однако положение скребка 4 на утяжелителе 1 определяется соотношением скорости подъема устройства (скорости резания) и скорости жидкой среды.
При подъеме устройства вверх со скоростью, превышающей скорость жидкой среды, скребок 4 занимает на утяжелителе 1 нижнее положение около нижнего ограничителя хода 8 скребка и при движении устройства вверх удерживается в нем усилием резания, получаемым через тянущую его вверх скребковую проволоку (не показано) и нижний ограничитель хода 8, фиксирующий его положение на утяжелителе 1. В результате обеспечиваются оптимальные условия для выноса из НКТ срезанных отложений.
При скорости жидкости, превышающей скорость подъема скребка 4 и низком усилии резания скребок 4 под давлением жидкой среды перемещается в верхнее положение и фиксируется у верхнего ограничителя 7, что также обеспечивает оптимальные условия выноса из НКТ срезанных отложений.