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 конструктивных особенностей. Это снижает эффективность очистки.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели 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.
Кроме того, наличие большого числа соединений под прямым углом пластин очистного элемента с пластинами режущего элемента может привести к застреванию одномоментно срезанных отложений, особенно в большом количестве.
Вместе с этим, использование одной пластины в очистном элементе известного скребка увеличивает возможность склонения и в последствии отгибания очистного элемента, ввиду недостаточной жесткости соединения.
Технический результат, достигаемым предлагаемым техническим решением, заключается в повышении эффективности очистки внутренней поверхности НКТ от АСПО, в том числе, при больших количествах одновременно срезанных отложений, за счет придания дополнительной жесткости и прочности очистному элементу путем выполнения его в виде единой пластины и исключения при этом дополнительных соединений внутри очистного элемента, которые могут являться для любой конструкции слабым звеном из-за ненадежности.
Отсутствие сварных соединении позволяет снизить коррозию и поломку очистного элемента.
Указанный технический результат достигается предлагаемым скребком для очистки насосно-компрессорных труб от асфальто-смоло-парафинистых отложений, включающим корпус, выполненный в виде, по меньшей мере, одного стержня, и закрепленные жестко равномерно по периметру корпуса и со смещением вдоль продольной оси корпуса, по меньшей мере, два очистных элемента, отличающийся тем, что в качестве очистного элемента скребок содержит фигурную пластину с обоюдоострыми режущими кромками, выполненную в виде единого элемента и состоящую из концевых участков и центрального фигурного участка, имеющего Δ-ные или ∩-образные выступы по длинной стороне пластины над и под ней, причем указанный центральный фигурный участок пластины снабжен сквозным отверстием с заточенными краями, при этом каждый очистной элемент обоими торцами концевых участков, ориентированными вдоль оси корпуса, жестко соединен с последним таким образом, чтобы очистной элемент после указанного присоединения приобрел выпуклую форму, близкую по существу к дугообразной или к каплевидной.
Жесткое соединение с корпусом концевых участков фигурной пластины очистного элемента выполнено посредством сварки или посредством винтового соединения.
Преимущественно скребок содержит три очистных элемента, установленных на корпусе равномерно со смещением по периметру друг относительно друга на 120°, при одновременном смещении каждого по оси корпуса.
Сквозное отверстие в центральном фигурном участке пластины выполнено в форме квадрата, или прямоугольника, или многоугольника, или овала.
При выполнении корпуса составным из нескольких стержней, последние соединены шарнирно.
Фигурная пластина 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, что обеспечивает высокое качество очистки. Кроме того, это снизит величину нагрузки на каждый очистной элемент, что с большой долей вероятности исключит его поломку.
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 выполнен в виде единого элемента, а именно, в виде фигурной пластины с обоюдоострыми режущими кромками, состоящей из концевых участков и центрального фигурного участка, имеющего Δ-ные или ∩-образные выступы по длинной стороне пластины над и под ней, обеспечивается повышенная жесткость и прочность очистного элемента, т.к. в единой пластине исключены все дополнительные соединительные узлы, которые могут привести к ослаблению и ненадежности конструкции, ее коррозии. Кроме того, благодаря такому единому элементу значительно снизится вероятность застревания срезанных АСПО в случае их срезания одновременно в большом количестве, т.к. будет исключено мешающее воздействие множества пластин, как в прототипе, что позволяет повысить эффективность по удалению (срезанию) отложений за один проход скребка.
Благодаря тому, что единая пластина очистного элемента содержит центральный фигурный участок, имеющий Δ-ные или ∩-образные выступы по длинной стороне пластины над и под ней, будет обеспечено срезание АСПО этими выступами как при ходе скребка вниз, так и при ходе его вверх. А дополнительное срезание обеспечивается еще и обоюдоострыми режущими кромками пластины.
Снабжение центрального участка пластины очистного элемента сквозным отверстием с заточенными краями, например, в форме квадрата, или прямоугольника, или многоугольника, или овала, позволит в большей степени срезать и измельчать срезанные отложения и исключить застревание АСПО при их срезании, даже при наличии большого их количества. Все указанные формы выполнения отверстия, практически являются равноценными и определяются технологическими возможностями изготовителя скребка. Форма его выполнения также зависит от количества парафина в скважине, его плотности и состава, предпочтительнее будет прямоугольник и ромб, реже квадрат. Сквозное отверстие так же уменьшает площадь контакта поверхности очистного элемента с очищаемой поверхностью трубы, что снижает возможность залипания скребка и снижение усилия на его продвижение.
Жесткое закрепление на корпусе очистного элемента обоими торцами концевых участков фигурной пластины, ориентированными вдоль оси корпуса, таким образом, чтобы очистной элемент после указанного присоединения приобрел выпуклую форму, близкую по существу к дугообразной или к каплевидной, обеспечивает получение обтекаемого надежного узла без дополнительных соединений.
Указанное жесткое соединение с корпусом торцев единой пластины 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 торцев единой пластины 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 AСПО при ходе вверх без увеличения усилия срезания (т.к. диаметр скребка перед спуском устанавливается с учетом конкретной скважины и характером парафинообразования).
Выполнение единой фигурной пластины очистных элементов упрочненной, 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 единой пластины очистного элемента: (а) - с центральным фигурным участком, имеющим Δ-образные выступы по длинной стороне пластины над и под ней; (б) - с центральным фигурным участком, имеющим ∩-образные выступы по длинной стороне пластины над и под ней; на фиг.2 - внешний вид скребка в колонне НКТ; на фиг.3 - вид А-А на фиг.2: (а) - с дугообразным очистным элементом; (б) - с каплевидным очистным элементом при наличии трех очистных элементов.
Предлагаемый скребок содержит корпус 1, выполненный в виде одного стержня 2 или нескольких стержней 2 и 3 (на Фиг.2 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.2 - по два очистных элемента, размещенных по периметру трубы друг от друга под углом 180°. Могут быть, например, три очистных элемента, размещенных по периметру трубы друг от друга под углом 120°). 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 представляет собой единую фигурную пластину 7 с обоюдоострыми режущими кромками 8, состоящую из концевых участков 9 и 10 и центрального фигурного участка 11, имеющего Δ-ные или ∩-образные выступы 12 по длинной стороне 13 пластины 7 над и под ней. Также центральный фигурный участок 11 пластины 7 снабжен сквозным отверстием 14 с заточенными краями 15.
Причем, поверхности корпуса 1, а также - пластин 7 очистных элементов 5 выполнены полированными, из антикоррозионного металла повышенной твердости. Все пластины 7 упрочнены, например азотированием или оксидом титана.
Единая пластина 7 очистного элемента 5 обоими торцами 16 концевых участков 9 и 10, ориентированными вдоль оси корпуса 1, жестко соединена с последним таким образом, чтобы очистной элемент 5 после указанного присоединения приобрел выпуклую форму, близкую по существу к дугообразной (Фиг.3(а) или к каплевидной (Фиг.3(б)).
Пластины 7 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 форму усеченного конуса. Вес грузика 6 определяется величиной усилия на срезание АСПО скребком при ходе его вниз. В НКТ 17 скребок опускается на скребковой проволоке 18.
Поперечный размер скребка устанавливается в зависимости от установленной в процессе подготовительных работ толщины АСПО 19 на внутренней поверхности НКТ 17.
Перед спуском скребка в колонну НКТ 17 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 8 и 15 пластины 7 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 17. Скребок, встречая отложения парафина 19 в НКТ 17, состругивает его режущими кромками 15 как сквозных отверстий 14, так и режущими кромками 8 пластины 7 очистного элемента, в виде полос (количество полос зависит от количества очистных элементов 5). Скребок под весом грузика 6 продолжает движение вниз, а срезанные и разрушенные на мелкие фракций АСПО потоком жидкости выносятся кверху, исключая образование пробок даже при большом объеме срезанного парафина и забивание очистных элементов 5.
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 17 допустимой толщины АСПО 19, 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 18 вверх. По существу скребок в этом случае пойдет по НКТ 17, 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 19, их физико-химических свойств, интенсивности их выпадения, обводненности нефти, соблюдения установленного режима работы скважины и графика очистки НКТ 17 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 19 со стенок НКТ 17, 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 пластин 7 очистных элементов 5 со сквозным отверстием 14 и их особому закреплению на корпусе 1, забивание скребка АСПО практически исключается.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет исключить забивание скребка даже при большом объеме срезанных отложений, за счет увеличения количества режущих кромок и одновременно за счет обеспечения обтекаемой формы очистных элементов без «застойных» зон, вызванных дополнительными соединениями деталей. В результате потоком жидкости обеспечивается устойчивый и ускоренный вынос срезанных АСПО из НКТ.
Также обеспечивается очистка скважины от АСПО даже при их больших толщинах и твердости за счет использования в качестве очистного элемента единой равнопрочной пластины без соединительных элементов. Все это позволяет повысить эффективность по очистке скважины от парафина и увеличить межочистной период работы скважины.