УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБЫ, А ТАКЖЕ РЕЖУЩИЙ ЭЛЕМЕНТ, КОРПУС И ОГРАНИЧИТЕЛЬ ОСЕВОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ДЛЯ НЕГО

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Настоящая полезная модель относится к области добычи нефти, более конкретно - к устройствам для очистки внутренних поверхностей обсадных и насосно-компрессорных труб (скрейперам).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно устройство для очистки внутренней поверхности труб, раскрытое в патенте на полезную модель RU 54620 U1 от 03.02.2006. Устройство содержит корпус, на котором установлены режущие узлы, каждый из которых состоит из установленных на корпусе с возможностью поперечного (радиального) перемещения трех подпружиненных режущих элементов с направляющими поверхностями, соединенными с направляющими поверхностями корпуса в форме соединения «ласточкин хвост». При этом режущий элемент содержит пару выемок, которая формирует охватывающую часть соединения, а корпус содержит пару выступов, которые формируют охватываемую часть соединения. При этом наиболее удаленные друг от друга боковые стороны выемок в каждой паре в поперечном сечении представляют собой боковые стороны трапеции. Причем углы трапеции, смежные с ее основанием, наиболее удаленным в рабочем состоянии от оси корпуса выполнены острыми, как это показано на чертежах указанного патента (фиг.2 и фиг.3). С этим связан один из недостатков режущих элементов известной конструкции - малая прочность режущего элемента. Зачастую от ударных нагрузок во время эксплуатации наиболее близкая к корпусу устройства часть режущего элемента (полка), формирующая часть соединения «ласточкин хвост», скалывается. При форме соединения «ласточкин хвост» этому также способствует возможность разворота режущего элемента (плашки) от нагрузок во время взаимодействия с твердыми отложениями на поверхности трубы.
Корпус известного устройства содержит упорные бурты, в которых выполнены сквозные продольные пазы, а на торцах полуколец (частей ограничителей осевого перемещения) и на наружной поверхности - пазы, гидравлически сообщающиеся с пазами корпуса и пазами на внутренней поверхности каждого режущего элемента. Упорные бурты контактируют с внутренней поверхностью обсадной или насосно-компрессорной трубы. В местах, где выполнены продольные пазы, промывочный раствор эффективно удаляет отложения, при этом на корпусе, в областях контакта буртов с внутренней поверхностью трубы отложения все равно образуются, и не могут быть полностью удалены при циркуляции промывочного раствора. Образующиеся отложения снижают эффективность работы устройства. Кроме того, циркуляция промывочной жидкости остается недостаточной.
В известном устройстве для улучшения циркуляции ограничители осевого перемещения, выполненные каждый в виде двух полуколец, содержат на наружной поверхности полуколец сквозные выемки, сообщающиеся гидравлически с пазами корпуса и пазами на внутренней поверхности каждого режущего элемента (как изображено на фиг.4 указанного патента).
Ограничители осевого перемещения с пазами сложны в изготовлении, так как пазы выполняются фрезерованием, что увеличивает стоимость устройства.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
В первом аспекте настоящей полезной модели перед ее разработчиками стояла задача, которая заключалась в создании режущего элемента с повышенными прочностными характеристиками и более безопасного в эксплуатации.
Указанная задача была решена за счет того, что режущий элемент устройства для очистки внутренней поверхности трубы, был выполнен с возможностью разъемного соединения с корпусом устройства с возможностью перемещения относительно корпуса параллельно оси корпуса. При этом режущий элемент отличается тем, что возможность соединения с корпусом устройства обеспечивается тем, что режущий элемент содержит охватывающую часть соединения в виде пары пазов, выполненных так, что наиболее удаленные друг от друга боковые стороны пазов пары включают в себя стороны, которые по существу имеют такие длины и расположены так, что они могут являться смежными боковыми сторонами фигуры, сформированной прямоугольником и трапецией, когда большее основание трапеции совпадает по размеру и расположению со стороной прямоугольника, причем стороны, соответствующие боковым сторонам трапеции, расположены ближе к оси корпуса, чем стороны, соответствующие сторонам прямоугольника.
Технический результат в первом аспекте заявленной полезной модели заключается в повышении прочностных характеристик устройства. Дополнительно параллельные друг другу боковые стороны выступают в качестве направляющих, что снижает вероятность разворота режущего элемента в результате нагрузок во время взаимодействия с твердыми отложениями на поверхности трубы. Кроме того, исключается наличие острых углов, которые, как известно, являются концентраторами внутренних напряжений.
Во дополнительном аспекте настоящей полезной модели перед ее разработчиками стояла задача, которая заключалась в создании корпуса устройства для очистки внутренней поверхности трубы, который обеспечивал бы уменьшение количества образовывающихся отложений на поверхности устройств и возможность лучшей циркуляции промывочного раствора.
Данная дополнительная задача была решена за счет того, что корпус устройства для очистки внутренней поверхности трубы, содержит вал (штангу), формирующий тело корпуса, и упорные бурты. При этом корпус отличается тем, что на упорных буртах выполнена по меньшей мере одна лыска.
В настоящей заявке под лысками следует понимать плоский срез на цилиндрической поверхности детали, параллельный ее оси (www.cherchenie.com/newpagel.htm).
Лыски не влияют на функциональность буртов: они взаимодействуют с внутренней поверхностью трубы, ограничивая поперечное перемещение (радиальное) устройства внутри нее. Лыски же при этом увеличивают поперечное сечение канала для промывочного раствора, в области упорных буртов, а также уменьшают возможность образования отложений около бурта, что также увеличивает эффективность промывания.
Технический результат в дополнительном аспекте заявленной полезной модели заключается в повышении эффективности удаления отложений и в уменьшении возможности их образования на корпусе устройства.
Во втором, аспекте настоящей полезной модели перед ее разработчиками стояла задача, которая заключалась в создании корпуса устройства для очистки внутренней поверхности трубы, который бы обеспечивал более надежную и безопасную работу режущего элемента.
Указанная задача была решена за счет того, что корпус устройства для очистки внутренней поверхности трубы выполнен с возможностью разъемного соединения с режущим элементом. При этом корпус отличается тем, что возможность разъемного соединения обеспечивается тем, что корпус содержит по меньшей мере одну охватываемую часть соединения в виде пары шипов, выполненных так, что наиболее удаленные друг от друга боковые стороны шипов пары включают в себя стороны, которые по существу имеют такие длины и расположены так, что они могут являться смежными боковыми сторонами фигуры, сформированной прямоугольником и трапецией, когда большее основание трапеции совпадает по размеру и расположению со стороной прямоугольника, причем стороны, соответствующие боковым сторонам трапеции, расположены ближе к оси корпуса, чем стороны, соответствующие сторонам прямоугольника.
Такая форма соединения режущего элемента с корпусом формирует собой дополнительные направляющие для движения режущего элемента в направлении, по существу перпендикулярном оси корпуса, что препятствует развороту режущего элемента в результате нагрузок во время взаимодействия с твердыми отложениями на поверхности трубы, который может привести к повреждению режущего элемента в части его соединения с корпусом.
Таким образом, технический результат настоящей полезной модели во втором ее аспекте заключается в повышении надежности и безопасности работы устройства.
В дополнительном, аспекте настоящей полезной модели перед ее разработчиками стояла задача, которая заключалась в создании более простого и экономичного в изготовлении ограничителя осевого перемещения, обеспечивающего более широкий канал циркуляции промывочного раствора.
Указанная дополнительная задача была решена за счет создания ограничителя осевого перемещения режущих элементов устройства для очистки внутренней поверхности трубы, выполненного в виде соединенных между собой в замкнутую конструкцию по меньшей мере двух сегментов кольца. При этом ограничитель осевого перемещения отличается тем, что на внешней поверхности по меньшей мере одного сегмента выполнена по меньшей мере одна лыска.
Экономия достигается благодаря тому, что пазы (в описании патента RU 54620 - сквозные выемки) более сложны в изготовлении, так как они должны выполняться фрезерованием. Увеличение гидравлического канала для промывочного раствора достигается за счет того, что при одинаковой глубине площадь поперечного сечения лыски больше, чем площадь поперечного сечения паза.
Технический результат полезной модели, согласно дополнительному аспекту, заключается в повышении эффективности удаления отложений, а также в упрощении производства ограничителя осевого перемещения.
В третьем, аспекте настоящей полезной модели перед ее разработчиками стояла задача, которая заключалась в создании устройства для очистки внутренней поверхности трубы, более надежного в эксплуатации, которое дополнительно обеспечивало бы возможность лучшей циркуляции промывочного раствора.
Указанная задача была решена за счет создания устройства для очистки внутренней поверхности трубы, включающего в себя корпус, содержащий вал (штангу), формирующий тело корпуса, и упорные бурты; по меньшей мере один режущий элемент; по меньшей мере один ограничитель осевого перемещения, содержащий по меньшей мере два сегмента, соединенных между собой в замкнутую конструкцию; при этом устройство содержит гидравлический канал, обеспечивающий возможность перемещения жидкости вдоль оси устройства. При этом устройство отличается тем, что возможность соединения с корпусом устройства обеспечивается тем, что режущий элемент содержит охватывающую часть соединения в виде пары пазов, выполненных так, что наиболее удаленные друг от друга боковые стороны пазов пары включают в себя стороны, которые по существу имеют такие длины и расположены так, что они могут являться смежными боковыми сторонами фигуры, сформированной прямоугольником и трапецией, когда большее основание трапеции совпадает по размеру и расположению со стороной прямоугольника, причем стороны, соответствующие боковым сторонам трапеции, расположены ближе к оси корпуса, чем стороны, соответствующие сторонам прямоугольника. При этом корпус выполнен с возможностью разъемного соединения с режущим элементом, причем возможность разъемного соединения обеспечивается тем, что корпус содержит по меньшей мере одну охватываемую часть соединения в виде пары шипов, выполненных так, что наиболее удаленные друг от друга боковые стороны шипов пары включают в себя стороны, которые по существу имеют такие длины и расположены так, что они могут являться смежными боковыми сторонами фигуры, сформированной прямоугольником и трапецией, когда большее основание трапеции совпадает по размеру и расположению со стороной прямоугольника, причем стороны, соответствующие боковым сторонам трапеции, расположены ближе к оси корпуса, чем стороны, соответствующие сторонам прямоугольника.
Дополнительно на внешней поверхности по меньшей мере одного сегмента ограничителя осевого перемещения выполнена по меньшей мере одна лыска.
Технический результат настоящей полезной модели, согласно пятому ее аспекту заключается в повышении надежности и безопасности работы устройства. Посредством дополнительных признаков достигается улучшение циркуляции промывочного раствора через устройство.
Необходимо отметить, что под улучшением циркуляции здесь следует понимать увеличение количества раствора, проходящего через устройство, что влечет собой повышение эффективности удаления отложений промывочным раствором при его циркуляции.
Ниже настоящая полезная модель будет описана более подробно со ссылкой на прилагаемые фигуры чертежей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - объемный вид корпуса устройства для очистки внутренней поверхности трубы;
Фиг.2 - поперечный разрез ограничителя осевого перемещения режущего элемента устройства для очистки внутренней поверхности трубы.
Фиг.3 - поперечный разрез режущего элемента устройства для очистки внутренней поверхности трубы.
Фиг.4 - разрез корпуса устройства для очистки внутренней поверхности трубы плоскостью, перпендикулярной оси вала и проходящей через шипы.
Фиг.5 - увеличенное изображение разреза пары шипов корпуса устройства для очистки внутренней поверхности трубы плоскостью, перпендикулярной оси вала.
Фиг.6 - разрез корпуса устройства для очистки внутренней поверхности трубы плоскостью, перпендикулярной оси вала и проходящей через упорные бурты.
Под поперечным разрезом здесь следует понимать разрез устройства или его чести в рабочем положении плоскостью, которая перпендикулярна оси корпуса устройства.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
В наиболее предпочтительном варианте осуществления настоящей полезной модели устройство для очистки внутренней поверхности трубы может включать в себя корпус 1, содержащий вал (штангу), шесть режущих элементов 2 и ограничитель осевого перемещения режущих элементов 2.
Тело корпуса 1 может быть сформировано валом (штангой). Для ограничения радиального перемещения устройства во время работы внутри трубы и обеспечения по существу соосного с трубой положения устройства корпус 1 может содержать упорные бурты 3. В предпочтительном варианте осуществления настоящей полезной модели корпус 1 содержит два опорных бурта 3.
Ограничитель осевого перемещения может содержать по меньшей мере два сегмента 4 кольца, соединенных между собой в замкнутую конструкцию.
Корпус 1 для соединения с режущим элементом 2 может содержать между опорными буртами пары шипов: первый шип 5 и второй шип 6 и пазы 7, образующие с режущими элементами в рабочем состоянии соединение в виде поступательных пар скольжения. Наличие поступательной пары скольжения между корпусом 1 и режущими элементами 2 облегчает соединение режущих элементов с корпусом. Режущие элементы 2 могут быть выполнены подпружиненными в радиальном направлении пружинами, которые помещены в паз 8 для пружин. Режущие элементы 2 могут содержать режущие кромки 9 на наружной рабочей поверхности.
Поступательные пары скольжения формируют собой разъемное соединение режущих элементов и корпуса. При этом режущий элемент содержит охватывающую часть соединения в виде пары пазов: первый паз 10 и второй паз 11. При этом первый паз 10 в своем поперечном сечении содержит верхнюю сторону 12 первого паза 10 и нижнюю сторону 13 первого паза 10, а второй паз 11 содержит верхнюю сторону 14 второго паза 11 и нижнюю сторону 15 второго паза 11. Верхняя сторона 12 и нижняя сторона 13 первого паза 10 в предпочтительном варианте осуществления заявленной полезной модели являются наиболее удаленными от верхней стороны 14 и нижней стороны 15 второго паза 11. При этом они по существу имеют такие длины и расположены так, что они могут являться смежными боковыми сторонами фигуры, сформированной прямоугольником и трапецией (недостающие стороны прямоугольника и трапеции показаны на фиг.З пунктиром), когда большее основание 16 трапеции совпадает по размеру и расположению со стороной прямоугольника, причем стороны, соответствующие боковым сторонам трапеции (нижняя сторона 13 первого паза 10 и нижняя сторона 15 второго паза 15), расположены ближе к оси корпуса, чем стороны, соответствующие сторонам прямоугольника (верхняя сторона 12 первого паза 10 и верхняя сторона 14 второго паза 11). Следует понимать, что сущность заявленной полезной модели захватывает только части пазов, которые расположены ниже верхней стороны 17 прямоугольника, которая наиболее удалена от обоих оснований трапеции, то есть части, которые являются в свою очередь частями соединения режущего элемента 2 с корпусом 1 устройства. Части же пазов, расположенные выше верхней стороны 17 прямоугольника служат главным образом в качестве направляющих радиального перемещения режущего элемента 2 относительно корпуса устройства и не формируют собой непосредственно соединение между режущим элементом 2 и корпусом 1. Таким образом, форма сечения частей пазов, расположенных выше стороны 17 прямоугольника выходит за рамки объема настоящей полезной модели и может быть различной.
В предпочтительном варианте осуществления настоящей полезной модели корпус 1 устройства для очистки внутренней поверхности трубы содержит три охватываемые части соединения в виде пар шипов: первый шип 5 и второй шип 6. При этом первый шип 5 в своем поперечном сечении содержит верхнюю сторону 18 первого шипа 5 и нижнюю сторону 19 первого шипа 5, а второй шип 6 содержит верхнюю сторону 20 второго шипа 6 и нижнюю сторону 21 второго шипа 6. При этом они по существу имеют такие длины и расположены так, что они могут являться смежными боковыми сторонами фигуры, сформированной прямоугольником и трапецией (недостающие стороны прямоугольника и трапеции показаны на фиг.5 пунктиром), когда большее основание 22 трапеции совпадает по размеру и расположению со стороной прямоугольника, причем стороны, соответствующие боковым сторонам трапеции (нижняя сторона 19 первого шипа 5 и нижняя сторона 21 второго шипа 6), расположены ближе к оси корпуса, чем стороны, соответствующие сторонам прямоугольника (верхняя сторона 18 первого шипа 5 и верхняя сторона 20 второго шипа 6). Следует понимать, что сущность заявленной полезной модели захватывает только части шипов, которые расположены ниже верхней стороны 23 прямоугольника, которая наиболее удалена от обоих оснований трапеции, то есть части, которые являются в свою очередь частями соединения корпуса устройства 1 с режущим элементом 2. Части же шипов, расположенные выше верхней стороны 23 прямоугольника служат главным образом в качестве направляющих радиального перемещения режущего элемента 2 относительно корпуса устройства и не формируют собой непосредственно соединение между режущим элементом 2 и корпусом 1. Таким образом, форма сечения частей шипов, расположенных выше стороны 23 прямоугольника выходит за рамки объема настоящей полезной модели и может быть различной.
Форма соединения режущего элемента 2 и корпуса 1, описанная выше, делает устройство более надежным в работе главным образом по двум причинам. Во-первых, «полки», которые располагаются под нижними сторонами пазов режущего элемента 2 короче, а следовательно, прочнее соответствующих частей режущего элемента 2 при выполнении соединения между ним и корпусом 1 в форме «ласточкиного хвост». Дополнительно за счет исключения острых углов, которые являются концентраторами внутренних напряжений, увеличивается прочность режущего элемента. Во-вторых, верхние стороны пазов режущего элемента вместе с верхними сторонами шипов корпуса выступают в качестве дополнительных направляющих, вдоль которых происходит радиальное перемещение подпружиненного режущего элемента 2, что значительно снижает вероятность разворота режущего элемента 2 относительно корпуса 1 в результате контакта с твердыми отложениями, и, соответственно, снижает вероятность механического повреждения режущего элемента 2.
Для эффективного удаления отложений необходимо обеспечить как можно лучшую циркуляцию промывочного раствора. Устройство в наиболее предпочтительном варианте осуществления содержит гидравлические каналы, предназначенные для циркуляции промывочного раствора вдоль устройства в рабочем состоянии. Каналы могут быть сформированы продольными пазами в теле корпуса 1, формой опорных буртов 3 и формой ограничителя 4 осевого перемещения режущих элементов 2. Для расширения канала циркуляции промывочного раствора на опорных буртах и на сегментах колец ограничителя 4 осевого перемещения могут быть выполнены лыски, как они показаны на фиг.2 и фиг.6. Проекции плоскостей, по которым выполнены лыски, обозначены на чертежах пунктирными линиями. Очевидно, что лыски на поверхностях буртов дополнительно увеличивают площадь поперечного сечения канала, которая ранее соответствовала площади поперечного сечения пазов, выполненных в буртах.
В предпочтительном варианте осуществления настоящей полезной модели ограничитель 4 осевого перемещения выполняется в виде двух полуколец, которые посредством резьбовых соединений 24 и 25 соединяются между собой и тем самым формируют в рабочем состоянии замкнутое кольцо. Каждое полукольцо может содержать лыску 26 ограничителя 4 осевого перемещения. Плоскость, по которой может выполняться срез лыски 26 ограничителя 4 осевого перемещения, обозначена на чертежах пунктирной линией, представляющей собой ее проекцию на плоскость чертежа.
В наиболее предпочтительном варианте осуществления пазы между шипами 5 корпуса 1 содержат участок 27 паза выхода режущего инструмента, необходимый для выхода режущего инструмента при изготовлении корпуса 1. Участок 27 паза выхода режущего инструмента имеет максимальную глубину в плоскости, проходящей через поверхность упорных буртов, ближнюю к центру корпуса, при этом глубина паза на участке 27 уменьшается по мере удаления от центра корпуса. Тем самым дополнительно обеспечивается более плотное прилегание режущего элемента 2 к поверхности корпуса, так как исключается влияние формы паза, обусловленной радиусом фрезы, на положение режущего элемента.
Для специалиста в области техники очевидно, что помимо особенностей раскрытой формы элементов устройства, она может содержать в себе различные технологические особенности, такие как фаски, скругление углов, допустимые погрешности в изготовлении и т.д., которые не являются выходом за рамки раскрытой полезной модели.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Перед работой производят сборку устройства. Первоначально собирают два режущих узла. В зависимости от диаметра очищаемой трубы и характера загрязнения определяют количество плоских пружин, которые устанавливают в пазу 8 для пружин. Режущий элемент 2 с установленными пружинами надвигают на корпус 1 до упора в бурты, при этом пазы 10 и 11 скользят по шипам 5 и 6, а пружины удерживаются между стенками паза 8 для пружин и дном паза 7 корпуса 1. Между режущими узлами на корпус 1 надевают ограничители 4 осевого перемещения.
Собранное устройство устанавливают посредством резьбовых концов на колонне труб и заводят в очищаемую трубу. Устройству сообщают возвратно-поступательное движение, при котором, при движении вниз режущие кромки 9 режущих элементов 2, прижатые пружинами к внутренней поверхности трубы, соскребают отложения. Промывочный раствор проходит по пазам буртов, пазам корпуса 7, и пазам режущих элементов 2, смывая отложения с пружин; а также по лыскам ограничителей 4 осевого перемещения, лыскам и пазам буртов, вымывая снятые отложения из зоны обработки.
Таким образом, предлагаемая конструкция устройства и режущего узла позволяет обеспечить более эффективную циркуляцию промывочного раствора для надежного удаления отложений с пружин и режущих поверхностей режущих элементов без опасности зашламовывания очищаемой трубы и за счет этого упростить эксплуатацию устройства.
Настоящая полезная модель была подробно описана со ссылкой на предпочтительный вариант ее осуществления, однако очевидно, что она может быть осуществлена в различных вариантах, не выходя за рамки заявленного объема правовой охраны, определяемого формулой полезной модели.
Необходимо понимать, что признаки: «первый», «второй», «верхний», «нижний» в настоящем описании приняты для условного обозначения элементов устройства на чертежах в целях наиболее ясного выражения сути заявленной полезной модели. Признаки «верхняя» и «нижняя» (стороны) обозначают при этом лишь взаимное расположение соответствующих сторон относительно друг друга. Указанные признаки не призваны ограничить объем притязаний, изложенных в формуле полезной модели, в части ориентации и размещения соответствующих элементов устройства в пространстве. Линии, обозначенные на чертежах пунктиром, приведены только для иллюстрирования формы элементов устройств и не имеют материального выражения в конструкции устройства в рамках настоящей полезной модели.