УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОНОМНОЙ ОЧИСТКИ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ В НЕФТЕДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для автономного поддержания внутренних поверхностей насосно-компрессорных труб (НКТ) в рабочем состоянии и удаления асфальтосмолопарафиновых (АСПО) и других отложений в скважинах, эксплуатирующихся погружными электроцентробежными насосными установками, а также газлифтными установками и фонтанным способом.
Известен скребок автоматический для очистки внутренней поверхности труб, содержащий корпус в виде втулки, установленную в нем на поворотной оси заслонку (затвор) и механизм закрытия, открытия проходного сечения трубы (см. а.с. СССР №244251, 1969 г.). Механизм выполнен в виде храповика, закрепленного на затворе, в который упирается биметаллическая пластина, соединенная с корпусом, при этом биметаллическая пластина настраивается на определенную температуру, при которой она срабатывает и опускает затвор, закрывая тем самым проходное сечение трубы.
Недостатками известного устройства являются нестабильность работы, сложность в изготовлении и ненадежность работы вследствие наличия пружины, храпового механизма и биметаллической пластины, ограниченность использования, т.к. затвор имеет только два положения -открыт, закрыт и невозможность использования механизма в скребках с толкателем без дополнительного усовершенствования.
Известен скребок автоматический для очистки внутренней поверхности труб, работающий в движущемся потоке жидкости в насосно-компрессорных трубах и чистящий их от наслоения парафина (см. патент РФ №2237528, 10.10.2004). Скребок выполнен с толкателем, размещенным в направляющих (корпус в виде втулок) с возможностью перемещения и поочередного взаимодействия с ограничителями хода скребка в конечных точках очистки и с затвором, взаимодействующим с толкателем для открытия, закрытия проходного сечения трубы.
Известный скребок имеет ряд недостатков. В ряде случаев сам механизм перекрытия проходного сечения ненадежен в работе из-за недостаточной энергии удара, которая зависит от скорости движения скребка. Скорость движения скребка зависит от скорости потока в трубе, а также от производительности скважины. У каждой трубы (скважины или электроцентробежного насоса) своя производительность и скорость движения потока, т.е. скребком можно охватить только небольшой диапазон труб по дебиту.
Как правило, такие скребки достигают значительного веса, и в случае первоначальной успешной работы механизма воздействие удара также сказывается на надежности работы механизма управления проходным сечением.
Ближайшим аналогом (прототипом) изобретения является скребок автономный для очистки внутренних поверхностей труб от асфальтосмолопарафиновых отложений (см. патент РФ на полезную модель №73620, опубл. 27.05.2008 г.).
В скребке автономном, содержащем корпус с направляющими и ножами, имеется запорный узел виде заслонки, установленной на оси с реечным приводом. Ножи имеют по меньшей мере три различные формы. Корпус скребка имеет длину большую, чем высота фонтанной арматуры скважины. В верхней части корпуса имеются окна для извлечения скребка из скважины любой глубины без повреждений. Рейка имеет круглое или прямоугольное сечение и установлена с возможностью перемещения в направляющих и ножах.
Скребок имеет ряд недостатков. В ряде случаев сам механизм перекрытия проходного сечения ненадежен в работе из-за недостаточной энергии удара, которая зависит от скорости движения скребка.
Признаки, отличающие заявляемую полезную модель от прототипа отсутствуют в аналоге.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели - надежная непрерывная автоматическая очистка внутренней полости насосных труб действующих нефтяных скважин, эксплуатируемых фонтанным, газлифтным способами или электроцентробежными насосными установками, с различной производительностью и физическими свойствами добываемой жидкости.
Указанный результат достигается тем, что устройство для автономной очистки насосно-компрессорных труб в нефтедобывающей промышленности снабжено главной и управляющей рейками, узлом заслонок, рейкой-затвором, пружинами, нижним и верхним курками, приводом верхнего курка. Главная и управляющая рейки установлены крестообразно относительно друг друга. Рейка-затвор связана с главной рейкой и управляющей рейкой пружинами. Нижний курок закреплен на рейке-затворе подвижно с возможностью вращения таким образом, что пружина, связанная с нижним курком стремится вызвать его вращение по направлению вращения часовой стрелки. Привод верхнего курка имеет зацеп, вытянутый паз и пружину. Узел заслонки состоит из главного ползуна, малых ползунов, сердечников, непосредственно заслонки, направляющих заслонки и крышек заслонки. Детали устройства выполнены из листового металла. Выполнение деталей устройства из листового металла и установка их крестообразно уменьшает плоскость поперечного сечения самого устройства, что позволяет скребку легко опускаться в скважине, повышая тем самым надежность его работы. Конструкция узла заслонок приводит к отсутствию эффекта трения качения в узле заслонок, что обеспечивает надежную работу самих заслонок без заедания и высокую работоспособность узла в целом, открытие и закрытие заслонок происходит за счет совместного действия сил инерции и сил пружин, что увеличивает надежность работы скребка.
На фигуре 1 изображено устройство для автономной очистки насосно-компрессорных труб в нефтедобывающей промышленности, вид спереди; на фигуре 2 изображено устройство для автономной очистки насосно-компрессорных труб в нефтедобывающей промышленности, вид сзади; на фигуре 3 изображено устройство для автономной очистки насосно-компрессорных труб в нефтедобывающей промышленности, вид справа; на фигуре 3 изображено устройство для автономной очистки насосно-компрессорных труб в нефтедобывающей промышленности, вид слева; на фигуре 5 изображен узел заслонки; на фигуре 6 изображено сечение по линии A-A; на фигуре 7 изображено сечение по линии B-B; на фигуре 8 изображено сечение по линии C-C; на фигуре 9 изображено положение нижнего курка при движении устройства вниз; на фигуре 10 изображено положение нижнего курка при движении устройства вверх; на фигурах 11 и 12 изображена верхняя часть устройства в изометрии; на фигуре 13 изображено положение верхнего курка при движении устройства вверх (пружина снята для наглядности); на фигуре 14 изображено положение верхнего курка при движении устройства вниз (пружина снята для наглядности); на фигуре 15 изображен привод верхнего курка.
Устройство для автономной очистки насосно-компрессорных труб в нефтедобывающей промышленности состоит из главной рейки 1, управляющей рейки 2, узла заслонок 3, рейки-затвора 4, пружин 5 и 6, нижнего курка 7, верхнего курка 8, привода верхнего курка 9 с зацепом 10. Рейка-затвор 4 связана с главной рейкой 1 пружиной 6, а с управляющей рейкой 2 пружиной 5. Зацеп 10 служит для извлечения скребка из НКТ. Нижний курок 7 закреплен на рейке-затворе 4 подвижно с возможностью вращения таким образом, что пружина 6, связанная с нижним курком 7 стремится вызвать его вращение по направлению вращения часовой стрелки. Привод верхнего курка 9 служит для изменения положения верхнего курка 8, который определяет взаимное положение главной рейки 1 и управляющей рейки 2. Привод верхнего курка 9 имеет вытянутый паз 11, который позволяет совершать поступательно - возвратное движение относительно направляющей 12 верхнего курка 8 и воздействовать на верхний курок 8 через подвижно закрепленную серьгу 13. Привод верхнего курка имеет пружину 14. Узел заслонки 3 состоит из главного ползуна 15, малых ползунов 16, сердечников 17 и 18, заслонки 19, направляющих заслонки 20, крышек заслонки 21, оси малого ползуна 22, соединительного штифта 23. Основные детали устройства выполнены из плоского листового металла. Главная рейка 1 и управляющая рейка 2 установлены крестообразно относительно друг друга.
Устройство для автономной очистки насосно-компрессорных труб в нефтедобывающей промышленности работает следующим образом. Очистка НКТ от АСПО происходит при движении устройства внутри колонны НКТ. В колонне НКТ перемещение устройства ограничено: вверху - плоскостью закрытой шиберной заслонки, внизу - кольцом упорным 24, закрепленным в соединительной муфте. Кольцо упорное 24 расположено ниже начала образования АСПО. При взаимном перемещении главной рейки 1, управляющей рейки 2 и рейки-затвора 4 происходит открытие или закрытие двух заслонок 19. Открытие или закрытие заслонок 19 происходит за счет совместного действия сил инерции и сил предварительно растянутых пружин 5 и 6. Взаимодействие скребка с кольцом упорным 24 в нижней точке происходит при соприкосновении с ним нижнего курка 7.
Взаимодействие устройства с шиберной заслонкой в верхней точке происходит посредством привода верхнего курка 8.
При движении устройства вниз происходит контакт нижнего курка 7 с упорным кольцом 24. При этом происходит вращательное движение подвижно закрепленного на рейке-затворе 4 нижнего курка 7 против направления вращения часовой стрелки вокруг оси 25. Нижний курок 7 выходит из зацепления за торец главной рейки 1. Рейка-затвор 4 перемещается вверх относительно главной рейки 1, что вызывает закрытие заслонок 19. Далее происходит подъем скребка, рейка-затвор 4 перемещается относительно главной рейки 1 вниз до зацепления нижнего курка 7 за нижний торец главной рейки 1 и пружины 5 и 6 растягиваются. При этом при движении вверх устройство зацепляется за упорное кольцо 24 наружным выступом нижнего курка 7.
Привод верхнего курка 9 совершает поступательно - возвратное движение относительно направляющей верхнего курка 12 и воздействует на верхний курок 8 через подвижно закрепленную на оси 26 серьгу 13.
Узел заслонки 3 работает следующим образом. Между главной рейкой 1 и управляющей рейкой 2 поступательно движется главный ползун 15, внутри которого свободно вращаются сердечники 17 и 18, между которыми расположена заслонка 19. Снаружи с двух сторон симметрично узел заслонки закрыт последовательно направляющими заслонки 20 и крышками заслонки 21. В пазах каждой направляющей заслонки 20 поступательно перемещаются малые ползуны 16, подвижно закрепленные на осях в главной рейке 1 и управляющей рейке 2, вызывая тем самым вращение заслонки 19, в зависимости от взаимного положения главной рейки 1 и управляющей рейки 2.
После начала движения устройства вверх вблизи упорного кольца 24 происходит растяжение обеих пружин 5 и 6 с помощью выступа нижнего курка 7. При достижении скребком шиберной заслонки в верхней части НКТ происходит открытие заслонок 19 скребка при срабатывании одной пружины 6, связывающей рейку-затвор 4 с управляющей рейкой 2. Затем устройство начинает движение вниз за счет действия силы тяжести. При достижении скребком упорного кольца 24 происходит закрытие заслонок 19 при срабатывании пружины 6, связывающей рейку-затвор 4 с главной рейкой 1 и перекрытие значительной части поперечного сечения НКТ заслонками. Поток жидкости под давлением действует на нижние поверхности заслонок, что приводит к движению скребка вверх. Далее циклы повторяются.
Очистка внутренней поверхности НКТ осуществляется лишь при движении устройства вверх кромками закрытых заслонок 19. При движении вниз с открытыми заслонками 19 величина площади поперечного сечения устройства минимальна, что исключает застревание скребка в НКТ.
Устройство для автономной очистки насосно-компрессорных труб в нефтедобывающей промышленности может быть изготовлен имеющимися техническими средствами на имеющемся оборудовании.