УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТЯНОЙ СКВАЖИНЫ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к технике для очистки насосно-компрессорных труб (НКТ) от отложений парафина при эксплуатации скважин с погруженными электроцентробрежными установками и с фонтанным и газолифтным способами добычи.
Известно устройство для очистки нефтяной скважины, содержащее корпус с ножами и размещенный в корпусе с зазором и возможностью относительного осевого перемещения толкатель (RU 2140337 С1). Последний образован ограничителями перемещений втулкой и упором и связывающими их направляющими. Корпус имеет уплотнительный элемент - затвор клапана, установленный с возможностью взаимодействия с упором - седлом клапана. Ножи выполнены в форме винта с переменным шагом.
К недостаткам известного устройства относятся невозможность регулирования его характеристик и нестабильность работы, которая обусловлена тем, что изменение направления движения устройства вызывается изменением относительного положения затвора и седла клапана, которое происходит от воздействия сил инерции при ударах толкателя и корпуса об установленное в трубопроводе препятствие в виде кольца и о задвижку лубрикатора, установленного на поверхности земли. Силы инерции определяются в свою очередь запасами кинетической энергии, приобретаемыми при движении устройства и зависящими от геометрических и весовых характеристик устройства, скорости течения жидкости, сил
сопротивления движению устройства и т.п., что определяет недостаточную стабильность силы ударов и функционирования устройства.
Известно устройство для очистки нефтяной скважины, содержащее корпус, выполненный в виде втулки с наружным лабиринтным уплотнением, внутри которого размещена заслонка, установленная на оси, разделяющей ее на симметричные части, регулировочный болт, ограничитель открытия заслонки, пружина и биметаллическая пластина, связанные с заслонкой (SU 244251 А1).
К недостаткам известного устройства относится ненадежность работы, обусловленная тем, что обтекание равномерным потоком заслонки-пластинки с осью вращения, разделяющей заслонку на симметричные части, не обеспечивает ее поворота усилием пружины до частичного перекрытия устройством сливного патрубка лубрикатора и взаимного прижатия вследствие этого.
Технический результат, который может быть достигнут при использовании заявленного устройства, является повышение надежности работы.
Заявленный технический результат достигается путем использования устройства для очистки нефтяной скважины, которое содержит корпус, клапан, скребок, регулировочный узел для ограничения подъема устройства, состоящий из винтовой пары и контргайки, в котором один из элементов винтовой пары имеет жесткую связь с корпусом. Регулировочный узел устанавливают выше верхней части корпуса так, что клапан находится ниже
зоны поворота струи в сливной патрубок лубрикатора. Устройство также содержит узел регулирования веса.
Заявленный технический результат также достигается путем использования устройства для очистки нефтяной скважины, которое содержит корпус, клапан, выполненный в виде шарнирно закрепленной на оси заслонки, скребок, регулировочный узел для ограничения подъема устройства, состоящий из винтовой пары и контргайки, в котором один из элементов винтовой пары имеет жесткую связь с корпусом, а сам узел установлен выше верхней части корпуса так, что клапан находится ниже зоны поворота струи в сливной патрубок лубрикатора, также содержит узел регулирования веса. Заслонку выполняют из двух сегментов круга, один из которых шарнирно закреплен на оси, расположенной в диаметральной плоскости, перпендикулярной хордам сегментов и жестко связанным с другим сегментом, который шарнирно закреплен на оси, эксцентричной диаметральной плоскости заслонки, параллельной хордам сегментов, перпендикулярной продольной оси устройства и связанной своими концами с корпусом. Заслонка оснащена приводом относительного перемещения сегментов, выполненным в виде двух упруго деформированных биметаллических пластинок, каждая из которых одним концом жестко закреплена на одном из сегментов заслонки таким образом, что изменения температуры вызывают деформации пластин в противоположные стороны, а другим концом опирается на опору с пазами, имеющими трапецеидальное сечение, жестко связанную с другим сегментом. При этом биметаллические
пластины закреплены в плоскости, перпендикулярной сегменту и проходящей через ось относительного вращения сегментов заслонки, с противоположных сторон сегмента и большей стороной своего поперечного сечения перпендикулярно плоскости сегмента. Сегменты имеют упоры-ограничители относительно углового перемещения сегментов, обеспечивающие регулировку угла между их плоскостями и циклический переход через точку неустойчивого равновесия при достижении заданных максимальной и минимальной эксплуатационных температур. На корпусе устанавливают упоры-ограничители углового перемещения поворотной заслонки, обеспечивающие регулировку угла наклона плоскости заслонки относительно продольной оси в верхней и нижней точках траектории.
Предпочтительно в пустотелом винте эксцентрично оси заслонки устанавливают подпружиненный стержнеобразный толкатель, подвижно связанный с заслонкой, а на сам винт дополнительно жестко установлен скребок, который состоит из втулок, связанных спиралеобразными ножами, имеющими наклон к оси 20-50°. Направление закрутки спирали, противоположно закрутке нижнего скребка, поперечный габаритный размер, обеспечивающий эксцентричный кольцевой зазор между ним и стенкой НКТ не более 3 мм, и радиусы закругления, обеспечивающие прохождение стыков НКТ, для чего на винте имеются посадочные поверхности.
В частном случае исполнения узел регулирования веса выполняют в виде элемента трубчатого сечения, заглушенного с концов заглушками с узлами крепления корпуса и скребка и имеющего в стенке отверстие с
заглушкой, и сменных грузов, выполненных в виде дроби из материала с большим удельным весом, размещенных во внутренней полости элемента трубчатого сечения или его выполняют в виде стержня, а сменные грузы выполнены в виде шайб.
Предпочтительно узел регулирования веса связан с корпусом и скребком таким образом, что центр тяжести устройства находится ниже его центра давления.
Изобретение поясняется следующими чертежами:
фиг.1 - схема устройства для очистки нефтяной скважины вариант 1;
фиг.2 - схема устройства для очистки нефтяной скважины вариант 2 в положении «клапан закрыт», что соответствует максимальному гидродинамическому сопротивлению устройства;
фиг.3 - схема устройства для очистки нефтяной скважины вариант 2 в положении «клапан открыт», что соответствует минимальному гидродинамическому сопротивлению устройства;
фиг.4а - схема привода относительного перемещения сегментов заслонки в положении «клапан закрыт»;
фиг.4б - схема привода относительного перемещения сегментов заслонки в положении «клапан открыт».
Устройство для очистки нефтяной скважины (фиг.1) состоит из корпуса 1, клапана 2, скребка 3 и узла регулирования веса, содержащего элемент трубчатого сечения 4 с отверстием 5 в стенке и заглушкой отверстия
6, заглушек 7 и 8 концов элемента с узлами крепления 9 и 10, сменных грузов 11, регулировочного узла 12 и толкателя 13.
Работа устройства (вариант 1) происходит следующим образом. При подготовке к работе определяют расстояние от задвижки лубрикатора до нижней точки сливного отверстия, производят настройку регулировочного узла 12, обеспечивая нижнее положение клапана 2 относительно сливного отверстия, и фиксируют элементы резьбовой пары узла 12 контргайкой. Производят регулировку длины толкателя 13 для обеспечения открытия при его перемещении заслонки клапана 2 на 10-15° относительно корпуса 1. В узле для регулировки веса к элементу 4 крепят заглушки 7 и 8, из отверстия 5 элемента 4 вывинчивают заглушку 6, засыпают расчетное или экспериментально установленное количество груза 11, завинчивают и контрят заглушку 6. Посредством узлов крепления 9 и 10 производят крепление узла регулировки веса к корпусу 1 с клапаном 2 и к скребку 3 таким образом, чтобы корпус 1 с клапаном 2 в рабочем положении были расположены выше элемента 4. В этом положении устройство помещают в трубопровод и опускают в глубь скважины. При достижении устройством глубины растворения парафинов клапан 2 закрывается и устройство движется, производя очистку внутренней поверхности НКТ вращающимся скребком 3, вверх до тех пор, пока клапан 2 не откроется механизмом управления заслонкой устройства (при малой скорости движения устройства и относительно интенсивном отводе тепла от жидкости вблизи поверхности) или пока головка винта регулировочного узла 12 не упрется в задвижку
лубрикатора (при большой скорости движения устройства и относительно малом отводе тепла от жидкости вблизи поверхности), и приоткроет заслонку клапана 2 толкателем 13 (при большом перепаде давления на заслонке), или задержит (при малом перепаде давления на заслонке) устройство до срабатывания механизма управления заслонкой клапана 2, что будет соответствовать исходному положению. Вес груза обеспечивает движение устройства вверх и вниз, а относительное положение центров тяжести и давления - устойчивое равновесие, гарантирующее от опрокидывания и заклинивания. Далее цикл повторяется.
Таким образом устройство движется вверх-вниз, скребками соскабливая с внутренней поверхности НКТ отложения парафина, выносимые из скважины потоком.
На фиг.2 и 3 показаны отличия устройства вариант 2 от базового варианта (вариант 1). Устройство для очистки нефтяной скважины состоит из корпуса 1 с отбойником 2 и упорами 3 и 4, сегментов заслонки 5 и 6, один из которых имеет ось 7, с приводом относительного перемещения сегментов, включающим биметаллические пластины 8 и 9, опору 10 и ограничители относительного перемещения сегментов 11 и 12, оси заслонки 13.
Работа устройства (вариант 2) происходит следующим образом. При подготовке к работе дополнительно к базовым операциям или вместо них ограничители относительного перемещения сегментов 11 и 12 регулируют на температуры, соответствующие изменению относительного положения сегментов 5 и 6. Устанавливают сегменты 5 и 6 в разных плоскостях до
ограничителя 11 или 12. Упоры 3 и 4 регулируют на углы поворота заслонки относительно потока при движении вверх и вниз. Заслонку поворачивают вокруг оси 13, закрепленной на отбойнике 2, в положение вдоль потока до упора 3. При этом конструктивные элементы занимают положение, соответствующее фиг.3 и 4б, обеспечивающее превышение веса устройства над выталкивающей силой струи и силами сопротивления движению устройства вниз. В этом положении устройство помещают в трубопровод и опускают в глубь скважины.
В процессе опускания возрастает температура. В биметаллических пластинах 8 и 9 происходит трансформация тепловой энергии в деформацию, при этом они стремятся деформироваться в плоскостях, параллельных плоскости сегмента, в противоположные стороны, вызывая изменение направления и величины их действия на опору 10, ее угловое перемещение к положению неустойчивого равновесия, изгиб пластин в перпендикулярной сегменту полости, накоплению в них потенциальной энергии, обеспечивающей относительное перемещение сегментов 5 и 6 в одну плоскость и далее до ограничителя 12 или 11 и их фиксацию в этом положении. В результате изменяется давление на элементы заслонки по разные стороны от оси заслонки 13, возникает момент сил, поворачивающий заслонку в положение поперек потока до упора 4, увеличивая тем самым гидродинамическое сопротивление устройства и обеспечивая превышение выталкивающей силы струи над весом устройства и силами сопротивления его движению вверх, что соответствует положению фиг.2 и 4а.
При движении устройства вверх температура уменьшается, деформация биметаллических пластин 8 и 9 происходит в обратном направлении, вызывая угловое перемещение опоры 10, относительное угловое перемещение сегментов 5 и 6 до ограничителя 11 или 12 и фиксацию их в разных плоскостях. В результате изменяется давление на элементы заслонки по разные стороны от оси заслонки 13, возникает момент сил, поворачивающий заслонку в положение вдоль потока до упора 3, уменьшая тем самым гидродинамическое сопротивление устройства и обеспечивая превышение веса устройства над выталкивающей силой струи и силами сопротивления движению устройства вниз, что соответствует положению фиг.3 и 4б, то есть исходному положению. Далее цикл повторяется.
Таким образом устройство движется вверх-вниз, скребками соскабливая с внутренней поверхности НКТ отложения парафина, выносимые из скважины потоком.