УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНОЙ ТРУБЫ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована для удаления асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) с внутренней поверхности насосно-компрессорных труб (НКТ).
Известен скребок для очистки внутренних поверхностей труб от парафинистых и других отложений, состоящий из корпуса в виде пластины, узла присоединения к тяговому органу, закрепленных на корпусе двух подвижных элементов с изогнутыми ножами и направляющего стабилизатора, четырех шарниров, неподвижно закрепленных в корпусе, попарно с противоположных сторон крепящими в двух параллельных пазах два подвижных элемента, оснащенных каждый изогнутым ножом, способных плоскопараллельно перемещаться вдоль пазов под углом β к продольной оси скребка, отличным от прямого (RU заявка №95107062 А1 от 28.04.1995 г.; Е21В 37/02).
Известный скребок имеет недостаток, заключающийся в том, что при движении вверх, в момент прохождения стыка двух труб, вероятен зацеп одного из ножей за торец трубы; это происходит в случае максимального смещения торца одной трубы относительно торца другой трубы, что возможно в случае сложения обоих обратно направленных максимальных эксцентриситетов труб относительно общей оси, при этом вектор реакции трубы приложенной к ножу, направлен вдоль продольной оси скребка, что приводит к заклиниванию подвижного элемента на шарнирах. В этом случае зацеп может закончиться разрушением скребка, поскольку направление уклона пазов относительно продольной оси скребка против направления вектора реакции препятствует по определению перемещению подвижного элемента вдоль паза к оси скребка, для уменьшения поперечного размера скребка с целью увода ножа из зацепа с торцом трубы. Также возможен перекос скребка в стволе скважины и застревание. При этом пригруз скрепка при застревании перекрывает сечение НКТ, что влияет на уменьшение производительности скважины.
Известно техническое решение «Скребок ножевой для очистки насосно-компрессорных труб от асфальтосмолопарафиновых отложений», патент на полезную модель №184947, опубл. 15.11.2018 г. Скребок ножевой содержит цилиндрический стержень, с обеих сторон которого выполнены два продольных сквозных взаимно перпендикулярных паза, в которых зеркально закреплены направляющие, выполненные в виде равнобедренных треугольников, при этом их углы, лежащие напротив оснований, направлены в сторону торцов стержня, а на углах при основаниях треугольников параллельно оси стержня выполнены лыски. Ребра направляющих заточены, а к лыскам прикреплены четыре ножа, выполненные в виде листовых пластин с радиусными изгибами. Направляющие пластин первого и третьего ножей и представляют собой правую винтовую цилиндрическую линию, а второго и четвертого - левую винтовую цилиндрическую линию, при этом каждая пластина одним концом прикреплена к одной из лысок первой направляющей, а вторым концом - к одной из лысок второй.
Недостатком технического решения является наличие неполого пригруза скребка, который существенно уменьшает сечение НКТ и при застревании перекрывает сечение НКТ, что влияет на уменьшение производительности скважины. Также недостатком является отсутствие возможности изменения внешнего диаметра скребка, вследствие чего уменьшается эффективность работы ножей и увеличивается нагрузка на проволоку и мотор-редуктор спуско-подьемного механизма депарафинизации скважин при прохождении скребком высоковязких АСПО. Также применение неполого пригруза скребка повышает вероятность подброса скребка и спутывания проволоки, что приводит к застреванию скребка в скважине.
Известно также устройство по патенту на изобретение №2527549, «Устройство для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорной трубы (варианты)», опубл. 10.09.2014 г., которое содержит три идентичных скребка, закрепленных на общей штанге, каждый с двумя идентичными радиальными ножами в форме равнобочной трапеции. Все радиальные ножи жестко закреплены большими основаниями трапеций на боковой поверхности штанги под углом 90° к ее поверхности, параллельно ее продольной осевой линии и развернуты относительно друг друга на 180°. У первых радиальных ножей выполнены рабочими боковые стороны и меньшее основание трапеции. У вторых радиальных ножей рабочие только боковые стороны трапеции. Корпус утяжелителя и штанга выполнены пустотелыми.
Недостатками технического решения являются наличие жестко закрепленных ножей, острых граней ножей и отсутствие возможности складывания ножей скребка при проходе препятствий в виде резьбовых соединений НКТ, что может привести к застреванию скребка в скважине.
Известно устройство «Скребок для очистки нефтепромысловых труб в скважине», патент на полезную модель №9886, опубл. 16.05.1999 г. которое содержит корпус с тяговым органом и укрепленный на корпусе режущий элемент, режущие кромки которого расположены под углом к продольной оси корпуса. Корпус выполнен в виде полированного вала, режущий элемент выполнен из упругой металлической ленты с режущими кромками с двух сторон и имеет форму конической спирали, каждый конец ленты жестко закреплен во втулках, установленных на валу с возможностью осевого и вращательного движения. При этом между втулками на валу жестко установлен ограничитель осевого перемещения режущего элемента, а выше и ниже ограничителя осевого перемещения режущего элемента на валу установлены на расстоянии, равном длине режущего элемента в ненагруженном состоянии и возможной максимальной его деформации при нагрузке, соответственно стабилизатор, связанный с тяговым органом, и пригруз.
Недостатком технического решения является наличие неполого пригруза скребка, который существенно уменьшает сечение НКТ и при застревании перекрывает сечение НКТ, что влияет на уменьшение производительности скважины. Также применение неполого пригруза скребка повышает вероятность подброса скребка и спутывания проволоки, что приводит к застреванию скребка в скважине. Также спиральная конструкция одного ножа в виде спиральной металлической ленты не позволяет равномерно производить очистку за счет избыточной гибкости конструкции.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является «Устройство для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорной трубы», патент на изобретение №2568202, опубл. 10.11.2015 г. Устройство содержит утяжелитель, один конец которого соединен с узлом присоединения к гибкому тяговому органу, а второй соединен с обтекателем, выполненным в примере в виде конуса. Скребок представляет собой втулку, на которой закреплены режущие элементы. Скребок втулкой надет на утяжелитель с возможностью вращения и перемещения вдоль продольной оси утяжелителя. Скребок имеет возможность вращательного и линейного движений.
Недостатками технического решения, принятого за прототип, является наличие неполого утяжелителя скребка, который существенно уменьшает сечение НКТ и при застревании перекрывает сечение НКТ, что влияет на уменьшение производительности скважины. Также применение неполого утяжелителя скребка повышает вероятность подброса скребка и спутывания проволоки, что приводит к застреванию скребка в скважине.
Техническим результатом заявленного технического решения является обеспечение качественной непрерывной очистки всей внутренней поверхности колонны насосно-компрессорных труб нефтяных скважин при одновременном облегчении эксплуатации предлагаемого устройства и упрощении его конструкции.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорной трубы содержит протяженный корпус-утяжелитель, один конец которого соединен с узлом присоединения к гибкому тяговому органу. Корпус-утяжелитель выполнен полым и на нем установлен скребок с режущими элементами. При этом скребок содержит не менее двух режущих элементов, которые выполнены из упругих полос металла с заостренными краями. Концы режущих элементов жестко закреплены между двух втулок, причем крепление верхней и нижней части режущих элементов относительно вертикальной оси скребка выполнено со смещением для придания им спиралевидной формы. Нижняя втулка скребка зафиксирована на корпусе-утяжелителе, а верхняя втулка скребка охватывает внешние стенки корпуса-утяжелителя с возможностью вращения и скольжения по нему в осевом направлении. Длина каждого режущего элемента выбрана таким образом, чтобы режущие элементы максимально соприкасались с внутренними стенками насосно-компрессорной трубы во время подъема скребка вверх и одновременно имели минимальный диаметр в сложенном состоянии при спуске скребка. Нижняя втулка скребка может быть зафиксирована на корпусе-утяжелителе с возможность радиального вращения. Также на корпусе-утяжелителе может быть установлено скребков более одного на расстоянии друг от друга.
Сущность заявляемого устройства поясняется рисунками, где на фиг. 1 показан общий вид предлагаемого устройства для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорной трубы; на фиг. 2 изображен скребок устройства.
Устройство для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорной трубы содержит протяженный полый корпус-утяжелитель 1, один конец которого соединен с узлом присоединения к гибкому тяговому органу (на фиг. не показаны). На корпусе-утяжелителе 1 установлен скребок 2 с режущими элементами 3. Режущие элементы 3 выполнены из гибких полос металла с заостренными краями. Концы режущих элементов 3 жестко закреплены между нижней 4 и верхней 5 втулками. При этом крепление верхней и нижней части режущих элементов 3 относительно вертикальной оси скребка выполнено со смещением для придания режущим элементам 3 спиралевидной формы. Режущие элементы 3 подпружинены относительно корпуса-утяжелителя 1 за счет потенциальной энергией их упругой деформации, которая возникает при подъеме скребка 2 вверх и давлении сверху за счет силы тяжести верхней втулки 5 на верхнюю часть режущего элемента 3. Длина режущего элемента 3 подбирается таким образом, чтобы они максимально соприкасались с внутренними стенками НКТ во время подъема скребка 2 вверх и одновременно имели минимальный диаметр в сложенном состоянии при спуске скребка 2.
Скребок 2 надет на корпус-утяжелитель 1 таким образом, что нижняя втулка 4 скребка 2 зафиксирована на корпусе-утяжелителе 1, а верхняя втулка 5 скребка 2 охватывает внешние стенки корпуса-утяжелителя 1 с возможностью вращения и скольжения по нему в осевом направлении.
Также нижняя втулка 4 скребка 2 может быть зафиксирована на корпусе-утяжелителе 1 с возможность радиального вращения.
На корпусе-утяжелителе 1 может быть установлено скребков 2 более одного на расстоянии друг от друга.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Очистка внутренней поверхности насосно-компрессорной трубы от АСПО с помощью предлагаемого технического устройства происходит за счет использования энергии потока рабочей среды в колонне НКТ, обеспечивающего возвратно-поступательное перемещение скребка. Перемещение скребка происходит посредством использования механической (при подъеме скребка) и гравитационной (при спуске скребка) энергии срезания АСПО со стенок НКТ, а также за счет энергии потока водонефтегазовой смеси в колонне НКТ для поднятия срезанного АСПО на поверхность.
Опускают заявленное техническое устройство внутрь работающей скважины на проволоке посредством лебедки, установленной на устье скважины. При этом полый корпус-утяжелитель 1 скребка 2 под тяжестью своего веса постепенно опускается вниз, при этом пропуская через себя потоки добываемого пластового флюида, что создает существенно меньшее сопротивление для потока, чем аналоги. При этом веса корпуса-утяжелителя 1 скребка 2 достаточно, чтобы под действием силы гравитации устройство опускалось.
В процессе опускания режущие элементы 3 находятся в частично открытом положении и в местах накопления АСПО на внутренней стенки НКТ складываются, образуя гладкую поверхность для обеспечения беспрепятственного спуска до заданной глубины и исключения запутывания проволоки из-за разности скоростей подачи лебедки и спуска скребка 2. В данном случае при опускании скребка происходит частичное срезание АСПО. При чрезмерном давлении на режущие элементы 3 в случае повышенной плотности парафина или кривизны профиля скважины, или прохода резьбового соединения НКТ, эластичные режущие элементы 3 прижимаются к корпусу скребка 2, проталкивая верхнюю втулку 5 вверх по поверхности корпуса-утяжелителя 1. При этом исключается застревание устройства в скважине и обеспечивается срезание АСПО при любых толщинах их в НКТ.
При достижении нижнего положения устройство поднимают лебедкой, установленной на устье скважины. При этом силы гравитации и давление парафиновой пробки действуют на подвижную верхнюю втулку 5, которая в свою очередь расширяет эластичные режущие элементы 3 для эффективного среза АСПО. Так же, как и при спуске, в процессе подъема устройства при чрезмерном давлении на режущие элементы 3 в случае повышенной плотности АСПО или кривизны профиля скважины, или прохода резьбового соединения НКТ, эластичные режущие элементы 3 прижимаются к поверхности корпуса-утяжелителя 1, проталкивая подвижную верхнюю втулку 5 скребка 2 вверх по корпусу-утяжелителю 1. Так как верхняя втулка 5 скребка 2 охватывает внешние стенки корпуса-утяжелителя 1 с возможностью вращения и скольжения по нему в осевом направлении, при работе скребка 2 режущие элементы 3 могут менять свой диаметр, а также угол резания, благодаря чему скребок способен проходить в трубе при любой интенсивности АСПО.
В случае, когда нижняя втулка 4 скребка 2 зафиксирована на корпусе-утяжелителе 1 с возможностью радиального вращения, постоянно меняется угол срезания режущими элементами 3 АСПО, благодаря чему еще в большей степени повышается эффективность очистки НКТ.
Предлагаемая конструкция устройства для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорной трубы имеет следующие преимущества:
- может использоваться с любыми установками и механизмами депарафинизации скважин;
- обеспечивает качественную непрерывную очистку внутренней поверхности колонны;
- минимизация рисков подбросов, остановок, застреваний при прохождении сужений и препятствий в колонне НКТ в обоих направлениях;
- легкость монтажа в лубрикатор без применения спецтехники.