Устройство для очистки труб при подъёме из скважины
PIPE CLEANING DEVICE WHEN LIFTING FROM A WELL

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, предназначено для очистки наружной поверхности насосно-компрессорных труб (НКТ)  от отложений и грязи при подъеме из нефтяных скважин с целью улучшения условий труда обслуживающего персонала и исключения загрязнения окружающей территории скважины при ремонтных работах.
Известно устройство для очистки труб (патент RU № 2023869, опубл. 30.11.1994), содержащее установленную в полый цилиндрический корпус кольцевую обойму с эластичной манжетой, выполненную в виде двух раздельных сегментов, образующих в сомкнутом по плоскости разъема состоянии центральное отверстие для прохода очищаемых труб с минимальным зазором, эластичную манжету, плотно охватывающую снаружи поверхность очищаемых труб и выполненную с неограниченной возможностью движения в различных радиальных направлениях.
Недостатки данного устройства:
- низкое качество очистки наружной поверхности труб от загрязнений и быстрый односторонний износ внутренней рабочей поверхности. Это происходит из-за того, что НКТ всегда располагаются в скважине со смещением от вертикальной оси, осуществляя одностороннее силовое воздействие на рабочую внутреннюю поверхность эластичной манжеты, а так как она жестко закреплена в специальной обойме, то происходит односторонняя выработка ее внутренней рабочей поверхности;
- ухудшаются условия труда обслуживающего персонала, так как персоналу приходится работать с некачественно очищенными при подъёме трубами;
- загрязнение окружающей территории скважины при ремонтных работах. Это связано с тем, что грязь, оставшаяся на трубах после подъёма труб из скважины в процессе перекладывания труб на мостки распространяется по окружающей территории скважины;
- ухудшается экологическая обстановка на скважине, так как некачественно очищенные трубы укладываются на мостки;
- снижается культура работы обслуживающего персонала, так как им приходиться работать с некачественно очищенными трубами.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для очистки труб (патент RU № 2253007, опубл. 27.05.2005), содержащее установленную в полый цилиндрический корпус кольцевую обойму, выполненную в виде двух раздельных сегментов, образующих в сомкнутом по плоскости разъема состоянии центральное отверстие для прохода очищаемых труб с минимальным зазором, эластичную манжету, плотно охватывающую снаружи поверхность очищаемых труб, и выполненную с неограниченной возможностью движения в различных радиальных направлениях, при этом кольцевая обойма в виде двух кольцевых сегментов выполнена с кольцевой полостью, в которой размещена эластичная манжета для обеспечения неограниченной возможности ее движения в различных радиальных направлениях, полый цилиндрический корпус выполнен с конусным отверстием для установки кольцевой обоймы и имеет фланец с выдвижными упорами для жесткой фиксации кольцевой обоймы, а кольцевая обойма установлена в конусную поверхность цилиндрического корпуса и жестко зафиксирована выдвижными упорами.
Недостатки данного устройства:
- низкое качество очистки труб и быстрый износ эластичной манжеты в связи с её несовершенной конструкцией, вследствие того, что эластичная манжета выполнена из резины и подвергается циклам растяжения на муфте и сжатию на теле трубы при подъёме из скважины каждой трубы. В результате эластичная манжета изнашивается и её рабочая кромка  счищающая грязь и отложения с наружной поверхности труб теряет упругость и не охватывает плотно снаружи поверхность очищаемых труб. В итоге имеем некачественную очистку наружной поверхности поднимаемых из скважины труб;
- ухудшаются условия труда обслуживающего персонала, так персоналу приходится работать с некачественно очищенными при подъёме трубами;
- загрязнение окружающей территории скважины при ремонтных работах. Это связано с тем, что грязь, оставшаяся на трубах после подъёма труб из скважины в процессе перекладывания труб на мостки распространяется по окружающей территории скважины;
- ухудшается экологическая обстановка на скважине, так как некачественно очищенные трубы укладываются на мостки;
- снижается культура работы обслуживающего персонала, так как им приходиться работать с некачественно очищенными трубами.
Техническими задачами являются повышение качества очистки наружной поверхности труб и увеличение срока службы эластичной манжеты, а также улучшение условия труда обслуживающего персонала, исключение загрязнения окружающей территории скважины при ремонтных работах, а также улучшение экологической обстановки на скважине и повышение культуры производства при работе обслуживающего персонала.
Поставленные технические задачи решаются устройством для очистки поверхности  труб при подъёме из скважины, содержащим полый цилиндрический корпус,  выполненный с конусным отверстием  для установки кольцевой обоймы, и с фланцем  с выдвижными упорами  для жесткой фиксации кольцевой обоймы, а кольцевая обойма выполнена в виде двух кольцевых сегментов с кольцевой полостью, в которой размещена эластичная манжета, плотно охватывающая снаружи поверхность очищаемых труб.
Новым является то, что эластичная манжета выполнена в виде U образного уплотнения, состоящего из наружного и внутреннего   кольцевых уплотнений, соединенных между собой снизу плоским кольцом и образующих кольцевое пространство выше плоского кольца, причем наружное кольцевое уплотнение и плоское  кольцо внутри армированы Г образным металлическим кольцом из пружинной стали, при этом на внутреннее кольцевое уплотнение надета кольцеобразная витая пружина, причём кольцеобразная витая пружина плотно прижимает внутреннее кольцевое уплотнение к поверхности трубы рабочей поверхностью, причём рабочая поверхность внутреннего кольцевого уплотнения оснащена режущей кромкой, при этом режущая кромка внутри армирована металлическим кольцом треугольного сечения, причём в процессе подъёма трубы при  прохождении муфты трубы через внутреннее кольцевое уплотнение витая пружина разжимается наружу, а  при  прохождении тела трубы  через внутреннее кольцевое уплотнение кольцеобразная витая пружина сжимается внутрь.
На фиг. 1 схематично изображено устройство для очистки поверхности труб при
подъёме из скважины.
На фиг. 2 изображен общий вид эластичной манжеты.
На фиг. 3 схематично в увеличенном разрезе изображена эластичная манжета при очистке поверхности тела трубы.
На фиг. 4 схематично в увеличенном разрезе изображена эластичная манжета при очистке поверхности муфты.
На фиг. 5 схематично в сечении А-А изображена кольцевая обойма, выполненная в виде двух кольцевых сегментов.
Устройство для очистки поверхности труб при подъёме из скважины содержит установленную в полый цилиндрический корпус 1 (см. фиг. 1) кольцевую обойму, выполненную в виде двух кольцевых сегментов 2' и 2" (см. фиг. 1, 3 и 4, 5).
Кольцевые сегменты 2' и 2" выполнены с кольцевой полостью 3 (см. фиг. 1, 3, 4), в которой размещена эластичная манжета 4 (см. фиг. 1-4), плотно охватывающая снаружи поверхность очищаемых труб 5 (см. фиг. 1, 3 и 4, 5).
Полый цилиндрический корпус 1 (см. фиг. 1) выполнен с конусным отверстием 6 (см. фиг. 1) для установки кольцевой обоймы и имеет фланец 7 с выдвижными упорами 8' и 8" для жесткой фиксации кольцевой обоймы, а кольцевая обойма установлена в конусное отверстие 6 цилиндрического корпуса 1 и жестко зафиксирована выдвижными упорами 8.
Эластичная манжета 4 (см. фиг. 1-4) выполнена виде U – образного уплотнения.
U – образное уплотнение состоит из наружного 9 (см. фиг. 2, 3 и 4) и внутреннего 10 кольцевых уплотнений, соединенных между собой снизу плоским кольцом 11 (см. фиг. 3 и 4).
Наружное 9 и внутреннее 10 кольцевые уплотнения, а также плоское кольцо 11 образуют кольцевое пространство 12 (см. фиг. 3 и 4) выше плоского кольца 11.
Наружное кольцевой уплотнение 9 и плоское кольцо 11 внутри армированы Г образным металлическим кольцом 13 (см. фиг. 2, 3 и 4) из пружинной стали с целью придания жёсткости эластичной манжете 4.
На внутреннее кольцевое уплотнение 10 надета кольцеобразная витая пружина 14 (см. фиг. 2, 3 и 4), Кольцеобразная витая пружина 14 плотно прижимает внутреннее кольцевое уплотнение 10 к поверхности трубы 5 рабочей поверхностью 15 (см. фиг. 3 и 4).
Рабочая поверхность 15 внутреннего кольцевого уплотнения 10 оснащена режущей кромкой, которая внутри армирована металлическим кольцом 16 (см. фиг. 3 и 4) треугольного сечения.
Например, металлические кольца 13, и кольцеобразная витая пружина 14 изготавливаются из пружинной стали марки 65 Г по ГОСТ 14959-79 «Прокат из рессорно-пружинной углеродистой и легированной стали». Технические условия.
Режущая кромка 15 эластичной манжеты 4 предназначена для очистки загрязнений с поверхности труб 5.
Загрязнения на наружной поверхности труб 5, подлежащие очистке, представляют собой шлам, песок, грязь, ржавчину, асфальтено-парафиновые отложения и т.д.
mр
м
В качестве труб 5 (см. фиг. 3 и 4), например используют колонну НКТ наружным диаметром по телу D = 60 мм с муфтой наружным диаметром D = 73 мм по ГОСТ 633-80.
тр
Наружное кольцевое уплотнение 9 (см. фиг. 2) эластичной манжеты 4 имеет наружный диаметр - D, например D = 110 мм, а внутреннее кольцевое уплотнение имеет внутренний диаметр d = 58 мм, так как наружный диаметр трубы 5 по телу D = 60 мм. Высота эластичной манжеты 4, например составляет В = 20 мм.
В процессе очистки наружной поверхности трубы 5 (см. фиг. 3 и 4) от загрязнений внутреннее кольцевое уплотнение 10 эластичной манжеты 4 благодаря кольцеобразной витой пружине 14 плотно прижимает внутреннее кольцевое уплотнение 10 к поверхности трубы 5 режущей кромкой рабочей поверхности 15.
Устройство работает следующим образом.
Перед подъёмом колонны труб 5 (см. фиг. 1) из скважины на опорный фланец (на фиг. 1-5 не показано) скважины крепят полый цилиндрический корпус 1 (см. фиг. 1) устройства.
Надевают эластичную манжету 4 на тело 17 (см. фиг. 3 и 4), поднимаемой из скважины трубы 5 снизу, затем наворачивают муфту 18 (см. фиг. 4) к резьбовой части трубы 5. Далее кольцевые сегменты 2' и 2" (см. фиг. 1 и 5) наводят на эластичную манжету 4 и смыкают их до контакта соответствующих торцов 19' и 19" (см. фиг. 5), а также 20' и 20" между собой.
Собранные кольцевые сегменты 2' и 2" вместе с трубой 5 перемещают вниз до упора наружных поверхностей кольцевых сегментов 2' и 2" в конусное отверстие 6 полого цилиндрического корпуса 1 (фиг. 4). Перемещением выдвижных упоров 8 внутрь конусного отверстия 6 фиксируют кольцевые сегменты 2' и 2" от осевого смещения при движении трубы 5 (фиг. 5).
Начинают подъём труб 5 из скважины.
В процессе подъёма трубы 5 из скважины:
- при прохождении тела 17 (см. фиг. 3) трубы 5 через эластичную манжету 4 внутреннее кольцевое уплотнение 10 плотно охватывает наружную поверхность тела трубы 5, при этом кольцеобразная витая пружина 14 сжимает внутреннее кольцевое уплотнение 10 внутрь и режущая кромка рабочей поверхности 15 эластичной манжеты 4 очищает загрязнения с наружной поверхности тела 17 трубы 5 в процессе перемещения трубы 5 вверх;
- при прохождении муфты 18 (см. фиг. 4) трубы 5 через эластичную манжету 4 внутреннее кольцевое уплотнение 10 плотно охватывает наружную поверхность тела 17 трубы 5, при этом кольцеобразная витая пружина 14 разжимает внутренне кольцевое уплотнение 10 наружу, а режущая кромка рабочей поверхности 15 эластичной манжеты 4 очищает загрязнения с наружной поверхности муфты 18 трубы 5 в процессе перемещения трубы 5 вверх.
В процессе работы устройства при переходе эластичной манжеты 4 (см. фиг. 3 и 4) с тела 17 трубы 5 (после очистки загрязнений с тела 17) на муфту 18 внутреннее кольцевое уплотнение 10 расширяется перемещается в кольцевое пространство 12 на расстояние – L.
Расстояние - L определяется перед изготовлением устройства и является различным в зависимости от наружного диаметра тела 17 трубы 5 и наружного диаметра муфты 18 трубы 5.
Расстояние - L рассчитывается из соотношения:
м
тр
L = (D - D) /2
м
где, D - наружным диаметр муфты 18 трубы 5, мм;
тр
D - наружный диаметром по телу 17 трубы 5, мм.
Подставляя числовые значения получим:
L = (73 мм – 60 мм) /2 = 6,5 мм.
В процессе работы устройства при переходе эластичной манжеты 4 (см. фиг. 3 и 4) с муфты 18 (после очистки загрязнений с муфты 18)   на тело 17 трубы 5 внутреннее кольцевое уплотнение 10 сжимается благодаря кольцеобразной витой пружине 14 и  перемещается из кольцевого пространства 12 ( см. фиг. 3) обратно на расстояние – L.
В процессе работы устройства все загрязнения с тела 17 трубы 5 и муфты 18 очищаются режущей кромкой 15, которая внутри армирована металлическим кольцом 16 треугольного сечения, что позволяет увеличить срок службы эластичной манжеты 4 до её износа.
Жесткость кольцеобразной витой пружины 14 подбирается опытным путём в зависимости от плотности загрязнений на наружной поверхности очищаемых труб 5, что обеспечивает постоянное плотное  прижатие режущей кромкой 15 эластичной манжеты 3 к телу 17 трубы 5 и муфте 18.
Таким образом усовершенствованная конструкция устройства для очистки труб при подъеме из скважины с эластичной манжетой 4, позволяет повысить качество очистки поверхности труб и увеличить срок службы эластичной манжеты до её износа.
Качественная очистка поверхности труб от загрязнения позволяет улучшить условия труда обслуживающего персонала, так как обслуживающий персонал на устье скважины работает с очищенными трубами.
Устройство позволяет исключить загрязнение окружающей территории скважины при ремонтных работах, так как трубы очищаются при подъёме на устье скважины и на мостки укладываются очищенными.
Улучшается экологическая обстановка на скважине, так как очищенные с поверхности труб загрязнения не распространяются за пределы устья скважины. Все это позволяет повысить культуру работы обслуживающего персонала.
Устройство позволяет:
- повысить качество очистки поверхности труб и увеличить срок службы эластичной манжеты до её износа;
- улучшить условия труда обслуживающего персонала;
- исключить загрязнения окружающей территории скважины при ремонтных работах;
- улучшить экологическую обстановку на скважине и повысить культуру работы обслуживающего персонала.