Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ КОЛОННЫ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН ОТ ПАРАФИНА

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для удаления парафина с внутренней поверхности насосно-компрессорных труб (НКТ) нефтяных скважин, оборудованных электроцентробежными насосами.

Известен плунжер-скребок, состоящий из корпуса с лабиринтным уплотнением на наружной поверхности, скребка и клапана, выполненного в виде шарнирно закрепленной на оси подпружиненной заслонки с храповиком, взаимодействующим с биметаллической пластиной, закрепленной на корпусе (а.с. СССР №244251, Е21B 37/02; Е21B 43/00, 01.01.1969 г,).

Известный плунжер-скребок имеет ряд недостатков:

- высока вероятность застревания плунжера-скребка на стыках между трубами колонны НКТ, где возможно смещение торца одной трубы относительно торца другой, из-за малой разницы между наружным диаметром корпуса и внутренним диаметром трубы, необходимой для обеспечения эффективной работы лабиринтного уплотнения;

- ненадежность работы механизма с фиксирующей биметаллической пластинкой при больших дебитах нефтяных скважин и малой их глубине, поскольку температура нефти от забоя до устья не успевает измениться или же значительно меньше порога чувствительности механизма.

Известно устройство для очистки внутренней поверхности труб, включающее корпус, имеющий камеру, сообщающуюся через центральный и боковые каналы с трубным пространством, причем в камере размещен подпружиненный клапан, перекрывающий центральный клапан и связанный с гибким элементом, служащим для подвески устройства при его спуске в трубе (а.с. СССР №912915, Е21B 37/02; В09B 9/08, 15.03.1982 г.).

Недостатками известного устройства являются:

- необходимость перевода скважины с нормального режима работы на особый - работа через затрубье;

- необходимость использования для проталкивания устройства в трубе и удаления тем самым парафиносмолистых отложений со стенок трубы, для вытеснения на забой скважины имеющейся в трубе жидкости и парафиносмолистых отложений специальной жидкости, заканчиваемой под давлением в трубу;

- эпизодический характер процесса очистки;

- образование парафиносмолистых отложений на поверхностях затрубья.

Известно устройство для очистки нефтепромысловых труб от парафина, включающее раздвижной скребок и связанный с ним грузик, ось которого расположена эксцентрично относительно оси раздвижного скребка (а.с. СССР №1183663, Е21B 37/02, 07.10.1985 г.).

Недостатком известного устройства является то, что при подъеме устройства вверх в момент прохождения стыка труб, где вероятно смещение торца одной трубы относительно торца другой, возможен зацеп неподвижного или подвижного ножа раздвижного скребка за торец трубы и, как следствие, поломка скребка под нагрузкой, превышающей рабочую нагрузку.

Известно устройство для осуществления способа депарафинизации насосно-компрессорных труб нефтяных скважин, включающее лебедку с барабаном и электродвигателем, подключенную через устройство коммутации к блоку управления, сообщенного с датчиками, гибкий элемент - трос со скребком, установленным в насосно-компрессорной трубе нефтяной скважины, систему контроля, состоящую из рычага, ролика и элемента датчиков, отслеживающую положение скребка и провисание, заклинивание или избыточное натяжение троса (патент РФ №2090739, Е21B 37/02, 20.09.1997).

Известное устройство имеет ряд недостатков:

- сложность конструкции системы контроля положения скребка и состояния троса;

- возможность провисания и заклинивания троса;

- вероятность прогиба троса в направлении, обратном нормальному изгибу троса на барабане лебедки;

- постоянная работа лебедки по перемещению скребка при очистке насосно-компрессорных труб от парафина;

- не используется энергия потока рабочей среды в насосно-компрессорной трубе для перемещения скребка.

Известно устройство для очистки колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) нефтяных скважин от парафина, поршень и скребок в составе его, с вариантами (патент РФ №2312206, Е21 37/00, 10.12.2007), которое включает лебедку с барабаном и электродвигателем, гибкий элемент - проволоку со скребком на конце и систему контроля. К скребку снизу прикреплены другой скребок, образующий с ним очистную пару скребков, к которой последовательно прикреплен друг другу сверху вниз, утяжелитель и вторая очистная пара скребков, в совокупности образующие подвесной очистной комплекс. На проволоку нанизаны с возможностью перемещения вдоль нее очистная пара скребков, утяжелитель, поршень и вторая очистная пара скребков - летающий очистной комплекс. Проволока на выходе из скважины перекинута через ролик системы контроля и намотана на барабан лебедки. Скребок включает корпус с узлами присоединения, два подвижных элемента с ножами, четыре шипа. Согласно изобретению корпус выполнен полым, коробчатого сечения. Узлы присоединения имеют осевые каналы. Подвижные элементы П-образной формы поперечного сечения плотно охватывают стенками корпус и с двух направлений подпружинены относительно корпуса.

Известное устройство имеет недостаток, заключающийся в том, что скребки имеют плотно прилегающие к стенке колонны НКТ ножи с цилиндрической поверхностью, что создает значительные усилия трения при движении скребков по НКТ, уплотнение парафина и снижает эффективность процесса удаления отложений с внутренней поверхности НКТ.

Известно устройство для очистки колонны насосно-компрессорных труб нефтяных скважин от парафина (патент РФ №2495995, Е21B 37/02, 20.10.2013), содержащее лебедку с барабаном и электродвигателем, подключенную через узел коммутации к блоку управления, сообщенному с датчиком, гибкий элемент - проволоку со скребком на конце, установленным в колонне насосно-компрессорных труб, систему контроля, состоящую из рычага, ролика и датчика, отслеживающую натяжение проволоки и положение скребка, к которому прикреплен утяжелитель, а проволока при этом проходит через сальниковое устройство и на выходе из скважины перекинута через ролик системы контроля и намотана на барабан лебедки, установленной ниже ролика на скважине, причем барабан местом набегания наматываемой проволоки на него обращен в сторону от ролика, кроме того, ролик установлен на подпружиненный рычаг, телескопически сочлененный со стержнем, установленным с возможностью перемещения вдоль оси в направляющих на скважине, причем пружина рычага выполнена составной из двух и более частей с разными характеристиками. К блоку управления подключен регулятор скорости вращения электродвигателя, а на ролике установлен определитель местонахождения скребка и определитель направления вращения ролика, выполненные в виде двух герконов и магнитов, причем магниты установлены на ролике, а герконы - на рычаге ролика на расстоянии, при котором перекрывается зона взаимодействия их магнитных полей, и на конце стержня, телескопически сочлененного с подпружиненным рычагом ролика, установлен датчик минимального веса в виде геркона и магнитов, причем геркон смонтирован на конце стержня из немагнитного материала, а магниты смонтированы на конце стержня с возможностью их отделения от геркона направляющей трубой. Скребок выполнен в виде шнека, разделенного на две части, которые в сборе на общей оси создают полный профиль шнека, причем каждая из частей шнека взаимно противоположного вращения снабжена фиксатором поворота, обеспечивающим свободное вращение шнека при движении скребка вниз и фиксацию от вращения шнека при движении скребка вверх. Крепление гибкого элемента-проволоки на барабане выполнено на оси, имеющей свободу вращения и позволяющей вращать барабан по окончании разматывания проволоки и наматывания проволоки на барабан в противоположную сторону с одновременным вращением ролика, через который перекинута проволока.

Недостатками известного устройства являются:

- сравнительно низкая надежность;

- ограниченные технологические возможности;

- большая трудоемкость монтажных работ.

Данное устройство наиболее близко к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемым результатам.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей, повышение производительности и сокращение затрат времени на проведение операции по очистке труб.

Технический результат - повышение надежности работы устройства под нагрузкой, за счет выполнения оптимальной конфигурации рабочих элементов скребка.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в устройстве для очистки колонны насосно-компрессорных труб нефтяных скважин от парафина, содержащем лебедку с барабаном и электродвигателем, подключенную через узел коммутации к блоку управления, сообщенному с датчиком, гибкий элемент - проволоку со скребком на конце, установленным в колонне насосно-компрессорных труб, систему контроля, состоящую из рычага, ролика и датчика, отслеживающую натяжение проволоки и положение скребка, к которому прикреплен утяжелитель, а проволока при этом проходит через сальниковое устройство и на выходе из скважины перекинута через ролик системы контроля, и намотана на барабан лебедки, установленной ниже ролика на скважине, причем барабан местом набегания наматываемой проволоки на него обращен в сторону от ролика, кроме того, ролик установлен на подпружиненный рычаг, телескопически сочлененный со стержнем, установленным с возможностью перемещения вдоль оси в направляющих на скважине, причем пружина рычага выполнена составной из двух и более частей с разными характеристиками, и к блоку управления подключен регулятор скорости вращения электродвигателя, а на ролике установлен определитель местонахождения скребка и определитель направления вращения ролика, выполненные в виде двух герконов и магнитов, причем магниты установлены на ролике, а герконы на рычаге ролика на расстоянии, при котором перекрывается зона взаимодействия их магнитных полей, и на конце стержня, телескопически сочлененного с подпружиненным рычагом ролика установлен датчик минимального веса в виде геркона и магнитов, причем геркон смонтирован на конце стержня из немагнитного материала, а магниты смонтированы на конце стержня с возможностью их отделения от геркона направляющей трубой, а скребок выполнен в виде шнека, разделенного на две части, которые в сборе на общей оси создают полный профиль шнека, причем каждая из частей шнека взаимно противоположного вращения, снабжена фиксатором поворота, обеспечивающим свободное вращение шнека при движении скребка вниз и фиксацию от вращения шнека при движении скребка вверх, кроме того, крепление гибкого элемента - проволоки на барабане выполнено на оси, имеющей свободу вращения и позволяющей вращать барабан по окончании разматывания проволоки и наматывание проволоки на барабан в противоположную сторону с одновременным вращением ролика, через который перекинута проволока, согласно изобретению на концах скребка смонтированы кольцевые резцы предварительной очистки разного диаметра на каркасе из двух перпендикулярно сопрягаемых пластин, у которого с одной стороны смонтирована резьбовая втулка, а с другой - резьбовая ось с монтажно-технологическим отверстием, а винтовые поверхности частей шнека противоположного вращения выполнены не сплошными вдоль продольной оси полого стержня, с возможностью вращения его на валу с зазором, позволяющим шнеку своей цилиндрической поверхностью центрироваться относительно внутренней поверхности НКТ независимо от не концентричности НКТ в муфтовых соединениях, при этом на валу выполнено монтажно-технологическое отверстие для сборки скребка на устье скважины.

Кроме того, согласно изобретению винтовые поверхности частей шнека противоположного вращения выполнены с зазорами, перекрываемымми взаимно в фиксированном положении частей шнека до полного сечения очищаемой трубы, и шнек установлен на валу с зазором, позволяющим ему также своей цилиндрической поверхностью центрироваться относительно внутренней поверхности НКТ независимо от не концентричности НКТ в муфтовых соединениях.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

- Фиг. 1 - общая схема устройства;

- Фиг. 2 - вид А с фиг. 1 с видом скребка с не сплошной винтовой поверхностью шнека;

- Фиг. 3 - вид А с фиг. 1 с видом скребка, винтовая поверхность шнека у которого выполнена с зазорами;

- Фиг. 4 - Вид Б с фиг. 1 с видом на датчик минимального веса;

- Фиг. 5 - Вид В с фиг. 1 с видом ролика;

- Фиг. 6 - Вид М с фиг. 2 на кольцевые резцы скребка;

- Фиг. 7 - Вид Г с фиг. 1 с видом крепления проволоки;

- Фиг. 8 - сеч. Ц-Ц с фиг. 7 с видом на «удавку» - соединение проволоки с тросом.

Устройство для очистки колонны насосно-компрессорных труб нефтяных скважин от парафина (фиг. 1) содержит лебедку 1 с барабаном 2 и электродвигателем 3, подключенную через узел коммутации 4 к блоку управления 5, сообщенному с датчиками 6, гибкий элемент - проволоку 7 со скребком 8 на конце, установленным в колонне насосно-компрессорных труб 9, систему контроля 10, состоящую из рычага 11, ролика 12 и датчиков 6, отслеживающую натяжение проволоки 7 и положение скребка 8, к которому прикреплен утяжелитель 13 (фиг. 2), а проволока 7 при этом проходит через сальниковое устройство 14 и на выходе из скважины перекинута через ролик 12 системы контроля 10 и намотана на барабан 2 лебедки 1, установленной ниже ролика 12 на скважине, причем барабан 2 местом набегания наматываемой проволоки 7 на него обращен в сторону от ролика 12, кроме того, ролик 12 установлен на подпружиненный рычаг 11, телескопически сочлененный со стержнем 15, установленным с возможностью перемещения вдоль оси в направляющей трубе 16 на скважине. К блоку управления 5 подключен регулятор скорости вращения 17 электродвигателя 3, причем пружина 18 рычага 11 выполнена составной из двух и более частей с разными характеристиками, а на ролике 12 установлен определитель 19 местонахождения скребка 8 и определитель 20 направления вращения ролика 12 в виде двух герконов 21 и магнитов 22 (фиг. 4), причем магниты 22 установлены на ролике 12, а герконы 21 - на подпружиненном рычаге 11 ролика 12 на расстоянии, при котором перекрывается зона взаимодействия их магнитных полей, и на конце стержня 15, телескопически сочлененного с подпружиненным рычагом 11 ролика 12, установлен датчик 6 минимального веса в виде геркона 21 и магнитов 22, причем геркон 21 смонтирован на конце стержня 15 (фиг. 4) из немагнитного материала, а магниты 22 смонтированы на конце стержня 15 с возможностью их отделения от геркона 21 направляющей трубой 16, а скребок 8 выполнен в виде шнека 23 (фиг. 2), разделенного на две части, которые в сборе на общей оси 24 создают полный профиль шнека 23, причем каждая из частей шнека 23 снабжена взаимно противоположного вращения фиксатором 25 поворота, обеспечивающим свободное вращение шнека 23 при движении скребка 8 вниз и фиксацию от вращения шнека 23 при движении скребка 8 вверх, кроме того, крепление гибкого элемента - проволоки 7 на барабане 2 выполнено на оси 26 (фиг. 8), имеющей свободу вращения и позволяющей вращать барабан 2 по окончании разматывания проволоки 7 и наматывания проволоки 7 на барабан 2 в противоположную сторону с одновременным вращением ролика 12, через который перекинута проволока 7.

Проволока 7 на барабане 2 связана с тросом 28 с помощью удавки 27.

Винтовые поверхности частей шнека 23 противоположного вращения выполнены не сплошными вдоль продольной оси полого стержня 24, вращающегося на валу 29 с зазором «в» (фиг. 2).

На концах скребка 23 смонтированы кольцевые резцы 30 предварительной очистки разного диаметра на каркасе 31 из двух перпендикулярно сопрягаемых пластин 32 и 33, у которого с одной стороны смонтирована резьбовая втулка 34, а с другой - резьбовая ось 35 с монтажно-технологическим отверстием «В».

Устройство для очистки колонны насосно-компрессорных труб нефтяных скважин от парафина (фиг. 1) работает следующим образом. С помощью лебедки 1 с барабаном 2 и электродвигателем 3, подключенным через узел коммутации 4 к блоку управления 5 происходит перемещение скребков 8 в колонне насосно-компрессорных труб 9 и срезание отложений парафина. Система контроля 10, состоящая из рычага 11, ролика 12 и датчиков 6, отслеживающая натяжение проволоки 7 и положение скребка 8 осуществляется следующим образом. При малейшем ослаблении натяжения проволоки 7 ролик 12 с помощью пружины 18 мгновенно выбирает слабину и постоянно поддерживает натяжение стальной проволоки 7, отслеживая ее ослабление в пределах возможности системы контроля 10. Регулятор скорости вращения 17 обеспечивает плавный подъем и опускание скребка 8, автоматическое регулирование скорости вращения электродвигателя 3 от сигнала датчика 6 минимального веса. Датчик 6 минимального веса в нормальном состоянии имеет всегда замкнутый геркон 21. При отложениях парафина, что соответствует и равнозначно уменьшению веса скребка 8, происходит разжим пружины 18 и движение стержня 15 вверх, при этом датчик 6 начинает входить в направляющую трубу 16, магнитно-силовые линии датчика 6 размыкаются, и идет команда через блок управления 5 и регулятор скорости вращения 17 электродвигателя 3 на его остановку и далее на включение электродвигателя 3 в обратную сторону и подъем скребка 8 на заданное расстояние. При этом при подъеме скребка 8 дополнительно, более тщательно, очищаются стенки труб 9. После подъема скребка 8 до первоначального состояния датчиком 6 минимального веса дается команда на опускание скребка 8, повторяющая до тех пор, пока скребок 8 не пройдет на место скопления парафина. Утяжелитель 13 установлен для набора необходимого веса скребков 8. Гибкий элемент - проволока 7 проходит через сальниковое устройство 14. Для плавной работы лебедки 1 в режиме подъема скребка 8 внутри скважины, пружина рычага 18 выполнена составной из двух и более частей с разными характеристиками. Глубину очистки насосно-компрессорных труб 9 по длине опускаемой проволоки 7 находит определитель местонахождения скребка 8. Определитель местонахождения скребка 8 выполнен из двух герконов 21 и магнитов 22, причем магниты 22 установлены на ролике 12, а герконы 21 на рычаге 11 ролика 12 на расстоянии, при котором перекрывается зона взаимодействия их магнитных полей, обеспечивающая последовательное срабатывание обоих герконов 21 по направлению вращения ролика 12. С началом движения скребка 8 вниз начинает вращаться ролик 12 с магнитами 22, которые при каждом обороте проходят последовательно мимо двух герконов 21, которые также срабатывают при каждом обороте. Направление вращение ролика 12 при спуске скребка 8 подтверждается блоку управления 5 срабатыванием герконов 21 в определенной последовательности. В блоке управления 5 имеются счетчик оборотов подвижного ролика 12. Отсчет движения скребка 8 вниз в скважину начинается от сальникового устройства 14, и при этом, имеющийся в блоке управления 5 счетчик оборотов ролика 12 сбрасывает в «ноль». Изначально на барабан 2 наматывается известная длина проволоки 7. При опускании скребка 8 известно количество проволоки 7 в каждый момент опускания. При опускании скребка 8 на ролике 12 возможно ослабление прилегания проволоки 7 и появление погрешности по длине спускаемой проволоки 7. Чтобы исключить погрешность длины проволоки 7 (т.е. глубины нахождения скребка 8) полностью разматывают проволоку 7 с барабана 2 и барабан 2, вращаясь, начинает поднимать скребок 8. По мере фиксирования момента вращения в другую сторону подвижного ролика 12, блок управления 5 фиксирует конец проволоки 7 и происходит сравнение истинной величины проволоки 7 с показаниями счетчика блока управления 5. При расхождении истинной величины длины проволоки 7, спущенной в скважину с показаниями счетчика блока управления 5 в его показания записывается истинная длина проволоки 7. При подъеме скребка 8, ввиду того, что проволока 7 всегда натянута, расслабление проволоки 7 никогда не происходит. Показания счетчиков оборотов всегда достоверны, т.е. соответствуют известной длине проволоки 7. С окончанием проволоки 7 на барабане 2 лебедка 1, продолжая вращение барабана 2, начинает наматывать проволоку 7 в другую сторону с одновременным вращением ролика 12 также в другую сторону. Сигнал вращения ролика 12 в другую сторону означает конец проволоки 7. Крепление гибкого элемента - проволоки 7 на барабане 2 выполнено на оси 26, имеющей свободу вращения, что позволяет вращать барабан 2 по окончании разматывания проволоки 7 и наматывание проволоки 7 на барабан 2 в противоположную сторону с одновременным вращением ролика 12, через который перекинута проволока 7.

Крепление гибкого элемента - проволоки 7 на барабане 3 осуществлено с помощью удавки 27, образованной тросом 28 с проволокой 7, причем трос 28 базируется на оси 26 с канавкой для заделки концов троса (фиг. 7, 8), что предотвращает излом проволоки 7 в месте присоединения ее к барабану 2.

Выполнение скребка 8 в виде шнека 23, разделенного на две части, взаимно противоположного вращения, которые в сборе на общей оси 24 создают полный профиль шнека 23 позволяет менять конфигурацию скребка 8 при его движении вверх или вниз по колонне НКТ 9, фиксируя разделенные части шнека 23 фиксаторами 25 поворота, обеспечивающими свободное вращение шнека 23 при движении скребка 8 вниз и фиксацию от вращения шнека 23 при движении скребка 8 вверх, что позволяет уменьшить усилия на скребке 8 по очистке стенок труб 9 от отложений парафина. Взаимно противоположное вращение частей шнека 23 исключает закрутку проволоки при подъеме и опускании скребка 8 в трубе 9.

При этом скребок 8, у которого винтовые поверхности частей шнека 23 противоположного вращения, выполнены не сплошными вдоль продольной оси полого стержня 24, вращающегося на валу 29 с зазором «в», позволяющим шнеку 23 своей цилиндрической поверхностью центрироваться относительно внутренней поверхности НКТ 9 независимо от не концентричности НКТ 9 в муфтовых соединениях, а на оси выполнено монтажно-технологическое отверстие "d" для сборки скребка 8 на устье скважины (фиг. 2).

Винтовые поверхности частей шнека 23 противоположного вращения выполнены с зазорами, перекрываемыми взаимно в фиксированном положении частей шнека 23 до полного сечения очищаемой трубы, а на валу шнека 23 выполнено монтажно-технологическое отверстие для сборки скребка 8 на устье скважины (не показаны).

На концах скребка 23 смонтированы кольцевые резцы 30 предварительной очистки разного диаметра на каркасе 31 из двух перпендикулярно сопрягаемых пластин 32 и 33, у которого с одной стороны смонтирована резьбовая втулка 34, а с другой - резьбовая ось 35 с монтажно-технологическим отверстием «В».

Выполнение шнеков 23 не сплошными и с зазорами предотвращает образование сплошного скопления парафина в виде «поршня» на поверхности шнека 23 внутри НКТ 9.

Реализация предложенного изобретения позволит повысить надежность работы устройства под нагрузкой, расширить функциональные возможности, сократить затраты времени на проведение операции по очистке труб за счет выполнения оптимальной конфигурации рабочих элементов скребка.