Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ ТРУБ ОТ ПАРАФИНА (ВАРИАНТЫ)

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 осиподпружиненной заслонки с храповиком, взаимодействующим с биметаллической пластинкой, закрепленной на корпусе (SU а.с. №244251 от 02.04.1964 г.; Е21В 37/02; Е21В 43/00).

Недостатками плунжера-скребка являются:

- высокая 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 также 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 канал и связанный с гибким элементом, служащим для подвески устройства при его спуске в трубе (SU а.с. №912915 от 07.07.1980 г.; Е21В 37/02; В09В 9/08).

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, закачиваемой под давлением в трубу;

- эпизодический характер процесса очистки;

- образование парафиносмолистых отложений на поверхностях затрубья.

Известно также устройство для очистки нефтепромысловых труб от парафина, включающее раздвижной скребок и связанный с ним грузик, ось которого расположена эксцентрично относительно оси раздвижного скребка (SU а.с. №1183663 А от 23.01.1984 г.; Е21В 37/02).

Недостатками аналога являются:

- 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; меньше внутреннего диаметра насосно-компрессорной трубы, иначе, как видно из чертежа, было бы невозможно сдвижение ножей внутрь при опускании устройства. Исходя из этого можно сделать вывод, что устройство после очистки труб оставляет за собой участки не срезанного слоя парафина.

Известно устройство для депарафинизации насосно-компрессорных труб, включающее полый цилиндрический корпус с установленными в его нижней части заглушкой и нижним ограничителем, цилиндрическую втулку с установленными на наружной поверхности ее резиновыми уплотнительными кольцами или кольцевыми выточками лабиринтного уплотнения, размещенную на корпусе с возможностью перемещения относительно его, верхний ограничитель перемещения втулки, закрепленный на корпусе, при этом выше заглушки в корпусе выполнены радиальные отверстия, а втулка установлена с возможностью перекрытия радиальных отверстий при перемещении ее до нижнего ограничителя, причем массы корпуса и втулки, их наружные диаметры и внутренний диаметр втулки выбираются из соотношения:

m_к/d²кн≤m_в/d²вн - d²вв;

где m_к, m_в - массы корпуса и втулки соответственно, кг;

dкн, dвн, dвв - диаметр корпуса наружный, диаметр втулки наружный и внутренний соответственно, м (SU а.с.№1682533 А1 от 11.08.1988 г.; Е21В 37/02).

Недостатками аналога являются:

- диаметр втулки из условия работоспособности резиновых уплотнительных колец или лабиринтного уплотнения должен быть на (0,5-2) мм меньше внутреннего диаметра НКТ, и, как следствие этого, возникает большая вероятность застревания устройства на стыках между трубами в колонне НКТ, поскольку суммарная эксцентричность одной трубы относительно другой в стыке между ними при свинчивании по резьбе равна 2 и более мм для НКТ минимального диаметра, равного 73 мм;

- неэффективный способ удаления парафина со стенок труб, при затвердевшем парафине удаление его затруднено, поскольку конструкция устройства не предусматривает наличие заточенных кромок, способных подрезать слой затвердевшего парафина.

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 (RU патент №2090739 от 16.11.1992 г.; Е21В 37/02).

Недостатки устройства:

- 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.

Известен скребок для очистки внутренних поверхностей труб от парафинистых и других отложений, состоящих 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 экцентриситетов 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 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.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является устройство для очистки колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) нефтяных скважин от парафина, поршень и скребок в составе его, с вариантами (RU патент №2312206 С1 от 27.03.2006 г.; Е21В 37/00). Данное известное устройство 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. 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.

Данное 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.

Технической задачей изобретения является создание устройства для очистки нефтепромысловых труб от парафина, конструкция которого обеспечивает снижение усилий для удаления отложений парафина с внутренней поверхности НКТ, надежность работы и упрощение конструкции скребка, сальникового устройства, утяжелителя и системы контроля за положением скребка и натяжением проволоки в колонне НКТ.

Техническая задача по устройству для очистки нефтепромысловых труб от парафина решается в двух вариантах.

Техническая задача по устройству для очистки нефтепромысловых труб от парафина по первому варианту, содержащему 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, решается согласно изобретению тем, что к блоку управления подключен регулятор скорости вращения электродвигателя и устройство снабжено двумя датчиками веса, один из которых установлен и настроен на максимальное усилие пружины рычага, воздействующего на ролик, а второй на минимальное усилие пружины рычага, причем пружина рычага выполнена составной из двух и более частей с разными характеристиками и на ролике установлен определитель местонахождения скребка в виде бесконтактного датчика и определитель направления, вращения ролика в виде другого бесконтактного датчика, расположенного со смещением относительно первого по окружности диаметрально расположенных отверстий на ролике, кроме того, скребок выполнен в виде корпуса, несущего кольцевые ножи с треугольным сечением и один концевой, полый конический нож, причем кольцевые ножи с треугольным сечением зафиксированы в корпусе направляющими и втулками с отверстиями для перетекания продукта скважины, и наряду с этим устройство снабжено утяжелителем скребка в виде пружины, установленной в лубрикаторе, опирающейся на шайбы с отверстиями для прохождения гибкого элемента - проволоки, а сальниковое устройство для проволоки снабжено прокладками из эластомера и прокладками из жесткого материала, которые установлены попеременно, и при этом прокладки из жесткого материала имеют зазор с проволокой, увеличенный по сравнению с зазором с проволокой у прокладок из эластомера.

Техническая задача по устройству для очистки нефтепромысловых труб от парафина по второму варианту, содержащему 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, решается согласно изобретению тем, что к блоку управления подключен регулятор скорости вращения электродвигателя, и устройство снабжено датчиком расстояния, установленным ниже подпружиненного рычага на лубрикаторе колонны насосно-компрессорных труб, причем пружина рычага выполнена составной из двух и более частей с разными характеристиками, на ролике установлен определитель местонахождения скребка в виде бесконтактного датчика и определитель направления вращения ролика в виде другого бесконтактного датчика, расположенного со смещением относительно первого по окружности диаметрально расположенных отверстий на ролике, кроме того, скребок выполнен в виде корпуса, несущего кольцевые ножи с треугольным сечением и один концевой, полый конический нож, причем кольцевые ножи с треугольным сечением зафиксированы в корпусе направляющими и втулками с отверстиями для перетекания продукта скважины, и наряду с этим устройство снабжено утяжелителем скребка в виде пружины, установленной в лубрикаторе, опирающейся на шайбы с отверстиями для прохождения гибкого элемента - проволоки, а сальниковое устройство для проволоки снабжено прокладками из эластомера и прокладками из жесткого материала, которые установлены попеременно, и, при этом, прокладки из жесткого материала имеют зазор с проволокой, увеличенный по сравнению с зазором с проволокой у прокладок из эластомера.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 показана общая схема устройства по первому варианту;

на фиг.2 показана общая схема устройства по второму варианту;

на фиг.3 - выноска А с фиг.1 с видом скребка;

на фиг.4 - выноска Г с фиг.3, кольцевой нож скребка;

на фиг.5 - выноска Б с фиг.1, утяжелитель скребка;

на фиг.6 - выноска В с фиг.1 с видом ролика;

на фиг.7 - сальниковое устройство;

на фиг.8 - выноска Д с фиг.7 с прокладками сальникового устройства.

Устройство для очистки нефтепромысловых труб от парафина по первому варианту исполнения (фиг.1) содержит лебедку 1 с барабаном 2 и электродвигателем 3, подключенную через узел коммутации 4 к блоку управления 5, сообщенному с датчиками веса 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 веса 6, отслеживающую натяжение проволоки 7 и положение скребка 8, к которому прикреплен утяжелитель 13, 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 направляющих 16 на скважине и опирающимся на датчики веса 6. К блоку управления 5 подключен регулятор скорости вращения 17 электродвигателя 3 и устройство снабжено двумя датчиками веса 6, один из которых установлен и настроен на максимальное усилие пружины 18 рычага 11, воздействующего на ролик 12, а второй на минимальное усилие пружины 18 рычага 11, причем пружина 18 рычага 11 выполнена составной из двух и более частей с разными характеристиками и на ролике 12 установлен определитель местонахождения скребка 8 в виде бесконтактного датчика 19 и определитель направления вращения ролика 12 в виде другого бесконтактного датчика 20, расположенного со смещением относительно первого по окружности диаметрально расположенных отверстий на ролике 12, кроме того, скребок 8 выполнен в виде корпуса 21 (фиг.3), несущего кольцевые ножи 22 с треугольным сечением и один концевой, полый конический нож 23, причем кольцевые ножи 22 с треугольным сечением зафиксированы в корпусе 21 направляющими 24 и втулками 25 с отверстиями для перетекания продукта скважины, и наряду с этим устройство снабжено утяжелителем 13 скребка 8 в виде пружины 26 (фиг.4, 5), установленной в лубрикаторе 27 (фиг.1, 2), опирающейся на шайбы 28 (фиг.5) с отверстиями для прохождения гибкого элемента - проволоки 7, а сальниковое устройство 14 для проволоки 7 снабжено прокладками 29 из эластомера и прокладками 30 (фиг.7) из жесткого материала, которые установлены попеременно, и, при этом, прокладки 30 (фиг.8) из жесткого материала имеют зазор с проволокой 7, увеличенный по сравнению с зазором с проволокой 7 у прокладок 29 из эластомера.

Устройство для очистки нефтепромысловых труб от парафина по второму варианту исполнения в основном идентично первому варианту и отличается тем, что отсутствует два датчика веса 6, но при этом устройство снабжено датчиком расстояния 31 (фиг.2), установленным ниже подпружиненного рычага 11 на лубрикаторе 27 колонны насосно-компрессорных труб 9.

Устройство для очистки нефтепромысловых труб от парафина по первому варианту работает следующим образом.

С помощью лебедки 1 с барабаном 2 и электродвигателя 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 веса 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 ослабления в пределах возможности системы контроля 10.

Датчики веса 6 постоянно взвешивают суммарный вес очистных скребков 8, утяжелителя 13, постоянно удлиняющейся проволоки 7 и прочего оборудования скважины и передают данные в блок управления 5. Блок управления 5 отслеживает расчетную степень нарастания суммарного веса за счет увеличения длины проволоки 7, при нормальной скорости движения скребков 8 вниз. Малейшие изменения скорости опускания, выражающиеся в ослаблении натяжения проволоки 7, постоянно отслеживаются и парируются роликом 12. При значительных уменьшениях скорости движения скребков 8 вниз при утолщении слоя парафина на стенках или даже при его остановке (застревании) в местах скопления значительного количества парафина, блок управления 5 регистрирует уменьшение степени нарастания суммарного веса или отсутствие нарастания и дает команду сначала на остановку электродвигателя 3 лебедки 1 с барабаном 2, затем на включение электродвигателя 3 в обратную сторону и подъем скребков 8 на заданное расстояние, при этом при подъеме скребков 8 дополнительно, более тщательно, очищаются стенки труб. После подъема скребки 8 начинают опускать и повторяют подъем и опускание скребков 8 до тех пор, пока скребки 8 не пройдут место скопления парафина.

Регулятор скорости вращения 17 обеспечивает плавный подъем и опускание скребка 8, автоматическое регулирование скорости вращения электродвигателя 3 от сигнала датчиков веса 6.

Утяжелитель 13 установлен для набора необходимого веса скребков 8 за счет использования усилий сжатия пружины 26 в процессе работы устройства.

Наличие в скребке 8 двух кольцевых ножей 22 с треугольным сечением и концевого полого конического ножа 23, зафиксированных в корпусе 21 направляющими 24 и втулками 25 с диаметрально расположенными отверстиями для перетекания продукта скважины, обеспечивает снижение усилий для удаления отложений парафина.

Гибкий элемент - проволока 7 проходит через сальниковое устройство 14 с прокладками 29 из эластомера и прокладками 30 из жесткого материала, которые установлены попеременно, а прокладки 30 из жесткого материала имеют зазор с проволокой 7, увеличенный по сравнению с зазором с проволокой 7 у прокладок 29 из эластомера.

Прокладки 29 из эластомера имеют возможность отклоняться при контакте с проволокой 7 в любом направлении ее движения за счет увеличенного зазора с проволокой 7 у прокладок 30 из жесткого материала, который заполняется парафином, что способствует эффективной работе сальникового устройства 14, так как парафин дополнительно выполняет функцию уплотнительного материала.

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 через бесконтактный датчик 19 в сочетании с диаметрально расположенными отверстиями на ролике 12, который работает в совокупности с определителем направления вращения ролика 12 в виде другого бесконтактного датчика 20, расположенного со смещением относительно первого 19 по окружности диаметрально расположенных отверстий, данные от которых через узел коммутации 4 переходят в блок управления 5.

Устройство для очистки нефтепромысловых труб от парафина по второму варианту работает аналогично первому варианту.

С помощью лебедки 1 с барабаном 2 и электродвигателя 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 датчика расстояния 31, 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 ослабления в пределах возможности системы контроля 10.

Установленные минимальные и максимальные показания датчика расстояния 31, соответствующие минимальному и максимальному усилию пружины рычага 18, переносятся и фиксируются через узел коммутации 4 в блок управления 5 для переключения электродвигателя 3 лебедки 1 на подъем и опускания скребка 8.

Регулятор скорости вращения 17 обеспечивает плавный подъем, опускание скребка 8 и автоматическое регулирование скорости вращения электродвигателя 3.

Утяжелитель 13 установлен для набора необходимого веса скребков 8 за счет использования усилий сжатия пружины 26 в процессе работы устройства.

Наличие в скребке 8 двух кольцевых ножей 22 с треугольным сечением и концевого полого конического ножа 23, зафиксированных в корпусе 21 направляющими 24 и втулками 25 с диаметрально расположенными отверстиями для перетекания продукта скважины, обеспечивает снижение усилий для удаления отложений парафина.

Гибкий элемент - проволока 7 проходит через сальниковое устройство 14 с прокладками 29 из эластомера и прокладками 30 из жесткого материала, которые установлены попеременно, а прокладки 30 из жесткого материала имеют зазор с проволокой 7, увеличенный по сравнению с зазором с проволокой 7 у прокладок 29 из эластомера.

Прокладки 29 из эластомера имеют возможность отклоняться при контакте с проволокой 7 в любом направлении ее движения за счет увеличенного зазора с проволокой 7 у прокладок 30 из жесткого материала, который заполняется парафином, что способствует эффективной работе сальникового устройства 14, так как парафин дополнительно выполняет функцию уплотнительного материала.

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 через бесконтактный датчик 19 в сочетании с диаметрально расположенными отверстиями на ролике 12, который работает в совокупности с определителем направления вращения ролика 12 в виде другого бесконтактного датчика 20, расположенного со смещением относительно первого 19 по окружности диаметрально расположенных отверстий, данные от которых через узел коммутации 4 переходят в блок управления 5.

Реализация предложенного изобретения позволит создать устройство для очистки нефтепромысловых труб от парафина, конструкция которого обеспечит снижение усилий для удаления отложений парафина с внутренней поверхности НКТ, использование парафина в работе сальникового устройства, надежность работы и упрощение конструкции скребка, утяжелителя системы контроля за положением скребка и натяжением гибкого элемента - проволоки в колонне НКТ.