Комбинированное устройство для очистки внутренней поверхности труб в скважине от отложений (варианты)

Предложение относится к области нефтедобычи и может быть использовано в эксплуатационных скважинах. Комбинированное устройство содержит, по меньшей мере, одну очистную головку с наклонно расположенными по отношению к продольной оси режущими элементами, установленную с возможностью свободного вращения на валу, связанном своей верхней частью с корпусом. В верхней части корпус имеет разъемное соединение для связи с присоединительным элементом непосредственно или через груз. На корпусе установлен дополнительный узел очистки, представленный одним или несколькими скребками в виде кольцевых ножей. При наличии нескольких кольцевых ножей наружный диаметр каждого нижерасположенного ножа меньше диаметра вышерасположенного ножа. Присоединительный элемент выполнен с возможностью взаимодействия с тяговым органом. На штоке между кольцевыми ножами установлены промежуточные втулки, формирующие наружную поверхность корпуса. Отличительной особенностью второго варианта является выполнение скребков дополнительного узла очистки в виде радиально выдвижных рабочих элементов. Работа устройства осуществляется как при перемещении его вниз, так и при перемещении вверх за счет комбинированного его выполнения. Использование устройства повышает эффективность механической очистки внутренней поверхности труб от отложений и позволяет его использовать в тяжелых условиях работы. 2 н.з.п. ф-лы, 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

Предложение относится к области нефтедобычи и может быть использовано в эксплуатационных скважинах.

В процессе нефтедобычи на стенках трубных колонн скважин, по которым движется добываемая продукция, отлагается слой отложений, т.к. называемые АСПО (асфальтены, смолы, парафины, гидраты и их смеси), сужается проходное сечение, вплоть до полного его перекрытия, что приводит к снижению объема добываемой продукции или к полному прекращению дебита скважины. Для удаления отложений используют устройства различных конструкций.

Известно устройство для очистки внутренней поверхности труб в скважине от АСПО, содержащее шток с установленными на нем скребками в виде последовательно размещенных кольцевых ножей, наружный диаметр которых, начиная со среднего, уменьшается в направлении книзу и в направлении кверху, и присоединительный элемент в верхней части для взаимодействия с тяговым органом непосредственно или через груз, и узел фиксации скребков на штоке, при этом верхний и/или нижний скребок выполнен в виде рассекателя из радиально расположенных пластин или в виде кольцевого ножа (RU 20129, 2001).

Недостаток известного устройства - значительные гидравлические сопротивления, поскольку ножи практически перекрывают все проходное сечение.

Известно устройство для очистки скважины от АСПО, содержащее корпус с вертикальными пазами, выполненный с возможностью соединения с тяговым органом, ползуны с наклонными прорезями и ножами, установленные в вертикальных пазах корпуса при помощи штырей,

пропущенных через наклонные прорези с возможностью органического радиального перемещения (RU 89132, 1951).

Недостатком известного устройства является то, что у него ползуны с ножами расположены напротив друг друга на одном уровне, что существенно уменьшает проходное сечение труб, по которому движется восходящий поток жидкости и затрудняет спуск устройства. Устройство нестабильно работает в процессе спуска.

Известно устройство для очистки скважины от АСПО, содержащее корпус с вертикальными пазами, выполненный с возможностью соединения с тяговым органом непосредственно или через груз, ползуны с наклонными прорезями и ножами, установленные в вертикальных пазах корпуса при помощи штырей, пропущенных через наклонные прорези, с возможностью ограниченного радиального перемещения, при этом вертикальные пазы корпуса расположены на расстоянии друг от друга по высоте и ориентированы в плане друг относительно друга на угол 120°, количество ползунов с ножами составляет не менее трех, а ползуны под действием собственного веса занимают выдвинутое положение (RU 14054, 2000).

Использование известного устройства в меньшей степени способствует перекрытию проходного сечения труб, по которому движется восходящий поток, что в свою очередь увеличивает скорость спуска устройства в транспортном положении.

Однако это известное устройство нестабильно работает в процессе спуска, поскольку, встречая сопротивление со стороны отложений, с которыми контактируют ножи, ползуны из выдвинутого положения перемещаются периодически в задвинутое (нерабочее) положение, что снижает эффективность работы устройства в целом.

Известно устройство для очистки внутренней поверхности труб в скважине от отложений, представляющее собой скребок для очистки лифтовых труб от парафина. Устройство содержит шток с установленными на нем скребками в виде последовательно размещенных кольцевых ножей,

наружный диаметр каждого нижерасположенного ножа меньше диаметра предыдущего. Имеется присоединительный элемент в верхней части для взаимодействия с тяговым органом (SU 1798485, 1993).

Конструктивное выполнение известного устройства позволяет производить срезание отложений с внутренней поверхности труб в скважине в процессе спуска устройства ступенчато, т.е. каждый вышерасположенный кольцевой нож срезает очередной слой отложений, что облегчает спуск устройства в скважину, т.к. требуется небольшое осевое усилие (сила тяжести устройства).

Однако недостатком известного устройства является то, что при подъеме устройства происходит налипание срезанных отложений на нижерасположенные ножи, что приводит к перекрытию проходного сечения и образованию пробки и, как следствие, к подбросу устройства, приводящего часто к обрыву тягового органа.

Кроме этого известное устройство имеет очень сложную конструкцию, поскольку содержит вибрационный узел с сильфонами и обладает низкой надежностью в эксплуатации.

Задачей предложенных вариантов технического решения является создание простого по конструкции, многовариантного в использовании устройства, обеспечивающего получение технического результата, выражающегося в повышении эффективности механической очистки внутренней поверхности труб от отложений, как при перемещении его вниз, так и при перемещении вверх за счет комбинированного его выполнения. Предлагаемое комбинированное выполнение устройства, предполагает наличие, по крайней мере, одной вращающейся очистной головки, эффективно работающей при спуске устройства в скважину, при этом функцию стабилизатора выполняет дополнительный узел очистки, установленный на корпусе, а точнее его скребки. При подъеме устройства основную нагрузку по очистке воспринимают скребки дополнительного узла очистки, что позволяет использовать устройство в очень тяжелых условиях

работы, поскольку облегчается работа последних. Уменьшается налипание срезанных отложений на скребки (нижерасположенные ножи), приводящее обычно к перекрытию проходного сечения и образованию пробки. Это объясняется присутствием одной или двух очистных головок с наклонно расположенными по отношению к продольной оси режущими элементами. Несмотря на то, что они расположены ниже дополнительного узла очистки, при перемещении устройства вверх все же помогают его работе, создавая определенные турболентные потоки скважинной жидкости.

Поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что в одном варианте комбинированное устройство для очистки внутренней поверхности труб в скважине от отложений, содержит, по меньшей мере, одну очистную головку с наклонно расположенными по отношению к продольной оси режущими элементами, установленную с возможностью свободного вращения на валу, связанном своей верхней частью с корпусом, имеющим разъемное соединение в верхней части для обеспечения возможности соединения с присоединительным элементом непосредственно или через груз, и дополнительный узел очистки, представленный установленным на корпусе одним или несколькими скребками, каждый из которых выполнен в виде кольцевого ножа, при этом присоединительный элемент выполнен с возможностью взаимодействия с тяговым органом.

В конкретном воплощении устройства на валу установлено две очистные головки с противоположно направленными наклонно распложенными по отношению к продольной оси режущими элементами.

Кольцевой нож обычно соединен плоскими ребрами со ступицей, наружная поверхность которой повторяет сопряженные с ней смежные поверхности выше и нижерасположенных промежуточных втулок.

Плоские ребра имеют верхнюю и нижнюю рабочие кромки с двухсторонней заточкой.

Кольцевые ножи имеют верхнюю и нижнюю рабочие кромки с односторонней внутренней заточкой.

В дополнительном узле очистки, представленном установленными на корпусе несколькими скребками в виде последовательно размещенных кольцевых ножей, наружный диаметр каждого нижерасположенного ножа меньше диаметра вышерасположенного.

Присоединительный элемент выполнен с кольцевой проточкой для обеспечения возможности захвата аварийным инструментом.

В другом варианте поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что комбинированное устройство для очистки внутренней поверхности труб в скважине от отложений, содержит, по меньшей мере, одну очистную головку с наклонно расположенными, по отношению к продольной оси, режущими элементами, установленную с возможностью свободного вращения на валу, связанном своей верхней частью с корпусом, имеющим разъемное соединение в верхней части для обеспечения возможности соединения с присоединительным элементом непосредственно или через груз, и дополнительный узел очистки, представленный установленными на корпусе скребками в виде радиально выдвижных рабочих элементов, при этом присоединительный элемент выполнен с возможностью взаимодействия с тяговым органом.

В конкретном воплощении устройства на валу установлено две очистные головки с противоположно направленными наклонно распложенными, по отношению к продольной оси, режущими элементами.

Корпус выполнен с вертикальными пазами, радиально выдвижные рабочие элементы выполнены в виде ползунов с наклонными прорезями и криволинейными ножами и установлены в вертикальных пазах при помощи штырей, пропущенных через наклонные прорези, с возможностью ограниченного радиального перемещения.

Вертикальные пазы корпуса расположены на расстоянии друг от друга по высоте, при этом количество ползунов с криволинейными ножами

составляет не менее двух, предпочтительно три, а ползуны под действием собственного веса занимают выдвинутое положение.

Штыри закреплены в корпусе с обоих концов заподлицо с наружной поверхностью корпуса.

Ползуны и имеют верхнюю рабочую кромку с двухсторонней заточкой.

Криволинейные ножи имеют верхнюю рабочую кромку с односторонней внутренней заточкой.

Криволинейные ножи повторяют по форме дугу окружности, диаметр которой не превышает внутренний диаметр поверхности очищаемых труб.

Полезная модель поясняется чертежами, на которых показан общий вид устройства, причем на фиг.1 показано устройство, выполненное по первому варианту; на фиг.2 - по второму варианту.

Устройство содержит вал 1, на котором с возможностью свободного вращения, например, на подшипниках установлена очистная головка 2 с наклонно расположенными, по отношению к продольной оси, режущими элементами. На валу 1 могут быть установлены, две и более, очистных головок 2, 3. Режущие элементы головок 2, 3 наклонно расположены по отношению к продольной оси и противоположно направлены. Такое их расположение способствует уравновешиванию крутящих моментов, возникающих в результате взаимодействия с потоком скважинной жидкости при перемещении устройства в скважине. При наличии одной очистной головки, например, 2 или 3, крутящий момент, возникающий в результате взаимодействия с потоком скважинной жидкости при перемещении устройства в скважине, воспринимается стабилизатором, функцию которого выполняет дополнительный узел очистки, представленный одним или несколькими скребками, каждый из которых выполнен в виде кольцевого ножа 5, 6, 7. Скребки установлены на корпусе 4. При наличии нескольких скребков - кольцевых ножей 5, 6, 7 их последовательно размещают таким

образом, что наружный диаметр каждого нижерасположенного ножа меньше диаметра вышерасположенного ножа, т.е. D₁>D₂ >D₃.

Вал 1 связан с корпусом 4, например, при помощи резьбового соединения. С корпусом 4, например, при помощи резьбового соединения связан также груз 8. Присоединительный элемент 9 выполнен с возможностью взаимодействия с тяговым органом 10.

Присоединительный элемент 9 может представлять собой, например, стандартный вертлюжок с подшипником, обеспечивающий присоединение тягового органа 10, например, проволоки и исключающий закручивание проволоки при перемещении устройства в потоке скважинной жидкости. Присоединительный элемент 9 выполнен с кольцевой «аварийной» проточкой, предназначенной для захвата устройства за присоединительный элемент 9 аварийным инструментом, например, «шлипсом» при обрыве тягового органа 10.

Кольцевые ножи 5, 6, 7 имеют верхнюю и нижнюю рабочие кромки с односторонней внутренней заточкой.

Корпус 4 своей верхней частью связан с присоединительным элементом 9 непосредственно или через груз 8.

Между кольцевыми ножами 5, 6, 7 на валу 1 установлены втулки 11, формирующие наружную форму поверхности вала 1. Фиксация на валу 1 очистных головок 2, 3 осуществляется резьбовым наконечником 12, имеющем обтекаемую форму. Кольцевые ножи 5, 6, 7 соединены плоскими ребрами (не показано) со ступицей, наружная поверхность которой повторяет сопряженные с ней смежные поверхности выше и нижерасположенных втулок 11.

Все резьбовые соединения во избежание самопроизвольного раскручивания фиксируются, например, резьбовыми штифтами (не показаны).

Устройство работает следующим образом. В зависимости от конкретных условий устройство собирается с очистными головками 2, 3 на

валу 1 и с одним или несколькими кольцевыми ножами 5, 6, 7, причем груз 8 может отсутствовать. С помощью лебедочного подъемника осуществляется спуск устройства в скважину. Предварительно устройство должно быть заведено в лубрикатор. При наличии минимальной циркуляции в скважине устройство под действием силы тяжести (собственной массы) опускается в колонне труб, по которой продукция скважины поднимается на поверхность. В восходящем потоке скважинной продукции очистные головки 2,3 вступают в работу, за счет угла наклона режущих элементов, приходят во вращательное движение и срезают отложения (АСПО) с внутренней поверхности стенок колонны труб. Кольцевые ножи 5, 6, 7, являясь одновременно стабилизаторами, поэтапно вступают в работу и завершают очистку. Срезанные отложения подхватываются восходящим потоком продукции скважины и выносятся на поверхность. В процессе подъема устройства основную нагрузку по очистке воспринимают кольцевые ножи, 5, 6, 7, обеспечивая тем самым тщательную окончательную очистку внутренней поверхности колонны труб.

Устройство по второму варианту содержит вал 1, на котором с возможностью свободного вращения, например, на подшипниках установлена очистная головка 2 с наклонно расположенными по отношению к продольной оси режущими элементами. На валу 1 могут быть установлены, две и более, очистных головок 2, 3, как, например, показано на графике. Режущие элементы головок 2, 3 наклонно расположены, по отношению к продольной оси и противоположно направлены. Такое их расположение способствует уравновешиванию крутящих моментов, возникающих в результате взаимодействия с потоком скважинной жидкости при перемещении устройства в скважине. При наличии одной очистной головки, например, 2 или 3, крутящий момент, возникающий в результате взаимодействия с потоком скважинной жидкости при перемещении устройства в скважине, воспринимается стабилизатором, функцию которого выполняет дополнительный узел очистки, представленный установленными

на корпусе 4 скребками в виде радиально выдвижных рабочих элементов выдвижного типа, выполненных в виде ползунов с наклонными прорезями и криволинейными (дугообразными) ножами 13. Присоединительный элемент 9 выполнен с возможностью взаимодействия с тяговым органом 10 и аналогичен описанному в первом варианте.

Корпус 4 выполнен с вертикальными пазами, рабочие элементы выдвижного типа выполнены в виде ползунов с наклонными прорезями и криволинейными (дугообразными) ножами 13 и установлены в вертикальных пазах при помощи штырей, пропущенных через наклонные прорези, с возможностью ограниченного радиального перемещения. Криволинейные ножи 13 повторяют по форме дугу окружности, диаметр которой не превышает внутренний диаметр поверхности очищаемых труб.

Вертикальные пазы корпуса расположены на расстоянии друг от друга по высоте, при этом количество ползунов с дугообразными ножами 13 составляет не менее двух, например три, а ползуны под действием собственного веса занимают выдвинутое положение. Выдвижение ползунов под действием собственного веса достигается за счет выполнения соответствующего угла наклона прорезей.

Штыри закреплены в корпусе 4 с обоих концов заподлицо с наружной поверхностью корпуса 4. Дугообразные ножи 13 имеют верхнюю рабочую кромку с односторонней внутренней заточкой (не показано).

Устройство работает следующим образом. Осуществляют сборку компоновки устройства в зависимости от конкретных условий в конкретной скважине (диаметр очищаемой колонны труб, толщина и характер отложений, дебит и т.д.). Подбираются необходимые размеры дугообразных ножей 13 и диаметры очистных головок 2, 3. С помощью лебедочного подъемника осуществляется спуск устройства в скважину. Предварительно устройство должно быть заведено в лубрикатор. При наличии минимальной циркуляции в скважине устройство под действием силы тяжести опускается в колонне труб, по которой продукция скважины поднимается на

поверхность. В восходящем потоке скважинной продукции очистные головки 2, 3 вступают в работу, за счет угла наклона режущих элементов, приходят во вращательное движение и срезают отложения с внутренней поверхности стенок колонны труб. Срезанные отложения подхватываются восходящим потоком продукции скважины и выносятся на поверхность. Дугообразные ножи 13 в срезании отложений практически не участвуют и стремятся занять задвинутое положение, но выполняют функцию стабилизатора. В процессе подъема устройства включаются в работу рабочие элементы выдвижного типа - дугообразные ножи 13 занимают рабочее положение. При подъеме устройства основную нагрузку по очистке воспринимают ножи 13, обеспечивая тем самым тщательную окончательную очистку внутренней поверхности колонны труб.

Использование предложенных вариантов устройства, оснащенных дополнительным узлом очистки, позволяет повысить эффективность механической очистки внутренней поверхности труб от отложений, как при перемещении его вниз, так и при перемещении вверх за счет комбинированного его выполнения. Предлагаемое комбинированное выполнение устройства, когда одна его часть рабочих элементов работает эффективно при спуске в скважину, а другая часть - при подъеме, позволяет его использовать в очень тяжелых условиях работы.

1. Комбинированное устройство для очистки внутренней поверхности труб в скважине от отложений, содержащее, по меньшей мере, одну очистную головку с наклонно расположенными по отношению к продольной оси режущими элементами, установленную с возможностью свободного вращения на валу, связанном своей верхней частью с корпусом, имеющим разъемное соединение в верхней части для обеспечения возможности соединения с присоединительным элементом непосредственно или через груз, и дополнительный узел очистки, представленный установленными на корпусе одним или несколькими скребками, каждый из которых выполнен в виде кольцевого ножа, при этом присоединительный элемент выполнен с возможностью взаимодействия с тяговым органом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на валу установлены две очистные головки с противоположными направленными наклонно распложенными по отношению к продольной оси режущими элементами.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кольцевой нож соединен плоскими ребрами со ступицей, наружная поверхность которой повторяет сопряженные с ней смежные поверхности выше и нижерасположенных промежуточных втулок.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что плоские ребра, количество которых обычно три, имеют верхнюю и нижнюю рабочие кромки с двухсторонней заточкой.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кольцевые ножи имеют верхнюю и нижнюю рабочие кромки с односторонней внутренней заточкой.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в дополнительном узле очистки, представленном установленными на корпусе несколькими скребками в виде последовательно размещенных кольцевых ножей, наружный диаметр каждого нижерасположенного ножа меньше диаметра вышерасположенного

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что присоединительный элемент выполнен с кольцевой проточкой для обеспечения возможности захвата аварийным инструментом.

8. Комбинированное устройство для очистки внутренней поверхности труб в скважине от отложений, содержащее, по меньшей мере, одну очистную головку с наклонно расположенными по отношению к продольной оси режущими элементами, установленную с возможностью свободного вращения на валу, связанном своей верхней частью с корпусом, имеющим разъемное соединение в верхней части для обеспечения возможности соединения с присоединительным элементом непосредственно или через груз, и дополнительный узел очистки, представленный установленными на корпусе скребками в виде радиально выдвижных рабочих элементов, при этом присоединительный элемент выполнен с возможностью взаимодействия с тяговым органом.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что на валу установлены две очистные головки с противоположными направленными наклонно распложенными по отношению к продольной оси режущими элементами.

10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что корпус выполнен с вертикальными пазами, радиально выдвижные рабочие элементы выполнены в виде ползунов с наклонными прорезями и криволинейными ножами и установлены в вертикальных пазах при помощи штырей, пропущенных через наклонные прорези, с возможностью ограниченного радиального перемещения.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что вертикальные пазы корпуса расположены на расстоянии друг от друга по высоте, при этом количество ползунов с криволинейными ножами составляет не менее двух, предпочтительно три, а ползуны под действием собственного веса занимают выдвинутое положение.

12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что штыри закреплены в корпусе с обоих концов заподлицо с наружной поверхностью корпуса.

13. Устройство по п.10, отличающееся тем, что ползуны имеют верхнюю рабочую кромку с двухсторонней заточкой.

14. Устройство по п.10, отличающееся тем, что криволинейные ножи имеют верхнюю рабочую кромку с односторонней внутренней заточкой.

15. Устройство по п.10, отличающееся тем, что криволинейные ножи повторяют по форме дугу окружности, диаметр которой не превышает внутренний диаметр поверхности очищаемых труб.