автоматическое устройство для очистки скважинного оборудования от асфальто-смолопарафинистых отложений

Формула изобретения

1. Автоматическое устройство для очистки скважинного оборудования от асфальто-смолопарафинистых отложений, содержащее корпус с режущими элементами для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорных труб (НКТ) и соединенные с корпусом пластинчатые пружины с режущими кромками для очистки поверхности штанг и элементами фиксации устройства на штанге, а также узел фиксации устройства относительно НКТ с элементами контакта с НКТ и узел переключения направления перемещения корпуса, состоящий из двух элементов, устанавливаемых по концам очищаемого участка, отличающееся тем, что устройство содержит охватывающую корпус обойму со сквозными продольными пазами, в которых расположены элементы контакта с НКТ, выполненные в виде тел качения и установленные в продольных пазах корпуса, имеющих вогнутое дно, с возможностью утапливания за наружную боковую поверхность обоймы и выступания над ней для расклинивания между внутренней поверхностью НКТ и дном паза корпуса, при этом стенки пазов обоймы являются ограничителями продольного перемещения тел качения в пределах одной из половин паза корпуса, а каждый элемент узла переключения направления перемещения корпуса выполнен в виде узла осевого перемещения обоймы относительно корпуса и содержит втулку с отверстиями, выходящими на ее внутреннюю поверхность, в которых установлены тела качения с возможностью утапливания и выступания относительно внутренней поверхности втулки для ограничения перемещения обоймы при перемещении корпуса.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел осевого перемещения обоймы относительно корпуса содержит выполненные во втулке продольные каналы, сообщающиеся с отверстиями, выходящими на внутреннюю поверхность втулки, при этом в каждом канале последовательно установлены два стержня с наклонными торцами, крайние из которых образуют клиновую пару с установленными в отверстиях телами качения, а между обращенными друг к другу торцами стержней установлено дополнительное тело качения.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между вогнутым дном паза корпуса и телом качения установлена пружина.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для удаления асфальто-смолопарафинистых отложений (АСПО) с внешней поверхности насосных штанг и внутренней поверхности насосно-компрессорных труб (НКТ) в скважинах, эксплуатирующихся штанговыми глубинно-насосными установками.

Известно устройство для очистки скважинного оборудования от АСПО, включающее жестко установленные на теле штанги скребки с режущими элементами. При возвратно-поступательном движении колонны насосных штанг кромки режущих элементов скребков соприкасаются с внутренней поверхностью НКТ, в результате чего происходит удаление АСПО с внутренней поверхности НКТ (а.с. SU №1838590, МПК Е21В 37/02, 1992 г.).

Недостатком такого устройства является неполная очистка скважинного оборудования, так как АСПО удаляются только с внутренней поверхности НКТ и вообще не удаляются с внешней поверхности насосных штанг.

Известно устройство для очистки скважинного оборудования от АСПО, включающее установленный на колонне насосных штанг с возможностью поступательного и вращательного движения скребок с двухсторонними режущими кромками, жестко закрепленный ограничитель осевого перемещения скребка, а ниже скребка на колонне насосных штанг жестко закреплена манжета-клапан, состоящая из закрепленной на перфорированной металлической шайбе упругоэластичной шайбы, при этом на устье скважины на колонне насосно-компрессорных труб установлен скребок-разрыхлитель (патент RU №2154153, МПК⁷ Е21В 37/02, 2000 г.).

Такое устройство позволяет удалять АСПО не только с внутренней поверхности НКТ, но и с внешней поверхности насосных штанг.

Однако при работе такого устройства осуществляется удаление АСПО с небольшого участка НКТ и штанг, длина которого определяется величиной хода штанг при работе скважинного насоса.

Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является автоматическое устройство очистки глубинно-насосной скважины от парафина (патент RU №2278247, МПК ⁸ Е21В 37/02, 2006 г.), содержащее корпус с режущими элементами для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорных труб (НКТ) и соединенные с корпусом пластинчатые пружины с режущими кромками для очистки поверхности штанг и элементами фиксации устройства на штанге, а также узел фиксации устройства относительно НКТ и узел переключения направления перемещения корпуса, состоящий из двух элементов, устанавливаемых по концам очищаемого участка. Узел фиксации устройства относительно НКТ содержит элементы контакта с НКТ в виде реверсивных зубцов.

Такое устройство позволяет удалять АСПО как с внутренней поверхности НКТ, так и с внешней поверхности насосных штанг на требуемом участке, длина которого определяется местом расположения элементов узла переключения направления перемещения устройства.

Однако конструкция устройства сложна, что усложняет его изготовление и снижает надежность при эксплуатации. Это объясняется сложностью узлов фиксации устройства относительно НКТ и переключения направления перемещения устройства.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции, повышение ее технологичности и надежности.

Поставленная задача решается за счет того, что в автоматическое устройство для очистки скважинного оборудования от асфальто-смолопарафинистых отложений, содержащее корпус с режущими элементами для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорных труб (НКТ) и соединенные с корпусом пластинчатые пружины с режущими кромками для очистки поверхности штанг и элементами фиксации устройства на штанге, а также узел фиксации устройства относительно НКТ с элементами контакта с НКТ и узел переключения направления перемещения корпуса, состоящий из двух элементов, устанавливаемых по концам очищаемого участка, введены новые существенные признаки.

Такими признаками являются: устройство содержит охватывающую корпус обойму со сквозными продольными пазами, в которых расположены элементы контакта с НКТ, выполненные в виде тел качения и установленные в продольных пазах корпуса, имеющих вогнутое дно, с возможностью утапливания за наружную боковую поверхность обоймы и выступания над ней для расклинивания между внутренней поверхностью НКТ и дном паза корпуса, при этом стенки пазов обоймы являются ограничителями продольного перемещения тел качения в пределах одной из половин паза корпуса, а каждый элемент узла переключения направления перемещения корпуса выполнен в виде узла осевого перемещения обоймы относительно корпуса и содержит втулку с отверстиями, выходящими на ее внутреннюю поверхность, в которых установлены тела качения с возможность утапливания и выступания относительно внутренней поверхности втулки для ограничения перемещения обоймы при перемещении корпуса.

Выполнение элементов контакта с НКТ в виде тел качения, установленных в продольных пазах корпуса, имеющих вогнутое дно, с возможностью утапливания за наружную боковую поверхность обоймы и выступания над ней для расклинивания между внутренней поверхностью НКТ и дном паза корпуса, позволяет упростить узел фиксации устройства относительно НКТ и повысить надежность фиксации.

Ограничение продольного перемещения тел качения в пределах одной из половин паза корпуса стенками пазов обоймы позволяет обеспечить фиксацию устройства относительно НКТ придвижении штанг вниз или при движении штанг вверх, что необходимо для обеспечения возможности возвратно-поступательного перемещения устройства вдоль очищаемого участка.

Выполнение каждого элемента узла переключения направления перемещения корпуса в виде узла осевого перемещения обоймы относительно корпуса и содержащего втулку с отверстиями, выходящими на ее внутреннюю поверхность, в которых установлены тела качения с возможностью утапливания и выступания относительно внутренней поверхности втулки для ограничения перемещения обоймы при перемещении корпуса, позволяет обеспечить осевое перемещение обоймы относительно корпуса, что необходимо для изменения направления перемещения устройства относительно штанг. При этом узел переключения направления перемещения корпуса имеет простую надежную и технологичную конструкцию.

Кроме того, узел осевого перемещения обоймы относительно корпуса может содержать выполненные во втулке продольные каналы, сообщающиеся с отверстиями, выходящими на внутреннюю поверхность втулки, при этом в каждом канале последовательно установлены два стержня с наклонными торцами, крайние из которых образуют клиновую пару с установленным в отверстиях телами качения, а между обращенными друг к другу торцами стержней установлено дополнительное тело качения.

Такое выполнение узла осевого перемещения обоймы относительно корпуса - вариант простой компактной и надежной конструкции.

Кроме того, между вогнутым дном паза корпуса и телом качения может быть установлена пружина.

Установка пружины между вогнутым дном паза корпуса и телом качения позволяет обеспечить надежный упругий контакт тела качения с НКТ.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид предлагаемого устройства, на фиг.2 - выносной элемент А фиг.1, на фиг.3 - выносной элемент Б фиг.1, на фиг.4 - устройство в нижнем положении; на фиг.5 - устройство в верхнем положении.

Автоматическое устройство для очистки скважинного оборудования от асфальто-смолопарафинистых отложений содержит корпус 1 с режущими элементами 2 для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорных труб (НКТ) 3 и соединенные с корпусом 1 пластинчатые пружины 4 с режущими кромками 5 для очистки поверхности штанг 6 и элементами 7 фиксации устройства на штанге 6. Узел фиксации устройства относительно НКТ 3 содержит элементы контакта с НКТ 3, выполненные в виде тел качения 8, установленных в продольных пазах 9 корпуса 1, имеющих вогнутое дно 10. Устройство содержит охватывающую корпус 1 обойму 11 со сквозными продольными пазами 12, в которых расположены тела качения 8, с возможностью утапливания за наружную боковую поверхность обоймы 11 и выступания над ней для расклинивания между внутренней поверхностью НКТ 3 и дном 10 паза 9 корпуса 1. При этом стенки пазов 12 обоймы 11 являются ограничителями продольного перемещения тел качения 8 в пределах одной из половин пазов 9 корпуса 1. Узел переключения направления перемещения корпуса 1 состоит из двух элементов 13 и 14, устанавливаемых по концам очищаемого участка. Каждый элемент 13 и 14 выполнен в виде узла осевого перемещения обоймы 11 относительно корпуса 1 и содержит втулку 15 с отверстиями 16, выходящими на ее внутреннюю поверхность, в которых установлены тела качения 17 с возможностью утапливания и выступания относительно внутренней поверхности втулки 15 для ограничения перемещения обоймы 11 при перемещении корпуса 1. В приведенном варианте узел осевого перемещения обоймы 11 относительно корпуса 1 содержит выполненные во втулке 15 продольные каналы 18, сообщающиеся с отверстиями 16. В каждом канале 18 последовательно установлены два стержня 19 и 20 с наклонными торцами, крайние 21 и 22 из которых образуют клиновую пару с установленным в отверстиях телами качения 17 и 23, а между обращенными друг к другу торцами 24 и 25 стержней 19 и 20 установлено дополнительное тело качения 26. В качестве тел качения 8, 17, 23 и 26 могут использоваться ролики или лучший вариант - шарики. В приведенном варианте между вогнутым дном 10 паза 9 корпуса 1 и телом качения 8 установлена пружина 27.

Вышеописанное устройство работает следующим образом.

Элементы 13 и 14 устанавливают на верхнем и нижнем конце очищаемого участка нефтепровода, корпус 1 устанавливают между элементами 13 и 14 у верхнего элемента 13, на колонне штанг, пластинчатые пружины 4 прижимают к штанге 6. Обойму 11 располагают в нижнем положении относительно корпуса 1, при котором стенки пазов 12 ограничивают перемещение тел качения 8 в пределах верхней половины пазов 9. При движении штанг 6 вниз вместе с ними вниз движется корпус 1, режущие элементы 2 на нижней части корпуса очищают отложения с внутренней поверхности НКТ 3. При движении корпуса 1 вогнутое дно 10 пазов 9 взаимодействует с телами качения 8, перемещая их в радиальном направлении до расклинивания между внутренней поверхностью НКТ 3 и дном 10 паза 9 корпуса 1. Корпус 1 останавливается и при движении штанг 6 вверх не может перемещаться вверх вместе со штангами 6. Между штангами 6 и пластинчатыми пружинами 4, находящимися на двух концах корпуса 1, возникает относительное скольжение, и пластинчатые пружины 4 производят очищение отложений со штанг 6. Штанги 6 совершают возвратное движение вверх и вниз, при движении вниз корпус 1 режущими элементами 2 очищает отложения с внутренней поверхности НКТ 3, а при движении вверх пластинчатые пружины 4 режущими кромками 5 очищают отложения со штанг 6. Одновременно корпус 1 перемещается от верхнего конца очищаемого участка (от элемента 13) до нижнего (до элемента 14). При прохождении через муфту (не показана) колонны штанг 6 тела качения 8 утапливаются за наружную боковую поверхность обоймы 11, не препятствуя перемещению устройства по колонне штанг 6. При достижении корпусом 1 нижнего конца очищаемого участка корпус 1 взаимодействует с телами качения 17 элемента 13, которые утапливаются за внутреннюю поверхность втулки 15, и перемещают стержни 19 и 20. Осевое перемещение стержней 19 и 20 преобразуется в радиальное перемещение тел качения 23. При дальнейшем перемещении вниз корпус 1 взаимодействует с телами качения 23, перемещая их в радиальном направлении. Это перемещение преобразуется в радиальное перемещение тел качения 17, которые западают в канавку между корпусом 1 и обоймой 11, ограничивая осевое перемещение последней. При дальнейшем перемещении корпуса 1 происходит относительное перемещение обоймы 11 и корпуса 1, при котором стенки пазов 12 ограничивают перемещение тел качения 8 в пределах нижней половины пазов 9. Происходит реверс корпуса 1, который при движении штанг 6 вверх движется вместе с ними, очищая отложения с внутренней поверхности НКТ 3 режущими элементами 2 верхней части корпуса 1. При движении штанг 6 вниз тела качения 8 расклиниваются между дном 10 паза 9, фиксируя корпус 1 относительно НКТ 3, и при дальнейшем перемещении штанг 6 пластинчатые пружины 4 режущими кромками 5 очищают отложения со штанг 6. При возвратно-поступательном перемещении штанг 6 происходит перемещение корпуса 1 вверх до достижения им верхнего элемента 13. При взаимодействии корпуса 1 с телами качения 17 элемента 13 происходит перемещение обоймы 11 относительно корпуса 1 в нижнее относительно корпуса 1 положение, при котором стенки пазов 12 ограничивают перемещение тел качения 8 в пределах верхней половины пазов 9. Осуществляется реверс корпуса 1, и он начинает движение вниз вместе с колонной штанг 6. При перемещении штанг 6 осуществляется перемещение корпуса 1 с пластинчатыми пружинами 4 вверх и вниз и производится автоматическое очищение отложений с внутренней поверхности НКТ 3 и с поверхности штанг 6.

Таким образом, предлагаемое устройство, имея простую технологичную, надежную конструкцию, позволяет производить автоматическую очистку внутренней поверхности НКТ и поверхности штанг на требуемом участке, длина которого определяется местом расположения элементов узла переключения направления перемещения устройства.