УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВНУТРЕННИХ ПОЛОСТЕЙ ТРУБ ОТ ПАРАФИНОВЫХ И ДРУГИХ ОТЛОЖЕНИЙ Российский патент 1997 года по МПК E21B37/02 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а более конкретно к устройствам для очистки внутренних полостей труб от парафиновых и других отложений в процессе эксплуатации скважин и при их ремонте.

Известно устройство для удаления с внутренней поверхности труб, содержащее корпус, выполненный в виде вала, верхнюю и нижнюю очистные головки с противоположно направленными режущими элементами, установленные на валу с возможностью свободного вращения, распорный стабилизатор, установленный на валу между очистными головками, и узел присоединения к тяговому органу /1/.

Недостатком известного устройства является то, что часто силы потока скважинной жидкости бывает недостаточно для продолжения сопротивления, которое создают режущие элементы (штыри), взаимодействующие со стенками труб, в результате чего очистные головки не вращаются, что снижает эффективность и качество очистки внутренней поверхности труб.

Наиболее близкими из известных является устройство для очистки внутренних полостей труб от парафиновых и других отложений, содержащее установленные на валу с возможностью свободного вращения по меньшей мере верхнюю и нижнюю очистные головки с противоположно направленными режущими элементами, распорный стабилизатор, установленный на валу между очистными головками, направляющий стабилизатор, закрепленный в верхней части вала, груз и узел присоединения к тяговому органу /2/.

Недостатком известного устройства является наличие заглубителя-фиксатора, который создает определенное сопротивление восходящему потоку скважинной жидкости (продукции скважины) и зависает на отложениях. Зависанию способствует также отсутствие шарнирного соединения, что не позволяет использовать в необходимых случаях груз, достаточный для конкретных условий, т.е. имеющий соответствующую длину ввиду кривизны трубных колонн.

Целью изобретения является выполнение устройства для очистки внутренних поверхностей труб от парафиновых и других отложений, лишенного отмеченных выше недостатков.

Это достигается тем, что устройство для очистки внутренних полостей труб от парафиновых и других отложений, содержащее установленные на валу с возможностью свободного вращения по меньшей мере верхнюю и нижнюю очистные головки с противоположно направленными режущими элементами, распорный стабилизатор, установленный на валу между очистными головками, направляющий стабилизатор, закрепленный в верхней части вала, груз и узел присоединения к тяговому органу, согласно изобретению снабжено связанным с направляющим стабилизатором штоком, имеющим на конце шарообразный элемент, и связанной с грузом втулкой и с внутренним опорным выступом, при этом шарообразный элемент расположен во втулке с возможностью ограниченного осевого перемещения и взаимодействия с ее внутренним опорным выступом, втулка имеет в нижней части конусную расточку, вал в нижней части кольцевой выступ, а нижняя очистная головка выполнена конусообразной и охватывает кольцевой выступ вала.

Способствует решению поставленной задачи то, что нижняя очистная головка имеет максимальный размер в поперечном сечении меньше соответствующего максимального размера верхней очистной головки, а также то, что высота и диаметр очистной головки связаны соотношением:
H = D/2 tgα
где H высота очистной головки, мм;
D диаметр очистной головки, мм;
a угол наклона режущих элементов (винтовой линии) относительно образующей (угол атаки), мм.

В частном случае выполнения устройства в нижней очистной головке под нижним торцем вала может быть установлен шаровой элемент, а выше и ниже кольцевого выступа подшипники, причем верхний подшипник поджат зафиксированной относительно головки нажимной гайкой.

Устройство снабжено дополнительной секцией по меньшей мере с двумя очистными головками, выполненной с возможностью встраивания между втулкой и грузом.

Благодаря наличию штока, связанного жестко или с возможностью сборки-разборки с направляющим стабилизатором, у последнего появляется возможность не только стабилизировать очистные головки, но и придать им две степени свободы за счет выполнения подвижного шарнирного соединения, которое обеспечивает некоторое ограниченное перемещение в осевом и радиальном направлениях, а также создание ударной осевой нагрузки.

Предлагаемое решение по выполнению нижней очистной головки и ее установке на валу позволяет увеличить скорость перемещения устройства в рабочем режиме, а следовательно, увеличить производительность при высоком качестве очистки.

Наличие в нижней очистной головке осевого канала препятствует засорению подшипникового узла, что повышает надежность работы устройства в целом.

На фиг.1 показано устройство в разрезе; на фиг.2 дополнительная секция; на фиг.3 сечение А-А на фиг.1; на фиг.4 сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.5 - сечение В-В на фиг.2; на фиг.6 сечение Г-Г на фиг.2.

Устройство согласно изобретению содержит установленные на валу 1 с возможностью свободного вращения по меньшей мере верхнюю и нижнюю очистные головки 2 и 3. Между очистными головками 2 и 3 на валу 1 установлен распорный стабилизатор 4. В нижней части вала 1 имеется кольцевой выступ 5. Нижняя очистная головка 3 выполнена конусообразной, охватывает кольцевой выступ 5 и может иметь в верхней части цилиндрический участок. В нижней очистной головке 3 под нижним торцом вала 1 установлен шаровой элемент 6, а выше и нижним торцем вала 1 установлен шаровой элемент 6, а выше и ниже кольцевого выступа 5 подшипники 7 и 8. Верхний подшипник 7 поджат зафиксированной винтом 9 относительно головки 3 нажимной гайкой 10. Для обеспечения свободного вращения нижней очистной головки 3 она должна иметь некоторый осевой лифт относительно вала 1, благодаря которому шаровой элемент 6 не во всех случаях будет перекрывать осевой канал 11. Свободное вращение нижней очистной головки 3, а также верхней очистной головки 2 обеспечивается за счет подшипников 12, 13 и 14. Направляющий стабилизатор 15 закреплен в верхней части вала 1 и зафиксирован винтом 16. С направляющим стабилизатором 15 связан жестко или с возможностью сборки-разборки шток 17, имеющий на конце шарообразный элемент 18. Шток 17 может быть связан с направляющим стабилизатором 15 резьбовым соединением, зафиксированным, например, штифтом 19. Шарообразный элемент 18 расположен во втулке 20, имеющей внутренний опорный выступ, с возможностью ограниченного осевого перемещения и взаимодействия с ее внутренним опорным выступом в крайнем нижнем положении (исходное положение). Втулка 20 связана с грузом 21 резьбовым соединением, зафиксированным винтом 22. Груз 21 связан с узлом 23 присоединения к тяговому органу 24. Обычно для этой цели используется вертлюжная головка. Во втулке 20 имеется ряд радиальных отверстий 25 для перетока скважинной жидкости.

В устройство может быть встроена дополнительная секция по меньшей мере с двумя очистными головками 26 и 27. Эта секция оснащена грузом 28 и встраивается между втулкой 20 и грузом 21. В верхней части она оснащена втулкой 29, аналогичной втулке 20. Груз 28 аналогичен грузу 21.

Нижняя очистная головка 3 может иметь максимальный размер в поперечном сечении (диаметр Д₂) меньше соответствующего максимального размера (диаметра Д₁) верхней очистной головки 2.

Верхняя и нижняя головки 2 и 3 имеют противоположно направленные режущие элементы ножи 30 и 31 соответственно, которые могут быть эвольвентными т.е. рабочая и/или тыльная их поверхности 32 и 33 могут иметь эвольвентный профиль. Режущие элементы 30, 31 расположены по винтовым линиям, имеющим угол a наклона к образующей. Высота и диаметр очистной головки 2, 3 связаны соотношением:
H = D/2 tgα
где Н, Д высота и диаметр соответственно очистной головки, мм;
a угол наклона режущих элементов (винтовой линии) относительно образующей (угол атаки), град.

Очистные головки 26 и 27 выполнены по типу головки 2.

Устройство работает следующим образом. Собирается компоновка с дополнительной секцией или без нее в зависимости от конкретных условий и опускается в лифтовую колонну труб с применением лубрикатора. Восходящий поток скважинной жидкости (продукции скважины), воздействуя на тыльные поверхности 33 режущих элементов 3 и 2, принуждает их к вращению в противоположные стороны. Вращаясь, режущие элементы ножи 30 и 31, срезают отложения со стенок колонны труб. Разрушенные отложения подхватываются потоком скважинной жидкости и выносятся на поверхность. На фиг. 3-6 стрелками показано направление вращения очистных головок. Очистка внутренней полости колонны труб осуществляется как при спуске устройства вниз, так и при подъеме вверх. В случае застревания или зависания устройства прибегают к воздействию ударной осевой нагрузки, при этом в зависимости от конструктивного выполнения удары могут наноситься втулкой 20 (а при использовании дополнительной секции также втулкой 29) по направляющему стабилизатору 15 или грузом 21 по шарообразному элементу 18. Наличие кругового шарнира (шарообразного элемента 18) и конусной расточки 34 в нижней части втулки 20 (29) позволяет использовать грузы необходимой длины, поскольку при такой конструкции исключается опасность застревания устройства в колонне труб, имеющей кривизну. Выполнение нижней очистной головки 3 конусообразной и с меньшим размером в поперечном сечении, чем у верхней, повышает производительность работ по очистке полостей труб.

Использование: изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности и предназначено для очистки внутренних полостей труб от парафиновых и других отложений. Устройство содержит установленные на валу с возможностью свободного вращения по меньшей мере верхнюю и нижнюю очистные головки с противоположно направленными режущими элементами. Между очистными головками установлен распорный стабилизатор. Направляющий стабилизатор имеет шток с шарообразным элементом и закреплен в верхней части вала. Шарообразный элемент установлен во втулке с возможностью ограниченного осевого перемещения и взаимодействия с ее внутренним опорным выступом. Втулка имеет в нижней части конусную расточку. Вал имеет в нижней части кольцевой выступ. Нижняя очистная головка выполнена конусообразной и охватывает кольцевой выступ вала. Устройство снабжено дополнительной секцией с очистными головками, приспособленной для встраивания между втулкой и грузом. Последний связан с узлом присоединения к тяговому органу. При перемещении устройства в восходящем потоке скважинной жидкости очистные головки, вращаясь в противоположные стороны, режущими элементами срезают отложения, которые выносятся потоком жидкости на поверхность. Использование изобретения повышает надежность работы устройства и увеличивает производительность работ по очистке полостей труб. 4 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для очистки внутренних полостей труб от парафиновых и других отложений, содержащее установленные на валу с возможностью свободного вращения по меньшей мере верхнюю и нижнюю очистные головки с противоположно направленными режущими элементами, распорный стабилизатор, установленный на валу между очистными головками, направляющий стабилизатор, закрепленный в верхней части вала, груз и узел присоединения к тяговому органу, отличающееся тем, что оно снабжено связанным с направляющим стабилизатором штоком, имеющим на конце шарообразный элемент, и связанной с грузом втулкой с внутренним опорным выступом, при этом шарообразный элемент расположен во втулке с возможностью ограниченного осевого перемещения и взаимодействия с ее внутренним опорным выступом, втулка имеет в нижней части конусную расточку, вал в нижней части кольцевой выступ, а нижняя очистная головка выполнена конусообразной и охватывает кольцевой выступ вала. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нижняя очистная головка имеет максимальный размер в поперечном сечении меньше соответствующего максимального размера верхней очистной головки. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной секцией по меньшей мере с двумя очистными головками, выполненной с возможностью встраивания между втулкой и грузом. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что высота и диаметр очистной головки связаны соотношением

где H высота очистной головки, мм;
D диаметр очистной головки, мм;
a - угол наклона режущих элементов, расположенных по винтовой линии относительно образующей, град. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нижней очистной головке под нижним торцом вала установлен шаровой элемент, а выше и ниже кольцевого выступа подшипники, причем верхний подшипник поджат зафиксированной относительно головки нажимной гайкой.