СИСТЕМА ЗАПУСКА СКРЕБКА С НАПРАВЛЕННЫМ СТРУЙНЫМ ИМПУЛЬСОМ И СПОСОБ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ Российский патент 2022 года по МПК F16L55/46 F16L23/00 F16L41/00 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к камере запуска или приема скребков, используемой для запуска скребка в трубопроводе или диагностического инструмента в трубопроводную систему. Основной задачей установки запуска скребка является запуск скребка или инструмента в трубопроводную систему без прерывания потока флюида через эту систему.

Системы запуска (и приема) скребка варьируются одна от другой в зависимости от конкретной цели и продукта. Эти вариации включают в себя, например, размещение клапанов, автоматизированных механизмов, длину пусковой трубы или ствола, типа закрывающейся двери и средства для перемещения скребка в область уменьшенного поперечного сечения ствола (например, сила тяжести, винты). Вне зависимости от этих вариаций все пусковые устройства и приемники содержат ствол, который удерживает один или более скребков или инструментов, и большой узел соединения ответвления и главной линии трубопровода, которое соединяет ствол с трубопроводной системой. После того, как она готова для запуска скребка в трубопроводную систему, тройник отклоняет поток флюида в трубопроводе в конец ствола, позади одного или нескольких скребков, расположенных в стволе. Гравитация и динамическое давление используются для перемещения скребка в положение запуска и собственно запуска скребка. В некоторых условиях эти гидравлические и механические свойства являются недостаточными и для запуска потребуется ручное вмешательство.

Эти установки запуска не предназначены для эффективного использования флюида, и они не предназначены для того, чтобы максимальное усилие применялось там, где оно может быть наиболее эффективным для запуска скребка. Вместо этого флюид поступает в ствол в виде струи флюида, перпендикулярной стенке ствола. Импульс струи переходит от одной стороны ствола к другой, уменьшая большую часть импульса и понижая свое динамическое давление до давления ствола без выполнения какой-либо непосредственной работы.

Кроме того, поток флюида обычно имеет относительно низкую скорость из-за большого диаметра патрубка трубы или заглушки, входящей в ствол. Например, линия для запуска скребка обычно составляет около одной трети диаметра основной линии (например, если 12 дюймов [30,48 см] имеет основная линия, то 4 дюйма [10,16 см] будет иметь линия для запуска скребка). Установки запуска предшествующего уровня техники обычно не допускают потоков флюида, превышающих 7,3 фута в секунду (около 2,23 метра в секунду), и в очень редких случаях не более 30 футов в секунду (9,14 метра в секунду), при том, что поток продукта в трубопроводе находится в диапазоне, соответствующем этим скоростям. В этом диапазоне скорости создают давление торможения потока около 0,3 дюйма (0,762 см) столба воды или 0,01 psig (около 0,07 кПа изб.). Такое давление, приложенное к задней стороне скребкового элемента, имеющего площадь 100 квадратных дюймов (645,2 квадратных см), создает усилие, которое составляет приблизительно 1 фунт (4,45 Н).

При некоторых условиях, препятствия для запуска - такие, как окисленные металлы и песок, мусор, лед и парафин могут оказывать сопротивление или препятствовать движению скребка. Если скребок с трудом перемещается в положение для запуска, требуемое давление не создается позади скребка, и скребок не может впоследствии запускаться в систему трубопроводов.

Во многих случаях установка запуска будет содержать несколько скребков или инструментов, ожидающих запуска. Некоторые механические средства, такие как гидравлически активированные штыри, должны использоваться, чтобы гарантировать, что все скребки не запустятся одновременно. Стоимость содержания и управления этими скребками является значительной для поддержки необходимых гидравлических цилиндров, добавленных сварных узлов на стволе, гидравлических навесных устройств, гидравлических силовых агрегатов для питания цилиндров и элементов управления, специфичных для гидравлики с целью управления запуском скребков.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Варианты реализации изобретения направленной струйно-импульсной системы запуска скребка и способ ее использования осуществляют перемещение скребка или инструмента в стартовое положение без необходимости использования механических вспомогательных устройств или наклонных конструкций. В вариантах реализации изобретения по меньшей мере одно сопло может быть расположено вдоль внутренней стенки камеры запуска-приема скребков под отличным от прямого или острым углом менее 90° по отношению к горизонтали и иметь размеры подходящие для подачи струи флюида по направления вниз по потоку со скоростью, превышающей скорость потока продукта по магистральному трубопроводу, сообщающегося по текучей среде с узлом сопла камеры запуска-приема скребков. Часть потока продукта магистрального трубопровода может быть направлена в сопло, которое, в свою очередь, обеспечивает импульс усилия на обратной стороне рабочей поверхности указанного скребка в направлении запуска. Может быть использована система управления, содержащая машиночитаемые носители для долговременного хранения информации, которая выполняет алгоритм открытия и закрытия соответствующих клапанов по флюидной связи по меньшей мере с одним соплом и магистральным трубопроводом для облегчения запуска указанного скребка и выдаче сообщения об этом запуске.

Указанные система и способ обеспечивают более простой и безаварийный подход к запуску скребка или диагностического инструмента в трубопроводную систему, чем системы запуска предшествующего уровня техники. Вместо того, чтобы подавать обладающую низкой скоростью струю флюида, которая осуществляет переход с одной стороны ствола на другую перед выполнением какой-либо неотложной работы, в указанной системе применяется обладающая высокой скоростью струя флюида (в некоторых случаях соответствующей звуковой), направленная к рабочей поверхности скребка, такой как вертикальный элемент, подобный уретановому элементу (диску или чашке). Такой подход обеспечивает более надежное выполнение заданной последовательности запуска и позволяет исключить необходимость в механических средствах для предотвращения преждевременного запуска. Могут быть достигнуты пусковые усилия более чем в 10-15 раз большие, чем у традиционной установки запуска.

Указанная система запуска может быть реализована на стадии изготовления новой установки запуска или при помощи переоборудования существующей установки запуска. Указанная система запуска также может быть применена к приемнику, для того чтобы дать приемнику возможность двойного действия в качестве установки запуска, в случае оценки двунаправленных возможностей. В некоторых вариантах реализации изобретения, снабженный отверстиями двухстворчатый обратный клапан перед секцией тройника может использоваться для отвода потока флюида в трубопроводе от магистрали и для помощи в управлении или в снижении интенсивности этого потока в пусковой системе.

В вариантах реализации изобретения, система запуска прикладывает к скребку импульс или кинетическое усилие в виде концентрированной, высокоскоростной струи флюида. Эта струя может быть флюидом продукта трубопровода (трансмиссионным флюидом), вторичным флюидом, совместимым с трансмиссионным флюидом, или может использоваться некоторая комбинация трансмиссионного и вторичного флюидов.

Граничная поверхность струи может захватывать вторичный флюид, а также твердые вещества и осадки.

Указанная струя, которая высвобождается из форсунки или сопла, может быть направлена на ведущий уретановый элемент (диск или чашку) указанного скребка, замыкающий уретановый элемент или уретановый элемент, расположенный между ведущим и замыкающим дисками или чашками. Например, при направлении на заднюю часть ведущего уретанового элемента импульс усилия, создаваемый струей, преодолевает статическое трение и, как только указанный скребок начинает движение, преодолевает динамическое трение и ускоряет указанный скребок, поскольку последующие уретановые элементы или другие вертикальные детали подвергаются воздействию указанной струи.

Каждая форсунка или сопло могут быть размещены в любом желательном положении относительно часового циферблата вокруг указанного ствола и направлены вниз по течению. Независимо от положения относительно часового циферблата сопло может быть ориентировано под острым углом относительно центральной продольной оси ствола или под прямым углом к центральной продольной оси. В некоторых вариантах реализации изобретения, сопло расположено таким образом, что струя направляется вниз или на заднюю сторону указанного скребка. В других вариантах реализации изобретения, два или более сопел используются в пределах эффективной зоны запуска для скребка.

Ряд форсунок или сопел может быть расположен вдоль указанного ствола, чтобы добавить дополнительное усилие или таким образом, что два или более скребков могут быть последовательно запущены из указанного ствола в соответствии с заданной временной последовательностью. В некоторых вариантах реализации изобретения, из-за расстояния между двумя или более скребками, не требуется никаких механических средств для удержания каждого скребка в положении и предотвращения преждевременного запуска. В других вариантах реализации изобретения, дополнительные сопла могут быть ориентированы в направлении вверх по течению, чтобы обеспечить усилие, препятствующее движению вперед при запуске скребка вниз по течению. В других вариантах реализации изобретения, пусковая система может содержать в себе винтовое устройство, которое перемещает указанный скребок или инструмент в стартовое положение, причем инжектор затем обеспечивает импульс усилия для запуска указанного скребка.

В некоторых других вариантах реализации изобретения, распределительная решетка может быть расположена над нижней частью пола указанного ствола таким образом, чтобы указанная распределительная решетка позиционировала указанный флюид, поступающий в ствол, таким образом, чтобы указанный флюид немедленно вступал во взаимодействие со скребком или диагностическим инструментом, расположенным в стволе, чтобы приподнять скребок или инструмент вверх и свести на нет эффекты трения. Уменьшение трения значительно увеличивает легкость, с которой может быть запущен скребок; это также устраняет вероятность промаха при запуске скребков из-за лобового сопротивления указанных скребков или ледяных образований. Указанный флюид может поступать в указанный ствол таким же или подобным образом, как и в установках предшествующего уровня техники.

Распределительная решетка может быть перфорированной матрицей в виде листа, имеющего совокупность отверстий, некоторые из которых могут быть наклонены в направлении запуска, которые создают струи флюида (и, следовательно, перепад давления), которые поднимают скребок вертикально от пола и вдоль оси перемещают указанный скребок в направлении запуска. Это расположение позволяет даже использовать горизонтальную установку запуска для движения скребка вперед и внутрь трубопровода за счет только давления и момента.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение установки запуска или приема скребка из известного уровня техники, имеющей необязательную тарелку для флюида или распределительную решетку. В улучшенной камере запуска-приема скребков в соответствии с данным изобретением, указанная установка запуска - с или без распределительной решетки - может быть модифицирована посредством размещения одного или нескольких инжекторов или сопел в соответствии с данным изобретением, смотри, например, Фиг. 3-9 и 11, вдоль указанного ствола установки запуска и ориентированных в направлении вниз по потоку для подачи высокоскоростной концентрированной струи флюида к вертикальному элементу скребка или диагностического инструмента, который должен быть запущен. Клапаны могут быть использованы для управления потоком в ствол и к соплам. Индикаторы клапана вместе с датчиками давления, расхода и температуры могут посылать сигналы в систему управления, которая автоматически открывает и закрывает клапаны при необходимости запуска скребка или диагностического инструмента в главный трубопровод.

Фиг. 2 схематически изображает вариант реализации изобретения в отношении системы управления, которая может быть использована в связи с системой запуска скребка согласно настоящему изобретению.

Фиг. 3 изображает вид спереди сверху варианта реализации изобретения в отношении инжектора или узла сопла перед установкой. Указанный узел содержит фланец плоского профиля (блин) на конце впускного отверстия и плиту или фланец криволинейного профиля на конце выпускного отверстия или сопла. Указанный фланец плоского профиля может быть выполнен с возможностью точной посадки между двумя фланцами на линии для запуска скребка в типичном пусковом устройстве. Меньший фланец криволинейного профиля может быть точно посажен на внутренней поверхности указанного ствола указанной установки запуска. Изгиб обеспечивает наклонный угол сопла относительно горизонтали. Фланец плоского профиля может содержать одно или несколько отверстий для обеспечения пути утечки для выравнивания давления.

Фиг. 4 изображает вид сбоку сверху варианта реализации изобретения на Фиг. 3.

Фиг. 5 изображает вид сверху в плане варианта реализации изобретения на Фиг. 3.

Фиг. 6 изображает вид поперечного сечения варианта реализации изобретения на Фиг. 3.

Фиг. 7 изображает вид инжектора или узла сопла на конце меньшего диаметра, в месте его окончания, чтобы внедрить указанное сопло в поверхность указанного ствола. Скребок был помещен внутрь ствола с целью лучшего показа того, как указанная свободная струя, выходящая из указанного сопла, может взаимодействовать с вертикальным элементом, расположенным по направлению к указанной задней стороне скребка. В других вариантах реализации изобретения, указанное сопло может быть размещено так, что передний или более передний вертикальный элемент будет первой точкой взаимодействия.

Фиг. 8 изображает вид, на котором узел инжектора или сопла может быть установлен или помещен в зону ствола установки запуска, которая содержит распределительную сетку флюида, используемую для тяжелых скребков. В некоторых вариантах реализации изобретения, указанная сетка располагается ниже указанного сопла. В других вариантах реализации изобретения, сопло может присоединяться к боковой стенке сетки. Несколько сопел могут использоваться с сеткой или вместо нее.

Фиг. 9 изображает развернутый вид узла встроенного инжектора узла сопла по данному раскрытию. Указанный монтажный фланец плоского профиля (блин) может быть расположен между двумя фланцами на линии для запуска скребка. В некоторых вариантах реализации изобретения, указанный фланец может содержать канал утечки для обеспечения выравнивания давления.

Фиг. 10 представляет собой график, иллюстрирующий для установки запуска эквивалентного размера, скребка и скорости потока в трубопроводе - относительную разницу в пусковом усилии, создаваемом в вариантах реализации настоящего раскрытия, в сравнении с усилием, создаваемым пусковыми конструкциями предшествующего уровня техники, которые направляют поток, обладающий низкой скоростью, внутрь установки запуска в перпендикулярном направлении. Изменения конструктивных параметров могут повлиять на эту относительную разницу. В качестве неограничивающего примера, увеличение пускового усилия и, следовательно, увеличение относительной разницы - может быть достигнуто за счет увеличения площади, увеличения перепада давления или за счет использования наращивания сверхзвукового сопла.

Фиг. 11 изображает вид, представляющий место для установки инжектора или узла сопла или размещения в зоне ствола установки запуска. Могут использоваться и другие установочные устройства, включая, но не ограничиваясь ими, различные положения относительно часового циферблата вокруг ствола или относительно указанного ствола.

Фиг. 12 изображает изометрический вид варианта реализации инжектора или узла сопла. Специальный эксцентриковый корпус облегчает посадку внутренней трубы и позволяет выполнить изгиб или поворот вне радиуса с целью создания необходимого осевого направления. Указанная пластина с криволинейным профилем может содержать в себе одно или несколько отверстий, которые обеспечивают путь утечки для выравнивания давления.

Фиг. 13 изображает другой изометрический вид инжектора или узла сопла без указанной пластины с криволинейным профилем, который соответствует стволу и градуирует сопло. Удаление указанной пластины позволяет лучше видеть, как указанное сопло может заканчиваться в стволе, чтобы создать осевое направление, необходимое для формирования указанного усилия, препятствующего возврату скребка или вертикального элемента скребка, чтобы обеспечить перемещение скребка вперед.

Фиг. 14 изображает изометрический вид в обратном направлении, показывающий уменьшенное поперечное сечение или блокировку в нижней части корпуса. Указанная пластина, которая обеспечивает блокировку, может содержать отверстие, которое обеспечивает путь утечки для выравнивания давления.

Фиг. 15 изображает схему варианта реализации настоящего раскрытия, в которой используются небольшие пневматические, гидравлические или другие приводимые в действие и разнесенные в пространстве штифты, чтобы указать местоположение одного или нескольких скребков для установки и подачи оператору сигнала о том, каково положение каждого скребка в установке запуска.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Для целей настоящего раскрытия, высокоскоростная струя, также называемая в данном документе концентрированной струей или направленной струей, представляет собой струю флюида, покидающую область высвобождения из инжектора или сопла в направлении определенной, заданной области на задней стороне рабочей поверхности скребка или инструмента со скоростью, превышающей скорость потока по магистральному трубопроводу, для создания концентрированных усилий, и эти концентрированные усилия значительно превышают усилия, создаваемые во время поступления потока продукта трубопровода в заднюю часть пусковой установки, как это имеет место при типичной работе на линии для запуска скребка. Струя флюида входит в ствол не под прямым углом относительно осевой линии ствола.

Указанный флюид может представлять собой часть продукта в трубопроводе, протекающего по магистральному трубопроводу и отводимого в сопло и через него. Указанная высокая скорость, которая может поддерживаться на участке длиной, превышающей по меньшей мере в два раза, размер скребка или диаметр инструмента, достаточна для создания в момент времени "t" усилия, превышающего статическую или динамическую силу трения, испытываемую в момент времени t скребком или диагностическим инструментом. Два или более сопел могут использоваться для удовлетворения или превышения этих требований к усилию. Сверхзвуковое сопло может также использоваться для распространения этого усилия до самого скребка.

Низкоскоростной (по предшествующему уровню техники) поток флюида является одним из входящих в ствол установки запуска посредством типичной работы на линии для запуска скребка и не направленный по направлению к определенной, заданной области на задней стороне рабочей поверхности скребка или инструмента. Низкоскоростной поток флюида обычно поступает в ствол от полного диаметра линии для запуска скребка и перпендикулярно к центральной линии ствола.

Использованные термины установка запуска и камера запуска-приема скребков могут использоваться взаимозаменяемо на протяжении всего настоящего раскрытия. Установка запуска или ловушка могут быть выполнены в качестве установки запуска, приемника или и того, и другого.

Указанные термины инжектор и сопло, или узел инжектора и узел сопла, могут использоваться взаимозаменяемо на протяжении всего настоящего раскрытия.

Указанные термины скребок трубопровода и диагностический инструмент могут использоваться взаимозаменяемо. Каждый из них содержит корпус шпинделя, который обычно имеет два или более эластомерных диска, чашки или уплотнительных элементов, расположенных вокруг указанного корпуса так, что указанные скребок или инструмент могут двигаться вперед по трубопроводу под воздействием перепада давления.

Направление вниз по течению или направление запуска это направление от или противоположное направлению закрывающей двери указанного ствола установки запуска. Находясь в стартовом положении запуска, задний конец скребка или инструмента расположен в направлении закрывающей двери ствола установки запуска, а передний конец скребка или инструмента расположен в направлении потока магистрального трубопровода. Задние части рабочих поверхностей скребка или инструмента обращены в сторону закрывающей двери.

Рабочие поверхности скребка трубопровода или инструмента представляют собой поверхности, выступающие в боковом направлении наружу от корпуса шпинделя в скребке или инструменте, обычно под углом 90° относительно центральной продольной оси корпуса шпинделя. Одним примером рабочей поверхности является область, представленная вертикальным элементом, таким как эластомерный или уретановый уплотнительный элемент. Указанным уплотнительным элементом может быть чашка или диск (или их эквиваленты).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Варианты реализации системы и способа направленного струйного запуска скребка или инструмента этого раскрытия позволяют флюиду, поступающему в ствол установки запуска (ловушки), служить флюидным импульсом высокой концентрации или импульсным усилием, который перемещает скребок или диагностический инструмент в стартовое положение. Вместо того, чтобы подавать струю флюида с низкой скоростью, которая пересекает ствол с одной стороны на другую перед выполнением какой-либо непосредственной работы, указанная система доставляет струю флюида с высокой скоростью (в некоторых случаях звуковой), направленную к рабочей поверхности скребка, такой, как вертикальный элемент, подобный уретановому элементу (диску или чашке). Такой подход обеспечивает более надежное выполнение заданной последовательности запуска и позволяет исключить необходимость в механических средствах для предотвращения преждевременного запуска. Могут быть достигнуты пусковые усилия более чем в 10-15 раз большие, чем у традиционной пусковой установки. См., например, Фиг. 10. Кроме того, указанное пусковое усилие может поддерживаться на большей длине (измеряемой как кратная диаметру скребка), чем это может быть достигнуто с использованием известного уровня техники.

Расположение штырей может быть также вдоль указанного ствола для того, чтобы расположить несколько скребков или инструментов в позиции для установки. Варианты реализации изобретения могут также обеспечивать возможность двунаправленного запуска скребка. Например, приемная камера запуска-приема скребков может стать установкой запуска и отправить скребок обратно туда, откуда он был выпущен.

В вариантах реализации изобретения по меньшей мере один инжектор или сопло могут быть размещены в стенке пусковой установки для каждого скребка, загруженного в пусковую установку или ствол, и направлены в направлении вниз по потоку на рабочие поверхности скребка для доставки концентрированной струи флюида сзади или к задней части этих поверхностей. Указанные рабочие поверхности могут быть вертикальными элементами, такими, как эластомерный или уретановый элемент, такими, как диск или чашка, по типу известные в данной области техники и используемые в качестве уплотнительных элементов, которые помогают перемещать скребок или инструмент вперед под действием перепада давления. В некоторых вариантах реализации изобретения, указанная струя направляется в сторону участка поверхности, расположенного в нижней половине тыльной стороны указанного вертикального элемента. Часть указанной струи напротив указанного корпуса шпинделя указанного скребка или инструмента также поднимает скребок для уменьшения нормального усилия (например, вес), которое, в свою очередь, уменьшает воздействие трения. Сразу же после подачи, указанная струя в полной мере действует в направлении, противоположном указанному скребку в отличие от предшествующего уровня техники, при котором одна часть указанного флюида переходит от одной стороны ствола на другую.

Указанные система и способ могут значительно сократить аппаратные средства и сварные соединения, необходимые для запуска одного скребка или диагностического инструмента или нескольких скребков или инструментов. Указанная экономия в стоимости может быть значительной. Например, размер ответвлений схемы или линий для запуска скребков, поступающих в пусковую установку, обычно будет меньше, чем в пусковой установке аналогичного размера предшествующего уровня техники, что позволяет снизить затраты на изготовление. В качестве неограничивающего примера укажем, что площадь поперечного сечения линии сопла может составлять 1/12 от площади поперечного сечения типичной ветви или линии для запуска скребка (например, 1-дюймовая (2,54 см) линия сопла, 4-дюймовая (10,16 см) линия сопла для запуска скребка). В других вариантах реализации изобретения, площадь поперечного сечения указанной линии может составлять 1/10 площади поперечного сечения линии для запуска скребка. Установка запуска, содержащая линии для запуска скребков, также может быть модернизирована с использованием этих линий в качестве мест расположения форсунок или сопел. В некоторых вариантах реализации изобретения, узлы инжекторов могут проскальзывать в портал линий для запуска скребков в виде цельного узла, который удерживается на месте фланцами линии для запуска скребка.

В некоторых вариантах реализации изобретения, отдельный коллектор поддерживает одну или несколько точек приложения, чтобы указанный поток флюида отводился к форсункам или соплам с помощью ряда регулирующих клапанов. Указанный флюид может быть жидкостью или газом и может быть частью потока продукта магистрального трубопровода. Регулирующие клапаны могут быть электромагнитными клапанами. Схема управления затем используется для определения того, какой регулирующий клапан открыть, в какой момент времени его открыть и на какой период времени. Ссылаясь на Фиг. 1, 2 и 9, варианты реализации системы запуска и способа, могут быть выполнены с возможностью работы с камерой запуска-приема скребков или установкой запуска 10, содержащей ствол 11, содержащий закрывающую дверь 22 на одном конце, выполненную с возможностью соединения с магистральным шунтирующим каналом (коллектором) 13 вдоль боковой стенки 12 ствола 11. Коллектор 13 присоединен к магистрали и может содержать один или несколько тройников или линий для запуска скребков (узел соединения ответвления и главной линии трубопровода) 17. В некоторых вариантах реализации изобретения, установка запуска 10 может быть выполнена с возможностью действовать как установка запуска/приемник. Перепускной клапан 21 магистральной лини, - который может быть дроссельной заслонкой или подсоединенной через отверстие дроссельной заслонкой, - может быть установлен для подачи основного продукта или трансмиссионного флюида в указанный коллектор 13 через узел 17 соединения ответвления и главной линии трубопровода и в ствол 11 пусковой установки 10, где указанный флюид подается через один или несколько узлов 80 сопел, имея в своем составе по меньшей мере один инжектор или сопло 81. Указанные узлы 80 сопел могут быть расположены по направлению к торцу 14 ствола от соединения 17 ответвления и главной линии трубопровода, причем зона высвобождения сопла открыта в сторону внутреннего пространства указанного ствола 11. В некоторых вариантах реализации изобретения, указанный узел 80 сопла может быть выполнен с возможностью того, чтобы сопло 81 было изготовлено заподлицо или почти заподлицо со стенкой ствола 12. Внутри указанного ствола 11 пусковой штифт 18 может удерживать скребок или диагностический инструмент "Р" в своем стартовом положении и ожидать поступления основного продукта или трансмиссионного флюида в указанный ствол 11.

В некоторых вариантах реализации изобретения, система направленной струи и способ этого раскрытия могут быть объединены с системой "флюидной тарелки", такой же или подобной системе, раскрытой в US 2016/0369930 А1, объект изобретения которой включен посредством ссылки в настоящее раскрытие. Эта комбинация может быть полезна там, где должны были бы запускаться весьма тяжелые скребки. Например, запуск скребков с массой в диапазоне от 150 фунтов до 200 фунтов (от 68,04 кг до 90,71 кг) (или более) можно поддержать с помощью указанной тарелки. Указанная система направленной струи все еще может эффективно запускать эти более тяжелые скребки, и несколько струй могут быть применены в одном месте. Флюидная тарелка 15, которая может быть выполнена в форме перфорированной матрицы или листа с отверстиями 16, уменьшает трение в средах с низкой плавучестью, чтобы лучше обеспечить автоматический запуск этих больших скребковых устройств. Отверстия 16 в совокупности могут быть наклонены в направлении запуска.

Установочные штифты 131 могут также располагаться вдоль ствола 11 для размещения нескольких скребков или инструментов в позиции для установки. См., например, Фиг. 15. Штифты 131 могут располагаться с заданными интервалами, которые соответствуют установке, и могут быть пневматическими или гидравлическими штифтами (или их эквивалентами). Варианты реализации изобретения могут также обеспечивать возможность двунаправленного запуска скребка. Например, приемная камера запуска-приема скребков может стать установкой запуска и отправить скребок обратно туда, откуда он появился.

В то время, как перепускной клапан 21 магистрали частично закрыт или дросселирован, контролируемая фракция основного продукта или трансмиссионного флюида поступает в магистраль 17, содержащую узел 80 сопла. Давление внутри указанного пускового ствола 11 временно падает (обычно примерно на одну секунду или около того) для создания перепада давления в сопле 81, которое создает струю с высокой скоростью, направленную к рабочей поверхности 71 скребка или диагностического инструмента "Р". Указанное сопло 81 выполнено с возможностью и ориентировано для подачи концентрированной струи флюида к рабочей поверхности скребка или диагностического инструмента "Р", подлежащего запуску в трубопроводную систему. Ни одна из струй, высвобождаемых указанным соплом 81, не направляется таким образом, чтобы часть струи пересекала ствол 11 перед выполнением непосредственной работы. Скорее всего, струя сразу же ударяется о рабочую поверхность 71 скребка или инструмента. В некоторых вариантах реализации изобретения, указанная струя может перемещаться со звуковой или почти звуковой скоростью высвобождения. В приложениях, в которых трансмиссионный флюид является газом, указанная скорость высвобождения может быть больше 1000 футов в секунду (304,8 м/с). Если используется сопло сходящегося и расходящегося типа (или сопло Лаваля) или его эквивалент, то указанные скорости могут распространяться в сверхзвуковом диапазоне.

Поток флюида к соплам 81 может регулироваться посредством одного или нескольких регулирующих клапанов 83. Указанный регулирующий клапан 83 может быть открыт для обеспечения возможности реализации повышенного давления на границе соприкосновения указанного сопла. Указанные регулирующие клапаны 83 могут быть электромагнитными клапанами. Схема управления может быть использована для определения того, какой регулирующий клапан 83 нужно открыть, в какой момент времени его открыть и на какой срок.

Как только скребок запущен, индикатор 39 сигнала скребка может быть использован для указания его прохода в магистральный трубопровод. Клапаны - которые могут содержать магистральный перепускной клапан 21, клапан 25 на нагнетательной линии запуска скребка, запорный клапан 29 и клапан 83 сопла могут контролироваться соответствующим индикатором 23, 27, 31, 85 клапана для определения того, правильно ли клапан 21, 25, 29, 83 указывает известное состояние. Индикаторы клапана могут быть индикаторами типа, известного в данном уровне техники для контроля состояния клапана.

Указанный пусковой штифт 18, индикаторы 23, 27, 31, 85 клапанов и индикатор 39 сигнала скребка могут быть связаны с коммуникационным интерфейсом 40, который может быть соединен или являться частью сети связи по линиям электропередач (Power Line Communication, PLC), или являться частью сети мобильной связи, а также может быть соединен с вычислительным устройством 50, имеющим модуль 60 обеспечения стабильности потока. То же самое справедливо по отношению к датчикам давления или индикаторам 19, 33 и расходомерам 35, 37. Указанный модуль 60 обеспечения стабильности потока может быть тем же или подобным модулю обеспечения стабильности потока, раскрытому в патенте US 9,651,190 В1, выданному TDW Delaware, Inc, содержание которого включено посредством ссылки в настоящий документ. Если используется распределительная решетка, то может использоваться и контролироваться отдельный сеточный клапан 9.

Данные о состоянии клапана от индикаторов 23, 27, 31, 85 клапана; данные о перепаде давления от индикаторов 19, 33 давления; и данные о потоке от расходомеров 35, 37 могут передаваться через интерфейс 40 для обработки одним или несколькими микропроцессорами 55 вычислительного устройства 50. Указанный микропроцессор 55 вместе с машиночитаемым носителем 51 и запоминающим устройством 53 вычислительного устройства 50 могут быть выполнены с возможностью реализации модуля 60 обеспечения стабильности потока. Известное количество скребков, загруженных в ствол 11 пусковой установки, наряду с данными от выдвижного штыря 18 и индикатора 39 сигнала скребка, могут быть использованы для определения возможного статуса скребка.

Обратимся теперь к Фиг. 3-7 и 9, на которых инжекторный узел или узел 80 сопла по настоящему раскрытию может также содержать продольно проходящую трубу 87, имеющую фланец 89 плоского профиля, расположенный рядом или ближе к впускному концу 99, при этом фланец или пластина 91 с криволинейным профилем, расположенные рядом или ближе к выпускному концу 101 (сопла или высвобождения), и по меньшей мере один изгиб 105 между двумя концами 99, 101. В вариантах реализации изобретения, труба 87 не соосна фланцу 89 плоского профиля, а указанный впускной конец 99 смещен от осевой линии фланца 89. Фланец 91 с криволинейным профилем может содержать отверстие 82 сопла, выполненное с размерами, предназначенными для приема сопла 81. Изгиб 105 может находиться под острым углом α относительно горизонтали. (Угол α может также упоминаться в этом описании как угол сопла).

Фланец 89 плоского профиля, который может быть фланцем (тонким) типа блин, может быть расположен между фланцами "F" узла соединения ответвления и главной линии трубопровода 17. Отверстия для болтов 103 во фланце 89 позволяют расположить сопло 81 радиально относительно установки 11 запуска. Указанный фланец 89 служит ограничителем. В некоторых вариантах реализации изобретения фланец 89 может содержать одно или несколько отверстий, которые обеспечивают путь утечки 111 для выравнивания давления. В других вариантах реализации изобретения фланец 89 не содержит отверстия.

Пластина 91 с криволинейным профилем может соответствовать кривизне указанной стенки 12 указанного ствола 11. В некоторых вариантах реализации изобретения, пластина 91 может представлять собой фланец криволинейного профиля в качестве образца для испытаний. Указанная кривизна градуирует сопло 81 и образует проход или путь 111 утечки, которые позволяют кольцевой области 113 организовать заполнение флюидом и создать давление вокруг внешней кольцевой поверхности 115 узла 80 сопла. Эта конструкция гарантирует, что перепад давления вокруг (сжимаемого) снаружи корпуса сопла равен нулю, поэтому узел 80 сопла не деформируется или не разрушается. В некоторых вариантах реализации изобретения, пластина 91 не должна быть полностью заварена с целью обеспечения пути 111 утечки. В других вариантах реализации изобретения пластина 91 может содержать один или несколько отверстий 92 для обеспечения пути 111 утечки. См., например, Фиг. 12.

Ссылаясь на Фиг. 8, 9 и 11, в вариантах реализации изобретения, имеется по меньшей мере одно сопло 81 для каждого скребка или инструмента, загруженного в ствол 11. В других вариантах реализации изобретения имеется по нескольку сопел 81 для каждого скребка, если это необходимо. Указанное сопло 81 может быть направлено в сторону участка нижней половины или зоны 73 задней части или обращено в сторону задней стороны 75 вертикального элемента 71. В некоторых вариантах реализации изобретения указанное сопло 81 может быть направлено в сторону участка верхней половины или зоны 77 вертикального элемента. Если указанный скребок проходит мимо сопла 81, то указанная задняя сторона 75 второго или последующего вертикального элемента 71 могут сталкиваться, как и задняя или оборотная сторона скребка, во время прохождения мимо сопла 81. Указанный скребок обычно содержит два или более вертикальных элемента 71.

Обратимся теперь к Фиг. 12-14, откуда видно, что варианты реализации изобретения по инжектору или узлу 80 сопла могут содержать кожух или корпус 121 сопла с уменьшенным поперечным сечением или блокировкой 123 для обеспечения того, чтобы основной поток входил в сопло 81 и мог управляться на основании значений давления. Указанная блокировка 123 может быть одной пластиной и может содержать один или несколько отверстий, которые обеспечивают путь 111 утечки для выравнивания давления. В некоторых вариантах реализации изобретения, указанный корпус 121 может быть эксцентрическим переходником с целью экономии места или с целью обеспечения позиционирования, требуемого в трубе большего диаметра, такого как узел соединения ответвления и главной линии трубопровода. Эксцентрический переходник может быть шире по направлению к концу 101 сопла, чем к впускному концу 99. Указанный корпус 121 может иметь размеры, обеспечивающие кольцевую область 1 для заполнения флюидом и создания давления вокруг внешней кольцевой поверхности 115 узла 80 сопла.

При соответствующем ограничении контролируемого соплом высвобождения, можно достичь скоростей, превышающих 1100 футов в секунду (335 м/с), не создавая необходимости в насосах или компрессорах, чтобы сделать то же самое. В некоторых вариантах реализации изобретения, никакой дополнительный насос или компрессор не требуется ни как часть системы, ни как часть способа запуска. Поскольку струя флюида высвобождается в ствол из сопла, указанный импульс или момент от струи служит для создания сильной зоны рециркуляции, которая подается в расширяющуюся струю, захватывая вторичный флюид и увеличивая массу, содержащуюся в струе. Поскольку струя распространяется вперед и теряет скорость, импульс остается высоким из-за дополнительной массы, поглощаемой внутри струи. Этот механизм позволяет выполнять работу на значительной длине струи по мере ее расширения. В некоторых вариантах реализации изобретения эта длина была измерена, и составила больше, чем 40 дюймов (101,6 см), т.е. больше, чем у многих скребков. Продвижение скребка более чем на 90 дюймов (228,6 см) было продемонстрировано на 12,625-дюймовом (32 см) скребке в ходе испытаний с использованием только одного инжектора.

Область высвобождения из указанных форсунки или сопла может быть направлена вниз по потоку и против задней или обращенного против задней стороны вертикального элемента скребка, такого как ведущий уретановый элемент (диск или чашка). Указанная струя флюида, подаваемая соплом, ударяет по указанному элементу с целью приостановки статического трения, а затем взаимодействует с каждым последующим вертикальным элементом скребка, чтобы добавить дополнительное давление или усилие, ускоряя скребок вперед, когда скребок удаляется от струи. Затем, указанная струя, наконец, взаимодействует с последним вертикальным элементом скребка, в то время как этот элемент удаляется от сопла. Поскольку струя естественным образом расширяется как свободная струя, площадь поверхности взаимодействия увеличивается примерно на угол 15° (который присущ расширяющейся струе). Таким образом, скорость указанной струи будет стабильной для статического давления спереди относительно задней стороны вертикального элемента, чтобы удерживать движение скребка вперед.

Диаметр высвобождения или размер форсунки или сопла может быть любым диаметром, необходимым для подачи усилия с целью приостановки статического трения и преодоления динамического трения и осуществления запуска скребка известного веса и размера. Различные диаметры и различные давления могут быть использованы для того, чтобы управлять скребками различной массы и параметрами трения.

Расположение указанных струй может быть установлено под любым требуемым радиальным углом и может быть размещено по направлению к передней или задней части скребка. В некоторых вариантах реализации изобретения, указанное сопло располагается таким образом, что указанная струя находится в нижнем или 6-часовом положении относительно часового циферблата и направлена на столкновение в направлении задней поверхности самого переднего вертикального элемента. Это приподнимает скребок, с целью уменьшения перпендикулярных усилий, связанных с трением, и создает несколько точек воздействия на скребок с целью ускорения в то время, как скребок движется вперед в направлении запуска. Можно использовать и другие положения относительно часового циферблата.

Указанное сопло 81 может содержать одно отверстие или совокупность отверстий. Угол α сопла 81 не является прямым по отношению к осевой линии ствола и может быть разработан для каждого применения с целью обеспечения оптимальной осевой струи по отношению к вертикальным элементам скребка. В вариантах реализации изобретения, угловое отклонение α сопла от горизонтальной оси представляет собой острый угол в диапазоне от 5° до 85°, причем поддиапазоны находятся в этом более широком диапазоне от 5° + X, и 85° - X, при этом X является углом в диапазоне от 1° до 35°. В других вариантах реализации изобретения, угол α сопла находится в диапазоне от 10° до 80°, причем поддиапазоны находятся в этом более широком диапазоне от 10° + X до 80° - X, при этом X является углом в диапазоне от 1° до 30°.

В качестве неограничивающего примера, в одном варианте реализации изобретения, указанные инжектор или сопло имеют диаметр 1,42 дюйма (36 мм), при угловом отклонении 38° от горизонтали, и расположены так, чтобы направлять расширяющуюся струю газа или жидкости на нижнюю поверхность вертикального элемента скребка для передачи усилия, действующего в направлении скребка. После того, как скребок начнет движение, статическое трение значительно уменьшается и скребок будет двигаться вперед. Как только струя начнет сталкиваться с последовательностью вертикальных элементов, указанный скребок после этого начнет ускоряться до более высоких скоростей. Указанный импульс, воздействующий на скребок, как только он выйдет из диапазона сопла, то будет увлекать его вперед в трубопровод пока давление создается позади скребка. Как только в переходнике указанное давление включается в цикл, оно применяется к давлению главного трубопровода. Мгновенные скорости в тестах данных системы и способа были измерены свыше 200 фут/сек (60,96 м/с) с использованием акселерометра. Пусковые установки предшествующего уровня техники обычно не допускают скоростей потоков флюида, превышающих 7,3 футов в секунду (fps) (2,2 м/с) в большинстве случаев, и в очень редких случаях, 30 fps (9,1 м/с), когда поток продукта трубопровода находится в диапазоне, поддерживающем эти скорости. Кроме того, большая часть скорости этих потоков, по предшествующему уровню техники, теряется и не выполняет никакой полезной работы из-за того, как именно поток входит в ствол относительно скребка.

Варианты реализации изобретения, в рамках данного раскрытия, обеспечивают скорости, недостижимые в типичных операциях линии для запуска скребка, намного превышающие 30 fps и скорость потока продукта в трубопроводе. Скорости могут достигать более 100 fps (30,5 м/с), как показано в таблице ниже, включая диапазоны и поддиапазоны, перекрываемые этими скоростями:

По мере того, как скребок перемещается вперед, указанное высвобождение из инжектора или сопла будет взаимодействовать с последующими вертикальными элементами по мере того, как они перемещаются, обеспечивая дополнительное ускорение в каждом последующем вертикальном элементе. По мере того, как заключительный или последний вертикальный элемент указанного скребка перемещается, проходя мимо сопла, свободная струя газа или жидкости затем расширяется под углом 15°, включая угол для продолжения воздействия на скребок с увеличением площади поверхности по мере удаления скребка. Указанная свободная струя также будет увеличиваться в массе, поскольку струя рассеивает все больше и больше окружающего газа в оболочку свободной струи, когда она расширяется, сохраняя при этом скорость и способность к расширению. Таким образом, указанное усилие, действующее на заднюю сторону 11 скребка, может продолжать взаимодействовать со скребком на значительном расстоянии после того, как скребок прошел сопло. Это гарантирует, что скребок продолжит двигаться вперед, а также продолжит ускоряться на некотором расстоянии, прежде чем он начнет замедляться. Усилие может быть регулируемо посредством давления и размера диаметра высвобождения из указанного сопла. Оно может также управляться посредством клапана, осуществляющего модуляцию указанного флюида, входящего и выходящего из сопла. Сверхзвуковое сопло, такое же как, но не ограниченное им, сходящееся-расходящееся сопло или его эквивалент, может также добавить к способности восприятия усилия.

В вариантах реализации изобретения, общее время распространения струи вперед, перемещения скребка в стартовое положение и запуска скребка составляет около 1 секунды или меньше. Во многих случаях, фактическое время запуска составляет около 0,5 секунды или меньше. Эти времена запуска достаточно короткие, чтобы приборы в магистральной линии не смогли определить разницу между дросселированием главного перепускного клапана и рабочим шумом, относящимся к таким источникам, как трение, насосы и фильтрация вниз по потоку. Как только указанный первый скребок будет запущен, механизмы вернутся в свое обычное рабочее положение.

Скорость струи чрезвычайно высока в непосредственной близости от запускаемого скребка, а затем убывает по длине оболочки струи предсказуемым образом. Эта предсказуемость позволяет проектировщику спроектировать или указать правильное сопло форсунки для данного приложения запуска. В некоторых вариантах реализации изобретения, струя может поддерживать значительную скорость. Например, могут быть достигнуты скорости 200 fps (60.96 м/с) или более (вплоть до звуковых и, в случае газа, сверхзвуковых), и эти более высокие скорости могут поддерживаться на длине в диапазоне от 30 дюймов до 40 дюймов (от 76,2 см до 101,6 см) ниже точки высвобождения. Это позволяет энергии (импульсу), присущей струе, создавать импульс усилия в любом месте ее длины, вдоль которой может происходить проталкивание скребка вперед, реагируя на вертикальные элементы скребка. Природа свободной от газа указанной струи позволяет вовлекать значительные объемы вторичного газа за счет зоны рециркуляции, создаваемой расширением, зоной рециркуляции и обменом импульсами между текучими средами с высокой и низкой скоростью. Этот общий механизм флюидного обмена позволяет направленной струе набирать массу по мере расширения и снижения скорости.

Эти скорости в сочетании с массовым расходом струи могут создавать импульсные усилия в несколько сотен фунтов или более, чтобы придать усилие, необходимое для перемещения скребков весом в сотни фунтов. Эффективная длина указанной рабочей оболочки струи может, в зависимости от конструкции сопла, быть значительно больше 40 дюймов (101,6 см) в длину. Поскольку длина большинства скребков не превышает эту эффективную длину, указанные система и способ могут быть высокоэффективными при запуске скребков, имеющих длину, попадающую внутрь этой оболочки. Для более длинных скребков конструкция сопла может быть изменена, с целью увеличения рабочей длины указанной струи, или совокупность сопел может быть объединена, чтобы обеспечить несколько точек приложения усилий к скребку (или к некоторой комбинации из двух).

Моделирование указанной струи, выходящей из инжектора или сопла, показало, что сопло может создавать скорости при звуковых режимах и сверхзвуковых режимах. Обладающая звуковой или почти звуковой скоростью свободная струя позволяет приложить усилие к скребку (в непосредственной близости от сопла), которое примерно в 100 раз или более превышает типичные рабочие параметры, наблюдаемые в настоящее время в известных системах запуска. При этих скоростях статическое трение легко нарушается, и скребок получает возможность двигаться вперед внутрь трубопровода даже без возможных остановок из-за зон повышенного трения, перпендикулярных к определенному сегменту трубы.

В качестве неограничивающего примера, если один инжектор или форсунка были предназначены для подачи потока газа с массовым расходом 1 фунт в секунду (около 0,45 кг/с), то скорость уноса вторичного газа составит примерно 9 фунтов в секунду (около 4,1 кг/с). Таким образом, общий расход в точке 10-15 дюймов (25,4-38,1 см) от сопла будет составлять около 10 фунтов в секунду (около 4,5 кг/с), а скорость в этой точке будет около 250 fps (76,2 м/с). Указанный импульс, создаваемый этим потоком и доступный указанному скребку для 1-секундного взаимодействия, составляет 2500 фунтов на фут в секунду (10 фунтов в секунду x 250 футов в секунду x 1 секунда). В зависимости от спецификаций приложений и требований к применению, сопло может быть сконструировано для доставки массовых расходов потока со значением меньшим, равным, или большим чем 1 фунт (0,454 кг) в секунду.

Поэтому указанные система запуска и способ могут создавать значительное усилие на скребок при минимальном количестве флюида. Во многих случаях операторы трубопроводов запрашивают флюид при очень низком потоке или скорости в магистральном трубопроводе. В некоторых случаях указанная скорость может быть меньше 2 миль в час (около 2,95 fps или 0,9 м/с), а в других случаях - менее 1 мили в час (около 1,47 fps или 0,45 м/с). Варианты реализации изобретения по системе запуска и способу, могут обеспечить работоспособные сценарии запуска при этих низких скоростях. Указанная скорость входящего флюида (через инжектор или сопло) контролируется на более высоких скоростях, чем объемный флюид внутри ствола, что позволяет струе создавать значительно более высокие усилия на скребок на основании расчета. Это также дает возможность инжектору применять это усилие в нескольких точках, пока скребок движется вперед. Указанный скребок будет выдвинут в конечную точку сопряжения переходника, откуда он начнет движение внутри трубопровода в качестве успешного запуска. В сравнении, для технологии предшествующего уровня техники, очень трудной задачей будет достижение скоростей запуска при таких сценариях столь низкого расхода или еще ниже, и они не будут развивать достаточное статическое давление при этих низких расходах потока, чтобы толкать скребок вперед в автоматической установке запуска.

В вариантах реализации изобретения, использование специально разнесенных форсунок или сопел позволяет градуировать и контролировать запуск разнесенных скребков должным образом, используя только регулирующие клапаны, такие как электромагнитные клапаны. Этот подход позволяет запускать первый скребок и при необходимости осуществлять последующий запуск следующего скребка, если это требуется, без удерживающих штифтов или механических блокировок. Указанный второй скребок будет двигаться вперед с импульсным усилием, приложенным к скребку, с помощью струи, обеспечиваемой вторым инжекторным соплом. Указанный второй скребок затем переместится в область, освобожденную первым скребком, при этом указанный первый инжектор может применить второе импульсное усилие к вертикальным элементам скребка. Это ускорит скребок и продолжит его движение через указанный ствол пусковой установки, обеспечивая контролируемое перемещение скребка через ствол.

В случае, если потребуется второй скребок, то тот же самый сценарий повторяется вновь, но с подключением второй направленной струи. Первая струя может быть дополнительно подпитана, чтобы усилие, приложенное к скребку, оставалось высоким, для случая выхода скребка из второй импульсной зоны и входа в первую импульсную зону. По мере того, как вторая импульсная зона, создаваемая второй струей, начинает ослабевать в усилии, указанная конструкция будет обладать скребком, впоследствии перемещающимся в первую импульсную зону, созданную посредством первого инжектора или сопла, тем самым поддерживая высокое усилие, приложенное к рабочим поверхностям скребка, пока он не будет введен в трубопровод и, впоследствии, запущен. Затем это повторяется для каждого последующего скребка в линии.

При достаточном разделении скребков, необходимость в гидравлических или пневматических штифтах для удержания скребков больше не требуется, что делает гидравлический блок, органы управления и шланги также больше не нужными. Указанная система становится значительно более упрощенной всего лишь с несколькими небольшими недорогими клапанами, которые могут управляться недорогим многоконтурным контроллером. В некоторых вариантах реализации изобретения, если необходимо, противоположная струя может быть использована для удержания скребков в очереди, в то время как пусковой скребок толкается вперед к переходнику. Например, противолежащая струя может быть создана инжектором или соплом, направленным в направлении, противоположном направлению запуска (например, в сторону закрывающейся двери, а не от двери). Это обеспечит дополнительный контроль для управления движущими и противостоящими усилиями.

Указанная система запуска может также использоваться в установках запуска скребка, которые в настоящее время используют внутренние устройства винтового типа для проталкивания скребка в трубчатый переходник, расположенный в конце указанного ствола. Указанное винтовое устройство помогает обеспечить надежную доставку этих скребков в стартовое положение и может помочь преодолеть любые обломки или осадки в линии, которые могут воспрепятствовать запуску скребков. Турбулентность, создаваемая концентрированной струей, должна также способствовать поддержанию чистой секции ствола внутри пусковой установки. Возможности увлечения должны также позволять импульсу струи захватывать твердые частицы и отложения и вымывать их в трубопровод, где более высокие скорости будут удерживать твердые частицы и отложения. Ускорение поступающего флюида до скоростей, приближающихся к режимам звуковой скорости флюида, позволяет реализовать значительные возможности, которые в противном случае были бы недостижимы с практическими эксплуатационными процедурами. Образованная свободная струя расширяется до взаимодействия с элементарными компонентами, связанными со скребковым устройством. Поскольку струя задерживается на поверхностях, образованных скребком, значительные усилия к скребку могут быть надежно реализованы, превышая усилия, которые могут быть реализованы с помощью известных подходов предшествующего уровня техники.

Этот подход с использованием направленной струи позволяет внести несколько существенных изменений при проектировании и изготовлении установки запуска, чтобы обеспечить для конечного пользователя усилие, необходимое для успешного размещения скребка или инструмента в трубопроводе. Например, форсунка или сопло большего диаметра обеспечивает больший массовый расход при той же скорости и сохраняемом давлении, чем форсунка или сопло меньшего диаметра. Более высокий перепад давления позволяет увеличить скорости и последующие более высокие давления остановки, которые повышают профиль воздействия на скребок. Угловые изменения, применяемые к соплу, позволяют указанной струе быть помещенной там, где это необходимо, обеспечивая указанное усилие, прилагаемое к скребку быть оптимальным как первоначально, так и по мере того, как скребок продвигается прочь от пункта высвобождения. Несколько сопел может быть применено к исключительно большим и тяжелым скребкам, позволяющим большим усилиям быть приложенными в случае нужды. Указанная установка запуска также может быть построена для обеспечения двунаправленного использования, в случае если у клиента есть конкретная потребность в таком устройстве.

Указанное оборудование, используемое в достижении этих аппликативных усилий, также позволяет быть с легкостью модифицированным. Правильно выделенное полевое оборудование может быть изготовлено резкой пламенем или плазмой, чтобы обеспечить необходимые дополнительные линии для запуска скребков или заглушки труб. Размещение инжектора в добавленные заглушки трубы преобразует пусковую установку, предназначенную для ручного запуска скребков, в автоматическую пусковую установку.

При испытании варианта реализации изобретения по системе запуска и способу, три скребка загружались в ствол установки запуска, который содержал три форсунки или сопла, причем каждое сопло располагалось в имеющемся в наличии положении линии для запуска скребка. Указанные скребки были разнесены друг от друга так, что первое (самое нижнее) сопло было направлено к задней поверхности вертикального элемента первого скребка. Второе и третье сопла были направлены к задней поверхности вертикального элемента второго и третьего скребка, соответственно. Перепускной клапан магистрали был дросселирован для отвода потока в коллектор, соединенный с форсунками. Первый регулирующий клапан, присоединенный к первому инжектору, был открыт, и указанное сопло инжектора подавало концентрированную струю флюида. Указанный скребок переместился в стартовое положение, после чего был запущен, что не повлияло на положение второго и третьего скребка. После того, как этот первый скребок был запущен, указанный процесс был повторен для второго скребка, на этот раз открывая второй клапан. После того, как этот скребок вошел в область, освобожденную первым скребком, указанный первый инжектор подал концентрированную струю, которая еще больше ускорила скребок. Указанный процесс был снова повторен для третьего скребка.

Варианты реализации изобретения по инжектору или узлу сопла в рамках этого раскрытия, выполненного с возможностью использования в камере запуска-приема скребков, могут содержать по меньшей мере одно сопло, расположенное вдоль внутренней стенки камеры запуска-приема скребков под острым углом менее 90° относительно горизонтали, и имеющего размеры для подачи струи флюида в направлении вниз по потоку со скоростью, большей скорости потока продукта по магистральному трубопроводу, находящемуся во флюидной связи с узлом сопла камеры запуска-приема скребков. Определенная часть потока продукта магистрального трубопровода, поступающего в узел сопла, может быть направлена к задней стороне скребкового элемента скребка. Указанный скребковый элемент может быть вертикальным элементом, таким как уретановый диск.

Варианты реализации изобретения по узлу инжектора флюида камеры запуска-приема скребков в рамках этого раскрытия, могут содержать один или несколько из следующих признаков:

трубу, проходящую продольно и имеющую впускной конец, выпускной конец и по меньшей мере один изгиб, расположенный между указанными концами под острым углом α относительно горизонтали;

фланец плоского профиля, расположенный на впускном конце и содержащий совокупность отверстий для болтов;

фланец плоского профиля, содержащий одно или несколько отверстий для обеспечения пути утечки через фланец;

фланец криволинейного профиля, расположенный на выпускном конце, причем фланец криволинейного профиля содержит отверстие для сопла;

фланец криволинейного профиля, содержащий одно или несколько отверстий для обеспечения пути утечки через фланец;

сопло, расположенное на выпускном конце;

в установленном состоянии сопло ориентировано не под прямым углом к осевой линии ствола для подачи струи флюида в направлении, противоположном направлению закрывающей двери камеры запуска-приема скребков;

в установленном состоянии между отверстием боковой стенки и периферией фланца криволинейного профиля образуется по меньшей мере один путь утечки;

корпус, содержащий сопло;

корпус, содержащий сопло, которое является более широким по направлению к выпускному концу, чем на впускном конце;

фланец с криволинейным профилем, выполненный в дополнение к кривизне боковой стенки камеры запуска-приема скребков;

сопло, содержащее клапан;

индикатор состояния клапана, находящийся в коммуникации с указанным клапаном;

по меньшей мере один проход между отверстием в боковой стенке и фланцем с криволинейным профилем является окружным проходом.

Камера запуска-приема скребков в рамках этого раскрытия может содержать один или несколько из перечисленных выше признаков и ряд следующих признаков:

ствол с отверстием в боковой стенке;

по меньшей мере одно сопло, расположенное внутри отверстия в боковой стенке не под прямым углом α относительно горизонтали и ориентированное для подачи струи флюида в направлении, противоположном направлению к запорной двери камеры запуска-приема скребков;

по меньшей мере один путь утечки флюида расположен между отверстием в боковой стенке и периметром по меньшей мере одного сопла;

по меньшей мере одно сопло, содержащее клапан;

один индикатор состояния клапана, находящийся в коммуникации с указанным клапаном;

один контроллер, включающий исполняемые команды, находящийся в коммуникации с указанными клапаном и индикатором состояния клапана;

ствол, содержащий в себе по меньшей мере один позиционирующий штифт, расположенный вдоль пола ствола и выполненный с возможностью указания осевого положения скребка, когда он находится в указанном стволе;

изогнутая распределительная решетка флюида, находящаяся в коммуникации с по меньшей мере одним соплом и расположенная в нижней половине ствола над полом ствола, при этом распределительная решетка флюида содержит перфорированную матрицу, содержащую совокупность отверстий.

Способ запуска скребка или инструмента в трубопроводную систему может включать один или несколько из вышеперечисленных признаков узла сопла и камеры запуска-приема скребков, а также один или несколько из следующих:

отвод части потока продукта магистрального трубопровода внутрь сопла, расположенного внутри бокового отверстия в стволе камеры запуска-приема скребков, при этом указанное сопло ориентировано под острым углом α относительно горизонтали;

высвобождение некоторой доли от отводимой части через сопло к задней стороне вертикального элемента скребка, при этом высвобожденная часть ударяется о заднюю сторону вертикального элемента;

высвобожденная часть сталкивается по меньшей мере с одним другим вертикальным элементом скребка, во время того, как скребок движется в стволе вперед;

скорость высвобожденной части выше 100 fps (30,5 м/с);

пусковое усилие более, чем в 10-15 раз больше, чем у обычной установки запуска.

Варианты реализации изобретения, описанные в настоящем документе, содержат примеры или механизмы системы запуска и способа по данному раскрытию. Модификации могут быть сделаны в его конструкции или использовании без отступления от этих примеров. Нижеследующая формула изобретения определяет указанное изобретение и включает полный спектр эквивалентов, на которые имеет право каждый декларируемый элемент.

Изобретение может быть использовано для запуска скребков в трубопроводную систему. Система запуска скребка с направленным струйным импульсом содержит узел (80) инжектора флюида камеры запуска-приема скребков, который имеет продольно проходящую трубу (87), содержащую впускной конец (99), выпускной конец (101) и по меньшей мере один изгиб (105), расположенный между указанными концами под острым углом α относительно горизонтали. Имеется фланец (89) с плоским профилем, расположенный на впускном конце (99) и содержащий путь утечки через фланец (89) с плоским профилем и совокупность отверстий для болтов. Имеется фланец (91) с криволинейным профилем, расположенный на выпускном конце (101) и содержащий путь утечки через фланец (91) с криволинейным профилем и отверстие. Имеется сопло, соединенное с продольно проходящей трубой (87) и расположенное по меньшей мере частично в указанном отверстии. Имеется линия для запуска скребка, окружающая продольно проходящую трубу (87) между впускным и выпускным концами (99) и (101) и образующая кольцевое пространство вокруг продольно проходящей трубы. Кольцевое пространство связано с путями утечек через фланцы (89) и (91) с плоским и криволинейным профилем. Когда узел (81) инжектора флюида камеры запуска-приема скребков установлен в отверстии боковой стенки камеры запуска-приема скребков, сопло ориентировано для подачи струи флюида в направлении вниз по потоку. Струя флюида имеет скорость, превышающую скорость потока по магистральному трубопроводу, для создания концентрированных усилий, значительно превышающих усилия, создаваемые во время поступления потока продукта трубопровода в заднюю часть указанной системы запуска, как в случае типичной работы линии для запуска скребка. Раскрыты камера запуска-приема скребков и способ запуска скребка в трубопроводную систему. Технический результат заключается в обеспечении более простого и безаварийного запуска скребка или диагностического инструмента в трубопроводную систему. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Система запуска скребка с направленным струйным импульсом, содержащая:

узел инжектора флюида камеры запуска-приема скребков, содержащий:

продольно проходящую трубу, содержащую впускной конец, выпускной конец и по меньшей мере один изгиб, расположенный между указанными концами под острым углом α относительно горизонтали;

фланец с плоским профилем, расположенный на впускном конце и содержащий путь утечки через фланец с плоским профилем и совокупность отверстий для болтов; и

фланец с криволинейным профилем, расположенный на выпускном конце и содержащий путь утечки через фланец с криволинейным профилем и отверстие;

сопло, соединенное с продольно проходящей трубой и расположенное по меньшей мере частично в указанном отверстии;

линию для запуска скребка, окружающую продольно проходящую трубу между впускным и выпускным концами и образующую кольцевое пространство вокруг продольно проходящей трубы, причем кольцевое пространство связано с путями утечек через фланцы с плоским и криволинейным профилем;

при этом, когда узел инжектора флюида камеры запуска-приема скребков установлен в отверстии боковой стенки камеры запуска-приема скребков, сопло ориентировано для подачи струи флюида в направлении вниз по потоку,

причем указанная струя имеет скорость, превышающую скорость потока по магистральному трубопроводу, для создания концентрированных усилий, значительно превышающих усилия, создаваемые во время поступления потока продукта трубопровода в заднюю часть указанной системы запуска, как в случае типичной работы линии для запуска скребка.

2. Система запуска скребка с направленным струйным импульсом по п. 1, дополнительно содержащая:

корпус, содержащий сопло и образующий кольцевое пространство между указанным корпусом и наружной поверхностью сопла.

3. Система запуска скребка с направленным струйным импульсом по п. 2, отличающаяся тем, что корпус содержит ограничительную пластину на одном конце.

4. Система запуска скребка с направленным струйным импульсом по п. 3, отличающаяся тем, что ограничительная пластина содержит по меньшей мере одно отверстие для обеспечения пути утечки флюида через ограничительную пластину.

5. Система запуска скребка с направленным струйным импульсом по п. 1, отличающаяся тем, что фланец криволинейного профиля выполнен комплементарно кривизне боковой стенки камеры запуска-приема скребков.

6. Система запуска скребка с направленным струйным импульсом по п. 1, отличающаяся тем, что сопло содержит клапан.

7. Система запуска скребка с направленным струйным импульсом по п. 6, дополнительно содержащая:

индикатор состояния клапана, находящийся в коммуникации с клапаном.

8. Камера запуска-приема скребков, содержащая: ствол, содержащий отверстие в боковой стенке; и

систему запуска скребка с направленным струйным импульсом, содержащую:

линию для запуска скребка, соединенную с указанным стволом;

продольно проходящую трубу, меньшую в диаметре, чем линия для запуска скребка, и окруженную линией для запуска скребка, причем продольно проходящая труба содержит фланец с плоским профилем на впускном конце и фланец с криволинейным профилем на выпускном конце, чтобы соответствовать кривизне отверстия боковой стенки, причем каждый из указанных фланцев содержит путь утечки через фланец;

по меньшей мере одно сопло, соединенное с продольно проходящей трубой и расположенное не под прямым углом α относительно горизонтали и ориентированное для подачи струи флюида в указанный ствол через отверстие боковой стенки в направлении, противоположном направлению закрывающей двери камеры запуска-приема скребков.

9. Камера запуска-приема скребков по п. 8, дополнительно содержащая: по меньшей мере одно сопло, содержащее клапан; и

индикатор состояния клапана, находящийся в коммуникации с клапаном.

10. Камера запуска-приема скребков по п. 9, дополнительно содержащая:

компьютер, содержащий исполняемые команды, находящийся в коммуникации с клапаном и индикатором состояния клапана.

11. Камера запуска-приема скребков по п. 8, отличающаяся тем, что ствол содержит по меньшей мере один установочный штифт, расположенный вдоль ствола и выполненный с возможностью указания осевого положения скребка при его нахождении в стволе.

12. Камера запуска-приема скребков по п. 8, дополнительно содержащая:

криволинейную распределительную решетку для флюида, находящуюся в коммуникации по меньшей мере с одним соплом и расположенную в нижней половине ствола над полом ствола, причем распределительная решетка для флюида содержит перфорированную матрицу, содержащую совокупность отверстий.

13. Способ запуска скребка в трубопроводную систему, включающий в себя:

отвод части потока продукта магистрального трубопровода в сопло, расположенное внутри линии для запуска скребка, соединенное с отверстием боковой стенки ствола камеры запуска-приема скребков, при этом сопло ориентировано не под прямым углом α относительно горизонтали; и

выпуск доли отводимой части через сопло, при скорости по меньшей мере в 30 раз большей, чем скорость потока продукта магистрального трубопровода, к задней стороне вертикального элемента скребка, при этом выпускаемая часть ударяется о заднюю сторону вертикального элемента;

при этом сопло соединено с продольно проходящей трубой, окруженной линией для запуска скребка, кольцевое пространство образовано между линией для запуска скребка и продольно проходящей трубой; и

причем продольно проходящая труба содержит впускной конец, содержащий фланец, выпускной конец, содержащий фланец, и по меньшей мере один изгиб, расположенный между указанными концами, при этом каждый фланец содержит путь утечки через фланец в указанное кольцевое пространство.

14. Способ по п. 13, дополнительно включающий: дополнительное ускорение скребка по направлению в ствол с помощью выпускаемой части, ударяющейся по меньшей мере об один другой продольный вертикальный элемент скребка, при движении скребка вперед в стволе.

15. Способ по п. 13, дополнительно включающий:

обеспечение возможности для части потока продукта магистрального трубопровода течь в продольно проходящую трубу, и

повышение давления вокруг продольно проходящей трубы путем обеспечения возможности для части продукта магистрального трубопровода течь в указанные пути утечки, чтобы заполнить указанное кольцевое пространство.

16. Способ по п. 13, дополнительно включающий: доставку соплом флюида с впускной скоростью в диапазоне от 30,48 м/с (100 футов в секунду) до 365,76 м/с (1200 футов в секунду).

17. Способ по п. 13, отличающийся тем, что поток продукта магистрального трубопровода имеет скорость, не превышающую 0,89 м/с (2 мили в час).

18. Способ по п. 13, дополнительно включающий:

удар выпускаемой частью по задней стороне указанного вертикального элемента, создавая повышенное давление торможения на заднюю сторону вертикального элемента;

при этом повышенное давление торможения создает пусковое усилие по меньшей мере в 10 раз большее, чем у линии для запуска скребка того же размера, не включая сопло и выпуска доли отведенного потока.

19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что пусковое усилие является большим в диапазоне от 15 раз до 100 раз.