Устройство для очистки колонны подъемных труб от отложений, преимущественно твердых (варианты)
Группа изобретений относится к области нефтегазодобычи и может быть использована при обслуживании эксплуатационных скважин. Устройство включает по крайней мере одну секцию в виде установленных с возможностью свободного вращения на стержне верхней и нижней очистных головок с противоположно направленными рабочими элементами на наружной поверхности, расположенными под углом к продольной оси стержня. Между очистными головками установлен двухсторонний ограничитель. На нижнем конце стержня установлен фиксатор, а на верхнем конце стержня - наконечник соединительный. В нижней очистной головке снизу выполнена внутренняя выемка-углубление, обычно коническая, а в нижней торцевой части упомянутой очистной головки - острые выступы-зубцы на ее рабочих элементах. Коническая выемка-углубление формирует своей поверхностью совместно с наружной цилиндрической поверхностью в нижней торцевой части очистной головки острые выступы-зубцы. Или в каждой очистной головке снизу и сверху выполнены внутренние конические выемки-углубления, формирующие своей поверхностью совместно с наружной цилиндрической поверхностью, переходящей в конические поверхности, на которых расположены режущие кромки рабочих элементов, в торцевых частях каждой очистной головки острые выступы-зубцы. Сокращаются затраты времени на очистку труб за счет создания устройства, позволяющего одновременно вести очистку от всех типов отложений, снижается аварийность, ликвидируются вынужденные простои из-за аварий. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.
Предложение относится к области нефтегазодобычи и может быть использовано при обслуживании эксплуатационных скважин.
В процессе нефтегазодобычи на стенках трубных колонн скважин, по которым движется добываемая продукция, нарастает (отлагается) слой отложений, которые называют обычно АСПО (асфальтены, смолы, парафины, гидраты и их смеси и т.д.), при этом сужается проходное сечение трубных колонн вплоть до полного его перекрытия, что приводит к снижению объема добываемой продукции или к полному прекращению дебита скважины.
Возникает необходимость проводить очистку внутренней поверхности трубных колонн скважин, в частности насосно-компрессорных труб (НКТ), очистными устройствами той или иной конструкции обычно на гибком элементе (проволока, кабель и др.) путем перемещения очистного устройства сверху - вниз и обратно на глубину отложений до 1000 метров и более. Однако в нефтегазодобывающих скважинах с высоким газовым фактором, как правило, увеличивается содержание гидратов и твердого так называемого «сухого» парафина в составе АСПО, которые имеют твердую структуру отложений. Такие же трудности в очистке внутренней поверхности НКТ возникают при отложении солей и это приводит к затяжке (застреванию) очистного устройства в колонне НКТ, осложнению дальнейшего процесса очистки скважины и как следствие уменьшению потока добываемой жидкости вплоть до образования глухой пробки и остановке скважины. В процессе затяжек могут возникнуть аварийные ситуации.
Существующие конструкции очистных устройств и скребков не позволяют успешно производить очистку внутренней поверхности трубных колонн от АСПО, в составе которых имеются отложения с твердой структурой (соли, гидраты и твердый, так называемый, «сухой» парафин).
Известно 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, при этом нижняя очистная головка выполнена конусообразной (RU 2089719, 1997).
Недостатком известного устройства является то, что оно позволяет вести очистку колонны подъемных труб только от АСПО, имеющих мягкую структуру.
Известно устройство для очистки колонны подъемных труб от отложений, включающее, по крайней мере, одну секцию в виде установленных с возможностью свободного вращения на стержне верхней и нижней очистных головок с противоположно направленными рабочими элементами на наружной поверхности, расположенными под углом к продольной оси стержня, и двухстороннего ограничителя между очистными головками, при этом на нижнем конце стержня установлен фиксатор, а на верхнем конце стержня - наконечник соединительный (RU 2147064, 2000).
Недостатком известного устройства является то, что оно позволяет вести очистку колонны подъемных труб только от АСПО, имеющих мягкую структуру.
Техническим результатом предложенного технического решения является сокращение затрат времени на очистку колонны подъемных труб за счет создания устройства, позволяющего одновременно вести очистку колонны подъемных труб от всех типов отложений, включая твердые гидраты, соли и твердые (так называемые «сухие») парафины. Кроме этого снижаются аварийность, вынужденные простои, связанные с необходимостью ликвидации аварийных ситуаций.
Технический результат достигается тем, что в одном из вариантов устройство для очистки колонны подъемных труб от отложений, преимущественно твердых, включает, по крайней мере, одну секцию в виде установленных с возможностью свободного вращения на стержне верхней и нижней очистных головок с противоположно направленными рабочими элементами на наружной поверхности, расположенными под углом к продольной оси стержня, и двухстороннего ограничителя между очистными головками, при этом на нижнем конце стержня установлен фиксатор, а на верхнем конце стержня - наконечник соединительный, в нижней очистной головке снизу выполнена внутренняя выемка-углубление, а в нижней торцевой части упомянутой очистной головки - острые выступы-зубцы на ее рабочих элементах. Обычно внутренняя выемка-углубление выполнена конической и формирует своей поверхностью совместно с наружной цилиндрической поверхностью, на которой расположены режущие кромки рабочих элементов, в нижней торцевой части очистной головки острые выступы-зубцы.
В одном из частных случаев коническая выемка-углубление формирует своей поверхностью совместно с наружной цилиндрической поверхностью, переходящей в коническую поверхность, на которых расположены режущие кромки рабочих элементов, в нижней торцевой части очистной головки острые выступы-зубцы.
Чаще двухсторонний ограничитель между очистными головками выполнен в виде втулки, охватывающей стержень и зафиксированной на нем.
Предпочтительно, чтобы между очистными головками и двухсторонним ограничителем, а также между нижней очистной головкой и фиксатором, а также между верхней очистной головкой и наконечником соединительным были расположены подшипники.
В конкретном примере фиксатор установлен на нижнем конце стержня при помощи резьбового соединения и зафиксирован, а наконечник соединительный зафиксирован на верхнем конце стержня и имеет в верхней части внутреннюю резьбу для соединения со второй секцией, наружную резьбу для соединения с присоединительной головкой.
Технический результат достигается тем, что в другом варианте устройство для очистки колонны подъемных труб от отложений, преимущественно, твердых включает, по крайней мере, одну секцию в виде установленных с возможностью свободного вращения на стержне верхней и нижней очистных головок с противоположно направленными рабочими элементами на наружной поверхности, расположенными под углом к продольной оси стержня, и двухстороннего ограничителя между очистными головками, при этом на нижнем конце стержня установлен фиксатор, а на верхнем конце стержня - наконечник соединительный, в нижней и в верхней очистных головках снизу и сверху, соответственно, выполнены внутренние конические выемки-углубления, формирующие своей поверхностью совместно с наружной цилиндрической поверхностью, переходящей в коническую поверхность, на которых расположены режущие кромки рабочих элементов, в торцевых частях острые выступы-зубцы.
Чаще двухсторонний ограничитель между очистными головками выполнен в виде втулки, охватывающей стержень и зафиксированной на нем.
Предпочтительно, чтобы между очистными головками и двухсторонним ограничителем, а также между нижней очистной головкой и фиксатором, а также между верхней очистной головкой и наконечником соединительным были расположены подшипники.
В конкретном примере фиксатор установлен на нижнем конце стержня при помощи резьбового соединения и зафиксирован, а наконечник соединительный зафиксирован на верхнем конце стержня и имеет в верхней части внутреннюю резьбу для соединения со второй секцией, наружную резьбу для соединения с присоединительной головкой.
Технический результат достигается также тем, что еще в одном варианте устройство для очистки колонны подъемных труб от отложений, преимущественно твердых, включет, по крайней мере, одну секцию в виде установленных с возможностью свободного вращения на стержне верхней и нижней очистных головок с противоположно направленными рабочими элементами на наружной поверхности, расположенными под углом к продольной оси стержня, и двухстороннего ограничителя между очистными головками, при этом на нижнем конце стержня установлен фиксатор, а на верхнем конце стержня - наконечник соединительный, в каждой очистной головке снизу и сверху выполнены внутренние конические выемки-углубления, формирующие своей поверхностью совместно с наружной цилиндрической поверхностью, переходящей в конические поверхности, на которых расположены режущие кромки рабочих элементов, в торцевых частях каждой очистной головки острые выступы-зубцы.
Чаще двухсторонний ограничитель между очистными головками выполнен в виде втулки, охватывающей стержень и зафиксированной на нем.
Предпочтительно, чтобы между очистными головками и двухсторонним ограничителем, а также между нижней очистной головкой и фиксатором, а также между верхней очистной головкой и наконечником соединительным были расположены подшипники.
В конкретном примере фиксатор установлен на нижнем конце стержня при помощи резьбового соединения и зафиксирован, а наконечник соединительный зафиксирован на верхнем конце стержня и имеет в верхней части внутреннюю резьбу для соединения со второй секцией, наружную резьбу для соединения с присоединительной головкой.
Предложение поясняется графическими изображениями. На фиг. 1, 2, 3, 4 показаны варианты выполнения устройства.
Согласно первому варианту устройство включает, по крайней мере, одну секцию в виде установленных с возможностью свободного вращения на стержне 1 верхней и нижней очистных головок 2, 3, соответственно. На наружной поверхности очистных головок 2, 3 выполнены противоположно направленные рабочие элементы, расположенные под углом к продольной оси стержня 1. Между очистными головками 2, 3 расположен двухсторонний ограничитель 4. На нижнем конце стержня 1 установлен фиксатор 5 при помощи резьбового соединения и зафиксирован в данном случае контргайкой 6. На верхнем конце стержня 1 установлен наконечник 7 соединительный, который также зафиксирован, например, штифтом 8. Наконечник 7 соединительный имеет в верхней части внутреннюю резьбу 9 для соединения со второй секцией (не показана), наружную резьбу 10 для соединения с присоединительной головкой 11, которая зафиксирована, например, винтом. Присоединительная головка 11 служит для соединения с тяговым органом 12 подъемной лебедки (не показана). Между очистными головками 2, 3 и двухсторонним ограничителем 4, а также между нижней очистной головкой 3 и фиксатором 5, а также между верхней очистной головкой 2 и наконечником 7 соединительным расположены подшипники 13. Двухсторонний ограничитель 4 может быть выполнен в виде втулки, охватывающей стержень и зафиксированной на нем, например, с помощью штифта 14.
В нижней очистной головке 3 снизу выполнена внутренняя выемка-углубление 15 (обычно коническая), а в нижней торцевой части упомянутой очистной головки 3 - острые выступы-зубцы 16 на ее рабочих элементах. Острые выступы-зубцы 16 сформированы поверхностью внутренней выемки-углубления 15 совместно с наружной цилиндрической поверхностью 17, на которой расположены режущие кромки рабочих элементов (фиг. 2).
В одном из частных случаев внутренняя выемка-углубление 15 формирует своей поверхностью совместно с наружной цилиндрической поверхностью 17, переходящей в коническую поверхность 18, на которых расположены режущие кромки рабочих элементов, в нижней торцевой части очистной головки 3 острые выступы-зубцы 16, которые являются, по сути, продолжением рабочих элементов (фиг. 1).
Образующая конической поверхности 18 расположена под острым углом А по отношению к горизонтальной плоскости, на которой расположены вершины острых выступов-зубцов 16.
Второй вариант выполнения устройства, в основном, повторяет первый вариант. Отличие заключатся в том, что в нижней и в верхней очистных головках 2,3 снизу и сверху, соответственно, выполнены внутренние конические выемки-углубления 15, формирующие своей поверхностью совместно с наружной цилиндрической поверхностью 17, переходящей в коническую поверхность 18, в торцевых частях - острые выступы-зубцы 16, которые являются, по сути, продолжением рабочих элементов, на которых расположены их режущие кромки.
Третий вариант выполнения устройства, в основном, повторяет второй вариант, а отличие заключается в том, что в каждой очистной головке 2, 3 снизу и сверху выполнены внутренние конические выемки-углубления 15, формирующие своей поверхностью совместно с наружной цилиндрической поверхностью 17, переходящей в две конические поверхности 18, расположенные зеркально по отношению к цилиндрической поверхностью 17. В торцевых частях каждой очистной головки 2, 3 расположены режущие острые выступы-зубцы 16, которые являются, по сути, продолжением рабочих элементов, на которых расположены их режущие кромки.
Работает устройство, выполненное по любому из трех вариантов, следующим образом. После того как оно будет собрано на поверхности в той или иной компоновке, осуществляют его спуск в колонну НКТ, заполненную продукцией скважины, известным образом.
Компоновки устройств, собранных по второму или третьему вариантам обычно используют в случаях, когда имеет место отклонение нижней части скважины от вертикали. Поэтому во избежание расклинивания очистного устройства в изгибе колонны НКТ при переходе в горизонтальный ствол скважины и исключения зависания устройства при спуске вниз на стыках труб НКТ, что иногда бывает при использовании устройства по первому варианту, используют именно эти варианты. Использование второго или третьего варианта в этих случаях позволяет осуществлять более свободное извлечение устройства на поверхность, поскольку в горизонтальных участках скважины происходит накапливание продуктов разрушения твердых отложений и благодаря повторному их измельчению они лучше удаляются потоком жидкости на поверхность, освобождая проходное сечение.
Очистные головки 2, 3 благодаря наличию рабочих элементов на их наружных поверхностях (цилиндрической 17, конической или конических 18), расположенных противоположно направленно под углом к продольной оси стержня 1, вращаются в потоке жидкости в противоположные стороны, уравновешивая друг друга, режущие острые выступы-зубцы 16 разрушают (скалывают) твердые гидратные отложения, твердые («сухие») парафины и соли, измельчают их и потоком добываемой жидкости уносятся вверх по НКТ, а режущие кромки рабочих элементов подчищают со стенок труб НКТ остатки отложений. Благодаря наличию внутренней резьбы 9 в наконечнике 7 соединительном у всех трех вариантов имеется возможность собрать компоновку, включающую, например, две секции.
Примером возможности реального воплощения предложения в части наличия на рабочих головках 2, 3 рабочих элементов с режущими кромками может служить информация, раскрытая в RU 2147064, 2000.
При подъеме вверх устройства механизм разрушения отложений аналогичен.
Таким образом, использование предложения при нефтегазодобыче позволяет исключать постепенное сужение проходного сечения НКТ вследствие образования АСПО, что ведет к снижению производительности скважины, снижению общего объема добытой нефти, отказу подземного оборудования. В этих условиях нормальная работа скважин обусловлена правильным выбором средств борьбы с твердыми АСПО, что будет способствовать сокращению числа ремонтов и уменьшению простоев скважин, позволит продлить срок службы оборудования, обеспечить ритмичную работу промысла и снизить себестоимость добычи нефти.
1. Устройство для очистки колонны подъемных труб от отложений, преимущественно твердых, включающее по крайней мере одну секцию в виде установленных с возможностью свободного вращения на стержне, верхней и нижней очистных головок с противоположно направленными рабочими элементами на наружной поверхности, расположенными под углом к продольной оси стержня, и двухстороннего ограничителя между очистными головками, при этом на нижнем конце стержня установлен фиксатор, а на верхнем конце стержня - наконечник соединительный, отличающееся тем, что в нижней очистной головке снизу выполнена внутренняя выемка-углубление, а в нижней торцевой части упомянутой очистной головки - острые выступы-зубцы на ее рабочих элементах.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренняя выемка-углубление выполнена конической и формирует своей поверхностью совместно с наружной цилиндрической поверхностью, на которой расположены режущие кромки рабочих элементов, в нижней торцевой части очистной головки острые выступы-зубцы.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренняя выемка-углубление выполнена конической и формирует своей поверхностью совместно с наружной цилиндрической поверхностью, переходящей в коническую поверхность, на которых расположены режущие кромки рабочих элементов, в нижней торцевой части очистной головки острые выступы-зубцы.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что двухсторонний ограничитель между очистными головками выполнен в виде втулки, охватывающей стержень и зафиксированной на нем.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между очистными головками и двухсторонним ограничителем, а также между нижней очистной головкой и фиксатором, а также между верхней очистной головкой и наконечником соединительным расположены подшипники.
6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фиксатор установлен на нижнем конце стержня при помощи резьбового соединения и зафиксирован.
7. Устройство по одному из пп. 1-6, отличающееся тем, что наконечник соединительный зафиксирован на верхнем конце стержня и имеет в верхней части внутреннюю резьбу для соединения со второй секцией, наружную резьбу для соединения с присоединительной головкой.
8. Устройство для очистки колонны подъемных труб от отложений, преимущественно твердых, включающее по крайней мере одну секцию в виде установленных с возможностью свободного вращения на стержне верхней и нижней очистных головок с противоположно направленными рабочими элементами на наружной поверхности, расположенными под углом к продольной оси стержня, и двухстороннего ограничителя между очистными головками, при этом на нижнем конце стержня установлен фиксатор, а на верхнем конце стержня - наконечник соединительный, отличающееся тем, что в нижней и в верхней очистных головках снизу и сверху, соответственно, выполнены внутренние конические выемки-углубления, формирующие своей поверхностью совместно с наружной цилиндрической поверхностью, переходящей в коническую поверхность, на которых расположены режущие кромки рабочих элементов, в торцевых частях острые выступы-зубцы.
9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что двухсторонний ограничитель между очистными головками выполнен в виде втулки, охватывающей стержень и зафиксированной на нем.
10. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что между очистными головками и двухсторонним ограничителем, а также между нижней очистной головкой и фиксатором, а также между верхней очистной головкой и наконечником соединительным расположены подшипники.
11. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что фиксатор установлен на нижнем конце стержня при помощи резьбового соединения и зафиксирован.
12. Устройство по одному из пп. 8-11, отличающееся тем, что наконечник соединительный зафиксирован на верхнем конце стержня и имеет в верхней части внутреннюю резьбу для соединения со второй секцией, наружную резьбу для соединения с присоединительной головкой.
13. Устройство для очистки колонны подъемных труб от отложений, преимущественно твердых, включающее по крайней мере одну секцию в виде установленных с возможностью свободного вращения на стержне, верхней и нижней очистных головок с противоположно направленными рабочими элементами на наружной поверхности, расположенными под углом к продольной оси стержня, и двухстороннего ограничителя между очистными головками, при этом на нижнем конце стержня установлен фиксатор, а на верхнем конце стержня - наконечник соединительный, отличающееся тем, что в каждой очистной головке снизу и сверху выполнены внутренние конические выемки-углубления, формирующие своей поверхностью совместно с наружной цилиндрической поверхностью, переходящей в конические поверхности, на которых расположены режущие кромки рабочих элементов, в торцевых частях каждой очистной головки острые выступы-зубцы.
14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что двухсторонний ограничитель между очистными головками выполнен в виде втулки, охватывающей стержень и зафиксированной на нем.
15. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что между очистными головками и двухсторонним ограничителем, а также между нижней очистной головкой и фиксатором, а также между верхней очистной головкой и наконечником соединительным расположены подшипники.
16. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что фиксатор установлен на нижнем конце стержня при помощи резьбового соединения и зафиксирован.
17. Устройство по одному из пп. 13-16, отличающееся тем, что наконечник соединительный зафиксирован на верхнем конце стержня и имеет в верхней части внутреннюю резьбу для соединения со второй секцией, наружную резьбу для соединения с присоединительной головкой.
