Устройство для очистки скважинного оборудования от асфальто- смолопарафинистых отложений

Устройство для очистки скважинного оборудования от асфальто- смолопарафинистых отложений

Реферат

 

Предназначается для удаления АСПО с внешней поверхности насосных штанг и внутренней поверхности насосно-компрессорных труб (НКТ) при подъеме колонны насосных штанг (НШ). В колонну НКТ спущена колонна НШ, в нижней части которой на штанге установлен скребок с возможностью поступательного и вращательного движения. Скребок выполнен в виде изменяющегося при нагрузках при работе по длине и диаметру упругого струга, ниже скребка установлена жестко манжета-клапан. На устье на колонне НКТ установлен скребок-разрыхлитель. Тройник с патрубком связывает колонну НКТ с емкостью для сбора АСПО. На устье установлена также герметизирующая головка с манжетой и с каналом для прохода колонны НШ. При подъеме колонны НШ скребок чистит НКТ, а скребок-разрыхлитель и манжета очищают колонну НШ. Повышается эффективность очистки и эксплуатационная надежность независимо от сложности профиля скважин и состава добываемой жидкости. 2 ил.

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

Известно устройство для очистки скважинного оборудования от АСПО, включающее жестко установленные на теле штанги скребки с режущими элементами. При возвратно-поступательном движении колонны насосных штанг кромки режущих элементов скребков соприкасаются с внутренней поверхностью НКТ, в результате чего происходит удаление АСПО с внутренней поверхности НКТ (см., например, а.с. СССР N 1838590, кл. E 21 B 37/02, 1992 г.).

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

Вторым недостатком устройства является его низкая эксплуатационная надежность работы в скважинах со сложным пространственным профилем, так как происходит радиальное смещение скребков со штанг и зачастую заклинивание штанговой колонны.

Кроме того, при работе известного устройства не исключено явление эмульсирования скважинной жидкости, при этом происходит увеличение ее вязкости, вследствие чего колонна штанг зависает в скважине. Как следствие - неизбежны подземные ремонты скважин с подъемом оборудования и загрязнением окружающей среды.

Наиболее близким к заявляемому по достигаемому эффекту является устройство для очистки скважинного оборудования от асфальто-смолопарафинистых отложений (АСПО), включающее установленную в скважине колонну насосно-компрессорных труб, размещенную в ней колонну насосных штанг, связанную верхним концом со станком-качалкой, а нижним - со штоком плунжерного насоса, и установленные на теле штанг скребки-центраторы с режущими кромками с возможностью вращательного движения, скребки с режущими кромками с возможностью поступательного и вращательного перемещения и жестко закрепленные на теле штанг с обоих торцев скребков-центраторов ограничители хода. В известном устройстве между ограничителями хода на теле штанг установлено по меньшей мере два скребка с возможностью поступательного и вращательного перемещения, при этом скребок, обращенный в сторону верхнего ограничителя хода, выполнен из материала с удельным весом меньше удельного веса добываемой жидкости, а скребок, обращенный в сторону нижнего ограничителя хода, выполнен из материала, с удельным весом больше удельного веса добываемой жидкости (см., например, патент СССР N 2100573, кл. E 21 B 37/02, 1997 г.).

Хотя это известное устройство и позволяет проводить очистку от АСПО как внутренней поверхности НКТ, так и внешней поверхности насосных штанг, однако и оно не обеспечивает эффективную очистку этого скважинного оборудования и имеет низкую надежность в эксплуатации. Это объясняется тем, что при работе устройства в запарафиненной скважине, особенно в скважине со сложным пространственным профилем, из-за резкого возрастания сил трения скребков и скребков-центраторов о стенки КНТ, а также подвижных (плавающих) скребков о тело штанг, значительно возрастают нагрузки, действующие на штанговую колонну при работе, что резко сокращает межобрывный период работы скважины.

Кроме того, велика вероятность заклинивания штанговой колонны сместившимися радиально подвижными скребками, что также немедленно приводит к обрыву штанговой колонны.

К тому же, наличие большого количества скребков и центраторов на колонне насосных штанг снижает эффективное проходное сечение, что приводит к потере добычи, причем при работе скважины сами скребки забиваются АСПО, из-за чего снижается эффективность очистки оборудования, а при полном их забивании отложениями может произойти потеря подачи насоса и обрыв штанг. В случае обрыва штанг из-за наличия в известном устройстве скребков с удельным весом, меньшим удельного веса добываемой жидкости, становится невозможным ведение ловильных работ, т.к. скребки-"поплавки" всплывают и препятствуют применению стандартного ловильного инструмента.

Кроме того, многочисленные скребки и центраторы в известном устройстве эмульсируют добываемую жидкость, вследствие чего штанговая колонна начинает плавать, а знакопеременные нагрузки, возникающие в колонне, приводят к ее обрыву. Как следствие - ремонт скважины с подъемом оборудования и загрязнение окружающей среды.

Наличие в устройстве большого количества скребков, а также подбор скребков по удельному весу требует значительных материальных затрат и затрат времени по очистке скважинного оборудования.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки скважинного оборудования от АСПО и повышение эксплуатационной надежности устройства независимо от сложности профиля скважин и состава добываемой жидкости.

Дополнительными целями являются снижение материальных затрат и времени на проведение работ по очистке скважин при соблюдении экологичности проведения таких работ.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для очистки скважинного оборудования от асфальто-смолопарафинистых отложений, включающем установленную в скважине колонну насосно-компрессорных труб, размещенную в ней колонну насосных штанг, связанную нижним концом со штоком плунжерного насоса, и установленный на колонне насосных штанг с возможностью поступательного и вращательного движения скребок с двухсторонними режущими кромками и жестко закрепленный ограничитель осевого перемещения скребка, новым является то, что в нижней части колонны насосных штанг на укороченной штанге в средней ее части установлен скребок и жестко закреплен ограничитель осевого перемещения скребка, скребок выполнен в виде изменяющегося при нагрузках в процессе работы по длине и диаметру упругого струга с втулками скольжения на концах, а с обоих концов скребка на укороченной штанге жестко закреплены центраторы-ограничители продольной деформации скребка, установленные с обеих сторон от ограничителя осевого перемещения на расстоянии, равном максимально допустимой длине скребка при нагрузке, а ниже скребка на колонне наносных штанг жестко закреплена манжета-клапан, состоящая из закрепленной на перфорированной металлической шайбе упруго-эластичной шайбы, при этом на устье скважины на колонне насосно-компрессорных труб установлен скребок-разрыхлитель, выполненный в виде подпружиненных, радиально ориентированных внутрь колонны упругих элементов, а выше скребка-разрыхлителя на колонне насосно-компрессорных труб установлены тройник с отводящим патрубком и быстросъемным соединением, задвижка и герметизирующая головка, содержащая полый корпус с ниппелем, манжетой и проходным каналом для штанг, при этом верхний конец штанговой колонны, выходящий из герметизирующей головки, соединен с подъемным агрегатом, а патрубок тройника связан с емкостью для сбора АСПО.

Благодаря тому, что скребок в заявляемом устройстве выполнен в виде изменяющегося при нагрузках в процессе работы по длине и диаметру упругого струга с двухсторонними режущими кромками, установленного на колонне насосных штанг с возможностью поступательного и вращательного движения посредством подвижных втулок скольжения на концах струга, обеспечивается срезание АСПО со стенок НКТ при любой степени отложений на стенках и при любой сложности пространственного профиля скважины.

Установка на штанговой колонне ниже скребка манжеты-клапана позволяет выполнять ей, благодаря перфорации в металлической шайбе и свойствам эластично-упругой шайбы, функцию обратного клапана, а именно: в работающей скважине жидкость беспрепятственно поднимается по НКИ, а при проведении работ по очистке скважинного оборудования при подъеме колонны насосных штанг манжета-клапан перекрывает колонну НКТ, и отсеченный столб жидкости, находящийся над манжетой-клапаном, поднимается вместе с колонной штанг. И все срезанные скребком АСПО выносятся этим потоком жидкости на поверхность, благодаря чему исключается образование пробок из АСПО в скважине.

Благодаря тому, что устье скважины при проведении очистки герметично перекрыто, и подъем насосных штанг производится под давлением, которое существует в скважине, но при этом полностью исключаются утечки флюидов и загрязнение окружающей среды.

А установка на устье скважины скребка-разрыхлителя и выполнение герметизирующей головки с эластичной манжетой в корпусе позволяет производить при подъеме колонны штанг сначала разрыхление АСПО на поверхности штанг, а затем зачистку их поверхности при протягивании штанги через манжету герметизирующей головки. При этом все АСПО выносятся через патрубок тройника в емкость для сбора АСПО, не загрязняя окружающую среду. Выполнение скребка-разрыхлителя в виде подпружиненных радиально ориентированных элементов обеспечивает плотное прилегание таких элементов к очищаемой поверхности при любой толщине отложений парафина, при этом пружины защищают очищающие элементы от быстрого износа.

Таким образом, заявляемое устройство имеет высокую эксплуатационную надежность и высокую эффективность одновременной очистки как внутренней поверхности НКТ, так и внешней поверхности насосных штанг при подъеме колонны штанг из скважины, причем все это обеспечивается независимо от сложности профиля скважин, толщины отложений АСПО в скважине, состава добываемой жидкости. Не требуется больших материальных затрат и времени на проведение очистки скважинного оборудования, т.к. устройство простое по конструкции, полностью исключаются обрывы штанг по причине застревания скребка в скважине. К тому же, полностью исключается загрязнение окружающей среды.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен общий вид заявляемого устройства, на фиг. 2 - вид А-А фиг. 1.

Устройство для очистки скважинного оборудования от АСПО содержит установленную в скважине колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) 1, размещенную в ней колонну насосных штанг 2, связанную нижним концом со штоком плунжерного насоса 3, а верхним концом - с подъемным агрегатом (на чертеже не показан). В нижнюю часть колонны насосных штанг 2 включена укороченная штанга 4, на которой в средней ее части жестко закреплен ограничитель 5 осевого перемещения скребка 6. Скребок 6 выполнен в виде изменяющегося при нагрузках в процессе работы по длине и диаметру упругого струга, например, в виде конусной спирали, с двухсторонними режущими кромками. Каждый конец скребка закреплен во втулках 7 скольжения, которые установлены на укороченной штанге 4 по обе стороны от ограничителя 5 осевого перемещения скребка 6 подвижно, обеспечивая скребку 6 поступательное и вращательное перемещение по штанге 4. Выше и ниже втулок 7 на штанге 4 жестко закреплены центраторы-ограничители 8 продольной деформации скребка 6, установленные от ограничителя 5 осевого перемещения скребка 6 на расстоянии, равном максимально допустимой длине скребка при нагрузке. На колонне насосных штанг 2 ниже скребка 6 и нижнего центратора-ограничителя 8 жестко установлена манжета-клапан 9, состоящая из закрепленной на перфорированной металлической шайбе 10 упруго-эластичной шайбы 11. На устье скважины на колонне НКТ 1 установлен скребок-разрыхлитель 12, выполненный в виде подпружиненных пружинами 13, радиально ориентированных внутрь колонны НКТ 1 упругих элементов 14, например стальных щеток. Выше скребка-разрыхлителя 12 на колонне НКТ 1 установлен тройник 15 с отводящим патрубком 16, быстросъемным соединением 17 и задвижкой 18, а также герметизирующая головка 19, содержащая корпус 20 с ниппелем, эластичной манжетой 21 и проходным каналом 22 для штанг. Патрубок 16 через быстросъемное соединение 17 связан с емкостью для сбора АСПО (на чертеже не показана). Погружную часть устройства предварительно подготавливают на поверхности, укороченную штангу 4 включают в колонну насосных штанг 2, колонну насосных штанг 2 спускают в колонну НКТ 1, при этом скребок 6 должен находиться в зоне начала парафиноотложений. После этого скважину запускают в работу в обычном порядке.

При появлении отложений парафина на скважинном оборудовании производят очистку. Для этого на устье скважины на колонне НКТ 1 устанавливают скребок-разрыхлитель 12, тройник 15 и герметизирующую головку 19. Отводящий патрубок 16 тройника 15 соединяют с емкостью для сбора АСПО, верхний конец колонны насосных штанг 2 отсоединяют от станка-качалки и присоединяют к подъемному агрегату.

После этого начинают поднимать колонну насосных штанг 2. Манжета-клапан 9 отсекает в НКТ 1 столб жидкости, находящийся выше нее. Скребок 6, проходя через отложения парафина, деформируется по длине и диаметру, обеспечивая свое прохождение по колонне НКТ 1 при любой толщине АСПО. Совершая при работе поступательное и вращательное движение, скребок 6 срезает АСПО, которые вместе с потоком жидкости, находящимся над манжетой-клапаном 9, направляются к устью скважины и выносятся через патрубок 16 в емкость для сбора АСПО. Одновременно при подъеме колонны штанг 2 происходит разрыхление отложившихся АСПО на внешней поверхности штанг при прохождении их через подпружиненные элементы 14 скребка-разрыхлителя 12, а затем полная зачистка внешней поверхности штанг при прохождении их через канал 22 эластичной манжеты 21 герметизирующей головки 19. Удаленные АСПО выводятся через патрубок 16 в емкость для сбора АСПО.

После очистки колонна насосных штанг 2 с погружной частью устройства вновь спускается в скважину, после чего скважина запускается в работу.

Формула изобретения

Устройство для очистки скважинного оборудования от асфальто-смолопарафинистых отложений, включающее установленную в скважине колонну насосно-компрессорных труб, размещенную в ней колонну насосных штанг, связанную нижним концом со штоком плунжерного насоса, и установленный на колонне насосных штанг с возможностью поступательного и вращательного движения скребок с двухсторонними режущими кромками и жестко закрепленный ограничитель осевого перемещения скребка, отличающееся тем, что в нижней части колонны насосных штанг на укороченной штанге в средней ее части установлен скребок и жестко закреплен ограничитель осевого перемещения скребка, скребок выполнен в виде изменяющегося при нагрузках в процессе работы по длине и диаметру упругого струга с втулками скольжения на концах, а с обоих концов скребка на укороченной штанге жестко закреплены центраторы-ограничители продольной деформации скребка, установленные с обеих сторон от ограничителя осевого перемещения на расстоянии, равном максимально допустимой длине скребка при нагрузке, а ниже скребка на колонне насосных штанг жестко закреплена манжета-клапан, состоящая из закрепленной на перфорированной металлической шайбе упругоэластичной шайбы, при этом на устье скважины на колонне насосно-компрессорных труб установлен скребок-разрыхлитель, выполненный в виде подпружиненных, радиально ориентированных вовнутрь колонны упругих элементов, а выше скребка-разрыхлителя на колонне насосно-компрессорных труб установлены тройник с отводящим патрубком и быстросъемным соединением, задвижка и герметизирующая головка, содержащая полый корпус с ниппелем, манжетой и проходным каналом для штанг, при этом верхний конец штанговой колонны, выходящий из герметизирующей головки, соединен с подъемным агрегатом, а патрубок тройника связан с емкостью для сбора асфальто-смолопарафинистых отложений.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2