книги из ГПНТБ / Еникеев В.Р. Автоматические скребки для очистки подъемных труб от парафина

Ножи

Назначение ножей автоматического скребка — очищать стенки эксплуатационных труб от парафина для обеспечения нормаль­ ной работы скважины. Обычно парафин удаляется во время подъема скребка. Наружный диаметр ножей па 1—2 мм больше максимальных поперечных размеров корпуса, поэтому именно ножи часто являются основной причиной

что движение скребка в устьевой арматуре ограничено верх­ ним амортизатором и чем меньше расстояние от верхней точки, скребка до ножей, тем меньше участок в арматуре, где не очи­ щается парафин. В автоматических скребках обычно устанавли­ ваются ножи, в которых изменение диаметра режущих кромок происходит при перемещении его подвижного узла. Устройство таких ножей показано на рис. 13.

Фигурное лезвие 4, вырезанное из тонкостенной трубки,- приваривается или припаивается к планке ножа 3, причем

верхняя режущая кромка ножа и внешняя грань планки рас­ положены на одной прямой, благодаря чему нож не врезается

в парафин. Нижний конец планки крепится на оси 6 в вырезе

29

клапанной рамки, а верхние концы планок стягиваются пружи­

ее концы движутся в прорезях на кожухе. Увеличение диаметра ножей происходит во время удара скребка о нижний аморти­ затор: подвижный узел вместе с ножами движется вниз, а планка ножа упирается внутренним косым срезом в край прорези ко­ жуха верхнего штока и смещается наружу, поворачиваясь на своей оси. Во время удара скребка о верхний амортизатор планка ножа при своем перемещении попадает в прорезь кожуха и при­ тягивается к верхнему штоку пружиной, вследствие чего диаметр ножей уменьшается.

Часто вместо стяжной пружины 2 устанавливают ограничи­ тельную рамку, которая не позволяет ножам расходиться более

заданного диаметра; в этом случае сближение планок ножей при

падении скребка происходит за счет их ударов о стенки труб.

При установке вместо стяжной пружины ограничительной рамки

нужно следить за тем, чтобы верхние концы планок ножей сво­

бодно могли перемещаться в рамке.

Удар скребка о нижний амортизатор

Автоматический скребок к моменту удара о нижний аморти­ затор имеет значительный запас кинетической энергии, которая используется для приведения в действие механизма скребка,

а иногда и для создания ему начальной скорости при подъеме. Наибольшее применение получили нижние амортизаторы,

жестко связанные с эксплуатационными трубами.

Удар скребка о такой жесткий амортизатор протекает в виде двух импульсов. Первым ударяется корпус скребка, причем время соударения измеряется тысячными долями секунды, вслед за этим корпус слегка подбрасывается вверх благодаря упругости

удара. Через сотые доли секунды на корпус действует удар по­ движного узла скребка, ослабленный возвратной пружиной,

30

ной пружины, преодоление сил трения между деталями скребка и на преодоление сопротивления потока раскрывающимся кла­ панам.

Работа по преодолению сил трения определяется зависимостью

X — Хо — Кд.

Таким образом, для обеспечения работоспособности механизма скребка при ударе о нижний амортизатор необходимо выпол­ нить условие

фактора вместе взятые способствуют улучшению работы механизма. Однако при чрезмерном весе подвижного узла затрудняется

подбор возвратной пружины и возрастает вероятность поломок

Эффективно также регулирование механизма путем изменения характеристики возвратной пружины. Как это видно из фор­

мулы (14), уменьшение жесткости пружины С и ее предваритель­ ного поджатия Хо (уменьшение длины пружины) также способ­ ствует улучшению работы механизма. Но уменьшать жесткость пружины С и предварительное поджатие Ко возможно до опре­ деленных пределов, так как пружина должна обладать достаточ­

31

ной сплои, чтобы при возвращении подвижного узла в крайнее верх­ нее положение не только преодолеть силы трения, но и с достаточ­ ной скоростью поднять этот узел относительно корпуса скребка на высоту Кд. На практике обычно используют имеющуюся пру­ жину п постепенно укорачивают ее, т. е. уменьшают Ко.

необходимо тщательно подгонять все детали скребка, что возможно при наличии достаточного опыта.

При применении пружинных нижних амортизаторов регули­ рование механизма скребка становится более сложным. По этой причине, а также вследствие того, что съемные нижние аморти­ заторы с пружиной довольно громоздкие, они применяются

редко.

Упрощенно картину удара скребка о пружинный нижний амортизатор можно представить следующим образом. Скребок ударяется о буферную втулку амортизатора и движется вместе с ней по инерции вниз, сжимая при этом пружину амортизатора и замедляя свою скорость до полной остановки. Процесс сжатия

пружины длится сотые доли секунды, вслед за этим пружина разворачивается и подбрасывает скребок над амортизатором.

Скребок, имеющий некоторую начальную скорость, лучше под­

хватывается восходящим потоком нефти, что особенно важно для малодебитных скважин.

Смещение подвижного узла при ударе о пружинный аморти­ затор начинается с момента касания скребком втулки аморти­ затора, далее оно замедляется, закапчиваясь к моменту остановки скребка. При подбрасывании скребка вследствие значительных

Для обеспечения нормальной работы механизма скребка

необходимо, чтобы головка замка начала двигаться вверх раньше,

чем подвижный узел, иначе он не зафиксируется в заданном положении замком. Головка замка опережает подвижный узел в том случае, если отношение веса и силы инерции головки к уси­

лию сжатой пружины замка меньше, чем отношение веса и силы инерции подвижного узла к усилию сжатой возвратной пру­ жины, т. е.

Л-+^-Рг Рд+^Рд

где j — начальное ускорение, создаваемое пружиной амортиза­

тора; Хг— общее сжатие пружины замка; К — общее сжатие возврат­ ной пружины; Сги С — жесткость пружины; у Рт, Рп — силы инер­

ции головки и подвижного узла; СТКГ, СК — усилие сжатых пружин.

32

Неравенство (15) преобразовываем, учитывая, что вес головки в 6—7 раз меньше веса подвижного узла, а сжатие пружины замка в 4—5 раз меньше, чем сжатие возвратной пружины (при­

няты соотношения, характерные для большинства конструкций автоматических скребков). В результате получается следующая

приближенная зависимость для жесткости пружин:

Жесткость пружины замка должна быть несколько больше, чем жесткость возвратной пружины. Стремиться к выполнению этого условия следует и в случае применения жесткого аморти­ затора: наблюдались случаи, когда при слишком слабой пружине замка скребок не раскрывался на нижнем амортизаторе, а не­ значительное усиление этой пружины обеспечивало нормаль­ ную работу механизма. Видимо, иногда явление упругости удара о жесткий амортизатор бывает значительным.

Налаживание и регулирование скребка УфНИИ-3

Приемы подготовки автоматического скребка к работе в сква­ жине в основном одинаковы для скребков всех конструкций. В процессе налаживания и регулирования обеспечивается сле­ дующее.

1.Свободное перемещение всех соприкасающихся деталей относительно друг друга как в отдельности, так и в собранном виде.

2.Плотное прилегание клапанов к стенке труб (шарнирные клапаны), минимальные зазоры в них и правильное раскрывание при перемещении подвижного узла.

3.Безотказная работа шарикового замка и соответствие зафиксированного положения подвижного узла рабочему поло­ жению клапанов и ножей.

4.Соответствие усилия возвратной пружины весу подвиж­

ного узла и силам трения, возникающим при его перемещении.

5.Правильная форма ножей.

Рассмотрим более подробно процесс наладки и регулирования

скребка УфНИИ-3.

Прежде всего нужно разобрать скребок и тщательно прове­ рить качество деталей и величину зазоров между соприкасаю­ щимися деталями.

Отдельные узлы регулируются и подгоняются в процессе последовательной сборки скребка.

Сначала регулируется расхождение концов клапанов. В со­ бранном скребке в некоторых пределах можно изменять рассто­ яние между концами клапанов при помощи корпуса замка, при отвинчивании которого клапанная рамка сдвигается вверх и

одновременно с этим уменьшается расстояние между концами клапанов, поскольку направляющие прорези в фиксаторных

планках сужаются кверху. При завинчивании корпуса замка рамка, наоборот, смещается вниз, а концы клапанов расходятся в стороны. Практически этот способ применим лишь для умень­ шения расстояния между концами клапанов в процессе подго­ товки скребка к работе в высокодебитной скважине.

В скребках УфНИИ, полученных с завода, клапанная рамка обычно фиксируется в 1,5—2 мм от крайнего нижнего положения,

Обычно на фиксаторной планке опиливаются следующие участки (рис. 14): в точке а для уменьшения износа бобышек закругляется угол, а между точками b и с снимается слой металла толщиной до 0,7—1 мм в зависимости от положения клапана.

Фиксаторные планки опиливаются на разобранном скребке, чтобы не повредить других деталей. В процессе работы клапанная рамка периодически вставляется в корпус, в нее завинчиваются

34

ооа штока и проверяются расхождение клапанов и симметрич­ ность их концов относительно оси скребка при заданном поло­ жении клапанной рамки. Замеченные недостатки выправляются последующей опиловкой.

Желательно, чтобы все три пары клапанов имели примерно одинаковое расхождение концов, превышающее 62—63 мм. При

выполнении этого условия скребки могут работать в скважинах дебитом менее 50—60 т/сутки.

Расстояние между концами клапанов можно увеличить и другим способом. Завинчивая корпус замка, устанавливают подвижный узел скребка в положение, при котором клапаны разводятся в стороны до заданного размера, а необходимый свободный ход подвижного узла в 4—5 мм обеспечивают выпили­ ванием широких прорезей в верхнем торце кожуха нижнего штока. Однако этот способ применим не для всех скребков, а уве­ личение пути перемещения подвижного узла затрудняет регу­ лирование возвратной пружины.

Сотрудники УфНИИ рекомендуют применять ступенчатую регулировку клапанов, при которой верхняя пара раскрывается при расстоянии между концами клапанов до 61,5—62 мм, сред­ няя пара — до 60,5—61 мм, а нижняя — до 59,5—60 мм. Этот метод предложен из опасения, что парафин, собирающийся па нижних клапанах, будет препятствовать нормальному склады­ ванию верхних клапанов. При ступенчатом регулировании кла­ панов минимальное значение дебита, при котором устойчиво работает скребок, повышается до 60—65 т/сутки вследствие возрастания утечек жидкости через клапаны. Поэтому применять этот метод нежелательно. Следует отметить, что при непрерывной

работе скребка засорение клапанов не происходит, особенно если в первые часы работы скребка очищать их от парафина.

Обеспечив желаемое раскрытие клапанов, устанавливают клапанную рамку в корпус, предварительно проверив качество спаянных частей клапанов, плотность посадки их осей в рамке

исостояние пружин. Клапанная рамка с .завинченными в нее

штоками должна свободно перемещаться в корпусе скребка, слегка задерживаясь в моменты складывания клапанов. Тормо­ жение клапанной рамки иногда может быть вызвано неодинаковой высотой бобышек. Этот дефект легко обнаружить, проверяя плот­

ность прилегания клапанов к рамке в ее крайнем верхнем положе­ нии. Слишком высокая бобышка очень плотно прижимает клапан

итормозит движение всей рамки; в этом случае вершину бобышки следует осторожно сточить надфилем. При нормальной высоте бо­ бышки зазор между концом клапана и клапанной рамки равен

0,5—0,7 мм.

Одновременно проверяется и движение клапанов. Рамка ставится в крайнее нижнее положение, и каждый клапан пооче­ редно прижимается к рамке, а затем освобождается. При отсут­ ствии дефектов клапан свободно раскрывается до своего крайнего

положения, несмотря на то, что против конца клапана нахо­ дится незаостренная кромка фиксаторной планки. Если движение клапана задерживается, то прорези клапана аккуратно опили­ ваются надфилем. Причем желательно пе расширять прорезь,

а опиливать ее верхнюю кромку. Выполнив все эти операции, навинчивают корпус замка и, застопорив его в заданном поло­ жении, вновь проверяют свободу перемещения подвижного узла.

В скребках УфНИИ часто имеется небольшой перекос кожуха верхнего штока относительно оси скребка, но пока на скребок

не навинчен корпус замка, внутренний диаметр которого лишь на 0,2—0,4 мм превышает диаметр верхнего штока, этот дефект не затрудняет перемещения подвижного узла. После установки корпуса замка влияние этого перекоса на работу механизма

будет заметным. Если к тому Же резьба корпуса замка свободная, то при фиксации его стопорным винтом он еще плотнее прижи­ мается к верхнему штоку и перемещение подвижного узла ста­ новится невозможным.

В таких случаях следует заменить верхний шток штоком меньшего диаметра или же найти такое положение корпуса замка, при котором его перекос относительно оси скребка после

стопорения впитом будет наименьшим. При значительном пере­ косе кожуха верхнего штока нужно разобрать корпус скребка, выправить фиксаторные планки или же заменить кожух верх­ него штока.

Иногда вмятины на кожухе верхнего штока или заусеницы

на скребке и соответствие их размеров с габаритами корпуса скребка. Лучше всего это можно сделать в специальном шаблоне, который представляет собой патрубок длиной 300—400 мм, внутренним диаметром 59,5—60 мм.. Наблюдая просветы между кромками ножей, корпусом скребка и стенками шаблона, не­ трудно заметить, а затем и устранить малейшие дефекты.

После установки и проверки ножей собирают замок. Обычно размеры замков, изготовленных па заводе, в основном

правильные, но иногда в них могут быть установлены шарики

больших диаметров, вследствие чего затрудняется движение верхнего штока в замке и увеличивается износ его поверхности.

При шариках слишком больших диаметров головка замка

с трудом перемещается по корпусу и во время движения ее слы­ шен слабый хрустящий звук. Необходимо иметь в запасе набор

шариков разного диаметра и подбирать их в зависимости от раз-

36

скважины. Обычно вес грузика изменяется в пределах от 50 до 300 г, максимальный вес грузика не должен превышать 400— 500 г во избежание повышенного износа мест соударения кла­ панной рамки с корпусом скребка и корпуса скребка с нижним амортизатором.

Перед запуском скребка необходимо дополнительно закрепить

детали, которые могут выпасть при длительной работе. Оси но­ жей удерживаются от выпадения шплинтом, продетым в отвер­ стия на пх концах, а стопорные винты фиксируются в заданном положении стальной проволокой диаметром 0,6—0,8 мм. Про­ волока протягивается в отверстия на винтах и опоясывается вокруг головки для корпуса замка, концы проволоки скручиваются вместе и пригибаются к скребку.

Однако недостаточно дополнительно крепить только эти детали. Имелись случаи, когда во время работы скребка отвинчивались и выпадали сменный грузик, накидная гайка, возвратная пружина, а иногда и нижний шток. Некоторые из этих деталей также сто­ порятся. В нижнем штоке сверлится отверстие диаметром 1,2—

1.8 мм в месте крепления его к клапанной рамке так, чтобы оно проходило через резьбовой конец рамки. В это отверстие вста­ вляется отрезок стальной проволоки соответствующего диаметра,

а его выступающие концы расклепываются и зашлифовываются. Таким же способом крепится и сменный грузик.

Стопорить накидную гайку не обязательно, так как она упи­ рается в верхний торец грузика и не имеет возможности отвин­

чиваться. Если имеются метчики М5 X 1,0, то сверлить нижний шток не нужно, достаточно застопорить накидную гайку, про­

сверлив в пей отверстие и нарезав резьбу под стопорный винт,

так же как это сделано у корпуса замка.

ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ДВИЖЕНИЯ СКРЕБКА В ТРУБАХ Глубина установки нижнего амортизатора

Фонтанный лифт по характеру газо-нефтяного потока при­

нято разделять на три части. В первой части (от забоя скважины до зоны разгазпрования нефти) происходит обычное течение однофазной жидкости. Вторая часть начинается с зоны, где по­

являются первые пузырьки газа. Характер течения газо-нефтяной смеси в этой части относительно спокойный и характеризуется признаками эмульсионного режима, скорость смеси увеличи­ вается по мере подъема ее вверх. Третья часть фонтанного лифта начинается с зоны, в которой происходят слияние и укрупнение газовых пузырьков. В третьей части лифта характер движения смеси неравномерный и определяется условиями «неточного»

режима. При высоком буферном давлении этого участка может и не быть.

38