RU2776831C2 - Scraper launch system with directional jet pulse and its application method - Google Patents
Scraper launch system with directional jet pulse and its application method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2776831C2 RU2776831C2 RU2020107798A RU2020107798A RU2776831C2 RU 2776831 C2 RU2776831 C2 RU 2776831C2 RU 2020107798 A RU2020107798 A RU 2020107798A RU 2020107798 A RU2020107798 A RU 2020107798A RU 2776831 C2 RU2776831 C2 RU 2776831C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pig
- nozzle
- scraper
- launch
- flange
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract 4
- 230000001154 acute Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
Images
Abstract
Description
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
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.The present invention relates to a pig launcher or receiver used to launch a pig in a pipeline or a diagnostic tool into a pipeline system. The primary purpose of a pig launcher is to launch a pig or tool into a pipeline system without interrupting the flow of fluid through that system.
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.Scraper launching (and receiving) systems vary from one another depending on the specific purpose and product. These variations include, for example, the placement of valves, automated mechanisms, the length of the launch tube or barrel, such as a closing door, and means to move the scraper into the reduced cross section of the barrel (eg, gravity, propellers). Regardless of these variations, all launchers and receivers include a shaft that holds one or more pigs or tools, and a large spur-to-main line junction that connects the shaft to the pipeline system. Once it is ready to launch a pig into the pipeline system, the tee diverts fluid flow in the pipeline to the end of the wellbore, behind one or more pigs located in the wellbore. Gravity and dynamic pressure are used to move the pig to the launch position and actually launch the pig. In some conditions, these hydraulic and mechanical properties are insufficient and manual intervention will be required to start.
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.These launch settings are not designed to make efficient use of the fluid, and they are not designed to apply maximum force where it can be most effective to start the pig. Instead, the fluid enters the wellbore in the form of a fluid jet perpendicular to the wellbore wall. The momentum of the jet passes from one side of the barrel to the other, reducing most of the momentum and lowering its dynamic pressure to that of the barrel without doing any direct work.
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).In addition, the fluid flow usually has a relatively low velocity due to the large diameter of the pipe nozzle or plug entering the wellbore. For example, a pig launch line is typically about one-third the diameter of the main line (for example, if 12 inches [30.48 cm] has a main line, then 4 inches [10.16 cm] would have a pig launch line). Prior art launchers typically do not allow fluid flows greater than 7.3 feet per second (about 2.23 meters per second), and in very rare cases no more than 30 feet per second (9.14 meters per second), while that the product flow in the pipeline is in the range corresponding to these speeds. About 0.3 inches (0.762 cm) of water or 0.01 psig (about 0.07 kPa g) is applied at this speed range. Such pressure applied to the back of a 100 square inch (645.2 square cm) scraper element produces a force that is approximately 1 pound (4.45 N).
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.Under certain conditions, launch obstructions such as oxidized metals and sand, debris, ice and paraffin may resist or prevent the pig from moving. If the pig is difficult to move into the launching position, the required pressure is not built up behind the pig and the pig cannot subsequently be launched into the piping system.
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.In many cases, the launch setup will contain several scrapers or tools waiting to be launched. Some mechanical means, such as hydraulically activated pins, must be used to ensure that all pigs do not start at the same time. The cost of maintaining and operating these pigs is significant to support the required hydraulic cylinders, added weldments on the shaft, hydraulic attachments, hydraulic power packs to power the cylinders, and hydraulics-specific controls to control the launch of the pigs.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
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.Embodiments of the invention of a directional jet-pulse pig launch system and the method of its use move the scraper or tool to the starting position without the need for mechanical auxiliary devices or inclined structures. In embodiments of the invention, at least one nozzle may be located along the inner wall of the pig launcher/receiver at an angle other than a right or sharp angle of less than 90° with respect to the horizontal and be sized to deliver a fluid jet in a downstream direction at a speed exceeding the flow rate of the product through the main pipeline, which is in fluid communication with the nozzle assembly of the pig launcher/receiver. Part of the product flow of the main pipeline can be directed to the nozzle, which, in turn, provides a force impulse on the reverse side of the working surface of the specified scraper in the launch direction. A control system can be used, containing computer-readable media for long-term storage of information, which performs an algorithm for opening and closing the corresponding valves in fluid communication with at least one nozzle and main pipeline to facilitate the launch of the specified scraper and issue a message about this launch.
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.This system and method provides a simpler and more trouble-free approach to launching a pig or diagnostic tool into a pipeline system than prior art launch systems. Instead of providing a low-velocity fluid jet that transitions from one side of the hole to the other before performing any urgent work, this system uses a high-velocity fluid jet (corresponding to sonic in some cases) directed towards the pig face. , such as a vertical element like a urethane element (disk or cup). This approach provides a more reliable execution of a given starting sequence and eliminates the need for mechanical means to prevent premature starting. Starting forces more than 10 to 15 times greater than those of a conventional starter can be achieved.
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.Said launch system can be implemented at the stage of manufacturing a new launcher or by retrofitting an existing launcher. Said triggering system can also be applied to the receiver in order to give the receiver a dual action capability as a triggering setting, in the case of evaluating bidirectional capabilities. In some embodiments, a ported two-leaf check valve upstream of the tee section may be used to divert pipeline fluid flow away from the line and to assist in controlling or reducing that flow in the start-up system.
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.In embodiments of the invention, the launch system applies an impulse or kinetic force to the pig in the form of a concentrated, high velocity fluid jet. This jet may be a pipeline product fluid (transmission fluid), a secondary fluid compatible with the transmission fluid, or some combination of transmission and secondary fluids may be used.
Граничная поверхность струи может захватывать вторичный флюид, а также твердые вещества и осадки.The boundary surface of the jet can trap secondary fluid as well as solids and sediments.
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.The specified jet, which is released from the nozzle or nozzle, can be directed to the leading urethane element (disk or cup) of the specified scraper, the closing urethane element or the urethane element located between the leading and closing disks or cups. For example, when directed to the rear of the leading urethane element, the momentum generated by the jet overcomes static friction and, once said scraper starts moving, overcomes dynamic friction and accelerates said scraper as subsequent urethane elements or other vertical parts are exposed to said jet.
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.Each nozzle or nozzle can be placed in any desired position relative to the clock face around the specified barrel and directed downstream. Regardless of the position relative to the clock face, the nozzle can be oriented at an acute angle relative to the central longitudinal axis of the barrel or at right angles to the central longitudinal axis. In some embodiments of the invention, the nozzle is located so that the jet is directed down or on the back side of the specified scraper. In other embodiments of the invention, two or more nozzles are used within an effective pig launch zone.
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.A number of nozzles or nozzles may be positioned along said shaft to add additional force or such that two or more pigs may be fired sequentially from said shaft according to a predetermined time sequence. In some embodiments of the invention, due to the distance between two or more pigs, no mechanical means are required to hold each pig in position and prevent premature starting. In other embodiments of the invention, the additional nozzles may be oriented in an upstream direction to provide an anti-forward force when the downstream pig is launched. In other embodiments of the invention, the starting system may include a screw device that moves the specified scraper or tool to the starting position, and the injector then provides a force pulse to start the specified scraper.
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.In some other embodiments of the invention, the distribution grid may be located above the bottom of the floor of the specified shaft so that the specified distribution grid positioned the specified fluid entering the wellbore, so that the specified fluid immediately interacted with a scraper or diagnostic tool located in the barrel to lift the scraper or tool up and negate the effects of friction. Reducing friction greatly increases the ease with which the scraper can be launched; it also eliminates the possibility of pig launch misses due to the drag of said pigs or ice formations. Said fluid may enter said borehole in the same or similar manner as in prior art installations.
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.The distribution grid may be a perforated sheet-like matrix having a plurality of holes, some of which may be inclined in the launch direction, which create fluid jets (and hence a pressure drop) that lift the scraper vertically from the floor and axially move said scraper into launch direction. This arrangement even allows a horizontal launcher to be used to drive the pig forward and into the pipeline by pressure and torque alone.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВBRIEF DESCRIPTION OF GRAPHICS
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.Fig. 1 is a schematic representation of a prior art pig launcher or receiver having an optional fluid tray or distribution grid. In the improved pig launcher according to the present invention, said launcher - with or without a distribution grid - can be modified by placing one or more injectors or nozzles in accordance with the present invention, see for example FIG. 3-9 and 11 along said launcher shaft and oriented in a downstream direction to deliver a high velocity concentrated fluid jet to the vertical member of the pig or diagnostic tool to be fired. Valves can be used to control flow into the barrel and to the nozzles. Valve indicators, together with pressure, flow and temperature sensors, can send signals to the control system, which automatically opens and closes valves when it is necessary to run a pig or diagnostic tool into the main pipeline.
Фиг. 2 схематически изображает вариант реализации изобретения в отношении системы управления, которая может быть использована в связи с системой запуска скребка согласно настоящему изобретению.Fig. 2 schematically depicts an embodiment of the invention with respect to a control system that can be used in connection with a pig launch system according to the present invention.
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.Fig. 3 is a front top view of an embodiment of the invention with respect to an injector or nozzle assembly prior to installation. Said assembly comprises a flat profile flange (pancake) at the end of the inlet and a plate or curved profile flange at the end of the outlet or nozzle. Said flat profile flange may be configured to fit exactly between two flanges in a pig launch line in a typical launcher. The smaller curved profile flange can be accurately fitted on the inner surface of said shaft of said launcher. The bend provides an inclined angle of the nozzle relative to the horizontal. The flat profile flange may include one or more holes to provide a leakage path for pressure equalization.
Фиг. 4 изображает вид сбоку сверху варианта реализации изобретения на Фиг. 3.Fig. 4 is a top side view of the embodiment of FIG. 3.
Фиг. 5 изображает вид сверху в плане варианта реализации изобретения на Фиг. 3.Fig. 5 is a top plan view of the embodiment of FIG. 3.
Фиг. 6 изображает вид поперечного сечения варианта реализации изобретения на Фиг. 3.Fig. 6 is a cross-sectional view of the embodiment of the invention in FIG. 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.Fig. 7 is a view of the injector or nozzle assembly at the end of the smaller diameter, where it terminates, in order to embed said nozzle into the surface of said barrel. The scraper has been placed inside the barrel to better show how said free jet coming out of said nozzle can interact with a vertical element located towards said back side of the scraper. In other embodiments of the invention, the specified nozzle may be placed so that the front or more front vertical element will be the first point of interaction.
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.Fig. 8 depicts a view in which an injector or nozzle assembly may be installed or placed in a launcher shaft area that contains a fluid distribution grid used for heavy pigs. In some embodiments of the invention, the specified mesh is located below the specified nozzle. In other embodiments of the invention, the nozzle may be attached to the side wall of the grid. Multiple nozzles can be used with or instead of mesh.
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.Fig. 9 is an expanded view of the inline injector assembly of the nozzle assembly of this disclosure. Said flat profile mounting flange (pancake) can be positioned between two flanges in a pig launch line. In some embodiments of the invention, said flange may include a leak path to provide pressure equalization.
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.Fig. 10 is a graph illustrating, for a starter setting of equivalent size, pig, and pipeline flow rate, the relative difference in starting force generated in embodiments of the present disclosure compared to the force generated by prior art starting designs that direct flow having low speed, inside the launcher in the perpendicular direction. Changes in design parameters can affect this relative difference. As a non-limiting example, an increase in starting force, and hence an increase in relative difference, can be achieved by increasing the area, increasing the pressure drop, or by using a supersonic nozzle build-up.
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.Fig. 11 is a view showing a location for mounting an injector or nozzle assembly or placement in a barrel area of a launcher. Other mounting devices may be used, including, but not limited to, various positions relative to the clock face around the barrel or relative to said barrel.
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.Fig. 12 is an isometric view of an embodiment of an injector or nozzle assembly. The special eccentric housing facilitates fitting of the inner tube and allows out-of-radius bending or turning to create the required axial direction. Said plate with a curved profile may contain one or more holes, which provide a leakage path for pressure equalization.
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.Fig. 13 is another isometric view of an injector or nozzle assembly without said plate with a curved profile that matches the barrel and graduates the nozzle. Removal of said plate allows a better view of how said nozzle may terminate in the bore to create the axial direction necessary to generate said force against return of the scraper or the vertical member of the scraper to move the scraper forward.
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.Fig. 14 is a rear isometric view showing a reduced cross section or blockage in the bottom of the housing. Said plate which provides the blocking may include an opening which provides a leakage path for pressure equalization.
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.Fig. 15 is a diagram of an embodiment of the present disclosure that uses small pneumatic, hydraulic, or other actuated and spaced pins to indicate the location of one or more pigs for installation and to signal to the operator what the position of each pig is in the launcher.
ОПРЕДЕЛЕНИЯDEFINITIONS
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.For the purposes of this disclosure, a high velocity jet, also referred to herein as a concentrated jet or a directional jet, is a jet of fluid leaving the release area from an injector or nozzle towards a specific, predetermined area on the rear side of the working surface of a scraper or tool at a speed greater than flow through the main pipeline to generate concentrated forces, and these concentrated forces significantly exceed the forces generated during the flow of product pipeline to the rear of the launcher, as is the case with typical operation on the line to launch the pig. The fluid jet enters the wellbore at a non-right angle to the wellbore centerline.
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.Said fluid may be part of the product in the pipeline flowing through the main pipeline and discharged to and through the nozzle. This high speed, which can be maintained over a length of at least twice the size of the scraper or the diameter of the tool, is sufficient to generate at time "t" a force greater than the static or dynamic friction force experienced at time t by the scraper or diagnostic tool. Two or more nozzles may be used to meet or exceed these force requirements. A supersonic nozzle can also be used to extend this force all the way to the scraper.
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.The low velocity (prior art) fluid flow is one that enters the launcher shaft through typical pig launch line operation and is not directed towards a specific, predetermined area on the rear side of the pig or tool face. The low velocity fluid flow typically enters the wellbore from the full diameter of the pig launch line and perpendicular to the wellbore centerline.
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.As used herein, the terms launcher and pig launcher may be used interchangeably throughout this disclosure. A trigger setup or trap can be performed as a trigger setup, a sink setup, or both.
Указанные термины инжектор и сопло, или узел инжектора и узел сопла, могут использоваться взаимозаменяемо на протяжении всего настоящего раскрытия.The terms injector and nozzle, or injector assembly and nozzle assembly, may be used interchangeably throughout this disclosure.
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.The terms pipeline pig and diagnostic tool may be used interchangeably. Each of them contains a spindle body, which usually has two or more elastomeric disks, cups or sealing elements located around the specified body so that the specified scraper or tool can move forward through the pipeline under the influence of a pressure difference.
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.The downstream direction or launch direction is the direction away from or opposite to the direction of the closing door of said launcher shaft. Being in the starting position of the launch, the rear end of the scraper or tool is located in the direction of the closing door of the shaft of the launcher, and the front end of the scraper or tool is located in the direction of the flow of the main pipeline. The rear parts of the working surfaces of the scraper or tool are turned towards the closing door.
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).The running surfaces of a pipeline pig or tool are surfaces projecting laterally outward from the spindle housing in the pig or tool, typically at a 90° angle to the central longitudinal axis of the spindle housing. One example of a working surface is an area represented by a vertical element, such as an elastomeric or urethane sealing element. Said sealing element may be a cup or disk (or equivalents).
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
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.Embodiments of the system and method for directional jet launching of the pig or tool of this disclosure allow the fluid entering the launcher shaft (trap) to serve as a high concentration fluid pulse or pulsed force that moves the pig or diagnostic tool to the starting position. Instead of delivering a low velocity fluid jet that crosses the hole from one side to the other before doing any immediate work, this system delivers a high velocity fluid jet (in some cases sonic) directed towards the pig face, such as as a vertical element like a urethane element (disc or cup). This approach provides a more reliable execution of a given starting sequence and eliminates the need for mechanical means to prevent premature starting. Launch forces more than 10 to 15 times greater than those of a conventional launcher can be achieved. See, for example, FIG. 10. In addition, the specified starting force can be maintained over a greater length (measured as a multiple of the diameter of the pig) than can be achieved using the prior art.
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.The location of the pins can also be along the specified shaft in order to position several scrapers or tools in position for installation. Embodiments of the invention may also allow the pig to be launched bi-directionally. For example, a pig launcher receiving chamber can become a launcher and send the pig back to where it was fired from.
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.In embodiments of the invention, at least one injector or nozzle may be placed in the wall of the launcher for each pig loaded into the launcher or barrel, and directed downstream to the working surfaces of the pig to deliver a concentrated fluid jet to the rear or to the rear. these surfaces. Said working surfaces may be vertical elements, such as an elastomeric or urethane element, such as a disk or cup, of the type known in the art and used as sealing elements that help move the scraper or tool forward under the action of a pressure difference. In some embodiments of the invention, the specified jet is directed towards the surface area located in the lower half of the back side of the specified vertical element. A portion of said jet against said spindle housing of said scraper or tool also lifts the scraper to reduce normal force (eg weight) which in turn reduces the effect of friction. Immediately after delivery, said jet fully operates in the direction opposite to said pig, in contrast to the prior art, in which one part of said fluid passes from one side of the shaft to the other.
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.Said system and method can significantly reduce the hardware and welds required to run a single pig or diagnostic tool or multiple pigs or tools. These cost savings can be significant. For example, the size of the pig launch circuit or lines entering the launcher will typically be smaller than a similarly sized prior art launcher, thereby reducing manufacturing costs. As a non-limiting example, the cross-sectional area of a nozzle line may be 1/12 of the cross-sectional area of a typical branch or pig launch line (e.g., 1-inch (2.54 cm) nozzle line, 4-inch (10.16 see) nozzle line for launching the scraper). In other embodiments of the invention, the cross-sectional area of the specified line may be 1/10 of the cross-sectional area of the line to start the pig. A launcher containing pig launch lines can also be retrofitted with these lines as nozzle or nozzle locations. In some embodiments, the injector assemblies may slide into the gantry of the pig launch lines as a one-piece assembly that is held in place by the flanges of the pig launch line.
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.In some embodiments of the invention, a separate manifold maintains one or more application points for said fluid flow to be diverted to nozzles or nozzles by a series of control valves. Said fluid may be a liquid or a gas and may be part of the main pipeline product stream. Control valves may be solenoid valves. The control circuit is then used to determine which control valve to open, at what point in time to open it, and for how long. Referring to FIG. 1, 2, and 9, embodiments of the launch system and method may be configured to operate with a pig launcher or
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.In some embodiments, the directional jet system and method of this disclosure may be combined with a "fluid tray" system, the same or similar to the system disclosed in US 2016/0369930 A1, the subject matter of which is incorporated by reference into this disclosure. This combination can be useful where very heavy pigs would have to be launched. For example, launching scrapers weighing in the range of 150 pounds to 200 pounds (68.04 kg to 90.71 kg) (or more) can be supported with said plate. Said directional jet system can still effectively launch these heavier pigs and multiple jets can be applied at the same location. The
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.Locating
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.While the
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.The flow of fluid to the
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.Once the pig is started, the
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.Said
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.Valve status data from
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).Let us now turn to Fig. 3-7 and 9, in which the injector assembly or
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.A
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.Referring to FIG. 8, 9 and 11, in embodiments of the invention, there is at least one
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.Let us now turn to Fig. 12-14, where it can be seen that embodiments of the invention for the injector or
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.With appropriate restriction of nozzle controlled release, velocities in excess of 1100 feet per second (335 m/s) can be achieved without the need for pumps or compressors to do the same. In some embodiments of the invention, no additional pump or compressor is required, either as part of the system or as part of the startup method. As the jet of fluid is released into the barrel from the nozzle, said momentum or moment from the jet serves to create a strong recirculation zone that is fed into the expanding jet, trapping secondary fluid and increasing the mass contained in the jet. As the jet propagates forward and loses speed, the momentum remains high due to the extra mass absorbed within the jet. This mechanism allows you to work on a significant length of the jet as it expands. In some embodiments of the invention, this length was measured, and was greater than 40 inches (101.6 cm), i.e. more than many scrapers. Pig advance of over 90 inches (228.6 cm) has been demonstrated on a 12.625-inch (32 cm) pig in tests using only one injector.
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.The release area from said nozzle or nozzle may be directed downstream and against the rear or rearward facing vertical scraper element, such as a urethane lead element (disk or cup). Said jet of fluid supplied by the nozzle strikes said element to stop static friction and then interacts with each successive vertical pig element to add additional pressure or force, accelerating the pig forward as the pig moves away from the jet. Then, said jet finally interacts with the last vertical scraper element as this element moves away from the nozzle. Since the jet naturally expands as a free jet, the interaction surface area increases by about 15° (which is inherent in an expanding jet). Thus, the velocity of said jet will be stable for the static pressure in front of the back of the vertical member to keep the scraper moving forward.
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.The release diameter or size of the nozzle or nozzle may be any diameter necessary to apply force to stop static friction and overcome dynamic friction and launch a pig of known weight and size. Different diameters and different pressures can be used to control pigs of different masses and friction parameters.
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.The location of these jets can be set at any desired radial angle and can be placed towards the front or rear of the scraper. In some embodiments of the invention, said nozzle is positioned such that said jet is at a lower or 6 o'clock position relative to the hour dial and is directed to impinge towards the rear surface of the frontmost vertical member. This raises the scraper to reduce perpendicular forces due to friction and creates multiple impact points on the scraper for acceleration as the scraper moves forward in the direction of launch. You can use other positions relative to the hour dial.
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°.Said
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.As a non-limiting example, in one embodiment of the invention, said injector or nozzle has a diameter of 1.42 inches (36 mm), at an angular deviation of 38° from the horizontal, and is located so as to direct an expanding stream of gas or liquid to the lower surface of the vertical element scraper to transmit force acting in the direction of the scraper. Once the scraper starts moving, the static friction is greatly reduced and the scraper will move forward. As soon as the jet begins to collide with the succession of vertical elements, said scraper will then begin to accelerate to higher speeds. The specified impulse acting on the pig, once it is out of range of the nozzle, will drag it forward into the pipeline while pressure builds up behind the pig. As soon as the indicated pressure is included in the cycle in the adapter, it is applied to the pressure of the main pipeline. Instantaneous velocities in system and method data tests were measured in excess of 200 ft/sec (60.96 m/s) using an accelerometer. Prior art launchers typically do not allow fluid velocities to exceed 7.3 feet per second (fps) (2.2 m/s) in most cases, and in very rare cases, 30 fps (9.1 m/s) when the product flow of the pipeline is in a range that supports these speeds. In addition, much of the velocity of these prior art streams is wasted and does no useful work due to the way the stream enters the barrel relative to the pig.
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:Embodiments of the invention, within the scope of this disclosure, provide speeds unattainable in typical pig launch line operations, well in excess of 30 fps and pipeline product flow rate. Speeds can reach over 100 fps (30.5 m/s) as shown in the table below, including the ranges and sub-ranges covered by these speeds:
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.As the scraper moves forward, said release from the injector or nozzle will interact with subsequent vertical members as they move, providing additional acceleration in each succeeding vertical member. As the final or last vertical element of said scraper moves past the nozzle, the free jet of gas or liquid then expands at an angle of 15°, including an angle to continue impacting the scraper with increasing surface area as the scraper is removed. Said free jet will also increase in mass as the jet dissipates more and more of the surrounding gas into the free jet envelope as it expands while maintaining its speed and expandability. Thus, said force acting on the
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.In embodiments of the invention, the total time for propagating the jet forward, moving the scraper to the start position, and starting the scraper is about 1 second or less. In many cases, the actual startup time is about 0.5 seconds or less. These start-up times are short enough that line instruments cannot tell the difference between main bypass valve throttling and operating noise from sources such as friction, pumps, and downstream filtration. As soon as said first scraper is started, the mechanisms will return to their normal operating position.
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.The jet velocity is extremely high in the immediate vicinity of the pig being launched and then decreases along the length of the jet sheath in a predictable manner. This predictability allows the designer to design or specify the correct injector nozzle for a given launch application. In some embodiments of the invention, the jet can maintain a significant speed. For example, speeds of 200 fps (60.96 m/s) or more (up to sonic and, in the case of gas, supersonic) can be achieved, and these higher speeds can be maintained over a length ranging from 30 inches to 40 inches (76, 2 cm to 101.6 cm) below the release point. This allows the energy (momentum) inherent in the jet to create an impulse of force at any point in its length, along which the scraper can be pushed forward, reacting to the vertical elements of the scraper. The gas-free nature of said jet allows significant volumes of secondary gas to be entrained by the recirculation zone created by the expansion, the recirculation zone and the exchange of momentum between the high and low velocity fluids. This general fluid exchange mechanism allows the directional jet to gain mass as it expands and decreases in velocity.
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).These speeds, combined with the mass flow rate of the jet, can generate impulse forces of several hundred pounds or more to impart the force needed to move hundreds of pounds of pigs. The effective length of said working jet sheath can, depending on the design of the nozzle, be significantly greater than 40 inches (101.6 cm) in length. Since the length of most pigs does not exceed this effective length, said system and method can be highly effective in launching pigs having a length that falls within this shell. For longer pigs, the nozzle design can be modified to increase the effective length of said jet, or the nozzle array can be combined to provide multiple points of force on the pig (or some combination of the two).
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.Simulation of said jet emerging from an injector or nozzle showed that the nozzle can create velocities in sonic and supersonic modes. The sonic or near sonic free jet allows a force to be applied to the pig (in close proximity to the nozzle) that is about 100 times or greater than the typical operating parameters currently seen in known launch systems. At these speeds, the static friction is easily broken, and the pig is able to move forward into the pipeline even without possible stops due to zones of increased friction perpendicular to a certain segment of the pipe.
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.As a non-limiting example, if one injector or nozzle were designed to deliver a gas flow at a mass flow rate of 1 lb per second (about 0.45 kg/s), then the entrainment rate of the secondary gas would be about 9 pounds per second (about 4.1 kg /With). Thus, the total flow at a point 10-15 inches (25.4-38.1 cm) from the nozzle will be about 10 pounds per second (about 4.5 kg / s), and the speed at this point will be about 250 fps ( 76.2 m/s). The specified momentum generated by this flow and available to the specified scraper for a 1 second interaction is 2500 pounds per foot per second (10 pounds per second x 250 feet per second x 1 second). Depending on application specifications and application requirements, the nozzle can be designed to deliver mass flow rates less than, equal to, or greater than 1 lb (0.454 kg) per second.
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.Therefore, said triggering system and method can generate significant force on the pig with a minimum amount of fluid. In many cases, pipeline operators request fluid at very low flow or velocity in the main pipeline. In some cases, the indicated speed may be less than 2 miles per hour (about 2.95 fps or 0.9 m/s), and in other cases it may be less than 1 mph (about 1.47 fps or 0.45 m/s). ). The launch system and method embodiments of the invention may provide workable launch scenarios at these low speeds. The specified velocity of the incoming fluid (through the injector or nozzle) is controlled at higher velocities than the bulk fluid within the wellbore, allowing the jet to generate significantly higher pig forces based on design. It also allows the injector to apply this force at several points while the scraper moves forward. The specified pig will be extended to the end point of the coupler adapter, from where it will begin to move inside the pipeline as a successful start. By comparison, for prior art technology, it will be very difficult to achieve launch rates in such low flow scenarios or even lower, and they will not develop enough static pressure at these low flow rates to propel the pig forward in an automatic launch setup.
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.In embodiments of the invention, the use of specially spaced nozzles or nozzles allows the launch of spaced pigs to be properly calibrated and controlled using only control valves such as solenoid valves. This approach allows the first pig to be launched and, if necessary, the next pig to be subsequently launched, if required, without retaining pins or mechanical interlocks. Said second scraper will move forward with an impulse force applied to the scraper by the jet provided by the second injection nozzle. Said second scraper will then move into the area vacated by the first scraper, wherein said first injector may apply a second impulse force to the vertical scraper members. This will accelerate the scraper and continue its movement through the specified launcher barrel, providing a controlled movement of the scraper through the barrel.
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.If a second scraper is required, the same scenario is repeated again, but with the connection of a second directed jet. The first jet can be additionally energized so that the force applied to the pig remains high when the pig exits the second impulse zone and enters the first impulse zone. As the second impulse zone created by the second jet begins to weaken in force, said design will have a scraper subsequently moving into the first impulse zone created by the first injector or nozzle, thereby maintaining a high force applied to the working surfaces of the scraper, until it is introduced into the pipeline and subsequently launched. This is then repeated for each successive scraper in the line.
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.With sufficient separation of the pigs, the need for hydraulic or pneumatic pins to hold the pigs is no longer required, making the hydraulic block, controls and hoses no longer necessary. This system becomes much more simplified with just a few small inexpensive valves that can be controlled by a low cost multi-loop controller. In some embodiments of the invention, if necessary, the opposite jet can be used to keep the pigs in line while the pig launcher is pushed forward towards the adapter. For example, an opposing jet may be created by an injector or nozzle pointing in the opposite direction to the launch direction (eg, towards a closing door rather than away from the door). This will provide additional control to manage driving and opposing forces.
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.Said launch system may also be used in pig launchers which currently use screw-type internals to push the pig into a tubular adapter located at the end of said shaft. Said helical arrangement helps to securely deliver these pigs to their starting position and can help overcome any debris or sediment in the line that could prevent the pigs from starting. The turbulence created by the concentrated jet should also help keep the barrel section clean inside the launcher. Entrainment capabilities must also allow the momentum of the jet to capture solids and scale and flush them into the pipeline where higher velocities will trap solids and scale. Acceleration of the incoming fluid to velocities approaching fluid sonic velocity regimes allows significant possibilities to be realised, which would otherwise be unattainable with practical operating procedures. The generated free jet expands to interact with the elementary components associated with the scraper device. Since the jet is retained on the surfaces formed by the pig, significant forces against the pig can be reliably implemented, exceeding the forces that can be implemented using known approaches of the prior art.
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.This directional jet approach allows for several significant changes in the design and manufacture of the launcher to provide the end user with the force needed to successfully place the pig or tool in the pipeline. For example, a larger diameter nozzle or nozzle delivers more mass flow at the same speed and maintained pressure than a smaller diameter nozzle or nozzle. The higher differential pressure allows for higher speeds and subsequent higher stop pressures, which increase the impact profile on the pig. The angular changes applied to the nozzle allow said jet to be placed where it is needed, ensuring that said force applied to the scraper is optimal both initially and as the scraper moves away from the release point. Several nozzles can be applied to exceptionally large and heavy pigs, allowing more force to be applied when needed. Said launcher can also be built to provide bi-directional use in case the customer has a specific need for such a device.
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.The said equipment used in achieving these application forces also allows for easy modification. Properly dedicated field equipment can be flame or plasma cut to provide the necessary extra lines to run pigs or plug pipes. Placing an injector into the added pipe plugs converts a launcher designed for manually launching pigs into an automatic launcher.
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.When testing an embodiment of the invention with a launch system and method, three pigs were loaded into a launcher shaft that contained three nozzles or nozzles, each nozzle being located in the available position of the pig launch line. These scrapers were spaced apart from each other so that the first (lowest) nozzle was directed towards the rear surface of the vertical element of the first scraper. The second and third nozzles were directed towards the rear surface of the vertical element of the second and third scraper, respectively. The line bypass valve was throttled to divert flow to a manifold connected to the injectors. The first control valve connected to the first injector was opened and said injector nozzle delivered a concentrated fluid jet. The specified scraper moved to the start position, after which it was launched, which did not affect the position of the second and third scraper. After this first pig was started, this process was repeated for the second pig, this time opening the second valve. After this scraper entered the area vacated by the first scraper, said first injector delivered a concentrated jet, which further accelerated the scraper. This process was repeated again for the third scraper.
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.Embodiments of the invention for the injector or nozzle assembly within the scope of this disclosure, configured for use in a pig launcher/receiver chamber, may comprise at least one nozzle located along the inner wall of the pig launcher/receiver chamber at an acute angle of less than 90° relative to the horizontal, and sized to deliver a jet of fluid in a downstream direction at a rate greater than the rate of product flow through a main pipeline in fluid communication with the pig launcher nozzle assembly. A certain portion of the product flow of the main pipeline entering the nozzle assembly may be directed to the rear side of the scraper element of the scraper. Said scraper element may be a vertical element such as a urethane disc.
Варианты реализации изобретения по узлу инжектора флюида камеры запуска-приема скребков в рамках этого раскрытия, могут содержать один или несколько из следующих признаков:Embodiments of the pig launcher fluid injector assembly within the scope of this disclosure may comprise one or more of the following features:
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;a pipe extending longitudinally and having an inlet end, an outlet end and at least one bend located between said ends at an acute angle α relative to the horizontal;
фланец плоского профиля, расположенный на впускном конце и содержащий совокупность отверстий для болтов;a flat profile flange located at the inlet end and containing a plurality of bolt holes;
фланец плоского профиля, содержащий одно или несколько отверстий для обеспечения пути утечки через фланец;a flat profile flange containing one or more holes to provide a leakage path through the flange;
фланец криволинейного профиля, расположенный на выпускном конце, причем фланец криволинейного профиля содержит отверстие для сопла;a curved flange located at the outlet end, the curved flange having a nozzle opening;
фланец криволинейного профиля, содержащий одно или несколько отверстий для обеспечения пути утечки через фланец;a curved profile flange containing one or more holes to provide a leakage path through the flange;
сопло, расположенное на выпускном конце;a nozzle located at the outlet end;
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;in the installed state, the nozzle is oriented not at right angles to the axial line of the barrel for supplying a jet of fluid in the direction opposite to the direction of the door-closing pig launcher-receiver;
в установленном состоянии между отверстием боковой стенки и периферией фланца криволинейного профиля образуется по меньшей мере один путь утечки;in the installed state, at least one leakage path is formed between the side wall opening and the periphery of the curved profile flange;
корпус, содержащий сопло;a body containing a nozzle;
корпус, содержащий сопло, которое является более широким по направлению к выпускному концу, чем на впускном конце;a housing containing a nozzle that is wider towards the outlet end than at the inlet end;
фланец с криволинейным профилем, выполненный в дополнение к кривизне боковой стенки камеры запуска-приема скребков;a flange with a curved profile, made in addition to the curvature of the side wall of the pig launcher-receiver chamber;
сопло, содержащее клапан;a nozzle containing a valve;
индикатор состояния клапана, находящийся в коммуникации с указанным клапаном;a valve status indicator in communication with said valve;
по меньшей мере один проход между отверстием в боковой стенке и фланцем с криволинейным профилем является окружным проходом.at least one passage between the opening in the side wall and the curved flange is a circumferential passage.
Камера запуска-приема скребков в рамках этого раскрытия может содержать один или несколько из перечисленных выше признаков и ряд следующих признаков:The pig launcher within the scope of this disclosure may include one or more of the features listed above and a number of the following features:
ствол с отверстием в боковой стенке;barrel with a hole in the side wall;
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;at least one nozzle located inside the hole in the side wall at a right angle α relative to the horizontal and oriented to supply a jet of fluid in the opposite direction to the lock door of the pig launcher-receiver chamber;
по меньшей мере один путь утечки флюида расположен между отверстием в боковой стенке и периметром по меньшей мере одного сопла;at least one fluid leakage path is located between the opening in the side wall and the perimeter of at least one nozzle;
по меньшей мере одно сопло, содержащее клапан;at least one nozzle containing a valve;
один индикатор состояния клапана, находящийся в коммуникации с указанным клапаном;one valve status indicator in communication with said valve;
один контроллер, включающий исполняемые команды, находящийся в коммуникации с указанными клапаном и индикатором состояния клапана;one controller, including executable commands, in communication with the specified valve and valve status indicator;
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;a shaft containing at least one positioning pin located along the floor of the shaft and configured to indicate the axial position of the scraper when it is in the specified shaft;
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.a curved fluid distribution grid in communication with at least one nozzle and located in the lower half of the wellbore above the wellbore floor, the fluid distribution grid comprising a perforated matrix containing a plurality of holes.
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:The method of launching a pig or tool into a piping system may include one or more of the above features of the nozzle assembly and pig launcher and one or more of the following:
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;diverting a portion of the product flow of the main pipeline into a nozzle located inside a side hole in the barrel of the pig launcher-receiving chamber, said nozzle being oriented at an acute angle α relative to the horizontal;
высвобождение некоторой доли от отводимой части через сопло к задней стороне вертикального элемента скребка, при этом высвобожденная часть ударяется о заднюю сторону вертикального элемента;releasing some portion of the retractable part through the nozzle to the rear side of the vertical element of the scraper, while the released part hits the back side of the vertical element;
высвобожденная часть сталкивается по меньшей мере с одним другим вертикальным элементом скребка, во время того, как скребок движется в стволе вперед;the released portion collides with at least one other vertical scraper member as the scraper moves forward in the shaft;
скорость высвобожденной части выше 100 fps (30,5 м/с);the speed of the released part is above 100 fps (30.5 m/s);
пусковое усилие более, чем в 10-15 раз больше, чем у обычной установки запуска.the starting force is more than 10-15 times that of a conventional starting rig.
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.Embodiments of the invention described herein contain examples or mechanisms of the trigger system and method of this disclosure. Modifications may be made to its design or use without departing from these examples. The following claims define said invention and include the full range of equivalents to which each claimed item is entitled.
Claims (44)
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201762549500P | 2017-08-24 | 2017-08-24 | |
US62/549,500 | 2017-08-24 | ||
PCT/US2018/047953 WO2019040870A1 (en) | 2017-08-24 | 2018-08-24 | Directed jet impulse pig launching system and method of its use |
US16/111,753 | 2018-08-24 | ||
US16/111,753 US10801658B2 (en) | 2017-08-24 | 2018-08-24 | Directed jet impulse pig launching system and method of its use |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020107798A RU2020107798A (en) | 2021-09-24 |
RU2776831C2 true RU2776831C2 (en) | 2022-07-27 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4719936A (en) * | 1983-02-28 | 1988-01-19 | Osaka Gas Company Limited | Method of hot tapping type branching and split joint used therein |
DE102007056822A1 (en) * | 2007-11-23 | 2009-06-04 | Funke Kunststoffe Gmbh | Pipe branching element, has pipe element passed into connection supporting ends i.e. sharpening ends, and collar and flange comprising outer surfaces with middle lines aligned transverse to passage pipe axis |
US20110259594A1 (en) * | 2008-11-26 | 2011-10-27 | Rosen Swiss Ag | Maintenance Device, and Method for Introducing a Maintenance Tool into an Elongate Hollow Member |
RU2509613C2 (en) * | 2008-02-08 | 2014-03-20 | Ти Ди Дабл ю Делавар, Инк. | Pipeline scraper for dissipation of inhibitors with vortex effect |
US20160369930A1 (en) * | 2015-06-17 | 2016-12-22 | Tdw Delaware, Inc. | Fluidic Pig Launcher and Method Of Its Use |
US9651190B1 (en) * | 2016-01-06 | 2017-05-16 | Tdw Delaware, Inc. | System and method of preventing flow blocking when using an automated pig launcher |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4719936A (en) * | 1983-02-28 | 1988-01-19 | Osaka Gas Company Limited | Method of hot tapping type branching and split joint used therein |
DE102007056822A1 (en) * | 2007-11-23 | 2009-06-04 | Funke Kunststoffe Gmbh | Pipe branching element, has pipe element passed into connection supporting ends i.e. sharpening ends, and collar and flange comprising outer surfaces with middle lines aligned transverse to passage pipe axis |
RU2509613C2 (en) * | 2008-02-08 | 2014-03-20 | Ти Ди Дабл ю Делавар, Инк. | Pipeline scraper for dissipation of inhibitors with vortex effect |
US20110259594A1 (en) * | 2008-11-26 | 2011-10-27 | Rosen Swiss Ag | Maintenance Device, and Method for Introducing a Maintenance Tool into an Elongate Hollow Member |
US20160369930A1 (en) * | 2015-06-17 | 2016-12-22 | Tdw Delaware, Inc. | Fluidic Pig Launcher and Method Of Its Use |
US9651190B1 (en) * | 2016-01-06 | 2017-05-16 | Tdw Delaware, Inc. | System and method of preventing flow blocking when using an automated pig launcher |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2018322381B2 (en) | Directed jet impulse pig launching system and method of its use | |
US10295105B2 (en) | Fluidic pig launcher and method of its use | |
FI67743C (en) | SAETT OCH ANORDNING FOR BRYTNING AV ETT FAST MATERIAL | |
SU1618277A3 (en) | Tool accumulator for machine tool | |
US5875803A (en) | Jetting pig | |
US20130111680A1 (en) | Pig launcher | |
US4160652A (en) | Method and apparatus for handling the fluids in a two-phase flow pipeline system | |
KR20100074153A (en) | Fluid/abrasive jet cutting arrangement | |
PL173444B1 (en) | Pneumatic gun for removing adhering particulate deposits and cuild-ups | |
US6068428A (en) | Capsule train separation system for fluid capsule pipeline transporation | |
RU2776831C2 (en) | Scraper launch system with directional jet pulse and its application method | |
CN102384834A (en) | Detonation-driving shock tunnel explosive discharge device | |
EP1301290B1 (en) | Subsea pig launching and receiving system and method of use | |
WO2010077824A1 (en) | System and method for pipeline cleaning using controlled injection of gas | |
US6824076B2 (en) | Pneumatic control system for a water cannon | |
JP5514194B2 (en) | Injection head for performing the injection filling process | |
WO2002044601A2 (en) | Pigging method and apparatus | |
Wu et al. | Slug reduction with high by-pass pigs–a mature technology | |
KR101564552B1 (en) | Moving model test rig using high-speed piston valve | |
NO763071L (en) | PROCEDURE AND DEVICE FOR BREAKING A SOLID MATERIAL, SUCH AS A MOUNTAIN. | |
JP2019513572A (en) | Object acceleration and precisely controlled emission | |
CA2933533C (en) | Fluidic pig launcher and method of its use | |
Liu | Axis-Symmetric Ram Accelerator Projectile Performance Characteristics | |
RU2317451C1 (en) | Jet pump starting system | |
WO2007081240A1 (en) | Method and device for treating bottom-hole zones of oil-and-gas-bearing formations |