一种用于清管的缓释清垢球及清管方法

摘要

本发明涉及油气田管道集输技术领域，具体涉及一种用于清管的缓释清垢球及清管方法，通过缓释清垢球将机械除垢和化学剂溶垢相结合，缓释清垢球外壁分布有多个清垢部，可以刮削管壁上的混和垢，缓释清垢球内加注入化学剂即药剂颗粒，药剂颗粒溶解后可降低垢的致密性，进行溶解清垢；在缓释清垢球遇到大的混和垢时，缓释清垢球的运行速度降低，此时加速药剂颗粒释放装置会检测缓释清垢球的运行速度，当缓释清垢球遇阻速度在0±0.2m/s时，加速药剂颗粒释放装置工作，加速缓释清垢球内的药剂颗粒释放溶解。本发明的缓释清垢球具有清管效率高、易收球、施工成本低，操作方便，不污染环境的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及油气田管道集输技术领域，具体涉及一种用于清管的缓释清垢球及清管方法。

背景技术

现今油气田生产过程中，管线输送已成为最常规的输送方式。但管线内部常常伴随着结垢、结蜡、腐蚀产物堆积的威胁，严重的会堵塞管道。现有技术中管道结垢的预防通常采用以下方式：(1)选用耐腐蚀材料；(2)添加化学药剂，如缓蚀剂、阻垢剂等；(3)流程改造，单层单输，避免混层集输；(4)物理防垢：通过发射超声波、电磁波扰乱垢晶的形成和长大。

结垢形成后，需要对管线进行清管作业，油田的清垢方法大致分为三类：化学除垢、清管球、高压水射流除垢。化学除垢主要是根据垢层的化学成分，选用合适的酸类化学剂进行溶解除垢，但是由于垢的成分不同，一般的溶垢剂适用范围有限。高压水射流除垢，利用柱塞泵产生的高压水经过特殊喷嘴喷向垢层，除垢彻底，效率高，但装机容量大，耗水多，存在水处理问题，清洗后也无法快速安全排垢。清管器除垢是利用管内流体推动将管内蜡质、垢层带走，达到疏通管道的目的。与其它除垢方式相比具有操作简便，价格低，施工周期短，施工人员少，施工设备简单，强度低、无污染等特点。但收球周期长，通管球容易丢失，对硬质垢堵塞清管效果差。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种用于清管的缓释清垢球及清管方法，尤其是具有清管效率高、易收球、施工成本低，操作方便，不污染环境的特点，当本发明公开的缓释清垢球在遇阻时缓释清垢球内的固体缓释清垢颗粒加速溶解，降低垢的致密性，提高了清垢效率。当清管结束后缓释清垢球的密度降低，从而降低了收球难度，缓释清垢球可随液流漂浮到管线上部，避免卡堵，方便了收球。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种用于清管的缓释清垢球，至少包括管道和缓释清垢球本体，清管时缓释清垢球本体位于管道内，所述的缓释清垢球本体为空心的球体结构，缓释清垢球本体外球面上均匀设置有多个药剂颗粒释放孔和一个用于添加药剂颗粒的药剂颗粒注入口，所述药剂颗粒注入口上设置有密封盖，所述缓释清垢球本体外球面上的多个药剂颗粒释放孔相邻球面上均匀设置有多个清垢部，缓释清垢球本体内设置有加速药剂颗粒释放的加速药剂颗粒释放装置。

所述的多个清垢部形成的外球面最大直径小于管道的直径，且在多个清垢部形成的球面最大直径时两端的清垢部的最外端到管道内壁的距离为0.5～0.8cm。

所述的多个清垢部为多个清垢齿，多个清垢齿固定连接在缓释清垢球本体外球面上的多个药剂颗粒释放孔相邻球面上。

所述的多个清垢齿在缓释清垢球本体的球面上均沿顺时针或逆时针方向倾斜一定的角度，所述倾斜的角度为30°～60°。

所述的多个清垢部为多个金属凸起点，金属凸起点为圆锥体结构，且圆锥体结构的外壁上还均匀交错设置有多个尖刺。

所述的加速药剂颗粒释放装置包括控制装置和搅拌器，控制装置与搅拌器之间电信号连接，所述搅拌器不会损坏药剂颗粒的结构。

所述的控制装置包括电源、速度传感器和微控制器，电源、速度传感器和微控制器均固定连接在缓释清垢球本体内，速度传感器与微控制器电信号连接，速度传感器和微控制器均与电源电连接，微控制器与搅拌器之间电信号连接。

所述的搅拌器包括电机、传动轴和多个搅拌杆，电机的一端与微控制器电信号连接，传动轴贯穿整个缓释清垢球本体内的最大直径，电机设置连接在传动轴的一端，传动轴的另一端与缓释清垢球本体内壁转动连接，所述传动轴的整个杆壁上均匀连接有多个搅拌杆，多个搅拌杆的长度沿着传动轴长度的中点向两端逐渐递减，多个搅拌杆向外延伸的端点与缓释清垢球本体的内壁之间的距离为0.5～1cm。

所述的搅拌器还包括隔离环，隔离环设置在传动轴长度的中点位置，且隔离环的环面与传动轴垂直，所述隔离环环面内还交错设置有多个加强筋，所述传动轴贯穿隔离环环面的中心位置，加强筋一端与隔离环的内侧壁固定连接，加强筋另一端与传动轴长度的中点位置侧壁固定连接，所述隔离环沿周向的外侧壁上还均匀还连接有多个搅拌杆。

一种用于清管的缓释清垢球的清管方法，包括上述任一项所述的一种用于清管的缓释清垢球，包括以下方法

打开缓释清垢球本体上药剂颗粒注入口上的密封盖，充填入足量的药剂颗粒，然后盖上密封盖；

通过井口投球器将整个缓释清垢球投入管线，管线内的油压将推进缓释清垢球运动，缓释清垢球本体外球面上的多个清垢部可刮削管壁上的混和垢；

在缓释清垢球运行过程中，药剂颗粒会通过缓释清垢球本体外球面上的多个药剂颗粒释放孔和流体接触稳定缓慢释放，此时缓释清垢球本体内的加速药剂颗粒释放装置也将检测整个缓释清垢球的运动速度；

当缓释清垢球遇到垢阻力后的速度在0±0.2m/s时，加速药剂颗粒释放装置工作，加速药剂颗粒溶解；

随着清管的推进，缓释清垢球随着内药剂颗粒的释放，整体密度重量降低，即可被液流体冲至收球筒，清管结束。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，本发明通过缓释清垢球将机械除垢和化学剂溶垢相结合，缓释清垢球外壁分布有多个清垢部，可以刮削管壁上的混和垢，缓释清垢球内加注入化学剂，化学剂选用药剂颗粒，其中药剂颗粒选用固体缓释清垢颗粒，便于从缓释清垢球本体外球面上均匀设置的多个药剂颗粒释放孔与管道内的流体相接触缓慢稳定的释放，药剂颗粒溶解后可降低垢的致密性，进行溶解清垢；在缓释清垢球遇到大的混和垢时，缓释清垢球的运行速度降低，此时加速药剂颗粒释放装置会检测缓释清垢球的运行速度，当缓释清垢球遇阻速度在0±0.2m/s时，加速药剂颗粒释放装置工作，加速缓释清垢球内的药剂颗粒释放溶解。本发明可根据管线垢的堵塞程度，可以智能调节化学剂的释放速度，清垢结束后整个缓释清垢球密度降低，可被液流冲至收球筒，易于收球，本发明的缓释清垢球具有清管效率高、易收球、施工成本低，操作方便，不污染环境的优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的缓释清垢球在管道内的剖面内部结构示意图。

图2为本发明的缓释清垢球外壁上的金属凸起点的结构示意图。

图3为本发明的缓释清垢球内搅拌器的实施例5结构示意图。

图4为本发明的缓释清垢球内搅拌器的实施例6结构示意图。

图5为本发明的控制装置的控制原理图结构示意图。

图中：1-缓释清垢球本体、2-药剂颗粒释放孔、3-药剂颗粒注入口、4-清垢齿、5-控制装置、6-传动轴、7-搅拌器、8-药剂颗粒、9-管道、10-金属凸起点、11-尖刺、12-搅拌杆、13-隔离环、14-加强筋、15-电源、16-速度传感器、17-微控制器。

具体实施方式

首先需要说明的是，在本发明各个实施例中，所涉及的术语为：

缓释清垢球本体1，为空心的球体结构，其中缓释清垢球本体1可选用不锈钢材质或塑料材质。

药剂颗粒释放孔2，用于药剂颗粒与管道9内的流体接触稳定缓慢释放，清除管壁上的混和垢。

清垢部，用于刮削管壁上的垢、蜡等附着物，其中清垢部可以是与缓释清垢球本体1一体成型的结构，也可以是单独的机构直接均匀固定的连接在缓释清垢球本体1的外壁上。

加速药剂颗粒释放装置，用于检测整个缓释清垢球在管道9内的运行速度，同时根据缓释清垢球的运行速度，控制缓释清垢球内药剂颗粒的释放速度。

下面，将通过几个具体的实施例对本发明实施例提供的用于清管的缓释清垢球及清管方法的方案进行详细介绍说明。

以下实施例中垢阻力就是缓释清垢球在运行过程中遇到混和垢后，混和垢给缓释清垢球的反向力。

以下实施例中混和垢为管道内的有机垢及无机垢的混和物。

实施例1:

参照图1，是本发明的缓释清垢球在管道内的剖面内部结构示意图，一种用于清管的缓释清垢球，至少包括管道9和缓释清垢球本体1，清管时缓释清垢球本体1位于管道9内，所述的缓释清垢球本体1为空心的球体结构，缓释清垢球本体1外球面上均匀设置有多个药剂颗粒释放孔2和一个用于添加药剂颗粒的药剂颗粒注入口3，所述药剂颗粒注入口3上设置有密封盖，所述缓释清垢球本体1外球面上的多个药剂颗粒释放孔2相邻球面上均匀设置有多个清垢部，缓释清垢球本体1内设置有加速药剂颗粒释放的加速药剂颗粒释放装置。

上述实施例中通过缓释清垢球将机械除垢和化学剂溶垢相结合，缓释清垢球外壁分布有多个清垢部，可以刮削管壁上的混和垢，缓释清垢球内加注入化学剂，化学剂选用药剂颗粒，其中药剂颗粒选用固体缓释清垢颗粒，便于从缓释清垢球本体1外球面上均匀设置的多个药剂颗粒释放孔2与管道9内的流体相接触缓慢稳定的释放，药剂颗粒溶解后可降低垢的致密性，进行溶解清垢；在缓释清垢球遇到大的混和垢时，缓释清垢球的运行速度降低，此时加速药剂颗粒释放装置会检测缓释清垢球的运行速度，当缓释清垢球遇阻速度在0±0.2m/s时，加速药剂颗粒释放装置工作，加速缓释清垢球内的药剂颗粒释放溶解。本发明可根据管线垢的堵塞程度，可以智能调节化学剂的释放速度，清垢结束后整个缓释清垢球密度降低，可被液流冲至收球筒，易于收球，本发明的缓释清垢球具有清管效率高、易收球、施工成本低，操作方便，不污染环境的优点。

进一步的缓释清垢球本体1和清垢部均可采用不锈钢材质，缓释清垢球本体1也可以是塑料材质，其中清垢部可带有一定的柔性，也可以是硬的金属材质，所述在缓释清垢球本体1和清垢部外部还涂有防腐层，增加缓释清垢球的使用寿命。

进一步的，缓释清垢球本体1的厚度为5～10mm；多个药剂颗粒释放孔2的直径为3～5mm，药剂颗粒注入口3的直径为3～4cm，优选缓释清垢球本体1的厚度为7mm；多个药剂颗粒释放孔2的直径为4mm，药剂颗粒注入口3的直径为3.5cm。

实施例2:

进一步的，所述的多个清垢部形成的外球面最大直径小于管道9的直径，且在多个清垢部形成的球面最大直径时两端的清垢部的最外端到管道9内壁的距离为0.5～0.8cm。

上述实施例中所述的多个清垢部形成的外球面最大直径小于管道9的直径，保证缓释清垢球满足可以轻松的进入管道9进行清垢，其中机械的清垢时，缓释清垢球外壁的清垢部，也要满足在整个包含清垢部的最外形成的球面最大直径小于管道9的直径，且多个清垢部形成的球面最大直径时，最大直径所对应两端的清垢部的最外端到管道9内壁的距离为0.5～0.8cm时，机械清垢效果和化学药剂颗粒清垢效果最佳，优选距离为0.6cm。

实施例3:

参照图1，进一步的，所述的多个清垢部为多个清垢齿4，多个清垢齿4固定连接在缓释清垢球本体1外球面上的多个药剂颗粒释放孔2相邻球面上。

进一步的，所述的多个清垢齿4在缓释清垢球本体1的球面上均沿顺时针或逆时针方向倾斜一定的角度，所述倾斜的角度为30°～60°

优选的是所述倾斜的角度为45°。

上述实施例中多个清垢部为多个清垢齿4，所述多个清垢齿4可为带有一定柔性的材料制作而成，不会刮坏管道9的内壁，例如在缓释清垢球本体1外球面上形成一层刷子结构，在管道9内可以机械的刷到一部分混和垢，刷不掉的采用化学药剂颗粒进行进一步的溶解混和垢，其中多个清垢齿4也可以是金属材质的，且清垢齿4向外延伸的端部设置成圆弧形结构，避免刮坏管道9的内壁；多个清垢齿4在缓释清垢球本体1的球面上均沿顺时针或逆时针方向倾斜一定的角度，便于刮去管道9内形状不规则的混和垢，有一定的角度后便于多个清垢齿4插入混和垢中，进而便于刮去混和垢，倾斜的角度为30°～60°时机械刮去管道9内的混和垢效果最佳，实际使用中选用倾斜的角度为45°。

实施例4:

参照图2，是本发明的缓释清垢球外壁上的金属凸起点的结构示意图，进一步的，所述的多个清垢部为多个金属凸起点10，金属凸起点10为圆锥体结构，且圆锥体结构的外壁上还均匀交错设置有多个尖刺11。

上述实施例中多个清垢部为多个金属凸起点10，金属材质硬度大，刮阻垢效果好，金属凸起点10为圆锥体结构，便于圆锥体结构顶端不与插入混和垢内，刮掉混和垢，圆锥体结构的外壁上还均匀交错设置有多个尖刺11，增加了多个金属凸起点10与混和垢之间的接触面积，更加容易刮掉混和垢。

实施例5:

参照图1、图3和图5，进一步的所述的加速药剂颗粒释放装置包括控制装置5和搅拌器7，控制装置5与搅拌器7之间电信号连接，所述搅拌器7不会损坏药剂颗粒的结构。

进一步的，所述的控制装置5包括电源15、速度传感器16和微控制器17，电源15、速度传感器16和微控制器17均固定连接在缓释清垢球本体1内，速度传感器16与微控制器17电信号连接，速度传感器16和微控制器17均与电源15电连接，微控制器17与搅拌器7之间电信号连接。

进一步的，所述的搅拌器7包括电机、传动轴6和多个搅拌杆12，电机的一端与微控制器17电信号连接，传动轴6贯穿整个缓释清垢球本体1内的最大直径，电机设置连接在传动轴6的一端，传动轴6的另一端与缓释清垢球本体1内壁转动连接，所述传动轴6的整个杆壁上均匀连接有多个搅拌杆12，多个搅拌杆12的长度沿着传动轴6长度的中点向两端逐渐递减，多个搅拌杆12向外延伸的端点与缓释清垢球本体1的内壁之间的距离为0.5～1cm。

上述实施例中在缓释清垢球遇到阻垢速度降低后，控制装置5检测到速度降低至在0±0.2m/s时，控制装置5控制搅拌器7进行工作，搅拌缓释清垢球内的药剂颗粒，使药剂颗粒加快释放溶解。

控制装置5通过缓释清垢球本体1内连接的速度传感器16检测获取缓释清垢球运行速度，将速度信号传输给微控制器17，所述的微控制器17为可编程的小型PLC可编程器件，可在PLC可编程器件编辑控制程序，用于检测缓释清垢球运行速度，从而控制搅拌器7进行搅动，加速缓释清垢球内的药剂颗粒快速释放溶解，电源15用于给传感器16和微控制器17供电，其中电源15可采用一次性电池，也可以采用可充电电池，如果是可充电电池时，所述的缓释清垢球本体1上相应的设置有可充电电池的充电点孔，充电孔上设置有密封盖体，收球后可继续充电及添加药剂颗粒，等待下次的使用，通过该结构而实现了智能调节化学清垢剂即药剂颗粒的释放速度。

搅拌器7通过微控制器17控制电机的转动，从而使电机带动传动轴6转动，传动轴6转动时，使传动轴6整个杆壁上均匀连接的多个搅拌杆12搅动缓释清垢球内的药剂颗粒从多个药剂颗粒释放孔2快速释放与管道9内的流体接触溶解，所述多个搅拌杆12可选用带有一定柔性的材料，其中多个搅拌杆12在搅动的过程中不会损坏药剂颗粒的结构，传动轴6贯穿整个缓释清垢球本体1内的最大直径，保证在整个清管过程中，随着药剂颗粒的减少整个缓释清垢球本体1内的最大直径两端的药剂颗粒都能搅动到，进而使整个缓释清垢球在药剂颗粒内释放完前都能实现需要加速溶解药剂颗粒时的功能，电机设置连接在传动轴6的一端，传动轴6的另一端与缓释清垢球本体1内壁转动连接，保证传动轴6在缓释清垢球内不会晃动，所述缓释清垢球本体1内壁可开设有与传动轴6的另一端匹配的凹槽，便于限定传动轴6的位置。

多个搅拌杆12的长度沿着传动轴6长度的中点向两端逐渐递减，保证在传动轴6两侧的药剂颗粒也能被搅动上，药剂颗粒可以均匀的从多个药剂颗粒释放孔2快速释放与管道9内的流体接触溶解，多个搅拌杆12向外延伸的端点与缓释清垢球本体1的内壁之间的距离为0.5～1cm，给药剂颗粒的释放留有释放空间，优选多个搅拌杆12向外延伸的端点与缓释清垢球本体1的内壁之间的距离为0.7cm。

实施例6:

参照图1和图4，进一步的，所述的搅拌器7还包括隔离环13，隔离环13设置在传动轴6长度的中点位置，且隔离环13的环面与传动轴6垂直，所述隔离环13环面内还交错设置有多个加强筋14，所述传动轴6贯穿隔离环13环面的中心位置，加强筋14一端与隔离环13的内侧壁固定连接，加强筋14另一端与传动轴6长度的中点位置侧壁固定连接，所述隔离环13沿周向的外侧壁上还均匀还连接有多个搅拌杆12。

上述实施例中搅拌器7还包括隔离环13，隔离环13用于在高速运转时将缓释清垢球本体1的内隔离环13两侧的药剂颗粒隔离同时可以均匀的从多个药剂颗粒释放孔2快速释放，隔离环13环面内还交错设置有多个加强筋14，多个加强筋14用于加固隔离环13，增加隔离环13的强度，加强筋14优选2个，2个加强筋14十字交叉的设置，优选十字交叉且相互垂直的设置，均沿加强筋14长度的中部位置交叉连接，传动轴6贯穿隔离环13环面的中心位置，加强筋14一端与隔离环13的内侧壁固定连接，加强筋14另一端与传动轴6长度的中点位置侧壁固定连接，保证传动轴6转动时带动整个隔离环13及搅拌杆12转动搅动药剂颗粒，通过该结构实现了缓释清垢球内药剂颗粒的快速释放。

实施例7:

一种用于清管的缓释清垢球的清管方法，包括实施例1-6任一项所述的一种用于清管的缓释清垢球，包括以下方法

打开缓释清垢球本体1上药剂颗粒注入口3上的密封盖，充填入足量的药剂颗粒，然后盖上密封盖；

通过井口投球器将整个缓释清垢球投入管线，管线内的油压将推进缓释清垢球运动，缓释清垢球本体1外球面上的多个清垢部可刮削管壁上的混和垢；

在缓释清垢球运行过程中，药剂颗粒会通过缓释清垢球本体1外球面上的多个药剂颗粒释放孔2和流体接触稳定缓慢释放，此时缓释清垢球本体1内的加速药剂颗粒释放装置也将检测整个缓释清垢球的运动速度；

当缓释清垢球遇到垢阻力后的速度在0±0.2m/s时，加速药剂颗粒释放装置工作，加速药剂颗粒溶解；

随着清管的推进，缓释清垢球随着内药剂颗粒的释放，整体密度重量降低，即可被液流体冲至收球筒，清管结束。

上述实施例中实际使用时密封盖刻选用旋拧的方式连接，加注药剂颗粒时旋下缓释清垢球本体1上药剂颗粒注入口3上的密封盖，充填入足量的药剂颗粒，然后旋紧密封盖；通过井口投球器将整个缓释清垢球投入管线，管线内的油压将推进缓释清垢球运动，缓释清垢球本体1外球面上的多个清垢齿4或者多个金属凸起点10可刮削管壁上的混和垢；在缓释清垢球运行过程中，药剂颗粒会通过缓释清垢球本体1外球面上的多个药剂颗粒释放孔2和流体接触稳定缓慢释放溶解，降低垢的致密性，提高清垢效率，此时缓释清垢球本体1内的速度传感器16将检测整个缓释清垢球的运动速度；速度传感器16将检测到的速度值传输给微控制器17，微控制器17进行判断控制是否启动电机转动，当缓释清垢球遇到垢阻力后的速度在0±0.2m/s时，微控制器17启动电机转动，从而使电机带动传动轴6转动，传动轴6转动时，使传动轴6整个杆壁上均匀连接的多个搅拌杆12搅动缓释清垢球内的药剂颗粒从多个药剂颗粒释放孔2快速释放与管道9内的流体接触溶解，提高清垢效率，从而实现了智能调节化学清垢剂即药剂颗粒的释放速度；然后随着清管的推进，缓释清垢球随着内药剂颗粒的释放，整体密度重量降低，即可被液流体冲至收球筒，清管结束。

通过上述清管方法使其清管效率提高、降低了施工成本低，施工操作方便，不污染环境。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细的说明，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，其都在该技术的保护范围内。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。