CN114433577A - 一种用于非金属管道的清管装置 - Google Patents

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师朋飞
梁雷
杜明慧
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Abstract

本发明提供了一种用于非金属管道的清管装置，包括：主轴；安装在所述主轴前端的第一清管体，在所述第一清管体的内部设有空腔；设置在所述空腔内的发热单元；以及多个轴向间隔开套设在所述主轴上的第二清管体；其中，所述清管装置能够在管道内流体的背压作用下运动，并且所述发热单元能够在运动过程中软化管道内壁的结蜡层，使得所述第一清管体和所述第二清管体刮削管道内壁的结蜡层并推出管道，从而完成管道的清理。

Description

一种用于非金属管道的清管装置
技术领域
本发明属于油田管道清洗技术领域，具体涉及一种用于非金属管道的清管装置。
背景技术
随着油田开发进入高含水阶段，金属管道腐蚀现象日趋严重。非金属管道以其优良的防腐性能，在油田管道领域应用越来越广泛。然而，由于某些输送介质具有析蜡点高、易结蜡和结垢的特性，容易造成非金属管线内壁面结蜡、结垢严重，从而影响管线的输送能力，大大降低了管道的输送效率，这严重制约油田的生产。现有的非金属管道为柔性复合管，其包括芯管、增强层、外包层。然而，由于芯管大多采用聚乙烯管，这使得非金属管道的强度及耐磨损性能比金属管道差，因此需要专门用于柔性复合管道进行清蜡的清管器，以对非金属管道进行清理。
目前，随着清管器技术的发展，用于不同管道和清管目的的清管器种类不断增多，然而无论哪种清管器，都缺乏可靠的工具预测和判断清管器在管道内的运行状况。现有技术中的管道清理有物理清垢方式、机械除蜡装置、液压水射流清管器等清理方式或工具，其主要集中于提高清管器的清洁能力、降低清管器的卡堵风险、清管器控制以及智能清管器等方面。然而，现有的管道清理方式或清理工具仍然存在一些问题。
例如，清管器产生卡堵。由于管道的弯曲、扭曲及蜡层较厚等原因，在采用机械除蜡装置进行输油管道清管时，清管器容易产生卡堵。在弯头处清管器容易产生卡堵，导致清除的沉积物积聚在清管器前，推动流体绕流清管器，清管器弯曲变形，因磨损而导致密封性下降。这会导致管道流量下降，甚至导致整条管道堵塞，从而产生严重后果。现有技术中没有在具备良好清洗效果的情况下同时具备较强的解堵能力的清管器。
清管器变形失效。在清管器到达终点时，由于速度过快，使其冲击力巨大，会造成皮碗固定板严重扭曲变形，焊缝撕裂等现象，从而导致清管器整体变形失效。在清管作业遇上、下坡、弯头、弯管等特殊工况下运行速度不稳定，导致产生较大振动，各部件受冲击过大，容易造成联接螺栓产生松动、断裂现象，而紧固件松动、压板法兰变形等原因会导致使皮碗松动失效，进而导致皮碗易磨损。此外，在管内运行动态性能较差的情况下，清管器的运动速度波动大，导致旋转不均，从而造成皮碗磨损不均，且重心下降加剧某一方向磨损。皮碗近管道底部易磨损，从而造成测径盘中心下移，使测径产生偏差。另外，支架结构强度不够，防撞器结构不合理，端头材料吸收能量性能差、减震效果差，清管器运行速度过快，非常容易造成防撞器变形失效等。
清管器磨损。清管器在作业过程中需考虑降低其耐磨性能，现有技术中的泡沫清管器和凝胶清管器虽然相对不易卡堵，但是泡沫材料的耐磨性差，其寿命较短，甚至可能使用一次即报废。凝胶具有良好的密封性，但不擅洗擦，容易与前后流体侵蚀混合。凝胶清管器在运行时受到前后流体侵蚀并混合，且在运行过程中不断粘附于管壁而逐渐损耗。
发明内容
针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种用于非金属管道的清管装置，其能够利用管道内流体的背压作为清管装置行走的动力而有效刮削管壁污垢，并能够软化管道内壁结蜡层，同时能够对管道进行有效冲刷，从而保证管道运输的流畅性。
为此，根据本发明提供了一种用于非金属管道的清管装置，包括：主轴；安装在所述主轴前端的第一清管体，在所述第一清管体的内部设有空腔；设置在所述空腔内的发热单元；以及多个轴向间隔开套设在所述主轴上的第二清管体；其中，所述清管装置能够在管道内流体的背压作用下运动，并且所述发热单元能够在运动过程中软化管道内壁的结蜡层，使得所述第一清管体和所述第二清管体刮削管道内壁的结蜡层并推出管道，从而完成管道的清理。
在一个实施例中，所述第一清管体的前端构造成第一锥面，所述第一锥面能够在运动的过程中使管道内流体形成涡旋。
在一个实施例中，所述第一锥面的锥角α设置成60°-70°。
在一个实施例中，多个所述第二清管体设置成沿所述主轴的轴向均匀间隔开分布，且相邻的所述第二清管体之间的轴向距离为94-102mm。
在一个实施例中，所述第二清管体构造成圆台状，从而使所述第二清管体的外周表面形成第二锥面，且所述第二清管体的小端面朝向所述第一清管体，
所述第二锥面的锥角β设置成70°-80°，并且从所述主轴的前端到后端依次分布的多个所述第二清管体的第二锥面的锥角β递增。
在一个实施例中，所述第二清管体的最大外径大于所述第一清管体的外径，且从所述主轴的前端到后端依次分布的多个所述第二清管体的最大外径设置成递增。
在一个实施例中，所述第二清管体的最大外径大于待清理管道的内径，且所述第二清管体与待清理管道之间的过盈量设置成处于2％-5％的范围内。
在一个实施例中，所述主轴的前端构造成锥形连接头，所述第一清管体的后端设有锥形连接槽，
所述锥形连接槽能够与所述锥形连接头适配安装，从而使所述第一清管体固定连接在所述主轴的前端。
在一个实施例中，在所述锥形连接槽的底部设有轴向向内延伸的装填孔，所述装填孔与所述空腔连通，用于向所述空腔中添加发热材料以形成所述发热单元。
在一个实施例中，所述第一清管体采用聚氨酯材料制成，所述第二清管体采用橡胶材料制成。
与现有技术相比，本申请的优点之处在于：
根据本发明的用于非金属管道的清管装置能够利用管道内流体的背压作为清管装置行走的动力而有效刮削管壁污垢，其操作简单，有利于提高清管效率。在前进过程中，第一清管体的前端的第一锥面能够使管道内的流体形成涡旋，从而强化对管道内壁结蜡层的冲刷作用，进一步提高了清管效率，增强了清管效果。并且，发热单元能够在前进过程中软化管道内壁结蜡层，从而有效减小后续清管过程中第二清管体刮削管道内壁结蜡层的阻力，保证了管道运输的流畅性，非常有利于清管装置对非金属管道内壁结蜡层的刮削。多个第二清管体能够依次增压，从而对管道内壁结蜡层进行二次刮削，在二次刮削过程，多个第二清管体的清管压力依次增大，从而进一步增强了清管装置的清垢除蜡效果。多个第二清管体与待清理管道之间形成不同的过盈量，从而能够有效避免在清管过程中造成卡堵，有利于使非金属管道保持长期稳定的良好的输送性能。此外，清管装置具有良好的耐油、耐酸和耐磨性能，以及良好的弹性性能，从而能够有效延长清管装置的使用寿命，并且能够有效避免对非金属管道的磨损，非常有利于提高清管作业效率和增强清管效果。
附图说明
下面将参照附图对本发明进行说明。
图1示意性地显示了根据本发明的用于非金属管道的清管装置的结构。
图2是图1的剖视图。
图3示意性显示了图1所示清管装置中的第一清管体的结构。
图4示意性显示了第二清管体与主轴的连接结构。
在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。
具体实施方式
下面通过附图来对本发明进行介绍。
在本申请中，需要说明的是，将沿着清管装置100前进的方向的一端定义为前端或相似用语，将与沿着清管装置100前进的方向相反的一端定义为后端或相似用语。
图1示意性地显示了根据本发明的用于非金属管道的清管装置100的结构。如图1所示，清管装置100包括主轴10、第一清管体20和多个第二清管体40。第一清管体20设置在主轴10的前端(图1中的左端)，多个第二清管体40沿轴向间隔开套设在主轴10上。清管装置100能够在管道内流体的背压作用下运动，从而使得第一清管体20和第二清管体40刮削管道内壁的结蜡层，并将刮削堆积的污垢推出管道，完成管道的清理。非金属管道例如可以为柔性复合管，根据本发明的清管装置100能够有效减小对非金属管道内壁的压力，并能够有效避免非金属管道输送流体中含有的酸性气体H2S。该清管装置100非常有利于提高清管效率，增强清蜡除垢的清管效果，从而使非金属管道保持长期稳定的良好的输送性能。
根据本发明，清管装置100还包括发热单元30。如图2所示，发热单元30设置在第一清管体20的内部。清管装置100在运动过程中，发热单元30能够软化管道内壁的结蜡层，以使非金属管道内壁结蜡层溶解松动，从而能够减小后续清管过程中第二清管体40刮削管道内壁结蜡层的阻力，有利于提高清管作业效率和增强清管效果。
如图2和图3所示，第一清管体20构造为圆柱体形。第一清管体20的前端构造成第一锥面22，第一锥面22的锥角α设置成处于60°-70°的范围内。清管装置100在前进以进行清管作业过程中，第一清管体20通过第一锥面22能够使管道内的流体形成涡旋，从而强化对管道内壁结蜡层的冲刷作用，这非常有利于提高第一清管体20的清管效率和增强对管道的清管效果。
在本实施例中，第一清管体20采用聚氨酯材料制成。一方面，显著增强了第一清管体20耐油性能、耐酸性能和耐磨性能，从而能够有效避免非金属管道输送的流体中酸性气体的影响，有效延长了第一清管体20的使用寿命。另一方面，增强了第一清管体20的弹性，这非常有利于第一清管体20通过待清理的非金属管道，以及降低对非金属管道的磨损，能够有效增强第一清管体20对非金属管道内壁结蜡层的清理效果。
根据本发明，在第一清管体20的内部设有空腔21。如图2所示，空腔21设置成沿第一清管体20的轴向延伸设置。优选地，空腔21构造成与第一清管体20的轮廓相适应的圆柱形腔体。形成于第一清管体20内的空腔21的侧壁厚度处于10-12mm的范围内。发热单元30设置在空腔21中。在一个实施例中，发热单元30由填充在空腔21内的发热材料形成，发热材料能够持续发热。清管装置100在清管作业过程中，发热单元30能够持续发热而使第一清管体20的温度维持在45-60℃之间。这能够使非金属管道内壁结蜡层溶解松动，进而减小后续清管过程中第二清管体40刮削管道内壁结蜡层的阻力，从而有利于清管装置100对非金属管道内壁结蜡层的刮削，非常有利于提高清管作业效率和增强清管效果。
如图4所示，多个第二清管体40设置成沿主轴10的轴向均匀间隔开分布，且相邻的第二清管体40之间的轴向距离设置成处于94-102mm的范围内。第二清管体40的轴向厚度为40-50mm。第二清管体40构造成圆台状，从而使第二清管体40的外周表面形成第二锥面41。圆台状的第二清管体41的小端面42朝向第一清管体20，而大端面43背向第一清管体20。第二锥面41的锥角β设置成处于70°-80°的范围内。并且，从主轴10的前端到后端依次分布的多个第二清管体的第二锥面的锥角β设置成递增。第一清管体20的前端的第一锥面22使得清管装置100在工作时便于投入管道中，并且在清管装置100向前运动时能够减小运行阻力。第一清管体20和第二清管体40的这种锥面结构能有效提供清管效率，和增强清管效果。
在本实施例中，第二清管体40的最大外径大于第一清管体20的外径，且从主轴10的前端到后端依次分布的多个第二清管体40的最大外径设置成递增。在图4所示的实施例中，在主轴10上套设有3个第二清管体，从主轴10的前端到后端依次为第二清管体40、第二清管体40＇和第二清管体40＂。第二清管体40、第二清管体40＇和第二清管体40＂的最大外径(即大端面43的外径)设置成依次递增。并且，第二清管体40的锥角β、第二清管体40＇的锥角β＇和第二清管体40＂的锥角β＂设置成依次递增。这样，在清管过程，多个第二清管体能够依次增压而对管道内壁结蜡层进行刮削，多个第二清管体的清管压力依次增大，逐步增强对管道内壁结蜡层的刮削清理，进一步增强了清管装置100的清垢除蜡效果。
在本实施例中，第二清管体40的最大外径大于待清理管道的内径。第二清管体40与待清理管道之间的过盈量设置成处于2％-5％的范围内。并且，从主轴10的前端到后端依次分布的多个第二清管体40与待清理管道之间的过盈量递增。由此，多个第二清管体40与待清理管道之间形成不同的过盈量，这能够有效避免在清管过程中造成卡堵。第二清管体40的这种结构能够显著增强清管装置100清蜡除垢的清管效果，以及提高清管效率，非常有利于使非金属管道保持长期稳定的良好的输送性能。
根据本发明，第二清管体40采用橡胶材料制成，例如可采用氯丁橡胶。一方面，显著增强了第二清管体40耐酸性能和耐磨性能，从而能够有效避免非金属管道输送的流体中酸性气体的影响，有效延长了第二清管体40的使用寿命。另一方面，增强了第二清管体40的弹性，这非常有利于第二清管体40通过待清理的非金属管道，以及降低对非金属管道的磨损，能够有效增强第二清管体40对非金属管道内壁结蜡层的清理效果。
如图1所示，主轴10的前端构造成锥形连接头11。同时，第一清管体20的后端设有锥形连接槽23。锥形连接槽23能够与主轴10前端的锥形连接头适配安装，从而使第一清管体20固定连接在主轴10的前端。在一个实施例中，锥形连接头11设有外螺纹，锥形连接槽23设有内螺纹，第一清管体20与主轴10通过螺纹连接方式形成螺纹连接。
在本实施例中，在锥形连接槽23的底部设有轴向向内延伸的装填孔24。装填孔24与第一清管体20的内部的空腔21连通。在第一清管体20与主轴10安装连接之前，通过装填孔24向空腔21中添加发热材料，直至充满空腔21而形成发热单元30。第一清管体20与主轴10安装连接后，第一清管体20与主轴10的这种连接结构能够对装填孔24形成密封，从而有效避免发热材料泄露。
下面介绍根据本发明的用于非金属管道的清管装置100的工作过程。首先，将清管装置100放入待清理的管道中。之后，利用管道内流体的背压作为清管装置100前进的动力，清管装置100在管道内流体的作用下沿管道向前运动。在前进过程中，第一清管体20的前端的第一锥面22使管道内的流体形成涡旋，从而强化对管道内壁结蜡层的冲刷作用，由此，对管道内壁结蜡层进行预处理。进而通过第一清管体20对管道内壁结蜡层进行初次刮削。然后，多个第二清管体40通过依次增压对管道内壁结蜡层进行二次刮削，在二次刮削过程，多个第二清管体40的清管压力依次增大，从而分别对管道内壁结蜡层进行更进一步的清理。由此，不断刮削管道内壁结蜡层，并将刮削堆积的污垢推出管道，从而完成管道的清理。
根据本发明的用于非金属管道的清管装置100能够利用管道内流体的背压作为清管装置行走的动力而有效刮削管壁污垢，其操作简单，有利于提高清管效率。在前进过程中，第一清管体20的前端的第一锥面22能够使管道内的流体形成涡旋，从而强化对管道内壁结蜡层的冲刷作用，进一步提高了清管效率，增强了清管效果。并且，发热单元30能够在前进过程中软化管道内壁结蜡层，从而有效减小后续清管过程中第二清管体40刮削管道内壁结蜡层的阻力，保证了管道运输的流畅性，非常有利于清管装置100对非金属管道内壁结蜡层的刮削。多个第二清管体40能够依次增压，从而对管道内壁结蜡层进行二次刮削，在二次刮削过程，多个第二清管体40的清管压力依次增大，从而进一步增强了清管装置100的清垢除蜡效果。多个第二清管体40与待清理管道之间形成不同的过盈量，从而能够有效避免在清管过程中造成卡堵，有利于使非金属管道保持长期稳定的良好的输送性能。此外，清管装置100具有良好的耐油、耐酸和耐磨性能，以及良好的弹性性能，从而能够有效延长清管装置100的使用寿命，并且能够有效避免对非金属管道的磨损，非常有利于提高清管作业效率和增强清管效果。
最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于非金属管道的清管装置，包括：
主轴(10)；
安装在所述主轴前端的第一清管体(20)，在所述第一清管体的内部设有空腔(21)；
设置在所述空腔内的发热单元(30)；以及
多个轴向间隔开套设在所述主轴上的第二清管体(40)；
其中，所述清管装置能够在管道内流体的背压作用下运动，并且所述发热单元能够在运动过程中软化管道内壁的结蜡层，使得所述第一清管体和所述第二清管体刮削管道内壁的结蜡层并推出管道，从而完成管道的清理。
2.根据权利要求1所述的清管装置，其特征在于，所述第一清管体的前端构造成第一锥面(22)，所述第一锥面能够在运动的过程中使管道内流体形成涡旋。
3.根据权利要求2所述的清管装置，其特征在于，所述第一锥面的锥角α设置成60°-70°。
4.根据权利要求1所述的清管装置，其特征在于，多个所述第二清管体设置成沿所述主轴的轴向均匀间隔开分布，且相邻的所述第二清管体之间的轴向距离为94-102mm。
5.根据权利要求1或4所述的清管装置，其特征在于，所述第二清管体构造成圆台状，从而使所述第二清管体的外周表面形成第二锥面(41)，且所述第二清管体的小端面(42)朝向所述第一清管体，
所述第二锥面的锥角β设置成70°-80°，并且从所述主轴的前端到后端依次分布的多个所述第二清管体的第二锥面的锥角β递增。
6.根据权利要求5所述的清管装置，其特征在于，所述第二清管体的最大外径大于所述第一清管体的外径，且从所述主轴的前端到后端依次分布的多个所述第二清管体的最大外径设置成递增。
7.根据权利要求1或4所述的清管装置，其特征在于，所述第二清管体的最大外径大于待清理管道的内径，且所述第二清管体与待清理管道之间的过盈量设置成处于2％-5％的范围内。
8.根据权利要求1所述的清管装置，其特征在于，所述主轴的前端构造成锥形连接头(11)，所述第一清管体的后端设有锥形连接槽(23)，
所述锥形连接槽能够与所述锥形连接头适配安装，从而使所述第一清管体固定连接在所述主轴的前端。
9.根据权利要求8所述的清管装置，其特征在于，在所述锥形连接槽的底部设有轴向向内延伸的装填孔(24)，所述装填孔与所述空腔连通，用于向所述空腔中添加发热材料以形成所述发热单元。
10.根据权利要求1所述的清管装置，其特征在于，所述第一清管体采用聚氨酯材料制成，所述第二清管体采用橡胶材料制成。
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