Лифтовая теплоизолированная труба
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к добыче нефти и газа с применением нагнетания теплоносителя в пласт, и может быть использовано в других отраслях народного хозяйства для теплоизоляции трубопроводов. Лифтовая теплоизолированная труба содержит связанные между собой несущие трубы и концентрично расположенные кожухи, между которыми жестко закреплены компенсаторы температурного расширения в виде четвертьторовых диафрагм. Несущая труба является внутренней и соединение внутренних несущих труб выполнено труба в трубе. Внутренняя несущая труба выполнена с одной стороны с высаженным концом с внутренней конической резьбой, а с другой стороны выполнена с наружной конической резьбой. Компенсатор температурного расширения в виде четвертьторовой диафрагмы насажен на внутреннюю несущую трубу со стороны наружной конической резьбы вогнутой частью наружу и одним концом, имеющим больший диаметр, соединен жестко встык с кожухом, а другим концом, с меньшим диаметром, соединен угловым швом с внутренней несущей трубой. Со стороны высаженного конца внутренней несущей трубы кожух жестко соединен с внутренней несущей трубой соединительным кольцом-диафрагмой. Повышается надежность работы лифтовой теплоизолированной трубы. 1 ил.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к добыче нефти и газа с применением нагнетания теплоносителя в пласт, и может быть использовано в других отраслях народного хозяйства для теплоизоляции трубопроводов.
Известна теплоизолированная колонна, включающая секции коаксиально расположенных труб, компенсаторы темперературного расширения, выполненные в виде гофрированных диафрагм, теплоизолированный материал, размещенный в кольцевом пространстве между внутренними и наружными трубами, узлы соединения труб, состоящие из муфт, соединяющих наружные трубы, центрирующих колец, являющихся в то же время компенсаторами температурного расширения, выполненные в виде гофрированных диафрагм, жестко связывающих концы внутренних и наружных труб, и уплотнений [I].Недостатком данной термоизолированной колонны является ненадежность работы в условиях высоких температур и связанных с этим удлинений внутренних труб, из-за разрушения гофрированных диафрагм, являющихся компенсаторами температурного расширения.Известна также теплоизолированная колонна, состоящая из секций коаксиально расположенных внутренних и наружных труб, на последних расположены компенсаторы температурного расширения, выполненные в виде гофрированных диафрагм. Между внутренними и наружными трубами размещен теплоизолированный материал. Трубы имеют узлы соединения труб, состоящие из муфт, центрирующих колец, уплотнителя. Центрирующие кольца приварены к концам внутренних и наружных труб. Наружные трубы выполнены разрезными по диаметру, а к торцам разрезов приварены гофрированные диафрагмы - компенсаторы температурного расширения таким образом, чтобы их гофры были расположены в радиальном направлении. Эти гофры могут быть биметаллическими, причем они должны быть цилиндрическими в разрезе [2].Недостатком этого изобретения является выполнение наружной трубы разрезанной на две половинки по диаметру, что усложняет конструкцию в целом. Выполнение компенсатора температурного расширения в виде гофрированных диафрагм с разными радиусами кривизны по образующей и основаниями ухудшает условия его работы, т.к. в процессе работы такой конструкции создается неравномерное напряжение на внутренних и наружных стенках диафрагмы. Такие диафрагмы - компенсаторы температурного расширения допускают малый ход и ограниченное число рабочих циклов.Наиболее близким техническим решением, взятым нами в качестве прототипа, является лифтовая теплоизолированная труба, включающая концентрично расположенные несущую внутреннюю трубу и кожух с теплоизолирующим материалом в кольцевом зазоре между ними, которые соединяются между собой четвертьторовыми торцевыми диафрагмами. Длина кожуха подбирается таким образом, чтобы при стыковке между собой оставался первоначальный расчетный зазор =2-5 мм [3].Недостатком этого изобретения является расположение четвертьторовой диафрагмы - компенсатора температурного расширения, из-за чего затруднено крепление-сварка, особенно когда толщина стенки ее (четвертьторовой диафрагмы) менее 2 мм, т.к. здесь соединительный шов остается лобовым. Как известно, такие швы работают в сложном состоянии. Все это вместе взятое ограничивает длину хода компенсатора температурного расширения. Кроме того, в данной конструкции остается значительный неизолированный участок под соединительной муфтой, что вызывает нагрев узла соединения наружных труб, что приводит к изменению их линейных размеров и разрушению узла соединения.Задачей изобретения является повышение надежности работы лифтовой теплоизолированной трубы в условиях средних температур и давлений при одновременном упрощении ее конструкции, в частности, уменьшении габарита по диаметру при одних и тех же диаметрах обсадной трубы скважины.Поставленная задача в лифтовой теплоизолированной трубе, включающей связанные между собой несущие трубы и концентрично расположенные кожухи, между которыми жестко закреплены компенсаторы температурного расширения в виде четвертьторовых диафрагм, решается тем, что несущая труба является внутренней и соединение внутренних несущих труб выполнено труба в трубе, при этом внутренняя несущая труба выполнена соответственно с одной стороны с высаженным концом с внутренней конической резьбой, а с другой стороны выполнена с наружной конической резьбой, причем компенсатор температурного расширения в виде четвертьторовой диафрагмы насажен на внутреннюю несущую трубу со стороны наружной конической резьбы вогнутой частью наружу и одним концом, имеющим больший диаметр, соединен жестко встык с кожухом, а другим концом, с меньшим диаметром, соединен угловым швом с внутренней несущей трубой, при этом со стороны высаженного конца внутренней несущей трубы кожух жестко соединен с внутренней несущей трубой соединительным кольцом-диафрагмой.Существенными отличительными признаками заявленного изобретения в сравнении с прототипом являются:- несущая труба является внутренней и соединение внутренних несущих труб выполнено труба в трубе, при этом внутренняя несущая труба выполнена соответственно с одной стороны с высаженным концом с внутренней конической резьбой, а с другой стороны - с наружной конической резьбой;- компенсатор температурного расширения в виде четвертьторовой диафрагмы насажен на внутреннюю несущую трубу со стороны наружной конической резьбы вогнутой частью наружу и одним концом, имеющим большой диаметр, соединен жестко встык с кожухом;- а другим концом, с меньшим диаметром, соединен угловым швом с внутренней несущей трубой;- со стороны высаженного конца внутренней несущей трубы кожух жестко соединен с внутренней несущей трубой соединительным кольцом-диафрагмой.Выполнение внутренней трубы с одной стороны с высаженным концом, а с другой стороны - с наружной конической резьбой позволяет соединить внутренние несущие трубы труба в трубу, и тем самым отпадает необходимость соединения по наружному диаметру соединительной муфтой, что значительно уменьшает габарит по наружному диаметру термоизолированной трубы при одних и тех же параметрах внутренней несущей трубы и в целом упростится ее конструкция, что немаловажно при ограниченных параметрах обсадной колонны скважины.Насадка компенсатора температурного расширения в виде четвертьторовой диафрагмы расположена на внутренней несущей трубе со стороны наружной конической резьбы вогнутой частью наружу, соединена жестко встык одним концом, имеющим больший диаметр, с кожухом, а меньшим - угловым швом с внутренней несущей трубой. Все это вместе взятое улучшает условие работы компенсатора температурного расширения (четвертьторовой диафрагмы), т.к. здесь стыковочные швы находятся в лучших условиях по сравнению с прототипом (встык и угловой, общеизвестно, что сварочные швы на растяжение работают гораздо лучше), а расположение четвертьторовой диафрагмы вогнутой частью наружу не только улучшает условие его работы, но и значительно уменьшает нетеплоизолированный участок между ними по сравнению с прототипом. Все это вместе взятое значительно увеличивает возможность сжатия и разжатия большим шагом компенсатора температурного расширения и тем самым значительно повышается надежность работы в целом теплоизолированной трубы (колонны).Вышеуказанные существенные отличительные признаки нам были неизвестны из патентной и научно-технической информации и соответствуют критерию “Новизна”, т.е. существенные отличительные признаки являются “Новыми”.Учитывая то, что вышеприведенные отличительные признаки являются новыми для специалиста в этой области знаний, мы считаем, что изобретение соответствует критерию “Изобретательский уровень”.Что же касается “Промышленной применимости”, то изобретение соответствует этому критерию, так как на него выполнены рабочие чертежи. Испытан опытный образец в заводских условиях. Идет подготовка к испытанию опытного образца в промышленных условиях на Ярегском месторождении тяжелой нефти для закачки пара в пласт на глубину 200-300 м.На чертеже изображена лифтовая теплоизолированная труба в разрезе.Лифтовая теплоизолированная труба состоит из секций коаксиально расположенных внутренних несущих труб 1, кожухов 2, компенсаторов температурного расширения в виде четвертьторовой диафрагмы 3, соединительных колец-диафрагм 4. Между внутренними несущими трубами 1 и кожухами 2 размещен теплоизолирующий материал 5. Внутренняя несущая труба 1 выполнена с одной стороны с высаженным концом 6 с внутренней конической резьбой 7, а с другой стороны - с наружной конической резьбой 8. Внутренние несущие трубы 1 соединяются между собой при помощи конических резьб 7, 8 труба в трубе.Компенсатор температурного расширения в виде четвертьторовой диафрагмы 3 насажен на внутреннюю несущую трубу 1 со стороны наружной конической резьбы 8 вогнутой частью 9 наружу и одним концом, имеющим больший диаметр, соединен жестко встык 10 с кожухом 2, а другим концом, с меньшим диаметром, соединен угловым швом 11 с внутренней несущей трубой 1.Со стороны высаженного конца 6 внутренней несущей трубы 1 кожух 2 соединен жестко с внутренней несущей трубой 1 соединительным кольцом-диафрагмой 4.Между торцами секций теплоизолированной трубы (колонны), т.е. между вогнутой частью 9 компенсатора температурного расширения 3 и торцом со стороны соединительно кольца-диафрагмы 4 предусмотрены теплоизолирующие фигурные 12 и обычные 13 прокладки из материала термостойкой резины. В качестве материала прокладок рекомендуется резина ИРП1226ТУ38 105182-76.На верхнем свободном конце внутренней несущей трубы 1, верхней устьевой секции теплоизолированной лифтовой трубы приварен монтажный фланец 14.Термоизолированная труба крепится на фланце 15 обсадной колонны 16 скважины.Между фланцами лифтовой теплоизолированной трубы и обсадной колонной установлена прокладка 17.Изготовление и работа лифтовой теплоизолированной трубы заключается в следующем.Сборку лифтовой теплоизолированной трубы производят секционно в заводских условиях.Сначала компенсатор температурного расширения четвертьторовая диафрагма 3 малым диаметром насаживают на внутреннюю несущую трубу 1 со стороны наружной конической резьбы 8 на окончании сбега ее вогнутой частью 9 наружу. При этом наружные диаметры компенсатора линейного расширения - четвертьторовой диафрагмы 3 и кожуха 2 должны совпадать. После чего компенсатор линейного расширения - четвертьторовая диафрагма 3 жестко устанавливается к внутренней несущей трубе 1.Затем на другой конец внутренней несущей трубы 1 устанавливают и жестко закрепляют соединительное кольцо-диафрагму 4. После этого на внутреннюю несущую трубу 1 на участке между соединительным кольцом-диафрагмой 4 и компенсатором температурного расширения - четвертьторовой диафрагмой 3 наматывают чередующиеся слои теплоизолирующего материала 5 фольги и базальтового холста (на чертеже не показано). Последний наружный слой закрепляют проволочными бандажами (на чертеже не показано). Затем на внутреннюю несущую трубу 1 с компенсатором температурного расширения 3, теплоизолирующим материалом 5 и соединительным кольцом-диафрагмой 4 надевают кожух 2 и приваривают к нему компенсатор температурного расширения - четвертьторовую диафрагму 3 и под углом приваривают соединительное кольцо 4.Полученные теплоизолированные секции труб собирают в колонну и спускают в скважину как обычные насосно-компрессорные трубы (НКТ), предварительно устанавливая между соединительными кольцами-диафрагмами 4 и компенсатором температурного расширения - четвертьторовыми диафрагмами 3 теплоизолирующие прокладки 12, 13, свинчивают труба в трубе секции теплоизолированной колонны.При постоянном или периодическом нагнетании теплоносителя в пласт через лифтовую теплоизолированную колонну линейные размеры внутренних несущих труб 1 увеличиваются или уменьшаются, т.к. они одним кольцом связаны с кожухом 2 через соединительное кольцо-диафрагму 4 жестко, а другим ограниченно подвижно. При этом компенсаторы температурного расширения - четвертьторовые диафрагмы 3 компенсируют изменения линейных размеров внутренних несущих труб 1.Так например, при средних температурах теплоносителя до 180-200°С, давлении Рп = 1,6 МПа, при длине секции теплоизолированной колонны до L = 2...6 м удлинение внутренней трубы не превышает l=4...12 мм.На Ярегском месторождении, где тяжелую нефть добывают шахтным способом, длина секции колонны термоизолированной лифтовой трубы не превышает L = 2-2,5 м из-за технологических возможностей шахты. Здесь и другие параметры не превышают указанных выше.Преимущество заявленного изобретения в сравнении с прототипом кроме изложенных выше заключается в снижении материальных затрат на оборудование скважин за счет увеличения надежности, значит и долговечности службы лифтовой теплоизолированной трубы, возможность работы при повышенных температурах и давлениях. В связи с этим увеличивается также и область ее применения.Источники информации1. Авторское свидетельство СССР № 857425, Е 21 В 43/00, опубл. 1979 г. (аналог).2. Авторское свидетельство СССР № 854086, Е 21 В 43/00; Е 21 В 17/00; F 16 L 59/00, опубл. 1980 г. (аналог).3. Патент Российской Федерации № 2065919, Е 21 В 17/00; 36/00, опубл. 1996 г. (прототип).Формула изобретения
Лифтовая теплоизолированная труба, содержащая связанные между собой несущие трубы и концентрично расположенные кожухи, между которыми жестко закреплены компенсаторы температурного расширения в виде четвертьторовых диафрагм, отличающаяся тем, что несущая труба является внутренней и соединение внутренних несущих труб выполнено труба в трубе, при этом внутренняя несущая труба выполнена с одной стороны с высаженным концом с внутренней конической резьбой, а с другой стороны выполнена с наружной конической резьбой, причем компенсатор температурного расширения в виде четвертьторовой диафрагмы насажен на внутреннюю несущую трубу со стороны наружной конической резьбы вогнутой частью наружу и одним концом, имеющим больший диаметр, соединен жестко встык с кожухом, а другим концом, с меньшим диаметром, соединен угловым швом с внутренней несущей трубой, при этом со стороны высаженного конца внутренней несущей трубы кожух жестко соединен с внутренней несущей трубой соединительным кольцом-диафрагмой.РИСУНКИ
Рисунок 1