ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННАЯ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНАЯ ТРУБА С ВАКУУМНОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЕЙ

Полезная модель относится к нефтяной и газовой промышленности и может найти применение при добыче нефти и газа.
Из уровня техники известна теплоизолированная колонна по патенту РФ №2129202 на изобретение, включающая внутреннюю трубу, выполненную цельной, с высаженными профилированными концами, и наружную трубу с конусно-упорной резьбой, по концам. Внутренняя и наружная трубы выполнены из одного материала и по торцам обварены вакуумно-плотными швами. На внутренней трубе расположена многослойная экранная изоляция, состоящая из слоев стеклянной сетки и алюминиевой фольги и с размещенным между слоями многослойной экранной изоляции газопоглотителем. Многослойная экранная изоляция удерживается центрирующими кольцами, при этом в межтрубном пространстве создан вакуум.
Применение подобной теплоизолированной колонны позволяет снизить тепловые потери, однако, указанной и другим подобным конструкциям труб присущ ряд недостатков, существенно снижающим их эксплуатационных характеристики. В частности, расположение изоляции на внутренней трубе способствует их непосредственному тепловому контакту, увеличивая степень воздействия инфракрасного излучения н внутреннюю поверхность внешней трубы и способствуя снижению эксплуатационных показателей.
Задача, положенная в основу создания заявленной теплоизолированной насосно-компрессорной трубы с вакуумной теплоизоляцией (ТНКТВТ), состоит в устранении указанных недостатков известных конструкций, при этом технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, состоит в повышении эксплуатационных показателей ТНКТВТ посредством снижения коэффициента теплопроводности на участке вакуумной изоляции и возможности поддержания степени вакуума в межтрубном зазоре в заданных пределах в течении длительного периода времени, а также в возможности оперативного контроля и поддержания такой степени, в том числе, в полевых условиях.
Для достижения поставленного результата предлагается в насосно-компрессорной трубе, содержащей внутреннюю и наружную трубы, коаксиально соединенные друг с другом с образованием кольцевого межтрубного зазора, в котором создан вакуум и расположена изоляция, концы внутренней трубы выполнить с образованием конического раструба, контактирующего с соответствующими концами наружной трубы, изоляцию выполнена в виде экрана, расположенного с зазором между стенками внутренней и наружной труб, а в стенке наружной трубы выполнить отверстие, служащее для поддержания и/или контроля степени вакуума.
Предпочтительные, варианты исполнения трубы предполагают наличие в межтрубном зазоре центраторов в виде колец, которые имеют, по меньшей мере, по три сферических радиальных выступа на внутренней и внешней поверхностях, служащих для центрации внутренней трубы во внешней, а также не менее трех осевых цилиндрических выступов на каждом торце для установки и центрации экранной изоляции (в этом случае исключен тепловой контакт экрана с нагретой наружной поверхностью внутренней трубы), которая, в свою очередь, может быть выполнена в виде зеркального листа из нержавеющей стали (или термостойкой алюминиевой фольги); в отверстии может быть установлена съемная пробка, снабженная барометрическим датчиком; в межтрубном зазоре могут быть расположены газопоглотители в виде таблеток, расположенные непосредственно на наружной стенке внутренней трубы (что гарантирует стопроцентную активацию газопоглотителей в процессе нагрева труб при создании вакуума в межтрубном пространстве); труба также дополнительно может содержать наружные центраторы; на концах наружной трубы может быть выполнена резьба с ниппельной уплотнительной поверхностью, а на муфтах выполнена резьба с муфтовой уплотнительной поверхностью, при этом указанные резьбы выполнены так, что при свинчивании труб обе поверхности, сочленяясь друг с другом, создают газоплотное соединение «металл-металл»; дополнительно, на концах наружной трубы могут быть выполнены резьбовые участки; кроме того, наружная труба может быть выполнена как цельной - раструбы в этом случае формг^уют посредством высадки, так и сборной - раструбы на концах формируют посредством конусов, соединенных с торцами наружной трубы.
Заявленное решение иллюстрируется общим видом трубы с высаженными концами (фиг.1) и приваренными конусами (фиг.2).
Возможность достижения поставленного результата посредством заявленной конструкции будет раскрыта ниже, в процессе подробного описания ее конкретного исполнения.
В общем виде заявленная теплоизолированная насосно-компрессорная труба (ТНКТВТ) включает внутреннюю трубу 1, выполненную либо цельной, с высаженными, профилированными в виде конического раструба концами - фиг.1, либо сборной, с приваренными (сварной шов 11, фиг.2) конусами 1а - фиг.2. За исключением указанного различия в исполнении концов внутренней трубы, конструктивно варианты исполнения ТНКТВТ не отличаются друг от друга, и дальнейшее описание примера выполнения в равной степени относится к обоим вариантам. ТНКТВТ также включает наружную трубу 2 с резьбой на концах, расположенную с образованием межтрубного кольцевого зазора относительно внутренней трубы 1, при этом наружная и внутренняя трубы выполнены из материалов различных групп прочности. Для уменьшения теплопроводности, в межтрубном зазоре создан высокий вакуум, при этом в торцевых частях трубы 1 и 2 обварены вакуумно-плотным сварным швом 7. В межтрубном зазоре, посредством центраторов 10 в виде колец, расположена экранная изоляция 3, служащая для отражения инфракрасной составляющей теплового потока и выполненная в виде однослойного зеркального экрана из нержавеющей стали (или термостойкой алюминиевой фольги). Расположение экрана в зазоре (или, другими словами, с зазором относительно внутренней 1 и наружной 2 труб), с отсутствием прилегания к внутренней трубе, позволяет минимизировать тепловой контакт экрана с элементами конструкции ТНКТВТ, минимизировать тем самым инфракрасную составляющую теплового потока. Следует также отметить, что расположение экрана 3 с зазором в совокупности с профилированным выполнением концов внутренней трубы способствует минимизации зоны отсутствия изоляции, и, как следствие, дополнительно способствует упомянутой минимизации теплового контакта.
Для откачки воздуха (создания вакуума), в наружной трубе выполнено откачное отверстие, закрываемое съемной пробкой 4. Контроль степени вакуума в межтрубном зазоре осуществляют посредством барометрического датчика 12, встроенного в пробку 4 и закрытого защитной крышкой 6, причем гермовыводы датчика выведены из трубы. Выполнение пробки 4 съемной в совокупности с наличием датчика 12 позволяет своевременно контролировать и восстанавливать (в том числе, в полевых условиях) требуемую степень вакуума в случае ее опускания ниже допустимого предела, например, в следствии естественного натекания газов в межтрубный зазор в процессе эксплуатации ТНКТВТ.
Дополнительно, для поддержания требуемой степени вакуума, на наружной поверхности внутренней трубы 1 расположены газопоглотительные таблетки 13. Расположение таблеток на наружной поверхности внутренней трубы гарантирует их активацию в виду наличия непосредственного теплового контакта с поверхностью трубы.
Центраторы 10 дополнительно выполняют функцию обеспечения коаксиального расположения труб 1 и 2 друг относительно друга, при этом, для повышения точности расположения в обсадной колонне, ТНКТ дополнительно снабжена наружными центраторами 5, в том числе исключающими непосредственный контакт наружной трубы 2 со стенками колонны и, как следствие, исключающими прямую теплопередачу при таком контакте. Один из наружных центраторов 5 может быть размещен над пробкой 4 для предотвращения механических повреждений пробки и/или датчика в процессе эксплуатации ТНКТВТ в обсадной колонне.
Соединение ТНКТВТ друг с другом в процессе эксплуатации осуществляют посредством муфт 8, навертываемых на резьбовые концы наружных труб. Для снижения теплопередачи, между торцами ТНКТВТ в процессе сборки располагают изоляционную уплотнительную втулку 9. Конструктивные особенности уплотнительной втулки так же обеспечивают значительное снижение теплопередачи.
Конструкция заявленной ТНКТВТ позволяет обеспечить высокий уровень теплоизоляции, в частности, в условиях вечной мерзлоты, способствуя предотвращению оттаивания мерзлых пород в устьевой зоне скважин и, как следствие, исключению обвалов грунта.