КЕРНОПРИЕМНАЯ ТРУБА

Полезная модель относится к области бурения скважин с отбором керна, в частности, нефтяных и газовых, а именно к керноприемным трубам и может быть использовано в устройствах для отбора керна.
Известна керноприемная труба, выполненная из материала с низким коэффициентом трения, например из стеклопластика, состоящая, по крайней мере, из одной секции, имеющей по концам металлические окончания. Тело трубы охватывает металлические окончания, в теле трубы в зоне охвата выполнены кольцевые канавки, в которых расположены ответные выступы внутренней поверхности тела керноприемной трубы, сформованные на поверхности металлических окончаний путем укладки нитей ровинга при замотке окончания [Патент РФ на полезную модель №74952]
Поскольку нить укладывают под углом к канавке в 45° и кольцевую канавку практически невозможно заполнить нитью, это обязательно приводит к образованию пор, и, в конечном итоге, к обрыву окончания, а также невозможности достижения равнопрочности при сдвиге в осевом направлении. Кроме того, в процессе работы возможно разрушение конструкции керноприемной трубы из-за проворота стеклопластиковой трубной части относительно металлического окончания.
В полезной модели решается задача повышения прочности керноприемной трубы, технологичности ее изготовления и удобства эксплуатации в керноприемном устройстве.
Поставленная задача решается тем, что в керноприемной трубе, выполненной из материала с низким коэффициентом трения, например из стеклопластика, и состоящей, по меньшей мере, из одной секции, имеющей по концам металлические окончания, на наружной поверхности металлических окончаний в зоне охвата выполнены, по меньшей мере, два кольцевых буртика, внутренний диаметр стеклопластиковой трубной части меньше внутреннего диаметра окончания с наружной резьбой на 0,4-0,6 мм и плавно увеличивается к окончанию с внутренней резьбой на 1-2 мм.
Задача решается также тем, что на буртиках содержатся лыски, выполненные в разных осевых сечениях.
Задача решается также тем, что на буртиках содержатся лыски, выполненные с осевым смещением на 90°.
Задача решается также тем, что на буртиках выполнена насечка ромбом со стороной 1-3 мм и глубиной 0,5-1 мм.
Задача решается также тем, что на заходной части окончания выполнена фаска под углом 30°.
Задача решается также тем, что стеклопластиковая трубная часть содержит внутренний слой, наполненный нетканым стекло- или полиэфирным нетканым материалом с высоким содержанием связующего, несущий слой, выполненный спирально-перекрестной намоткой ровинга из Е-стекла под углом 45±2° или 54±2°, и наружный защитный слой, состоящий из кольцевых слоев ровинга под углом 80±6°.
Задача решается также тем, что керноприемная труба содержит два ниппельных окончания.
Сущность полезной модели поясняется Фиг.1-4.
На Фиг.1 показана керноприемная труба, где 1 - стеклопластиковая трубная часть, 2 - раструбное и 3 - ниппельное окончание, D1, D2, D3 и D4 -внутренние диаметры трубы.
На Фиг.2 представлен разрез А, на котором показана структура стенки трубы, где 1А - внутренний слой, 1Б - несущий слой, 1В - защитный слой.
На Фиг.3 представлен разрез Б, на котором показан переход со стеклопластиковой трубной части на окончание.
На Фиг.4 представлен вид окончания в месте заделки, где 4 и 5 - буртики, 6 - лыски на буртиках, 7 - фаска на заходной части окончания.
Предлагаемая керноприемная труба состоит из стеклопластиковой трубной части 1, раструбного 2 и ниппельного 3 окончаний. Керноприемная труба может быть выполнена с двумя ниппельными окончаниями.
Внутренняя поверхность стеклопластиковой трубной части для облегчения прохождения керна выполнена конусной с плавно меняющимся внутренним диаметром от одного конца трубы к другому на 1-2 мм. Внутренний диаметр стеклопластиковой трубной части меньше внутреннего диаметра окончания с наружной резьбой на 0,4-0,6 мм и плавно увеличивается к окончанию с внутренней резьбой на 1-2 мм.
При этом справедливо неравенство D1>D2>D3>D4.
Стеклопластиковая трубная часть предлагаемой керноприемной трубы 1 состоит из внутреннего слоя 1А, наполненного нетканым стекло- или полиэфирным материалом с содержанием связующего 50-95% масс., несущего слоя 1Б, выполненного спирально-перекрестной намоткой ровинга из Е-стекла под углом 45±2° или 54±2° и защитного слоя 1В, состоящего из кольцевых слоев ровинга из Е-стекла под углом 80±6°.
Внутренний слой 1А служит для получения гладкой поверхности, защиты несущего слоя от повреждений; 1Б - несущий слой воспринимает осевые, изгибающие и, частично, радиальные нагрузки; 1А - защитный слой защищает силовой слой от внешних повреждений (царапин, ударов), во время изготовления трубы сжимает силовой слой, повышая тем самым его характеристики, и частично несет радиальные нагрузки.
Окончания изготавливают из стали 45 или 40Х и служат для соединения керноприемных труб к керноотборному устройству и между собой. Допускается изготовление окончаний из легированных сталей.
Окончания соединяют со стеклопластиковой трубной частью в процессе изготовления самой трубы. Зацепление со стеклопластиковой трубной частью выполняют механико-клеевым способом: эпоксидное связующее, входящее в состав материала стеклопластиковой трубной части, выполняет роль клея; механическое соединение обеспечивается поверхностью законцовки: два кольцевых возвышения (буртики 4 и 5) воспринимают осевые растягивающие усилия, возникающие при работе трубы, а лыски 6 на буртиках предотвращают проворот при скручивании трубы с ответной частью керноприемного устройства или другой трубой. При этом две лыски выполнены на буртике 5, а две лыски на буртике 4 с осевым смещением на 90° относительно лысок на буртике 5. Возможен вариант выполнения окончаний керноприемной трубы без лысок на буртике 4.
Возможен вариант изготовления окончаний, в котором лыски 6 заменяются насечкой ромбом со стороной 1-3 мм и глубиной 0,5-1 мм на поверхности буртика 5.
На заходной части окончания выполнена фаска 7 под углом 30°, которая обеспечивает равномерную раскладку нитей ровинга в процессе изготовления трубы.
Предлагаемую керноприемную трубу изготавливают следующим образом. На предварительно подготовленную оправку надевают металлические окончания ниппельные и раструбные, соблюдая порядок надевания - на больший диаметр оправки раструбное окончание, на меньший - ниппельное. Протягивают ровинг через нитетракт, После установки оправки в станок наносят антиадгезивное покрытие на оправку между законцовками. Со стороны меньшего диаметра закрепляют ниппельное окончание. Затем на расстоянии, соответствующем длине трубы, от торца ниппельного окончания закрепляют раструбное окончание. После обезжиривания окончаний на оправку наматывают ленту, резанную из нетканого полотна - один слой с нахлестом 5-10 мм, а затем пропитывают ее предварительно приготовленным эпоксидным связующим. Протягивают ровинг и обрезают непропитанный участок. Проводят намотку трубы по программе. По окончании программы выполняют кольцевыми слоями технологический бурт в зоне охвата у раструбного окончания (6-10 оборотов). Обрезают и закрепляют на трубе ленту ровинга. Полимеризацию проводят в печи при включенном вращении в следующем режиме:
- нагрев до 100°С и выдержка в течении 50 мин,
- нагрев до 160°С и выдержка в течении 1 час. 40 мин.
Затем оправку с изделием охлаждают до Т=50+5°С при включенном вращении или на опорах (количество опор не менее 4). Снимают трубу с оправки и проводят механическую обработку в зоне охвата. После этого обработанные поверхности трубы покрывают защитным составом: лаком или связующим холодного отверждения.
Предлагаемая керноприемная труба по сравнению с известной обладает рядом преимуществ:
- более гладкая внутренняя поверхность, обеспеченная внутренним слоем;
- силовой слой выполнен спирально-перекрестной намоткой, что увеличивает максимально допустимые осевые нагрузки;
- защитный слой предотвращает повреждение силового слоя при транспортировке и хранении;
- выполнение заделки окончания в стеклопластиковую трубную часть предотвращает не только выпадение окончания из трубы, но и проворот.
Ниже приведены конкретные примеры реализации предлагаемой полезной модели.
Пример 1. Керноприемная труба состоит из трубной части, выполненной из стеклопластика, раструбного и ниппельного окончаний, выполненных из стали 45Х. На наружной части поверхности окончаний в зоне захвата выполнены два кольцевых буртика.
Трубная часть керноприемной трубы содержит внутренний слой, наполненный полиэфирным нетканым материалом (ТУ 17 РСФСР 52-10150-84, арт. С3.10.030.070.3) с содержанием связующего (эпоксидного компаунда Этал 370 по ТУ 2257-370-18826135-99) 70% по массе, несущий слой, выполненный спирально-перекрестной намоткой ровинга стеклянного (ЕС 17-1200-117А, ТУ 5952-047-05763895-2004) под углом 45°, и наружный защитный слой, состоящий из кольцевых слоев ровинга под углом 78°. Внутренний диаметр трубной части данной керноприемной трубы меньше внутреннего диаметра окончания с наружной резьбой на 0,4 мм и плавно увеличивается к окончанию с внутренней резьбой на 1.5 мм.
На буртиках керноприемной трубы выполнена насечка ромбом со стороной 2 мм и глубиной 0,5 мм.
Максимально допустимые осевые нагрузки при использовании предложенных керноприемных труб составляют 84 кН. Теплостойкость таких труб - 110°С.
Пример 2. Керноприемная труба состоит из трубной части, выполненной из стеклопластика, раструбного и ниппельного окончаний, выполненных из стали 40Х.
Трубная часть керноприемной трубы содержит внутренний слой, наполненный полиэфирным нетканым материалом (ТУ 17 РСФСР 52-10150-84, арт. С3.10.030.070.3) с содержанием связующего (приготовленного из эпоксидной смолы ЭД20, ангидрида изометилтетрагидрофталевого и алкофена) 68% по массе, несущий слой, выполненный спирально-перекрестной намоткой ровинга стеклянного (ЕС 17-1200-117А, ТУ 5952-047-05763895-2004) под углом 54°, и наружный защитный слой, состоящий из кольцевых слоев ровинга под углом 82°. Внутренний диаметр трубной части данной керноприемной трубы меньше внутреннего диаметра окончания с наружной резьбой на 0,5 мм и плавно увеличивается к окончанию с внутренней резьбой на 1.8 мм
На буртиках керноприемной трубы выполнены лыски в разных осевых сечениях.
Максимально допустимые осевые нагрузки при использовании указанных керноприемных труб составляют 154 кН. Теплостойкость таких труб - 80°С.
Предложенные керноприемные трубы обладают повышенной прочностью, технологичностью ее изготовления и удобством эксплуатации в керноприемном устройстве.
Кроме того, использование предложенных керноприемных труб за счет значительного уменьшения подклиниваний керна при его отборе (заходе в трубу) благодаря конусной внутренней части и гладкой поверхности внутреннего слоя позволяет увеличить процент выхода керна (количество неразрушенной части керна, пригодной для исследований). Наличие наружного защитного слоя минимизирует возможные случайные повреждения несущего слоя. Выход керна при использовании заявленных керноприемных труб по сравнению с использованием известных керноприемных труб, выполненных из стеклопластиков, выше на 8-10%, по сравнению с использованием металлических керноприемных труб - на 28-35%.