Термоизолирующее направление

Полезная модель относится к устройствам, применяемым при бурении скважин, и предназначена для использования в нефтегазодобывающей промышленности при обустройстве скважин в условиях многолетней мерзлоты для предотвращения их растепления.
Известно термоизолирующее направление (см. RU 74415 U1, 27.06.2008, Е21В 36/00), содержащее внутреннюю и наружную трубы и размещенный между ними теплоизолирующий материал, при этом направление выполнено сборно-разборным из верхней и нижней частей, в зоне стыка которых внутренние трубы выступают из наружных труб и снабжены соединенными между собой фланцами, зона стыка перекрыта обечайкой, при этом полость между обечайкой и внутренней трубой заполнена теплоизолирующим материалом, а на наружной трубе нижней части выполнены крепежи для временной фиксации ребер для опоры на стенки скважины в процессе монтажа направления.
Недостатком известного термоизолирующего направления является высокая трудозатратность при сборке, поскольку обечайку необходимо дополнительно стягивать фиксирующими хомутами.
Известно термоизолирующее направление буровой скважины (см. RU 160010 U1, 27.06.2016, Е21В 36/00), выполненное сборно-разборным, каждая секция которого содержит внутреннюю и наружную трубы и размещенный между ними теплоизоляционный материал, при этом оно состоит из двух и более секций, каждая из которых, в зоне стыка, имеет выступающие из наружной трубы конец внутренней трубы, причем нижний конец внутренней трубы верхней секции связан с верхним концом внутренней трубы нижней секции посредством резьбовой муфты соединения, при этом зона стыка наружных труб каждой секции перекрывается обечайкой, а каждая полость между обечайкой и связанными между собой посредством резьбовой муфты соединения внутренними трубами заполнена теплоизоляционным материалом.
Недостатком этого известного термоизолирующего направления буровой скважины также является высокая трудозатратность при сборке, поскольку обечайку необходимо дополнительно стягивать фиксирующими хомутами.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является теплоизолирующее направление буровой скважины (см. RU 182283 U1, 13.08.2018, Е21В 36/00), выполненное сборно-разборным и включающее по меньшей мере две секции, каждая секция которого содержит коаксиально расположенные внутреннюю и наружную трубы с размещенным между ними теплоизоляционным материалом и выполнена с выступающими из наружной трубы концами внутренних труб, причем трубы жестко соединены между собой с помощью кольцевых торцевых заглушек, а выступающие концы внутренних труб смежных секций соединены посредством разборного соединения, зона стыка наружных труб каждой секции перекрыта защитным кожухом, а каждая полость между защитным кожухом и связанными между собой посредством разборного соединения внутренними трубами заполнена теплоизоляционным материалом, наружные трубы на концах снабжены опорными элементами, при этом каждая торцевая заглушка выполнена по меньшей мере с одним герметично закрывающимся отверстием и связана с внутренней и наружной трубами герметично и неразъемно.
Недостатком этого известного теплоизолирующего направления также является высокая трудозатратность при сборке, поскольку кожух необходимо дополнительно стягивать фиксирующими хомутами.
Техническим результатом предложенного технического решения является упрощение сборки при одновременном улучшении термоизоляции соединения секций термоизолирующего направления.
Технический результат достигается за счет того, что термоизолирующее направление, выполненное сборно-разборным и включающее по меньшей мере две секции, каждая секция которого содержит коаксиально расположенные внутреннюю и наружную трубы с размещенным между ними термоизоляционным материалом и выполнена с выступающими из наружной трубы концами внутренних труб, причем нижний конец внутренней трубы верхней секции связан с верхним концом внутренней трубы нижней секции посредством сборно-разборного соединения, при этом зона стыка наружных труб двух соседних секций покрыта защитным кожухом, а каждая полость между сборно-разборным соединением внутренних труб соседних секций и защитным кожухом заполнена термоизоляционным материалом, согласно полезной модели, защитный кожух выполнен в виде отрезка полимерной трубы из полиэтилена, прошедшего радиационную молекулярную сшивку.
При этом сборно-разборное соединение внутренних труб соседних секций выполнено в виде фланцевого или муфтового соединения.
При этом термоизоляционный материал представляет собой пенополиуретан.
При этом радиационная молекулярная сшивка полиэтилена выполнена различной по краям и в центральной части отрезка полимерной трубы.
При этом центральная часть отрезка полимерной трубы (50-60% в продольном направлении) облучена радиационной дозой 0,5-1,5 Мрад (соответствует степени молекулярной сшивки 10-25%), а края отрезка полимерной трубы (20-25% от общей длины каждый) облучены радиационной дозой 5-10 Мрад (соответствует степени молекулярной сшивки 40-65%).
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен общий вид термоизолирующего направления, состоящего в данном не ограничительном примере из двух секций, в продольном разрезе.
Термоизолирующее направление составляют из нескольких секций, количество которых рассчитывают согласно необходимой глубине спуска.
Термоизолирующее направление выполнено сборно-разборным и состоит, в частности, из двух секций 1 и 2. Каждая из секций 1, 2 термоизолирующего направления содержит коаксиально расположенные внутреннюю трубу 3 и наружную трубу 4. Полость между трубами 3 и 4 заполнена термоизоляционным материалом 5. Каждая из секций 1 и 2 в зоне соединения 6 выполнена с выступающими из наружной трубы 4 концами внутренней трубы 3, которые соединены между собой посредством разборного соединения, например, как показано на фиг. 1, посредством резьбового соединения с помощью муфты 7. Кроме того, внутренние трубы 3 смежных секций могут быть соединены посредством механического крепления элементов. Зона стыка наружных труб 4 каждой секции 1 и 2 перекрыта защитным кожухом 8. Защитный кожух 8 выполнен в виде отрезка полимерной трубы из полиэтилена, прошедшего радиационную молекулярную сшивку.
50-60% в продольном направлении центральной неусаживаемой части стенки кожуха облучают радиационной дозой 0,5-1,5 Мрад, что соответствует 10-25% степени молекулярной сшивки (термомеханические свойства обработанного такой дозой полиэтилена уже достаточно высоки, а свойство свариваемости такого полиэтилена еще сохраняется). 20-25% от общей длины периферийных термоусаживаемых участков облучают повышенной до оптимального для технологии термоусадки радиационной дозой 5-10 Мрад, что соответствует 50-65% степени молекулярной сшивки (термомеханические свойства и эффект памяти формы при этом максимальны, но свойство свариваемости полиэтилена теряется).
1
0
Так защитный кожух 8 содержит цельный отрезок трубы общей длиной L кругового или многоугольного сечения. Стенки трубы толщиной (D-d)/2 выполнены из полимерной трубы, например, из полиэтилена, который подвергли радиационной молекулярной сшивке путем облучения ионизирующим излучением повышенной дозой по термоусаживаемым краям длинами l и пониженной дозой - в центральной (обычно неусаживаемой) части длиной l. При этом 50-60% в продольном направлении центральной неусаживаемой части стенки облучают дозой 0,5-1,5 Мрад, например, на ускорителе электронов ИЛУ-10. Эта доза соответствует 10-25% степени молекулярной сшивки. Крайние же термоусаживаемые участки по 20-25% от общей длины каждый облучают повышенной до оптимального для процесса усадки дозой 5-10 Мрад, что соответствует степени молекулярной сшивки 40-65%.
Защитный кожух 8 торцами опирается на опорные элементы 9, расположенные на наружных трубах 4 смежных секций. Опорные элементы 9 выполнены, в частности кольцевыми и приварены на наружной поверхности наружных труб 4. Полость между защитным кожухом 8 и внутренними трубами 3 заполнена термоизоляционным материалом 5, например пенополиуретаном.
Выполнение на концах наружных труб каждой секции опорных элементов, в частности кольцевых, которые приварены на наружной поверхности наружных труб и на которые торцами опирается защитный кожух, исключает осевое смещение защитного кожуха вдоль наружных труб при монтаже и спуске термоизолирующего направления в скважину, что повышает надежность и долговечность соединения секций.
Выполнение разборного соединения внутренних труб смежных секций может быть резьбовым с применением стандартного резьбового соединения обсадных труб с использованием муфт (внутренняя труба может быть выполнена на концах с наружной резьбой, на один из концов трубы навинчена муфта для последующего соединения с концом другой внутренней трубы) или без них (внутренняя труба может быть выполнена на одном конце с внутренней резьбой, а на другом - с наружной), а также посредством механического крепления элементов. Механическое крепление может быть выполнено, например, посредством фланцев, установленных на торцах внутренних труб, и соответствующих крепежных элементов, либо посредством быстросборных трубных соединений. Выбор вида разборного соединения секций зависит от доступного при обустройстве скважин оборудования, а также от размеров и необходимого количества секций термоизолирующего направления, что связано с несущей способностью каждого вида соединения.
Изготовление термоизолирующего направления и монтаж на буровой скважине осуществляют следующим образом. В приведенном примере каждая секция термоизолирующего направления содержит внутреннюю стальную обсадную трубу диаметром 426 мм, выполненную на концах, в частности со стандартной резьбой, и наружную стальную трубу диаметром 630 мм. Внутренние трубы смежных секций соединены, в частности посредством резьбового соединения с помощью муфты.
Каждую секцию термоизолирующего направления изготавливают в заводских условиях по известной технологии «труба в трубе», осуществляют заполнение термоизоляционным материалом полости между наружными и внутренними трубами. В качестве термоизоляционного материала может быть использован, например пенополиуретан.
Установку и сборку термоизолирующего направления на скважине осуществляют с помощью стандартного спускоподъемного оборудования буровой установки. Каждую секцию термоизолирующего направления фиксируют на роторе буровой установки с использованием элеватора. После свинчивания верхнего конца внутренней трубы секции 1 с нижним концом внутренней трубы секции 2, например, посредством резьбовой муфты с использованием гидравлического ключа, в зоне стыка секций 1 и 2 перекрывают защитным кожухом. Защитный кожух торцами устанавливают на опорные элементы, расположенные на трубах смежных секций.
Защитный кожух 8 исполняют из заготовки в виде отрезка полимерной (чаще всего - полиэтиленовой) трубы. Перед механическим (с гидравлическим, пневматическим или иным приводом) увеличением внутреннего диаметра заготовку подвергают специальной обработке ионизирующим излучением, для придания ей свойств, улучшающих потребительские качества (память формы (диаметра), приводящие к появлению свойства термоусадки, механическую и термическую прочность, устойчивость к растрескиванию и истиранию, повышенное усилие обжатия в местах герметизации стыка и т.д.). После специальной модификации свойств материала заготовку нагревают до температуры размягчения и подвергают формовке, представляющей из себя операцию механического увеличения ее внутреннего диаметра, после чего плавно остужают, сохраняя повышенный (сформованный) диаметр. Изготовление, обработку и герметичную упаковку кожуха 8 проводят в заводских условиях. Перед соединением смежных секций термоизолирующего направления изготовленный кожух в упаковке надвигают на одну из них поверх внешней трубы.
Соединяют, например муфтой, концы внутренних труб. Распаковывают и надвигают кожух на муфту соединения. В средней части кожуха высверливают воздушное отверстие для стравливания давления под муфтой во время ее нагревания-охлаждения при термоусадке. Края кожуха нагревают (газовой или иной горелкой), осуществляя герметизацию стыка за счет термоусадки краев кожуха на края внешних труб секций термоизолирующего направления. Остужают стык с кожухом до температуры не выше +40°С. Высверливают, по крайней мере, одно заливочное отверстие и вливают через него в пространство между соединением внутренних труб секций и кожухом теплоизоляционный материал, например, твердеющую пенополиуретановую массу. Для создания требуемого (заданного) подпорного давления, обеспечивающего необходимое качество затвердевающего пенополиуретана (ППУ), в воздушное и заливочное отверстия вставляют пробки со специально подобранными калиброванными отверстиями.
После завершения процесса затвердевания ППУ пробки с калиброванными отверстиями заменяют на герметизирующие заглушки (без отверстий), и в зависимости от физических свойств средней части кожуха либо герметично приваривают головки заглушек к оболочке муфты, либо герметизируют их путем наложения специальных заплаток.
Таким образом, выполнение защитного кожуха в виде отрезка полимерной трубы из полиэтилена, прошедшего радиационную молекулярную сшивку позволяет отказаться от дополнительных операций по закреплению кожуха хомутами с болтовыми соединениями, чем и обеспечивается упрощение сборки при одновременном улучшении термоизоляции соединения секций термоизолирующего направления.
Проведенный патентный анализ выявил отличия от известного уровня техники, в связи с чем предложенное термоизолирующее направление соответствует критерию патентоспособности «новизна». Предложенное термоизолирующее направление может быть осуществлено оборудованием, выпускаемым промышленностью с применением известных материалов и технологий, произведено и успешно прошло промысловые испытания, в связи с чем предложенное теплоизолирующее направление соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Следует понимать, что после рассмотрения специалистом приведенного описания с примером осуществления теплоизолирующего направления, а также сопроводительного чертежа, для него станут очевидными другие изменения, модификации и варианты реализации заявленной полезной модели. Таким образом, все подобные изменения, модификации и варианты реализации, а также другие области применения, не имеющие расхождений с сущностью настоящей полезной модели, следует считать защищенными настоящей полезной модели в объеме прилагаемой формулы полезной модели.