КОНЦЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ГИБКОГО ЭЛАСТИЧНОГО ТРУБОПРОВОДА
FLEXIBLE RESILIENT PIPELINE END JOINT

Изобретение относится к машиностроению, в частности к области оснащения неметаллических труб соединительной металлической оснасткой, для применения в нефтяных и газовых скважинах в качестве насосно-компрессорных труб.
Известно трубное соединение (см. пат. Австралии. М. кл. F16L №421968, заявл. 23.01.1970 г., опубл. 01.03.1972 г.).
Устройство состоит из штуцера с наружной резьбой, упругодеформируемой втулки и накидной гайки.
На трубу устанавливается упругодеформируемая металлическая втулка, снабженная кольцевыми буртиками на внутренней поверхности.
При навинчивании гайки на штуцер происходит осевое сжатие втулки и ее деформация в радиальном направлении с внедрением кольцевых буртиков в тело трубы, что обеспечивает закрепление и герметизацию трубы в соединении.
Недостаток конструкции:
- устройство применимо для труб из эластичного материала, обладающих упругими свойствами. Восприятие усилия трубой и элементами соединения, с точки зрения допустимой осевой нагрузки, напрямую зависит от прочностных характеристик материала, из которого они изготовлены. Из литературных источников известно, что материалы типа резины, полиэтилена, винипласта и т.д., обладают недостаточной прочностью, что соответственно ограничивает область применения этих труб с данным соединительным узлом.
Известно техническое решение (см. пат. США, НКИ 285-119, МПК F16J 39/02 «Наконечник для гибкого рукава» №3752506, заявл. 18.09.1972 г., опубл. 14.08.1973 г.).
Наконечник предназначен для крепления рукава с металлической оплеткой. Наконечник состоит из муфты, штуцера, ниппеля, уплотнительного кольца, упорного кольца и накидной гайки.
При сборке соединительного узла (наконечника) на рукав навинчивается муфта, затем в муфту ввинчивается штуцер, собранный с ниппелем, посредством упорного кольца и уплотнительного эластичного кольца.
Острые кромки на внутренней поверхности штуцера врезается с торца в тело гибкого рукава.
Рукав удерживается в муфте наконечника за металлическую оплетку.
Недостатки конструкции.
Соединение позволяет воспринимать большие осевые нагрузки, замыкающиеся на металлическую оплетку, которая обладает большой несущей способностью. Тем не менее, отсутствуют специфические узлы, которые непосредственно входят в силовой нагруженный контакт с металлической оплеткой. Отсюда следует, что данное соединение также обладает недостатками по восприятию значительных осевых нагрузок, которые существуют в условиях применения труб в глубоких нефтяных и газовых скважинах. Оснащение гибких труб таким наконечником не позволит осуществить равномерное распределение осевой нагрузки по всем конструктивным элементам гибкой трубы.
Известно изобретение «Концевое соединение эластичного трубопровода» (см. пат. РФ №2410594, М. кл. F16L 33/00, заявл. 04.09.2009 г., опубл. 27.01.2011 г. Бюл. №3), принятое авторами за прототип.
Устройство состоит из ниппеля с внутренней резьбой для подсоединения переводника фонтанной арматуры.
На внешней стороне ниппеля выполнена резьба для гайки упорной и стопорная втулка с наружной резьбой. Ниже места соединенных между основаниями. На нижнем конце ниппеля выполнена насечка. Стопорная втулка, опирающаяся на верхний конус ниппеля, снабжена резьбой, на которую последовательно установлена цанга с упругими элементами, снабженными внутри конусной насечкой. Разжимная втулка охватывает с внешней стороны упругие элементы и входит в торцовый контакт с грундбуксой. Эластичный трубопровод наводится на нижний конец ниппеля в месте выполнения конусной насечки и фиксируется путем обжима упругими элементами цанги, которые перемещаются в радиальном направлении за счет взаимодействия с ними разжимной втулки, перемещаемой в осевом направлении за счет перемещения грундбуксы.
Эластичный трубопровод представляет собой трубу внутреннюю из полиэтилена, на которую установлен армирующий грузонесущий слой из продольных нитей, на который с определенным шагом навиты витки спиральной обмотки, например из проволоки, охватываемые внешней полиэтиленовой оболочкой.
При монтаже устройства на конце эластичного трубопровода нити армирующего слоя, освобождаются участки внешней и внутренней полиэтиленовых оболочек, а сами пропущены вверх, с охватом выступа ниппеля и поджима концов стопорной втулкой, которая взаимодействует по торцу с упорной гайкой.
Осевой канал ниппеля имеет меньшее сечение, чем осевой канал эластичного трубопровода.
Такое конструктивное оформление концевого соединения позволяет осевую нагрузку от веса самой гибкой трубы сообщать на армирующий грузонесущий слой.
Ввод конусных насечек упругих элементов цанги во взаимодействие с материалом внешней полиэтиленовой оболочки способствует образованию герметичного соединения.
К недостаткам конструкции следует отнести:
- устройство разработано для оснащения концов эластичного трубопровода с достаточно большим внутренним диаметром, что незначительно влияет на пропускную способность пластового флюида, через сужение осевого канала ниппеля.
Тем не менее, в случае применения такой компоновки для оснащения эластичного трубопровода, с малым диаметром осевого канала, приведет к уменьшению осевого канала ниппеля, с критическим увеличением гидравлического сопротивления потоку пластового флюида, что нежелательно, особенно для газовых скважин, где могут возникнуть условия для образования газогидратов;
- при затягивании стопорной втулки упорной гайкой существуют условия, когда растягивающие напряжения в нитях армирующего слоя могут ослабнуть, что снижает суммарную осевую нагрузку, которую может нести конструкция соединения.
Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения, сводится к следующему:
- возможность увеличения пропускной способности соединения при минимальном уменьшении осевого канала;
- возможность создания растягивающих усилий в нитях армирующего слоя с сохранением этих усилий при оснащении эластичного трубопровода кольцевым соединением;
- возможность герметизации кольцевого зазора при монтаже концевого соединения на гибкой трубе;
- возможность восприятия внутреннего и внешнего давления пластового флюида при использовании гибкой трубы в условия нефтяных и газовых скважин.
Технический результат достигается тем, что концевое соединение эластичного трубопровода состоит из корпуса, ниппеля с выступом в виде двух сходящихся большими основаниями конусов с насечкой на внешней стороне, стопорную втулку, грундбуксу, цангу с упругими элементами, снабженными насечками, эластичный трубопровод с внутренней и внешней оболочками, с армирующим грузонесущим слоем между ними. Устройство дополнительно снабжено промежуточной втулкой с внутренним конусом, установленной между корпусом и стопорной втулкой с возможностью взаимодействия с упругими элементами цанги. Грундбукса выполнена с конусной расточкой и установлена с возможностью взаимодействия с внешней оболочкой гибкой трубы и цангой, причем промежуточная втулка связана резьбой со стопорной втулкой, установленной с образованием зазора с ниппелем и возможностью торцового контакта с разжимной втулкой, установленной свободно внутри промежуточной втулки.
Конструкция концевого соединения показана в разрезе на чертеже.
Устройство состоит из гибкой эластичной трубы 1, состоящей из внутренней оболочки 2, армирующего грузонесущего слоя 3 из нитей, витков 4 спиральной обмотки, навитой с расчетным шагом на армирующий грузонесущий слой 3, внешней оболочки 5.
В осевой канал гибкой эластичной трубы 1 введен ниппель 6, с выступом 7, выполненным в виде двух конусов, сходящихся большими снованиями. На внешней стороне выступа 7 выполнена насечка 8. С внешней стороны гибкой эластичной трубы 1 установлена грундбукса 9, связанная с корпусом 10. На верхнем конце корпуса 10 установлена промежуточная втулка 11 с внутренним конусом 12, которым охватывает упругие элементы 13 цанги 14, снабженные внутренней насечкой. Цанга 14 находится в торцовом взаимодействии с грундбуксой 9. В осевом канале промежуточной втулки 11 установлена разжимная втулка 15, поджимающая армирующий грузонесущий слой 3 нитей к конической поверхности выступа 7, стопорной втулкой 16. На верхнем конце ниппеля 6 выполнена резьба 17 для связи с арматурой.
Монтаж кольцевого соединения производится с применением технологической оснастки и осуществляется следующим образом.
Освобождают армирующий грузонесущий слой 3 нитей на концевом участке гибкой эластичной трубы 1 от внешней 5 и внутренней 2 оболочек. На этом же участке удаляют витки спиральной обмотки 4.
На внешней оболочке 5 устанавливают грундбуксы 9. Внутрь осевого канала гибкой эластичной трубы 1 вводится ниппель 6. Армирующий грузонесущий слой нитей 3 размещается равномерно по всему периметру выступа 7 ниппеля 6. Затем устанавливают цангу 14, с доведением ее до торцового контакта с грундбуксой 9. Корпус 10 навинчивается на резьбу грундбуксы 9 и натяжением армирующего грузонесущего слоя нитей 3, при торцовом контакте приспособления (на фиг. не показано) с ниппелем 6, вводят конусную часть выступа 7 внутрь осевого канала гибкой эластичной трубы 1. Предварительно армирующий грузонесущий слой 3 нитей пропущен через осевой канал стопорной втулки 16 и разжимной втулки 15, установленных внутри промежуточной втулки 11. После натяжения армирующего грузонесущего слоя 3 нитей и ввода конусной части выступа 7 внутрь гибкой эластичной трубы 1, происходит радиальная деформация этого участка в допустимых пределах, исходя из упругости материала внутренней 2 и внешней оболочек.
Путем закручивания промежуточной втулки 11 в корпус 10 осуществляют деформацию упругих элементов 13, цанги 14, к оси ниппеля 6, с вводом насечек в контакт с нитями армирующего грузонесущего слоя 3 и их деформацией внутрь насечек 8 на выступе 7 ниппеля 6 с их фиксацией в этом положении. После этого осуществляют перемещение разжимной втулки 15 внутри осевого канала промежуточной втулки 11 и прижим нитей 3 армирующего слоя к конической поверхности выступа 7. Нити армирующего слоя 3 отсоединяются от монтажного устройства и отрезаются на уровне расположения втулки 16. В таком положении устройство готово к эксплуатации.