СКВАЖИННЫЙ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭКРАННЫЙ МОДУЛЬ

Полезная модель относится к теплоизолированной колонне, используемой при эксплуатации нефтяных и газовых скважин в районах с многолетнемерзлыми породами и может быть применена в других отраслях при изоляции труб для транспортировки теплоносителей.
Известна теплоизолированная колонна, включающая внутреннюю трубу с расположенной на ней многослойной экранной изоляцией, наружную трубу и муфту, где внутренняя труба выполнена цельной с высаженными профилированными концами, наружная труба перед монтажом сжата вдоль оси на 9-12 мм, имеет на концах конусно-упорную резьбу и снабжена седлом и клапаном (Патент РФ №2129202 С1, дата приоритета 12.08.1997, дата публикации 20.04.1999, авторы: Кудинов В.И., Богомольный Е.И. и др., RU).
Недостатком известного аналога является сварка вакуумно-плотным швом торцов наружной и внутренней труб, что приводит к возникновению концентраторов напряжений при линейном расширении труб из-за разности наружной и внутренней температур.
Известна труба лифтовая теплоизолированная с вакуумной изоляцией, содержащая коаксиально расположенные внутреннюю и наружную трубы, соединенные с образованием кольцевого межтрубного зазора, в котором создан вакуум, а внутреняя труба выполнена составной и включает сильфонный компенсатор (Патент РФ №152072 U1, дата приоритета 22.09.2014, дата публикации 27.04.2015, авторы: Мамедов Н.С. оглы и др., RU).
Недостатками данного аналога являются: низкая надежность конструкции из-за выполнения внутренней трубы составной и из-за подверженности повреждениям наружной трубы при захвате ключом во время спускоподъемных операций, а также невозможность управления тепловым потоком внутри скважины.
Известна насосно-компрессорная теплоизолированная труба, имеющая силовые зоны, предназначенные для захвата трубы гидравлическим ключом и слайдером при монтаже-демонтаже насосно-компрессорной трубы, причем каждая зона содержит закрепленный на трубе в зоне захвата каркас (Патент РФ №156386 U1, дата приоритета 28.05.2015, дата публикации 10.11.2015, авторы: Тарасов В.А., Комков М.А. и др., RU)
Недостатком известной насосно-компрессорной теплоизолированной трубы является отсутствие компенсатора линейных расширений, а также невозможность управления тепловыми потоками в скважине.
В качестве прототипа принята теплоизолированная колонна, выполненная с возможностью управления тепловыми потоками, включающая коаксиально расположенные наружную и внутреннюю трубы с теплоизоляцией между ними, причем наружная труба установлена в возможностью компенсации линейных расширений, в межтрубном пространстве установлены термоэлектрические элементы, а концы внутренней и наружной труб смещены относительно друг друга и соединены с помощью переходника, который снабжен кабельным разъемом для питания термоэлектрических элементов и соединен с установленной на нем муфтой резьбовым соединением (Патент РФ №2655263 С1, дата приоритета 11.07.2017, дата публикации 24.05.2018, авторы: Кондратов П.М. и Павлова П.Л., RU, прототип).
Недостатком прототипа является низкая ремонтопригодность, обусловленная труднодоступностью и высокими трудозатратами, например, при необходимости ремонта или замены термоэлектрических элементов, а также подверженность нарушению целостности конструкции при захвате наружной трубы зажимными элементами гидравлического ключа при спускоподъемных операциях.
Технической проблемой, решаемой полезной моделью, является повышение ремонтопригодности и надежности скважинного термоэлектрического экранного модуля за счет обеспечения доступа к термоэлектрическим элементам без демонтажа наружной трубы и сохранения формы наружной трубы при захвате конструкции зажимными элементами гидравлического ключа или слайдера при спускоподъемных операциях.
Для решения технической проблемы и достижения технического результата предложен скважинный термоэлектрический экранный модуль, выполненный в виде теплоизоляционной колонны с возможностью управления тепловыми потоками внутри скважины, включающий коаксиально расположенные наружную и внутреннюю трубы с теплоизоляцией между ними, причем наружная труба выполнена из теплопроводного материала с возможностью компенсации линейных расширений. В зоне межтрубного пространства установлены термоэлектрические элементы. Концы внутренней и наружной труб смещены относительно друг друга и соединены с помощью переходника, который выполнен с возможностью подключения питания термоэлектрических элементов и соединен с установленной на нем муфтой резьбовым соединением. Новым является то, что термоэлектрические элементы зафиксированы относительно внутренней трубы посредством их примыкания к выполненным на трубе наплавлением площадкам и прижатия к ним с помощью разъемных металлических корпусов, снабженных болтовыми соединениями и охватывающих участки колонны с термоэлектрическими элементами. При этом на внутренней поверхности каждой части разъемного корпуса закреплена теплопроводящая пластина, контактирующая с термоэлектрическим элементом, а на внешней поверхности разъемного корпуса выполнены выступы, обеспечивающие центровку скважинного термоэлектрического экранного модуля относительно обсадных колонн. Кроме того, конец переходника удлинен для захвата гидравлическим ключом при проведении спускоподъемных операций, а наружная труба выполнена в виде проволочной навивки с участками между разъемными металлическими корпусами, расположенными снаружи.
На фиг. 1 схематично изображен скважинный термоэлектрический экранный модуль, общий вид, на котором частично показан продольный разрез, а также расположение разъемных корпусов, фиксирующих термоэлектрические элементы на внутренней трубе; на фиг. 2 изображен разрез А-А на фиг. 1, где показаны термоэлектрические элементы в сборе с разъемным металлическим корпусом; на фиг. 3 изображена конструкция части разъемного корпуса, поперечный разрез.
Скважинный термоэлектрический экранный модуль, изображенный на фиг. 1, содержит муфту 1, переходник 2, выполненный с удлиненной площадкой для захвата гидравлическим ключом теплоизолированной колонны при спускоподъемных операциях и с резьбой на верхнем конце для установки муфты 1, внутреннюю трубу 3, охватывающие ее теплоизоляционные скорлупы 4, которые обмотаны металлической проволокой, образующей наружную трубу 5. На поверхности внутренней трубы с помощью наплавки образованы площадки 6 для установки термоэлектрических элементов 7 по высоте трубы. Термоэлектрические элементы 7 зафиксированы относительно внутренней трубы 3 с помощью разъемных корпусов 8, охватывающих участки колонны с термоэлектрическими элементами и расположенных снаружи теплоизолированной колонны. При этом наружная труба 5 сформирована с участками между разъемными корпусами 8 для удобства доступа к термоэлектрическим элементам 7. Концы внутренней 3 и наружной 5 труб смещены относительно друг друга и соединены с помощью переходника 2, через который пропущены провода 9, соединенные с кабельным разъемом для подвода питания к термоэлектрическим элементам 7. Разъемный корпус 8, изображенный в сборе на фиг. 2, выполнен из двух частей, соединенных между собой разъемными соединениями, например болтовыми. Каждая часть разъемного корпуса содержит металлический кожух 10, как показано на фиг. 3. При этом на внутренней поверхности кожуха 10 закреплена с помощью винтового или заклепочного соединения 11 теплопроводящая пластина 12, контактирующая с термоэлектрическим элементом 7. На внешней поверхности кожухов разъемного корпуса выполнены выступы 13 в виде пластин, закрепленных с помощью винтового соединения 14, либо другим известным способом, например сваркой. При этом выступы 13 предназначены для уменьшения соударения и центровки скважинного термоэлектрического экранного модуля относительно обсадной колонны.
Заявляемый скважинный термоэлектрический экранный модуль изготавливается и работает следующим образом.
На внутренней трубе 3 с помощью наплавки формируют площадки 6 для установки термоэлектрических элементов 7 с равномерным расположением их по поверхности трубы. Далее к внутренней трубе навинчивается переходник 2 с удлиненной площадкой для захвата ключом теплоизолированной колонны и с навинченной муфтой 1. Затем монтируются термоэлектрические элементы 7 с проводами 9. Термоэлектрические элементы фиксируются относительно внутренней трубы 3 и площадок 6 с помощью разъемных металлических корпусов 8, части которых соединяются с помощью болтовых соединений и жестко фиксируются так, чтобы термоэлектрические элементы 7 не перемещались относительно внутренней трубы 3. Далее между участками с разъемными корпусами 8 монтируется теплоизоляционный материал 4 в виде пенополиуретановых скорлуп, на наружную поверхность которых наматывается металлическая проволока, образующая наружную трубу 5.
В процессе работы при захвате зажимными элементами гидравлического ключа удлиненной части переходника 2 производится спускоподъемная операция скважинного термоэлектрического экранного модуля без повреждения ее целостности. Для выполнения работ по ремонту или замене термоэлектрического элемента необходимо всего лишь снять болтовые соединения для раскрытия корпуса 8 и, например, заменить необходимый элемент.
Достигаемый полезной моделью технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик путем повышения ремонтопригодности и надежности скважинного термоэлектрического экранного модуля за счет обеспечения доступа к термоэлектрическим элементам без демонтажа наружной трубы и сохранения целостности конструкции при спускоподъемных операциях.