КАПИЛЛЯРНЫЙ ТРУБОПРОВОД

Полезная модель относится к области производства полимерных армированных труб, предназначенных для транспортирования жидких и газообразных сред, обладающих химически агрессивными свойствами, при высоком давлении и колебаниях температуры, преимущественно для подачи химических реагентов в скважину, а также для проведения колтюбинговых операций.
Известен капиллярный трубопровод для подачи химических реагентов в скважину, состоящий из полимерной трубки, бронированной в два слоя встречной проволочной навивкой, выполненной так, что внешний и внутренний слои проволочной навивки выполнены несплошными, а с зазорами между проволоками [1].
Недостатками данного трубопровода являются сложность оконцовки из-за проволочной брони, коррозионное разрушение брони при эксплуатации трубопровода в агрессивной среде. Применение же для брони специальных сталей приведет к сильному удорожанию изделия. Также возможно скручивание трубопровода из-за разницы крутящего момента внешней и внутренней навивок.
Наиболее близкой к заявляемому (прототип) является гибкая протяженная труба [2], состоящая из внутренней тонкостенной металлической трубы, полимерной армированной химическим волокном оболочки, двухповивной проволочной брони, уложенной с зазорами между проволоками, и защитная оболочка из полимерного материала, заполняющая зазоры между проволоками брони.
Недостаток данной гибкой трубы - возможное скручивание из-за разницы крутящего момента внешней и внутренней навивки двухповивной проволочной брони.
Задача полезной модели - способность капиллярного трубопровода сопротивляться скручиванию, тем самым, исключая крутильные колебания в процессе эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что капиллярный трубопровод включает полимерный трубопровод, бронированный двумя слоями встречной проволочной навивки, зазоры между которой заполнены полимером. Диаметр проволоки внешней навивки меньше диаметра проволоки внутренней навивки, так что квадрат диаметра проволоки внутренней навивки относится к квадрату диаметра проволоки внешней навивки как диаметр внешней навивки к диаметру внутренней навивки.
1
2
1
2
На фиг. схематически изображено поперечное сечение заявляемого капиллярного трубопровода, который состоит из полимерного трубопровода 1, внутренней 2 и внешней 3 навивок, внешней полимерной оболочки 4. Диаметры внутренней и внешней навивок D и D соответственно, а диаметры проволок внутренней и внешней навивок d и d соответственно.
Каждая навивка создает крутящие моменты, противоположно направленные.
Крутящий момент определяется как
τ=r·F
где r - вектор силы, т.е. для нашего случая диаметр повива D;
F - приложенная сила.
Силу можно определить как силу упругости
F=k·Δx
где k - коэффициент упругости;
Δx - удлинение проволоки.
2
Коэффициент упругости k=E·π·d/(4·L),
где Е - модуль Юнга,
d - диаметр проволоки;
L - длина проволоки.
Тогда крутящий момент для внутренней и внешней навивок определяется как
1
1
1
1
2
τ=D·E·π·d ·Δx/(4·L) (для внутренней навивки);
2
2
2
2
2
τ=D·E·π·d ·Δx/(4·L) (для внешней навивки).
Необходимо создать для внутренней и внешней навивки равный крутящий момент
1
2
1
1
1
1
2
2
2
2
=
2
2
τ τ=D·E·π·d ·Δx/(4·L)=D·E·π·d ·Δx/(4·L)
Значениями удлинения проволоки Δх можно пренебречь, ввиду их малых значений, так как при навивке происходит незначительное удлинение. Поэтому для того, чтобы крутящий момент был равный для внутренней и внешней навивок необходимо соблюдения соотношений
1
2
2
1
1
2
2
2
d /d =(D·L)/D·L).
1
2
1
2
Здесь можно пренебречь отношением L/L, так как при навивке проволок при изготовлении капиллярного трубопровода длины проволок внутренней и внешней навивок стремятся к бесконечности, следовательно, отношение L/L стремится к единице.
1
2
Поэтому для соблюдения равенства крутящего момента для внутренней и внешней навивок при одинаковом шаге навивок диаметр проволок внутренней d и внешней d выбирается с учетом следующей формулы
1
2
2
1
2
2
d /d =D/D.
Таким образом, диаметр проволоки внешней навивки меньше диаметра проволоки внутренней навивки, так что квадрат диаметра проволоки внутренней навивки относится к квадрату диаметра проволоки внешней навивки как диаметр внешней навивки к диаметру внутренней навивки.
В результате в капиллярном трубопроводе внутренняя и внешняя навивки с равным по величине и противоположно направленным крутящими моментами, поэтому капиллярный трубопровод защищен от скручивания, и тем самым, исключаются крутильные колебания в процессе эксплуатации.
Источники информации:
1. Патент №64273 РФ, Е21В 37/06, 2007.
2. Патент №44782 РФ, F16L /00, 2005.