ТЕПЛОВОЙ РАСКРЕПИТЕЛЬ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ НКТ
HEAT BREAKER OF THREADED CONNECTIONS OF OIL-WELL TUBING

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройству для раскрепления труб при бурении и ремонте скважин.
Данные промысловой статистики показывают, что более 50% аварий трубных подвесок происходит по вине резьбовых соединений. Применяемая в настоящее время на базах технология ремонта бывших в эксплуатации труб сводится, как правило, к отрезанию резьбовых концов и нарезанию новых. Результат такой технологии следующий: тонны отрезков трубы и новая резьба с износостойкостью в 2-3 раза меньше состояния заводской поставки, для которой этот показатель составляет 7-8 спуско-подьемных операций [1].
Резьбовые соединения НКТ свинчиваются при спуске НКТ с большим натягом, для предотвращения возможных «полетов» и утечек жидкости. При проведении ремонтных работ трубы приходится развинчивать. Довольно часто усилий механизмов развинчивания оказывается недостаточно для отворота труб и приходится использовать дополнительные приемы для осуществления развинчивания, например, нагрев муфты.
В нефтепромысловой практике используется несколько способов теплового воздействия:
- индукционный нагрев, когда нагрев тел происходит за счет возбуждения в них электрических токов переменным электромагнитным полем;
- воздушный нагрев, когда нагрев тела происходит за счет подачи на поверхность потока нагретого воздуха [2].
Главным препятствием использования этих способов в промысловых условиях для раскрепления «неподдающихся» резьбовых соединений является низкая скорость нагрева муфты. Теплопроводность стали довольно высокая, и тепло быстро передается с муфты на трубу. Для существенного снятия напряжений необходим «мгновенный» нагрев муфты, чтобы труба не успела нагреться.
Добиться быстрого нагрева муфты можно при помощи паровой «пушки». Способ нагрева муфты паром имеет много достоинств. Водяной пар обладает высокой удельной теплоемкостью (С=2000 Дж/кг·С°), высокой скрытой теплотой парообразования, которая также передается на муфту при конденсации пара на поверхности муфты.
M
СТ
М
Эффект от нагрева увеличивается с увеличением относительной температуры DT муфты. Температура нагрева муфты ограничена сверху условием сохранения механических характеристик стали, которые могут измениться при перегреве. Количество тепла, необходимое для нагрева муфты зависит от теплоемкости стали С и массы муфты М [4]:
ПОЛ
СТ
М
М
Q=C·M-DT
П
В
П
П
В
П
Количество тепла, аккумулированного в паре, определяется его массой М, удельной теплоемкостью воды С и пара С, удельной теплотой парообразования Л, начальной Т и конечной Т температурой нагрева:
ЗАТ
В
В
В
П
П
П
Q=М·(С·(100-Т)+Л+С·(Т-100))
ИСП
Из этих соотношений находится количество воды, необходимое для нагрева муфты. Учитывая, что часть тепла рассеивается, необходимо введение коэффициента использования пара К [3]:
Функцию паровой «пушки» способен выполнить тепловой раскрепитель, конструкция которого в настоящее время разработана.
Разработанный тепловой раскрепитель иллюстрируется чертежами,
где на фиг.1 - конструкция парогенератора;
фиг.2 - пьедестал;
фиг.3 - парогенератор (вид сверху);
фиг.4 - механизм подачи жидкости;
фиг.5 - схема захвата муфты;
фиг.6 - схема размещения парогенератора на муфте;
Отличительной особенностью заявляемого теплового раскрепителя является его способность ослаблять напряжения в резьбовых соединениях труб в процессе их развинчивания.
Заявляемый тепловой раскрепитель состоит из двух основных частей парогенератора 1 (см. фиг.1) и пьедестала 2 (см. фиг.2). Парогенератор (см. фиг.1, фиг.3) 1 содержит рукоятку 10, соединенную с корпусом 9 втулками 15 и винтами 26. Контейнер 7, расположенный в корпусе 9, содержит трубчатый электронагреватель 5, теплоносители 4 и испускающий экран 3. Между корпусом и контейнером размещается теплоизоляционный материал 8. Для удержания пара около муфты в процессе ее нагрева створки 12 оснащены тепловым экраном 26. Створки соединяются с корпусом подвижно при помощи петли 16. Механизм открытия створок состоит из ушек 17, тросика 18, рычага 11. Пружина 13 работает на закрытие створок. Механизм подачи жидкости (см. фиг.4) представляет собой отсек, состоящий из трубки 24, пружины 20, клапана 21 и съемной крышки 14. Над контейнером винтами 23 крепится крышка-упор 27.
Тепловой раскрепитель работает следующим образом.
В дежурном положении парогенератор находится на пьедестале, и в нем поддерживается заданная температура теплоносителя. В случаях проблем с отворотом трубы парогенератор подносят к муфте трубы (см. фиг.5) и открывают клапан. Вода, попадая на разогретый теплоноситель, испаряется. Пар попадает в пространство вокруг муфты, ограниченное экраном и конденсируется на муфте (см. фиг.6). Муфта нагревается, напряжение в соединении муфта - труба уменьшается и во многих случаях проблема с развинчиванием исчезает.
Таким образом, тепловой раскрепитель предлагаемой конструкции позволит ослабить напряжения в резьбовом соединении труб непосредственно перед их развинчиванием, что позволит отвернуть трубы меньшими усилиями.
Использованная информация
1. Ивановский В.Н., Дарищев В.И. и др. Оборудование для добычи нефти и газа: В 2 ч. - М.: ГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина, 2003. - Ч.2, С 591-598.
2. Бухаленко Е.И. Бухаленко В.Е. Оборудование и инструмент для ремонта скважин: Учеб. пос.для учащихся профтехобразования и рабочих на производстве. - М.: Недра, - 1991, - С 169-174.
3. Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтегазопереработки. - М: Химия, 1987, - С 116-181.
4. Николаев Г.И. Тепловые процессы. - Изд-во ВСГТУ, Улан-Удэ, - 2004 г. С1-10.