ТРУБА ЛИФТОВАЯ ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННАЯ С ВАКУУМНОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, а именно к эксплуатации скважины, в частности добыче высоковязких продуктов термическим методом, а также может найти применение в отраслях, связанных с транспортировкой теплоносителей.
Из предшествующего уровня техники известна термоизолированная труба, содержащая наружную и внутреннюю трубы, по торцам соединенные между собой вакуумно-плотными сварными швами и образующие межтрубное пространство, в котором создан вакуум (см. патенты РФ №№2129202, 123822).
Недостатком известной конструкции является то, что при эксплуатации трубы в режиме транспортировки нефтепродукта или подачи теплоносителя в скважину, вследствие разного температурного удлинения внутренней и наружной труб возникают значительные осевые усилия. Например, при периодической закачке перегретого пара под давлением 10 МПа с температурой 310°C внутренние осевые усилия могут составить несколько десятков тонн, при этом возникают значительные циклические напряжения растяжения и среза в сварных швах, что со временем приводит к микротрещинам и, соответственно, к нарушению вакуума, браковке изделия и большим экономическим потерям. Другим недостатком является то, что для снижения в сварном соединении напряжений изгиба концы внутренней трубы выполняются в форме конического раструба, а это технологически усложняет конструкцию. Кроме того, для образования прочного сварного соединения необходима значительная контактная длина шва, что создает крайне нежелательное увеличение тепловых мостов на концах трубы.
С учетом перечисленных недостатков предложенная в рамках настоящей полезной модели конструкция трубы направлена на повышение надежности и уменьшение тепловых потерь. Для достижения поставленного результата предлагается в теплоизолированной трубе с вакуумной изоляцией, содержащей коксиально расположенные внутреннюю и наружную трубы, соединенные с образованием кольцевого межтрубного зазора, в котором создан вакуум, внутреннюю трубу выполнить составной, включающей по меньшей мере один осевой сильфонный компенсатор, а по длине внутренней трубы равномерно установить поршневые шайбы, на периферии имеющие вставки из теплоизоляционного материала, контактирующие с внутренней поверхностью наружной трубы.
Частные варианты исполнения трубы предполагают расположение в межтрубном зазоре экранной изоляции и газопоглотителей; цилиндрические концы наружной и внутренней труб могут быть соединены концентричным кольцом и сварены с ним вакуумно-плотными швами, а сильфонный компенсатор соединен с телом внутренней трубы посредством вакуумно-плотных швов.
Возможность достижения поставленного результата обусловлена тем, что поскольку упругость компенсатора намного ниже упругости материала основной внутренней трубы, то температурное удлинение не вызывает значительных осевых усилий в соединении. Поэтому конструкция соединения может быть исполнена облегченной с применением вместо конического раструба цилиндрической трубы и концентричного кольца, приваренного вакуумно-плотными швами как к внутренней, так и к наружной трубе. Расчетные из условий прочности размеры вакуумно-плотных сварных швов могут быть уменьшены, что положительно приведет к уменьшению тепловых мостов.
Во избежание потери продольной устойчивости системы внутренней трубы с компенсатором при технологических и погрузочных операциях, а также при экслуатационных нагрузках на внутренней трубе установлены поршневые шайбы, выполняющие роль диаметральных ограничителей с возможностью скольжения в наружной трубе.
Компенсатор большой длины с большим ходом сжатия (более 1/2 внутреннего диаметра) для сохранения устойчивости составляется из нескольких секций и между секциями устанавливаются поршневые шайбы.
Для уменьшения теплопередачи на поршневой шайбе на внешнем диаметре предусмотрены вставки из теплоизолирующего материала (например-фторопласта), точечно контактирующие с внутренней поверхностью наружной трубы.
Заявляемое решение поясняется общими видами теплоизолированной трубы с одним сильфонным компенсатором (фиг. 1), с двумя компенсаторами, образующими узловую сборку, установленную на одном из концов трубы (фиг. 2) и с двумя компенсаторами, установленными на противоположных концах трубы (фиг. 3). Вариант исполнения поршневых шайб со вставками представлен на фиг. 4.
Заявляемая термоизолированная труба включает наружную трубу 1 с резьбой на концах, коаксиально расположенную в ней внутреннюю трубу 2, соединенную с сильфоном 3. На концах трубы установлены концентричные кольца 4, приваренные к внутренней и наружной трубам с образованием межтрубного пространства, в котором создается вакуум. Поршневые шайбы 5 (фиг. 4) закреплены на внутренней трубе с помощью распорных винтов 6, а для уменьшения трения при относительном перемещении труб от температурного воздействия и для уменьшения теплопередачи имеются вставки 7 из антифрикционного теплоизолирующего материала, например, фторопласта.
Основным назначением заявленной трубы является подача теплоносителя в скважину от устья до забоя. Работает термоизолированная труба следующим образом. Во внутреннюю трубу теплоизолированной трубы парогенератором под давлением до 10 МПа подается перегретый пар с температурой до 310°C. Стальная внутренняя труба, приобретая эту температуру, при исходной длине 10 м удлиняется на величину порядка 40…45 мм., а наружная труба, благодаря вакуумной изоляции, нагревается и удлиняется незначительно, причем при эксплуатации в условиях холодного климата ее длина может сократится. Образующаяся разность длин компенсируется сильфонами, которые препятствуют возникновению напряжений сжатия значительной величины. Устойчивость сильфона при сжатии обеспечивается дополнительными поршневыми шайбами. При необходимости, в межтрубном зазоре труб 1 и 2 могут быть расположены экранная изоляция и газопоглотители (не показаны).
При снятии тепловой нагрузки длины восстанавливаются и термоизолированная труба может быть многократно использована в новом рабочем цикле в отличие от известных конструкций, имеющих ограниченный ресурс.