СТЫКОВОЧНЫЙ УЗЕЛ МНОГОКАНАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
FITTING ASSEMBLY FOR MULTICHANNEL PIPELINES

Изобретение относится к машиностроению, в частности к быстроразъемным соединениям многоканальных труб, обеспечивающим нормальную эксплуатацию установок, и может быть использовано при заканчивании разведочно-эксплуатационных скважин, требующей быструю смену геофизического оборудования.
Известен стыковочный узел многоканальных трубопроводов, содержащий установленную на концах внутренних труб эластичную втулку, имеющую опорный буртик с окнами для протока жидкости. Опорный буртик выполнен из эластичного материала за одно целое с телом втулки и располагается между упорными поверхностями резьбового соединения наружных труб, соединенных муфтой. Эластичная втулка армирована двумя рядами продольных пластин, расположенных с перекрытием зазоров между пластинами одного ряда пластинами другого ряда. Для удобства монтажа предварительно внутренние трубы кольцом с одного конца вворачиваются в наружные трубы. На другом конце внутренних труб установлено кольцо, свободно скользящее по внутренней поверхности наружной трубы. Кольца имеют окна для прохода промывочной жидкости. Пластины благодаря зазорам препятствуют выдавливанию эластичного материала уплотнения в зазоры между концами труб, обеспечивая тем самым высокую прочность уплотнения (Авторское свидетельство SU №1361296. Устройство для соединения труб двойной бурильной колонны. - МПК: E21B 17/18, 17/02. - Опубл. 23.12.1987. Бюл. №47). Недостатком известного технического решения является сложность соединения попарно наружных и внутренних труб, требующего постоянного подъема колонны труб с пакером на поверхность, на что затрачивается значительное время и большие эксплуатационные расходы.
Известен стыковочный узел многоканальных трубопроводов, включающий наружные и внутренние трубы, образующие три канала, концентрично расположенные друг относительно друга узлы соединения внутренних и наружных труб с поперечными перегородками по торцам, и уплотнения. Узел соединения внутренних труб выполнен в виде двух попарно телескопически установленных патрубков, один конец которого жестко связан с узлом соединения наружных труб (Авторское свидетельство SU №1105602. Бурильная колонна. - МПК: E21B 17/18. - Опубл. 30.07.1984. Бюл. №28). Данное техническое решение принято за прототип.
Недостатком известного технического решения, принятого за прототип, является сложность конструкции, в которой фактически наружные и внутренние трубы имеют автономные соединения, на соединение и разъединение которых требуется подъем колонны труб с пакером на поверхность, на что затрачивается значительное время и большие эксплуатационные расходы, снижающие эффективность эксплуатации скважины.
Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции стыковочного узла, обеспечивающей возможность в режиме реального времени оперативно менять геофизическое оборудование скважины в зависимости от физических параметров пластовых флюидов, подлежащих исследованию.
Техническим результатом является снижение эксплуатационных расходов, связанных с заканчиванием разведочно-эксплуатационных скважин.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном стыковочном узле многоканальных трубопроводов, содержащем телескопически установленные с уплотнениями патрубки и ниппель соединения попарно внутренних и наружных труб, образующих центральные и межтрубные каналы, согласно предложенному техническому решению
торцы стыкуемых труб расположены коаксиально и соединены с соответствующими им муфтами, в каждой из которых выполнены аксиальный и периферийные продольные каналы, сообщающиеся с центральным и межтрубным каналами стыкуемых труб, при этом с другой стороны одной из муфт в аксиальном канале закреплен внутренний патрубок и снаружи - наружный патрубок, а в противоположной муфте - внутренний и наружный гладкие ниппели, последние вблизи свободного конца снабжены кольцевыми манжетами с возможностью телескопического соединения их попарно с ответными патрубками с образованием кольцевого канала, сообщающиеся через аксиальные каналы муфт с центральными и через периферийные каналы с межтрубными каналами попарно стыкуемых внутренних и наружных труб, для чего на свободных торцах ниппелей выполнены наружные направляющие конусы, а на свободных торцах патрубков - внутренние направляющие конусы для улавливания ниппелей при аксиальной стыковке;
свободный конец внутреннего патрубка снабжен центрирующим буртиком аксиального положения его в наружном ниппеле, а на периферии буртика выполнены сквозные пазы сообщения между периферийными каналами обеих муфт через кольцевой канал;
свободные торцы ниппелей и патрубков выполнены на аксиальном расстоянии, равном, по меньшей мере, глубине направляющих конусов, с возможностью поочередной их аксиальной стыковки попарно между собой;
на внутренней поверхности наружного патрубка выполнена кольцевая канавка трапециевидного профиля для зацепления патрубка кулачками монтажного инструмента.
Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного стыковочного узла многоканальных трубопроводов, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Заявленное техническое решение может быть использовано в нефтедобывающей отрасли для соединения попарно внутренних и наружных труб скважинных установок. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
На фиг.1 схематично показан предлагаемый стыковочный узел многоканальных трубопроводов в сборе; на фиг.2 - то же, в разомкнутом положении.
Стыковочный узел многоканальных трубопроводов содержит пару муфт 1 и 2, соединенных с одной стороны с попарно стыкуемыми внутренними трубами 3 и 4 и наружными трубами 5 и 6 соответственно, с центральными каналами 7 и межтрубными каналами 8, торцы которых расположены коаксиально между собой. В каждой из муфт 1 и 2 выполнены аксиальный канал 9, сообщающийся с центральным каналом 7, и периферийные продольные каналы 10, сообщающиеся с межтрубным каналом 8 стыкуемых попарно внутренних труб 3 и 4 и наружных труб 5 и 6. С другой стороны одной из муфт, например муфты 1, в аксиальном канале 9 закреплен внутренний патрубок 11, а снаружи муфты 1 закреплен наружный патрубок 12. В противоположной муфте 2 в аксиальном канале 9 закреплен внутренний гладкий ниппель 13, снабженный кольцевыми манжетами 14, расположенными вблизи свободного конца ниппеля 13, а снаружи муфты 2 закреплен наружный гладкий ниппель 15, снабженный кольцевыми манжетами 16, расположенными вблизи свободного конца ниппеля 15, с возможностью попарно телескопического герметичного соединения ниппелей 13 и 15 с ответными патрубками 11 и 12 с образованием кольцевого канала 17, сообщающегося через периферийные каналы 10 с межтрубными каналами 8 попарно стыкуемых внутренних труб 3 и 4 и наружных труб 5 и 6. Телескопически попарно стыкуемые внутренний ниппель 13 с внутренним патрубком 11 образует канал сообщения между центральными каналами 7 во внутренних трубах 3 и 4 через аксиальные каналы 9 муфт 1 и 2 (Фиг.1). Для повышения надежности стыковки попарно ниппелей 13 и 15 с патрубками 11 и 12 на свободных торцах ниппелей 13 и 15 выполнены наружные направляющие конусы 18 и 19, а на свободных торцах патрубков 11 и 12 - внутренние направляющие конусы 20 и 21 для улавливания концов ниппелей 13 и 15 при аксиальной их стыковке. Свободный конец внутреннего патрубка 11 снабжен центрирующим буртиком 22 аксиального положения его в наружном ниппеле 15. На периферии буртика 22 выполнены сквозные пазы 23 сообщения между периферийными каналами 8 обеих муфт 1 и 2 через кольцевой канал 17. Свободные торцы ниппелей 13 и 15 и патрубков 11 и 12 выполнены на аксиальном расстоянии l, равном, по меньшей мере, глубине h направляющих конусов на ниппелях 13 и 15 и на патрубках 11 и 12, т.е. l≥h, c возможностью поочередной их аксиальной стыковки попарно между собой. На внутренней поверхности наружного патрубка 12 выполнена кольцевая канавка 24 трапециевидного профиля для зацепления патрубка 12 кулачками монтажного инструмента (не показан) (Фиг.2).
Стыковочный узел многоканальных трубопроводов работает следующим образом.
Внутренние трубы 3 и 4 и наружные трубы 5 и 6 попарно стыкуют в аксиальном направлении поочередным телескопическим соединением внутреннего патрубка 11 и наружного патрубка 12, соединенных с муфтой 1, с одной стороны, с внутренним гладким ниппелем 13 и наружным гладким ниппелем 15, соединенных с муфтой 2, с другой стороны, герметично посредством кольцевых манжет 14 и 16. При этом сначала предварительно вводят конец наружного ниппеля 15 наружным направляющим конусом 19 во внутренний направляющий конус 21 на торце наружного патрубка 12, улавливающий тем самым конец ниппеля 15 при их аксиальной стыковке, после чего продолжают аксиальное скольжение ниппеля 15 внутри патрубка 12 на длине l. Затем конец внутреннего ниппеля 13 наружным направляющим конусом 18 вводится во внутренний направляющий конус 20 на торце внутреннего патрубка 11, улавливающий тем самым конец ниппеля 13, после чего продолжают аксиальное скольжение ниппеля 15 с кольцевыми манжетами 16 внутри патрубка 12 и ниппеля 13 с кольцевыми манжетами 14 внутри патрубка 11, последний при аксиальной стыковке, в свою очередь, проникает центрирующим буртиком 22 в наружный ниппель 15, фиксируя тем самым аксиальное положение патрубка 11 в наружном ниппеле 15. Так осуществляется стыковка попарно внутренних и наружных труб многоканального трубопровода без наложения дополнительных связей.
В процессе подачи различных агентов в скважине потоки перемещаются по каналам стыковочного узла между центральными и межтрубными каналами многоканального трубопровода.
Извлечение скважинного оборудования осуществляется поочередно: сначала извлекают верхнюю часть с муфтой 2 ниппелями 13 и 15 с помощью многоканального трубопровода, затем извлекают нижнюю часть монтажным инструментом, зацепляя кулачками за кольцевую канавку 24 трапециевидного профиля на внутренней поверхности наружного патрубка 12.
Предлагаемый стыковочный узел многоканальных трубопроводов отличается быстродействием и повышенной надежностью герметизации полостей попарно стыкуемых труб, что резко снижает эксплуатационные расходы.