Устройство для изоляции зон осложнения труб перекрыватель интеллектуальный полимерный
DEVICE FOR INSULATION OF AREAS OF COMPLICATION OF PIPES, AN INTELLIGENT POLYMER SHUTOFF VALVE

Изобретение относится к устройствам для изоляции зон осложнения труб и трубопроводов различного назначения, например, магистральных, промысловых и других трубопроводов из трубных секций или из отдельных труб, предназначенных для транспортирования нефти, подтоварной воды, газа, нефтепродуктов, воды и других сред, в частности к устройствам, в которых использованы расширяемые полимерные изделия.
Известны устройства для изоляции зон осложнения, состоящие из профильных металлических труб, соединенных между собой посредством резьбового соединения или сваривания, и выправляющий инструмент, например расширитель с дорнирующей или вальцующей головкой (см., например RU2310737, RU2378489, RU2374424, RU2379464, RU2462583 и др.).
К таким устройствам для изоляции зон осложнения относится перекрыватель, состоящий из секций профильных труб, соединенных между собой, например, при помощи сварки. При этом верхний и нижний концы перекрывателя в поперечном сечении выполнены такой же формы, как и секции профильных труб. В верхнем конце перекрывателя герметично установлен выправляющий инструмент, а в нижнем конце - направляющий конус со сквозным каналом, изготовленный из легкоразбуриваемого материала, например, текстолита. Работа осуществляется следующим образом: На колонне бурильных труб в предварительно расширенный интервал зоны осложнения спускают перекрыватель, создают избыточное гидравлическое давление в полости над выправляющим инструментом, под действием которого выправляющий инструмент начинает поступательно двигаться вниз, выправляя перекрыватель до плотного прижатия его к стенкам скважины. Это устройство описано в патенте RU2379464.
Зона нарушения сплошности трубы (осложнение) может возникнуть в месте соединения обсадных труб, в месте нарушения от удара буровым инструментом, зоне, пострадавшей от местной коррозии и т.п. Поскольку сложно установить перекрыватель точно на месте нарушения сплошности, то обычно применяют достаточно протяженные конструкции.
Недостатками этого устройства, выбранного в качестве ближайшего аналога, также как и других указанных выше технических решений являются:
- невозможно обеспечить плотное прижимание перекрывателя к стенкам трубы на участках с погрешностями геометрической формы труб или трубопроводов (участки стыковки труб разного диаметра, искривления, перегибы и др.);
- сложность изготовления, высокая стоимость устройства;
- большая масса перекрывателя;
- сложность конструкции выправляющего инструмента;
- наличие «концевого эффекта» (уменьшение внутреннего диаметра в результате упругих деформаций), что может вызвать проблемы с прохождением скважинного оборудования через перекрыватель.
Предлагаемое устройство позволяет устранить указанные недостатки.
Технические результаты заключаются в следующем:
- упрощение конструкции устройства для изоляции зон осложнения труб,
- повышение надежности его работы за счет обеспечения качественного сопряжения поверхности герметизирующей втулки с внутренней поверхностью труб в зоне осложнения,
- повышение функциональности втулки за счет возможности ее установки на участках с изгибами, а также на участках стыковки труб разного диаметра, а также на участках с погрешностями геометрической формы труб или трубопроводов,
- снижение материальных и трудовых затрат на изготовление, хранение и монтаж устройства.
Все указанные технические результаты обеспечиваются всей совокупностью существенных признаков заявляемого устройства.
согласно изобретению
Для этого в устройстве для изоляции зон осложнения труб, включающем трубчатый перекрыватель и выправляющий элемент, , трубчатый перекрыватель выполнен в виде расширяемой втулки из модифицированного термопластичного полимера с возможностью расширения в диаметре при нагревании до размера, превышающего внутренний диаметр трубы, наружная поверхность которой выполнена с адгезионным слоем, температура плавления которого ниже температуры плавления материала втулки, а выправляющий элемент представляет собой нагреватель, обеспечивающий нагрев втулки до температуры расширения.
В качестве нагревателя использован электрический нагреватель.
Нагреватель снабжен устройством для его опускания и подъема.
Выполнение прерывателя в виде втулки из модифицированного термопластичного полимера с возможностью расширения в диаметре при нагревании до размера, превышающего внутренний диаметр трубы, с нанесенным на ее наружную поверхность адгезивным (клеевым) слоем, температура плавления которого ниже температуры плавления материала втулки, а также использование в качестве выправляющего элемента нагревателя, в частности электронагревателя, позволяет достичь всех указанных технических результатов вследствие следующего:
- простоты конструкции втулки, представляющей собой цельный отрезок пластмассовой трубы, длина которого может быть любой, требуемой для перекрытия с некоторым запасом осложненного участка трубы (трубопровод, скважина и др.), с нанесенным покрытием на наружной поверхности, в отличие от использующихся в известных устройствах секций соединяемых между собой металлических профильных труб,
- обеспечения возможности беспрепятственного размещения втулки из расширяемого полимерного материала в зоне осложнения, поскольку исходный наружный диаметр втулки может быть существенно меньше внутреннего диаметра трубы, требующей герметизации,
- обеспечение возможности использования устройства на участках трубы любой сложности и профиля (температурные компенсаторы, угловые переходы, наличие сварных швов, стыковка разных по диаметру участков, наличие механических отложений, изменяющих диаметр и форму поперечного сечения и т.д.),
- отсутствие необходимости использования сложных выправляющих инструментов, обычно использующихся для расширения металлических труб, поскольку для перекрытия любых дефектов целостности трубы посредством втулки из расширяемого материала используется только нагреватель; при нагреве втулка расширяется и прижимается к внутренней поверхности трубы в зоне осложнения, перекрывая все дефекты целостности,
- обеспечение надежности перекрытия дефектов в зоне осложнения за счет приклеивания наружной поверхности расширяемой втулки к внутренней поверхности трубы,
- поскольку наружный диаметр втулки может быть существенно меньше внутреннего диаметра реставрируемой трубы или трубопровода, а материал обеспечивает возможность размещения втулки не только на прямых участках, но и на участках с изгибами, а также на участках стыковки труб разного диаметра, а также на участках с погрешностями геометрической формы труб или трубопроводов.
Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает достижение указанных выше технических результатов.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено схематичное изображение разреза скважины в зоне осложнений с размещенными в зоне осложнения втулкой и нагревателем (первый этап); на фиг. 2 – схематичное изображение разреза скважины в зоне осложнений с размещенными в зоне осложнения втулкой и начавшим подъем нагревателем (второй этап); на фиг.3 представлено схематичное изображение втулки.
Заявляемое устройство для изоляции зон осложнения скважинных труб, получившее сокращенное обозначение ПИП (Перекрыватель интеллектуальный полимерный), включает взаимосвязанные трубчатый перекрыватель и выправляющий элемент.
Трубчатый перекрыватель выполнен в виде терморасширяемой втулки 1 из модифицированного термопластичного полимера, например сдеформированного расширяемого модифицированного полиолефина, с возможностью расширения в диаметре при нагревании до размера, превышающего внутренний диаметр трубы 2.
Наружная поверхность втулки 1 покрыта адгезионным слоем 3, например, из композиции на основе сополимеров этилена с винилацетатом, температура плавления композиции ниже температуры плавления материала втулки 1.
Адгезионный слой 3 выполняют толщиной 150-800 мкм. Этот слой обеспечивает высокую адгезию терморасширяемой втулки 1 к герметизируемой трубе 2. При расширении терморасширяемой втулки 1 адгезионный слой 3 расплавляется и при прижатии втулки 1 к поверхности трубы 2 скважины лишний расплав адгезионной композиции 3 выдавливается. Такое соединение поверхностей втулки 1 и трубы 2 является герметичным и не требует дополнительного применения герметизирующих составов.
Втулка 1 выполнена из сдеформированного расширяемого модифицированного полиолефина, обладающего свойством «памяти формы», в частности из полиэтилена высокого давления марки ПВД-153, с коэффициентом расширения достаточным для плотного прилегания втулки 1 в расширенном состоянии к внутренней поверхности трубы 2.
Материал втулки 1 имеет способность «вспомнить» свои первоначальные размеры и форму при нагреве до температуры 170°С, при нагреве до указанной температуры может увеличиться в диаметре в 2 раза при уменьшении его длины всего в 1,5-1,7 раз.
Втулка 1 при нагреве плавно увеличиваться в диаметре до размера, по крайней мере, на 5% или более превышающего внутренний диаметр ремонтируемой трубы 2, что обеспечивает качественную герметизацию без складок и без зазоров между трубой 2 и втулкой 1, а также плотное прилегание к любым неровностям внутри трубы 2, таким как сварные швы, погрешности поверхностей, неточное соединение состыкованных труб 2 (на чертежах не показано) и т.п.
Терморасширяемая втулка 1 изготавливается в заводских условиях. Ее наружный диаметр в нерасширенном состоянии совместно с клеевым слоем 3 из адгезионного состава должен быть меньше внутреннего диаметра трубы 2, на которой следует произвести изоляцию зоны осложнения в его минимальном сечении для обеспечения свободного необходимого перемещения устройства в зону устранения дефекта.
Выправляющий элемент выполнен в виде нагревателя 4, обеспечивающего нагрев втулки 1 до температуры расширения. Можно использовать нагреватель любого вида, но наиболее удобным является электронагреватель резистивного или индукционного нагрева. Можно использовать существующие в нефтедобыче нагревательные устройства для расплавления парафиновых отложений на стенках нефтяных труб, см. например https://findpatent.ru/patent/224/2249672.html, https://rostec.ru/news/kret-nachal-proizvodstvo-nagrevateley-dlya-neftyanykh-skvazhin, https://lektsii.org/18-48811.html (наиболее подходящее решение), http://pskovgeokabel.ru/products/1_63/.
Втулка 1 и нагреватель 4 снабжены устройством для перемещения в зону осложнения. Данное устройство может представлять собой специальный трос, связывающий нагреватель 4 с подъемным механизмом, размещаемым на поверхности.
Но более удобно использовать в качестве устройства для перемещения втулки 1 и электронагревателя 4 кабель 5, обеспечивающий подачу электроэнергии в электронагреватель.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Предварительно, в зависимости от того, в каком объекте возникли осложнения, требующие изоляции, подбирается втулка 1 с необходимыми характеристиками. Длина втулки 1 должна с запасом перекрывать поврежденный участок. Наружный диаметр втулки 1 должен быть меньше внутреннего диаметра ремонтируемой трубы 2 по крайней мере на 5% для обеспечения свободного помещения втулки 1 в зону осложнения. Толщина стенки втулки 1 после ее расширения должна обеспечивать надежную герметизацию.
Наружная поверхность втулки 1 покрывается слоем адгезионного материала 3, например, из композиции на основе сополимеров этилена с винилацетатом, температура плавления которого ниже температуры плавления материала втулки 1.
Подготовленная втулка 1 и нагреватель 4 на кабеле 5 опускаются в зону осложнения трубы 2. При этом нагреватель 4 помещают в центральной части ремонтируемой трубы 2 за нижней кромкой втулки 1.
Следующий этап – постепенный подъем нагревателя 4 вдоль втулки 1. В результате повышения температуры внутри трубы 2 материал втулки 1 расширяется, прижимая наружную поверхность втулки 1 к внутренней поверхности ремонтируемого участка трубы 2. Температура плавления адгезионного слоя 3 ниже температуры плавления материала втулки 1. Обычно подбирают адгезионный материал с температурой плавления ниже температуры нагрева, при которой происходит расширение втулки 1.
На фиг 2 представлен промежуточный вариант положения нагревателя 4 в скважине. Нижняя часть втулки 1 уже расширилась, прижалась и приклеилась к внутренней стенке герметизируемой трубы 2. А выше – процесс еще не начался.
После постепенного подъема нагревателя 4 выше верхнего конца втулки 1 нагрев прекращается и нагреватель 4 извлекается из трубы 2.
Втулка 1 охлаждается до завершения процесса отверждения термопластичного материала, из которого она изготовлена. Процесс ремонта закончен. Труба 2 с герметизирующим слоем из втулки 1 может эксплуатироваться в обычном режиме.