СКВАЖИННЫЙ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭКРАННЫЙ МОДУЛЬ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована при эксплуатации нефтяных и газовых скважин в районах с многолетнемерзлыми породами, а также может быть применена в других отраслях для управления тепловыми потоками и при изоляции труб для транспортировки теплоносителей.
Известна теплоизолированная труба, содержащая наружную и расположенную в ней с образованием межтрубного пространства внутреннюю трубы и размещенную в межтрубном пространстве теплоизоляцию со слоем экранной изоляции, концы внутренней трубы выступают за пределы межтрубного пространства, при этом трубы связаны друг с другом посредством двух дисков, каждый из которых соединен с соответствующими торцами наружной и внутренней труб (Патент РФ №175996 U1, дата приоритета 16.10.2017, дата публикации 26.17.2017, авторы: Мамедов Н.С. оглы, Зыряев И.А., Герасимов Д.А., RU).
Недостатком аналога является отсутствие возможности управления тепловыми потоками.
Известна труба термоизолированная, включающая внутреннюю трубу с расположенной на ней многослойной экранной изоляцией, наружную трубу с конусно-упорной резьбой на концах и навернутой на один конец муфтой с уплотнителыюй втулкой, по торцам трубы обварены вакуумно-плотными швами, в межтрубном пространстве создан вакуум. На другой конец наружной трубы навернут переводник с уплотнительной втулкой. На свободных концах переводника и муфты конусно-упорная резьба выполнена с большим шагом, на внутреннюю поверхность внутренней трубы нанесено селикатно-эмалевое покрытие (Патент РФ №66401 U1, дата приоритета 21.05.2007, дата публикации 10.09.2007, автор Шакаров Сахиб Али оглы, RU).
Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности управления тепловыми потоками внутри скважины.
Известна теплоизолированная труба, предназначенная для предотвращения тепловых потерь в окружающую среду, содержащая внутреннюю и наружную трубы с теплоизоляцией между ними, по торцам трубы прочно и герметично связаны между собой упругими металлическими диафрагмами, на верхнем конце наружной трубы выполнена резьба муфты, а на нижнем - резьба ниппеля. На резьбе ниппеля навинчен сменный переводник, выполненный из материала с прочностью, превышающей прочность материала наружной и внутренней труб (Патент РФ №22500 U1, дата приоритета 12.09.2001, дата публикации 10.04.2002, авторы: Салихов З.В. и др., RU)
Недостатком известной теплоизолированной трубы является невозможность управления тепловыми потоками в скважине.
В качестве прототипа принят скважинный термоэлектрический экранный модуль, выполненный с возможностью управления тепловыми потоками внутри скважины, включающий коаксиально расположенные наружную и внутреннюю грубы с теплоизоляцией между ними, причем наружная труба выполнена из теплопроводного материала с возможностью компенсации линейных расширений. В зоне межтрубного пространства установлены термоэлектрические элементы. Концы внутренней и наружной труб смещены относительно друг друга и соединены с помощью переходника, который выполнен с возможностью подключения питания термоэлектрических элементов и соединен с установленной на нем муфтой резьбовым соединением (Патент РФ №196464 U1, дата приоритета 29.11.2019, дата публикации 02.03.2020, авторы: Кондратов П.М. и Павлова П.Л., RU, прототип).
Недостатком прототипа является низкая надежность конструкции, обусловленная наличием прерывистой наружной трубы, выполненной из проволоки, а также возможностью нарушения целостности внутренней трубы из-за наличия в ней концентраторов напряжений в виде наплавленных вставок, что в совокупности не удовлетворяет требованиям герметичности межтрубного пространства.
Технической проблемой, решаемой полезной моделью, является создание более надежной конструкции скважинного термоэлектрического экранного модуля, удовлетворяющей требованиям герметичности межтрубного пространства.
Для решения технической проблемы и достижения технического результата предложен скважинный термоэлектрический экранный модуль, включающий коаксиально расположенные наружную и внутреннюю трубы с теплоизоляцией между ними, причем наружная труба выполнена из теплопроводного материала и установлена с возможностью компенсации линейных расширений. В зоне межтрубного пространства установлены термоэлектрические элементы, предназначенные для управления тепловыми потоками внутри скважины. При этом термоэлектрические элементы установлены и зафиксированы с помощью корпусов относительно поверхности внутренней трубы с возможностью контакта с внутренней и наружной трубами через теплопроводящие элементы. Концы внутренней и наружной труб смещены относительно друг друга и соединены с одного конца с помощью переходника, который выполнен с возможностью подключения питания термоэлектрических элементов и соединен с установленной на нем муфтой резьбовым соединение, причем конец переходника удлинен для захвата гидравлическим ключом при проведении спускоподъемных операций, а концы внутренней трубы расположены выступающими за межтрубное пространство. Новым является то, что наружная труба выполнена сплошной, охватывающей теплоизоляцию в межтрубном пространстве и участки корпусов с термоэлектрическим элементами. При этом корпуса объединены в термоэлектрическую сборку, охватывающую внутреннюю трубу, причем корпус каждого термоэлектрического элемента содержит теплопроводящий сегмент с площадкой в центральной части, контактирующей с термоэлектрическим элементом, в сегмент встроено нетеплопроводное ограждение термоэлектрического элемента и установленного на нем теплопроводящего прижимного элемента, корпуса термоэлектрических элементов состыкованы сегментами вокруг внутренней трубы и зафиксированы на ней посредством скрепления теплопроводящей лентой, контактирующей с наружной трубой, а на нижнем конце наружной трубы жестко закреплено кольцо, установленное с возможностью скольжения по внутренней' трубе для компенсации линейных расширений.
Согласно полезной модели, теплоизоляция в межтрубном пространстве выполнена монтажной пеной через технологические отверстия в наружной трубе, снабженные заглушками.
На фиг. 1 схематично изображен скважинный термоэлектрический экранный модуль, общий вид, на котором частично показан продольный разрез, а также расположение термоэлектрических корпусов; на фиг. 2 изображен разрез А-А на фиг. 1, где показана термоэлектрическая сборка; на фиг. 3 изображена конструкция термоэлектрического корпуса, изометрия.
Скважинный термоэлектрический экранный модуль, изображенный на фиг. 1, содержит коаксиально расположенные наружную 1 и внутреннюю 2 трубы с теплоизоляцией 3 между ними. Наружная труба 1, как и внутренняя, выполнена сплошной из теплопроводного материала. Концы труб 1, 2 смещены относительно друг друга и соединены с одного конца с помощью переходника 4, который соединен с установленной на нем муфтой 5 резьбовым соединением, причем конец переходника удлинен для захвата гидравлическим ключом при проведении спускоподъемных операций, а концы внутренней трубы 2 расположены выступающими за межтрубное пространство с теплоизоляцией 3. На внутренней трубе 2 равномерно по высоте установлены корпуса 6 с термоэлектрическими элементами 7. При этом корпус 6 каждого термоэлектрического элемента 7 содержит теплопроводящий сегмент 8, например, полукольцо с площадкой в центральной части, контактирующей с термоэлектрическим элементом 7. В сегмент 8 встроено нетеплопроводное ограждение 9 термоэлектрического элемента 7 и установленного на нем теплопроводящего прижимного элемента 10 (фиг. 2, фиг. 3). Корпуса 6 термоэлектрических элементов состыкованы сегментами, в частности полукольцами 8, вокруг внутренней трубы 2 и зафиксированы на ней посредством скрепления теплопроводящей, например металлической лентой 11, контактирующей с наружной трубой 1 (фиг. 2). При этом объединенные корпуса 6 образуют термоэлектрическую сборку, охватывающую внутреннюю трубу 2. На нижнем конце наружной трубы 1 жестко закреплено кольцо 12, установленное с возможностью скольжения по внутренней трубе 2 для компенсации линейных расширений. Кроме того, на наружной трубе выполнены технологические отверстия 13 с заглушками, предназначенные для введения в межтрубное пространство монтажной пены, используемой в качестве теплоизоляции 3, а через переходник 4, межтрубное пространство и термоэлектрические сборки пропущены провода 14, соединенные с кабельным разъемом для подвода питания к корпусам 6 термоэлектрических сборок.
Заявляемый скважинный термоэлектрический экранный модуль изготавливают следующим образом.
На внутреннюю трубу 2 устанавливают корпуса 6 с термоэлектрическими элементами 7 и жестко фиксируют их вокруг трубы 2 с помощью теплопроводящих лент 11 так, чтобы не было смещения, перекосов и нависания, образуя при этом термоэлектрические сборки корпусов 6 с равномерным расположением их но поверхности трубы. На верхний конец внутренней трубы 2 устанавливают на резьбе переходник 4 с удлиненной площадкой для захвата его ключом и с навинченной муфтой 5. Далее монтируют электрические провода 14, пропуская их через термоэлектрические сборки корпусов 6, межтрубное пространство и переходник 4. Относительно внутренней трубы монтируют наружную трубу 1. На нижнем конце наружной трубы 1 устанавливают металлическое кольцо 12 с возможностью его перемещения по внутренней трубе 2. Далее через технологические отверстия 13 на наружной трубе в межтрубное пространство закачивают монтажную пену 3, обеспечивая жесткое крепление всей конструкции скважинного термоэлектрического экранного модуля. Технологические отверстия в конце изготовления закупоривают заглушками или сваркой.
Достигаемый полезной моделью технический результат заключается в повышении надежности скважинного термоэлектрического экранного модуля, удовлетворяющего требованиям герметичности межтрубного пространства и обеспечивающего сохранение целостности внутренней трубы за счет усовершенствования конструкций наружной трубы и корпусов с термоэлектрическими элелементами.