ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННАЯ КОЛОННА
HEAT-INSULATED COLUMN

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может найти применение в строительстве и эксплуатации теплоизолированных скважин в зоне мерзлоты, а также для нагнетания теплоносителя в пласт.
Наиболее близкой к предлагаемой является теплоизолированная колонна, состоящая из соединенных муфтами однотипных секций, каждая из которых содержит соосно расположенные кожух и несущую трубу с конусно-упорной резьбой на концах для обеспечения резьбового соединения с муфтами, вакуумный клапан, установленный в несущей трубе, теплоизоляцию, которой полностью заполнено пространство между кожухом и несущей трубой, за исключением места размещения вакуумного клапана, размещенное в пространстве между кожухом и несущей трубой центрирующее кольцо, а также втулку и геттеры (см. патент РФ №2129202, кл.Е21В 17/00, 1999 г.).
Недостатком известной теплоизолированной колонны является ее низкая надежность при эксплуатации, обусловленная сложностью изготовления.
Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является устранение указанного выше недостатка, а именно повышение надежности эксплуатации теплоизолированной колонны за счет упрощения ее изготовления.
Данный технический результат достигается за счет того, что в теплоизолированной колонне, состоящей из соединенных муфтами однотипных секций, каждая из которых содержит соосно расположенные кожух и несущую трубу с конусно-упорной резьбой на концах для обеспечения резьбового соединения с муфтами, вакуумный клапан, установленный в несущей трубе, теплоизоляцию, которой полностью заполнено пространство между кожухом и несущей трубой, за исключением места размещения вакуумного клапана, размещенное в пространстве между кожухом и несущей трубой центрирующее кольцо, а также втулку и геттеры, секция имеет патрубки в виде конического раструба, приваренные торцами меньшего диаметра к торцам кожуха, а торцами большего диаметра - к внутренней поверхности торцевой части несущей трубы, муфтовый вкладыш, прижатый втулкой к внутренней поверхности патрубка и выполненный из прочного материала с низким коэффициентом теплопроводности, теплоизоляция выполнена в виде расположенных по разные стороны от плоскости центрирующего кольца двух частей, геттеры расположены в пространстве между кожухом и несущей трубой, при этом внутренний диаметр втулки равен внутреннему диаметру кожуха, в пространстве, между которым и несущей трубой создан вакуум, а также за счет того, что каждая часть теплоизоляции выполнена из теплоизолирующих блоков из открыто пористого материала в форме полого цилиндра,
Сущность изобретения поясняется на чертеже, где показан фрагмент конструкции теплоизолированной колонны, состоящей из секций теплоизолированной колонны. На чертеже обозначены несущая труба 1, теплоизолирующие блоки 2 из открыто пористого материала в форме полого цилиндра, кожух 3, геттеры 4, патрубки 5 в виде конического раструба, муфта 6, муфтовый вкладыш 7, втулка 8, вакуумный клапан 9, центрирующее кольцо 10. При этом кожух 3 и несущая труба 1 с конусно-упорной резьбой на концах расположены соосно. Вакуумный клапан 9 установлен в несущей трубе 1. Теплоизоляцией заполнено все пространство между кожухом 3 и несущей трубой 1, за исключением места размещения вакуумного клапана 9. Соединение секций теплоизолированной колонны обеспечивается муфтой 6, которая навинчивается на резьбы несущих труб 1. Патрубки 5 в виде конического раструба привариваются торцами меньшего диаметра к торцам кожуха 3 (место сварки не показано), а торцами большего диаметра - к внутренней поверхности торцевой части несущей трубы 1 (место сварки не показано). Муфтовый вкладыш 7 прижат втулкой 8 к внутренней поверхности патрубка 5 и выполнен из прочного материала с низким коэффициентом теплопроводности. Теплоизоляция выполнена в виде двух частей, расположенных по разные стороны от плоскости центрирующего кольца 10. Каждая часть теплоизоляции может быть выполнена из теплоизолирующих блоков 2 из открыто пористого материала (например, на основе супертонких базальтовых волокон типа ТЗМК / термозащитный материал кварцевый/) в форме полого цилиндра. Геттеры 4, предназначенные для поглощения остаточного газа после вакуумирования, располагаются в пространстве между кожухом 3 и несущей трубой 1. При этом геттеры 4 могут находиться между боковой поверхностью теплоизолирующих блоков 2 и внутренней поверхностью несущей трубы 1, на крайних теплоизолирующих блоках 2, а также располагаться между теплоизолирующими блоками 2. Внутренний диаметр втулки 8 равен внутреннему диаметру кожуха 3, в пространстве между которым и несущей трубой 1 создают вакуум.
Теплоизолированную колонну собирают следующим образом.
В средней части несущей трубы 1 секции теплоизолированной колонны, являющейся трубой нефтяного сортамента, высверливают откачное отверстие под вакуумный клапан 9 (см. чертеж). После этого несущую трубу 1 с этим откачным отверстием устанавливают на кожух 3, на который ранее были уже установлены центрирующее кольцо 10 и размещенные по разные стороны от него две части теплоизоляции. Каждая часть теплоизоляции может быть выполнена из теплоизолирующих блоков 2 в форме полого цилиндра из открыто пористого материала. К торцам кожуха 3 приваривают вакуумно-плотными швами (не показано) торцы меньшего диаметра патрубка 5, являющегося коническим раструбом. Торцы большего диаметра патрубка 5 приваривают к внутренней поверхности торцевой части несущей трубы 1.
В откачное отверстие несущей трубы 1 устанавливают и закрепляют в нем вакуумный клапан 9, к которому впоследствии подсоединяют устройство для вакуумирования. С помощью данного устройства в пространстве между несущей трубой 1 и кожухом 3 создают вакуум. Секцию теплоизолированной колонны прогревают до температуры, обеспечивающей активацию геттеров 4. Вакуумирование и применение теплоизолирующих блоков 2 из открыто пористого материала, составленного из супертонких базальтовых волокон, позволяют создать в пространстве между несущей трубой 1 и кожухом 3 условия, которые обеспечивают низкий коэффициент теплопроводности теплоизоляции. Секции теплоизолированной колонны соединяют между собой и опускают в скважину. В ходе сборки используют муфтовый вкладыш 7 и втулку 8. Муфтовый вкладыш 7 при этом должен соответствовать профилю соединительной муфтовой зоны теплоизолированной колонны. Его изготавливают из прочного материала (например, фторопласт) с низким коэффициентом теплопроводности, величина которого не превышает значения 0,07 Вт/м·К. Втулка 8 изготавливается из металла.
Спуск теплоизолированной колонны в скважину производится типовыми техническими средствами. На устье скважины в муфтовую зону верхнего конца секции теплоизолированной колонны устанавливают муфтовый вкладыш 7 вместе с втулкой 8, которая прижимает его к внутренней поверхности патрубка 5. К спускаемой в скважину секции теплоизолированной колонны присоединяют собранную описанным выше способом дополнительную секцию теплоизолированной колонны и известными способами привинчивают ее к муфте 6, находящейся на спускаемой секции теплоизолированной колонны (см. чертеж). Таким образом, происходит наращивание теплоизолированной колонны, которую постепенно спускают в скважину.
Пример конкретного выполнения теплоизолированной колонны.
Изготавливают теплоизолированную колонну в соответствии со следующими техническими данными: материалом несущей трубы 1 служит сталь группы прочности Д, длина несущей трубы 1-10 м, ее диаметр -168,3 мм, толщина стенки - 8,9 мм. Несущая труба 1 имеет на концах резьбу типа ОТТГ в соответствии с ГОСТ 632-80. Откачное отверстие, в котором размещается вакуумный клапан 9 в средней части несущей трубы 1, имеет диаметр 35 мм.
Кожух 3 имеет диаметр 114,3 мм и толщину стенки - 7 мм. Он выполнен из стали группы прочности Д согласно ГОСТ 633-80. Кожух 3 применяется вместе с патрубком 5, который выполнен в виде конического раструба из нержавеющей стали. Толщина его стенки равна 5 мм. Пространство между несущей трубой 1 и кожухом 3 заполнено теплоизоляцией, выполненной в виде расположенных по разные стороны от плоскости центрирующего кольца 10 двух частей. Каждая часть теплоизоляции может быть выполнена в виде теплоизолирующих блоков 2 из открыто пористого материала в форме полого цилиндра. Секция теплоизолированной колонны может быть составлена из несущей трубы 1 и кожуха 3, имеющих другие типоразмеры и диаметры.
Использование данного изобретения позволяет повысить надежность эксплуатации теплоизолированной колонны за счет упрощения ее изготовления.