УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТРУБНОЙ МУФТЫ
PROTECTION DEVICE OF CONNECTING PIPE COUPLING

Изобретение относится к изделиям из композиций полимеров ненасыщенных алифатических углеводородов, содержащих одну углерод-углеродную двойную связь, используемым в оборудовании при разработке и эксплуатации месторождений углеводородов, в частности к технологии и технике подъема продукции скважин, выполнении технологических работ в скважине, а также транспортирования продукции скважины и иных жидкостей и газа. Может использоваться в нефтегазодобывающей промышленности и в иных отраслях техники при перекачивании агрессивных жидкостей и газа под высоким давлением.
Известно устройство для защиты гладких стыков труб, а также для защиты стыков фланцевых соединений труб с внутренней стороны от воздействия агрессивных веществ, находящихся в них. Оно включает в себя втулку (одну или несколько), которые устанавливаются внутри трубы и снабжены уплотнительными устройствами, взаимодействующими с торцевыми поверхностями внутреннего защитного покрытия или внутренней футеровкой трубы. Установка втулки позволяет состыковать отдельные участки труб, не допуская воздействия перекачиваемой среды на внутреннюю поверхность, и предотвратить, таким образом, ее коррозию (US 3235291, H. кл. 285/55).
Недостатком данного устройства является сужение поперечного сечения трубопровода, сложность повторного монтажа-демонтажа стыка и необходимость при этом замены уплотнительных колец.
Известно использование полимерной муфты (RU 2389943) для изоляции неразъемных стыковых соединений труб трубопроводов в полимерной оболочке для тепловых сетей, водопроводов и нефтяных трубопроводов. Однако такая муфта недостаточно надежна.
Известно предохранительное устройство для защиты внутренней конической резьбы соединительных муфт труб нефтяного сортамента. (RU 2135882, публ. 27.08.1999) в виде предохранительной конусной втулки из вспенивающегося полимера, например из полистирола. Втулку при этом выполняют наружным диаметром, большим внутреннего диаметра защищаемой резьбы на величину, допускающую упругое сжатие материала втулки.
Наиболее близким к заявленному по технической сущности является известное из уровня техники устройство, обеспечивающее изоляцию внутренней поверхности резьбовой муфты для соединения двух труб, включающее ступенчатую втулку, имеющую средний участок с увеличенным диаметром и два боковых с меньшими наружными диаметрами, установленную между торцами труб с конической резьбой и соединенных муфтой и снабженную уплотнительными кольцами из эластомера, расположенными на участках втулки малого диаметра (US 5470111 США, Н. кл. 285/55).
Недостатком данного устройства является уменьшение проходного сечения трубопровода в зоне муфты и ненадежная работа уплотнительных колец, установленных на участке малого диаметра и взаимодействующих с уплотняемыми поверхностями по трем плоскостям. Данное устройство не обеспечивает компенсации износа конических резьб муфтового соединения при их частом свинчивании-развинчивании, что характерно для эксплуатации колонн насосно-компрессорных труб в нефтяных и газовых скважинах. Это сопровождается нарушением герметичности и проникновением агрессивной жидкости в зазор. Кроме того, установка подобных устройств требует индивидуальной подгонки их осевых размеров для каждого конкретного соединения.
Заявленное изобретение решает задачу, направленную на обеспечение изоляции внутренней поверхности соединительной муфты и торцов свинчиваемых труб, исключение попадания перекачиваемой жидкости в резьбовое коническое соединение на разных стадиях его эксплуатации при наличии механического износа резьб, обусловленного его свинчиванием и развинчиванием в процессе эксплуатации скважины, а также позволяет достичь улучшения гидравлической характеристики за счет уменьшения гидравлического сопротивления и исключения турбулизации потока жидкости в зоне стыка труб.
Технический результат, получаемый  при использовании изобретения, заключается в увеличении долговечности резьбового муфтового соединения в течение всего срока его эксплуатации за счет исключения коррозии муфты, ее резьбы и сопряженных с ней резьб труб, а также снижении потерь энергии на транспортирование продукции.
Технический результат достигается тем, что полимерное устройство для защиты соединительной трубной муфты содержит ступенчатую втулку, имеющую средний участок с увеличенным диаметром и два боковых с меньшими наружными диаметрами, установленную между торцами труб с конической резьбой и соединенных муфтой и снабженную уплотнительными кольцами из эластомера, расположенными на участках втулки малого диаметра, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительной ступенчатой втулкой, причем первая ступенчатая втулка имеет постоянный наружный диаметр и два участка с малым и большим внутренним диаметрами, а вторая ступенчатая втулка имеет постоянный внутренний диаметр и два участка с малым и большим диаметрами, причем малый внутренний диаметр первой втулки и внутренний диаметр второй втулки равны внутреннему диаметру соединяемых труб, а наружный диаметр первой втулки и больший наружный диаметр второй втулки равны внутреннему диаметру соединительной муфты «в свету», при этом первая втулка на участке большого внутреннего диаметра соединяется с участком малого наружного диаметра второй втулки с натягом, а величина возможного перемещения втулок относительно друг друга превышает перемещение торцов труб при затяжке резьбового соединения.
Кроме того, полимерное устройство характеризуется тем, что поверхности, по которым происходит взаимодействие первой и второй втулок, могут иметь спиральные кольцевые выступы и впадины полукруглого профиля, обеспечивающие их плотный контакт и не допускающие их разъединения при разборке резьбового соединения,
поверхности взаимодействия первой и второй втулок могут быть выполнены гладкими по всей длине,
одна из втулок может быть выполнена из материала, имеющего меньший модуль упругости, чем первая,
одна из втулок может быть выполнена из полиэтилена высокого давления, а другая - из полиэтилена низкого давления,
одна из втулок может быть выполнена из капрона, а другая - из полиэтилена.
На чертеже представлена конструктивная схема устройства.
Изобретение осуществляется следующим образом. Соединительная трубная муфта 1 служит для соединения двух труб 2 и 3 (например, насосно-компрессорных труб), имеющих на концах конические резьбы (фиг.1). Внутренняя поверхность труб 2 и 3 может иметь защитное покрытие, которое обеспечивает их изоляцию от воздействия агрессивной среды. Внутреннее покрытие труб может быть:
- лакокрасочным,
- эмалевым,
- стеклянным,
- эпоксидная смола.
Во внутренней полости муфты размещено две ступенчатых втулки.
н
1
2
1
1
H
1
1
вн
н
н
Первая ступенчатая втулка 4 имеет постоянный наружный диаметр D и два участка с малым d и большим d внутренними диаметрами, а вторая ступенчатая втулка 5 имеет постоянный внутренний диаметр d' и два участка с малым d' и большим D' диаметрами, причем малый внутренний диаметр первой втулки d и внутренний диаметр d второй втулки равны внутреннему диаметру соединяемых труб d а наружный диаметр первой втулки D и больший наружный диаметр D' второй втулки равны внутреннему диаметру соединительной муфты, при этом первая втулка на участке большого внутреннего диаметра соединяется с участком малого наружного диаметра второй втулки с натягом, а величина возможного перемещения втулок относительно друг друга L превышает перемещение торцов труб при затяжке резьбового соединения при максимально допустимой величине износа резьб. Одна из втулок может быть выполнена из материала, имеющего меньший модуль упругости, чем первая втулка, или одна из втулок может быть выполнена из полиэтилена высокого давления, а другая из полиэтилена низкого давления,
Поверхности 6 и 7, по которым происходит взаимодействие первой и второй 4, 5 втулок, имеют спиральные кольцевые выступы и впадины, например полукруглого профиля, обеспечивающие их плотный контакт и не допускающие их разъединения при разборке резьбового соединения, т.е. при вывинчивании одной из труб 2 (3) из муфты 1.
Вариантом исполнения конструкции является выполнение втулок 4 и 5 с гладкими поверхностями 6 и 7, по которым они взаимодействуют друг с другом, гладкие по всей длине. При этом размеры соприкасающихся поверхностей выполняются таким образом, чтобы имел место натяг.
Независимо от конструкции втулок 4 и 5 одна из втулок может быть выполнена из материала, имеющего меньший модуль упругости, чем первая.
Устройство работает следующим образом.
Перед началом сборки муфтового соединения на одну из труб, например правую 2, навинчивается муфта 1 и затягивается крутящим моментом, обеспечивающим герметичность соединения. После этого во внутреннюю полость муфты 1 устанавливаются предварительно собранные втулки 4 и 5, При этом правая втулка 5 вставлена в отверстие левой втулки 4 на глубину порядка 5-10 мм (в зависимости от диаметра втулок) так, что бы они составляли единую сборку.
При необходимости резьба предварительно смазывается смазкой или герметиком, в зависимости от условий работы резьбового соединения.
Далее в муфту 1 вворачивается труба 3. Свинчивание конических резьб состоит из двух этапов - собственно свинчивания и последующей затяжки резьбового соединения. В процессе свинчивания торец трубы 3 упирается в торец втулки 5 и перемещает ее относительно втулки 4. При этом поверхности втулок 4 и 5 скользят относительно друг друга, кольцевые выступы одной втулки взаимодействуют с впадинами другой втулки, обеспечивая создание плотного герметичного соединения. В том случае, если поверхности 6 и 7 втулок выполнены гладкими, то за счет натяга также обеспечивается герметичность зазора.
max
При затяжке резьбы происходит окончательное внедрение втулки 5 во втулку 4 и величина зазора L принимает определенное значение для имеющего место износа конических резьб. Для новых, неизношенных резьб эта величина будет L. Таким образом, подгонка осевых размеров втулок отсутствует за счет самоустановки втулок относительно друг друга.
При развинчивании резьбового соединения одна из труб вывинчивается, а втулки 4, 5 остаются в полости муфты 1 из-за сил трения. При необходимости втулки могут быть извлечены из полости муфты инструментом, захватывающим втулки за внутренний диаметр. Отделение втулок друг от друга осуществляется после их извлечения из муфты вращением относительно друг друга.
Поскольку насосно-компрессорные трубы укладываются на мостки в строгом порядке по мере подъема колонны, то при спуске их в скважину развинченная пара деталей «муфта-труба» будет опять собрана. При этом в результате износа поверхностей резьбового соединения торец трубы 3 будет расположен в муфте 1 глубже, чем при предыдущем соединении. И, таким образом, втулка 5 глубже внедрится во втулку 4, обеспечивая плотный стык с торцом трубы 3.
По мере изнашивания резьбового конического соединения труба 3 будет все глубже и глубже вворачиваться в муфту, а втулка 5 будет все глубже внедряться в отверстие втулки 4. При этом натяг на торце трубы 3 будет постоянным или по крайней мере не меньшим, чем в начальный период, и будет обеспечивать герметичность соединения.
min
При предельном износе резьбы, (эта величина определяется опытным путем исходя из опыта эксплуатации резьбовых соединений труб) величина зазора L примет минимальное значение, близкое к нулю (L=0). В течение всего срока службы резьбового соединения предлагаемое устройство будет обеспечивать изоляцию внутренней поверхности муфты и резьбы от жидкости или газа, находящегося во внутренней полости труб.
Таким образом, реализуется заявленный технический результат, заключающийся в увеличении долговечности резьбового муфтового соединения в течение всего срока его эксплуатации за счет исключения коррозии муфты, ее резьбы и сопряженных с ней резьб труб.