Теплоизолированная труба
THERMALLY INSULATED PIPE

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к воздействию на продуктивный пласт термическими методами, а также может найти применение в других отраслях народного хозяйства, где потребуется транспортировка теплоносителя с высокой температурой и под большим давлением.
-4
-3
Известно устройство для передачи теплоносителя, включающее внутреннюю трубу с расположенной на ней многослойной экранной изоляцией, наружную трубу и муфту; внутренняя труба выполнена цельной с высаженными профилированными концами, наружная труба перед монтажом сжата вдоль оси на 9-12 мм, имеет на концах конусно-упорную резьбу и снабжена седлом и клапаном, равноудаленным от концов трубы и после герметизации седла обваренным вакуумно-плотным швом; внутренняя и наружная трубы выполнены из одного материала и по торцам обварены вакуумно-плотными швами; на многослойной экранной изоляции размещен газопоглотитель; в межтрубном пространстве создан вакуум 10 - 10 мм рт.ст., при этом муфта навернута на наружные трубы, а уплотнительная втулка снабжена канавкой и поджимает профилированные концы внутренней трубы к наружной трубе (1) (Патент РФ №2129202, Е 21 И 17/00, оп. 20.04.99 г.).
Недостатком вышеуказанного устройства является несовершенство конструкции уплотнительной втулки, изготовленной из полимерного материала, которая предусматривает при ее изготовлении заранее увеличенную длину, обеспечивающую ее сжатие при любых зазорах между торцами труб при их свинчивании, которые могут отличаться друг от друга до 10 мм. Иначе может возникнуть ситуация, когда втулка не обеспечит необходимого уплотнения. Однако, при слишком большом сжатии втулки, часть ее тела, несмотря на заполнение канавки, выполненной по центру внутренней поверхности втулки, будет выдавливаться во внутренний канал колонны, что уменьшает ее проходное сечение и может, например, стать препятствием при спусках приборов для геофизических и гидродинамических исследований скважины без подъема колоны теплоизолированных труб. Кроме этого известно, что в настоящее время эластичных полимеров, способных выдержать температуру свыше 250°С не существует, поэтому в условиях работы теплоизолированных труб выше 250°С рассматриваемая уплотнительная втулка не пригодна.
Еще одним недостатком известных теплоизолированных труб является их не ремонтно-способность в случае выхода из строя резьбы ниппеля. В этом случае приходится полностью демонтировать теплоизолированную трубу и осуществлять полный цикл ее сборки, что является очень дорогим для ремонта мероприятием.
Наиболее близкой к заявляемой теплоизоляционной трубе является устройство, включающее внутреннюю и наружную трубы, расположенные коаксиально с образованием герметизированного кольцевого пространства между ними, в нем размещена теплоизоляция и создан вакуум, на обоих концах наружной трубы нарезана резьба, на один из ее концов навинчена муфта с изолирующей вставкой, состоящей из наружной пластмассовой и внутренней металлической втулок, при этом наружная пластмассовая втулка состоит из двух элементов, один из которых содержит охватывающую, а другой охватываемую части, образующие между собой посадку с натягом, а внутренняя металлическая втулка разделена на две части, соединенные между собой резьбовым соединением, причем охватывающая резьбовая часть выполнена на конце в виде цанги.
Одним из недостатков известной теплоизоляционной трубы является сложность изготовления изолирующей вставки, Кроме этого конструкция вставки позволяет использовать только эластичные пластмассы, а это ограничивает ее применение до температуры 250°С.
Кроме этого, недостатком прототипа теплоизоляционной трубы является ее ограниченное количество ремонтов резьбы ниппеля в случае выхода ее из строя. В данном случае количество ремонтов ограничено количеством проведения подторцовок с последующим обновлением трубы. На практике таких ремонтов можно произвести не более четырех.
Сущность настоящего изобретения заключается в том, что в известной теплоизолированной трубе, включающей внутреннюю и наружную трубы, расположенных коаксиально с образованием герметизированного кольцевого пространства между ними, в нем размещена теплоизоляция и создан вакуум, внутренняя труба относительно наружной при образовании герметизированного пространства имеет предварительный осевой натяг, на обоих концах наружной трубы нарезана резьба, на один из концов ее навинчена муфта с изолирующей вставкой, отличающая тем, что внутренняя цилиндрическая поверхность внутренней трубы в местах ее герметизации с наружной трубой переходит уступом в цилиндрическую поверхность диаметром большим, чем внутренний диаметр внутренней трубы на величину не менее удвоенной толщины стенки внутренней трубы, а далее в коническую поверхность, образующая которой по отношению к продольной оси трубы находится под определенным углом, на другой конец наружной трубы навинчен переводник, имеющий на конце наружную резьбу, идентичную с резьбой наружной трубы, а изолирующая вставка выполнена в виде втулки определенной длины, на которой на определенном расстоянии от ее концов имеются цилиндрические упоры, герметично соединенные со втулкой, на каждый конец втулки до упора одет упругий герметизирующий элемент или несколько элементов, выполненных в виде цилиндрических колец с внутренним диаметром, равным наружному диаметру втулки и с наружным диаметром, равным наружному диаметру упора, а наружные поверхности каждого из упоров и герметизирующих элементов закрываются скользящими по ним обечайками, снабженными внутренними упорами и разъединенными друг от друга сжатой пружиной, находящейся на втулке между внутренними упорами обечаек при этом внутренний диаметр втулки имеет величину не менее, чем внутренний диаметр внутренней трубы, а наружный от концов до упоров равный внутреннему диаметру цилиндрической поверхности, сопряженной с конической поверхностью внутренней трубы.
На фиг. 1 показана теплоизолированная труба в сборе. На фиг. 2 показана специальная изолирующая вставка до свинчивания труб, а на фиг. 3 данное соединение - после свинчивания.
Теплоизолированная труба (фиг. 1) состоит из наружной трубы 1, внутренней трубы 2, коаксиально расположенной по отношению к наружной трубе 1 с образованием кольцевого межтрубного пространства 3, при этом соосность внутренней и наружной трубы обеспечивается центраторами 4. Наружная труба 1 соединена с внутренней трубой 2 посредством вакуумно-плотных швов 5. Цилиндрическая поверхность 6 внутренней трубы 2 в местах ее герметизации с наружной трубой переходит уступом в цилидрическую поверхность 7 диаметром большим, чем внутренний диаметр внутренней трубы 2 на величину не менее удвоенной толщины стенки внутренней трубы 2, а далее в коническую поверхность 8, образующая которой по отношению к продольной оси трубы находится под определенным углом. Внешняя поверхность внутренней трубы 2 покрыта теплоизоляцией, состоящей из теплоизолирующего материала 9 и отражающего тепловое излучение материала 10. В наружной трубе 1 размещен обратный клапан 11, через который в межтрубном пространстве 3 создается вакуум и который, после создания вакуума заваривается вакуумно-плотным швом. На каждом из концов наружной трубы 1 нарезается резьба 12. При этом на один конец трубы накручивается муфта 13 с моментом, превышающем на определенную величину момент свинчивания с другой теплоизолированной трубой, а на другой конец накручивается переводник 14 с ниппелем, имеющем идентичную резьбу с резьбой 12, с таким же увеличенным моментом, как и момент свинчивания муфты 13 с наружной трубой 1. При свинчивании теплоизолирующих труб, между муфтой 13 и переводником 14 устанавливается специальная изолирующая вставка 15.
Изолирующая вставка выполнена в виде втулки 16 определенной длины, на которой на определенном расстоянии от ее концов имеются цилиндрические упоры 17, герметично соединенные со втулкой, на каждый конец втулки до упора одет упругий герметизирующий элемент 18 или несколько элементов, выполненных в виде цилиндрических колец. Наружные поверхности каждого из упоров и герметизирующих элементов закрываются скользящими по ним обечайками 19, снабженными внутренними упорами 20 и разъединенными друг от друга пружинным элементом 21.
В процессе свинчивания теплоизолированных труб происходит осевое перемещение (сближение) их концов. Герметизирующие элементы 18 входят в коническую поверхность 8, уплотняясь между последней и наружной поверхностью втулки 16. При этом концы изолирующей вставки 15 центрируются цилиндрической поверхностью 7, а обечайки 19 смещаются вдоль упоров 17, обеспечивая замкнутое состояние герметизирующих элементов 18 по отношению к зоне низкого давления и предотвращая их выдавливание в эту зону.
Предлагаемая конструкция изолирующей вставки 15 позволяет в качестве герметизирующих элементов использовать кольца, изготовленные из листового материала, имеющего способность выдерживать высокие температуры, например, из паронита, который способен выдерживать температуру пара до 500°С. Кроме этого данная вставка рассчитана на многократное ее использование.
В настоящее время начали широко внедряться термические методы воздействия на продуктивные пласты на нефтяных месторождениях. Причем, зачастую, воздействие на одном и том же месторождении приходится проводить последовательно на нескольких скважинах. Таким образом, возникает достаточно большое количество операций, связанных с подъемом и спуском колоны теплоизолированных труб, которые сопровождаются значительными весовыми нагрузками на резьбовые части, которые соединяются при формировании колоны, что в свою очередь приводит к их износу до такого состояния, которое делает невозможным их дальнейшее использование. В этом случае возникает необходимость ремонта резьбовых соединений.
Предлагаемая конструкция термоизоляционной трубы предполагает многократный их ремонт. В случае выхода из строя резьбы в муфте 13 - муфта меняется на новую. В случае выхода из строя резьбы ниппеля в переводнике 14 переводник меняется на новый.
Преимущества предложенной теплоизоляционной трубы состоят в том, что по сравнению с другими аналогичными устройствами значительно увеличивается срок ее эффективной эксплуатации за счет малозатратных замен сменных узлов с резьбовыми соединениями, а также многократного использования изолирующих вставок, стоимость которых гораздо ниже аналогов и которые позволяют герметизировать термопроводящие внутренние трубы до температуры равной температуре использования материала, из которого изготовлены герметизирующие элементы. Например, для паронита до температуры 500°С. Кроме того, герметизирующие элементы, находясь в рабочем (сжатом) состоянии в замкнутых камерах, способны выдержать перепад давления намного больше, чем в имеющихся аналогах.