УСТРОЙСТВО КОНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ ЭЛАСТИЧНОГО ТРУБОПРОВОДА
END CONNECTION DEVICE OF ELASTIC PIPING

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам концевого соединения эластичного трубопровода, и может быть использовано в нефтяных и газовых скважинах в качестве насосно-компрессорных труб.
Уровень техники
Известно трубное соединение с врезным кольцом, которое предназначено для закрепления стыковочного узла на пластмассовых трубах, при этом одна труба навинчивается на резьбу штуцера, а другая - свободно в конусную расточку, между трубой и расточкой установлено обжимное кольцо с конусной поверхностью, внутрь трубы входит разжимная втулка с буртом и конусной наружной поверхностью, на внешнюю резьбу штуцера устанавливается накидная гайка, и при затягивании последняя взаимодействует с торцом кольца, которое, в свою очередь, при взаимодействии с внутренним конусом ниппеля обжимает с внешней стороны трубу, в то же время втулка опирается своим буртом в дно расточки ниппеля. Труба в этом положении зажимается между втулкой и кольцом (см. пат. Бельгии №738524, кл. F16L заявл. 08.09.1969 г., опубл. 04.04.1973 г.).
Недостатком данного трубного соединения является то, что соединение позволяет обеспечить прочность и герметичность соединения для эластичных труб, например резиновых, однородных по составу в поперечном сечении, тем не менее такое соединение имеет ограничения по восприятию осевой нагрузки. Величина осевой нагрузки напрямую зависит от прочностных характеристик материала, из которых они изготовлены.
Для гибких труб, с комбинацией нескольких конструктивных слоев из различных по своим свойствам материалов, такое соединение применять нецелесообразно, например, для оснащения глубоких газовых скважин, из-за воздействия высоких осевых нагрузок.
Известно трубное соединение, которое состоит из штуцера с наружной резьбой, упругодеформируемой втулки и накидной гайки. На трубу надевается упругодеформируемая металлическая втулка, имеющая на внутренней поверхности кольцевые буртики. При навинчивании гайки на штуцер происходит осевое сжатие втулки и ее деформация в радиальном направлении, с внедрением кольцевых буртиков в тело трубы. Тем самым обеспечивается закрепление и герметизация трубы в соединении (см. пат. Австралии №421968, кл. F16L заявл. 23.01.1970 г., опубл. 01.03.1972 г.).
Недостатком данного соединения является то, что устройство применимо для эластичных труб, выполненных из упругодеформируемого материала, однако известно, что материалы типа резины, полиэтилена, винипласта и т.д. обладают невысокой прочностью, что ограничивает область применения этих труб с данным соединительным узлом.
Известна разборная заделка рукавов высокого давления, в которой реализован принцип восприятия осевой растягивающей нагрузки при непосредственном закреплении металлической оплетки в металлических деталях концевого соединения (см. а.с. SU №1460514, МПК F16L 38/26, заявл. 22.09.1986, опубл. 23.02.1989 г., бюл. №7).
Недостатком данной разборной заделки рукавов является невысокая надежность.
Известна труба из волокнистого композиционного материала с металлическими концевыми патрубками, соединенными с ней посредством конической резьбы, при этом резьба на патрубках выполнена разного направления с профилем в виде прямолинейного участка со скругленным поднутрением, в котором расположен изогнутый по конической спирали стержень с завернутыми вокруг него на 180 град послойно волокнами композиционного материала трубы и шагом в радиальном направлении, равным толщине слоя завернутых волокон.
В трубе величина поднутрения выполнена не менее суммы размеров диаметра стержня и половины толщины слоя волокнистого материала, завернутого вокруг него.
Известен способ изготовления трубы из волокнистого композиционного материала с металлическими концевыми патрубками, включающий операции намотки слоев волокнистого материала трубы и между ними намотки по винтовой линии стекложгута с последующим отверждением в материале связующего и присоединения к концам трубы посредством конической резьбы металлических патрубков, при этом сначала на технологической оснастке-оправке раскрепляют правый и левый патрубки с расположением точек схода резьбы на одной образующей, а затем наматывают стержни в резьбовые поднутрения патрубков одновременно с волокнистым композиционным материалом трубы.
Известно устройство для изготовления трубы из волокнистого композиционного материала с металлическими концевыми патрубками, содержащее механизм подачи волокнистого материала в виде подвижных и неподвижных кареток, сменную оправку и ходовой винт, соединенные с приводом вращения, при этом оно снабжено специальными раскладчиками, связанными с подвижными каретками, которые соединены с ходовым винтом, на одной части которого выполнена правая, а на другой левая резьба (см. пат. RU №2083905, МПК F16L 23/02, опубл. 10.07.1997 г.).
Недостатком данной трубы, способа ее изготовления и устройства для его выполнения является невысокая надежность и прочность соединения.
Известно устройство, реализованное в способе закрепления металлических патрубков соединения на концах стеклопластиковой трубы, включающем намотку на оправку препрега, установку металлических патрубков соединения на концах стеклопластиковой трубы, при этом намотку препрега с содержанием растворимых продуктов не менее 80%, летучих продуктов и влаги 1,5-3% и связующего 38+2% осуществляют на оправку, нагретую до температуры, обеспечивающей эластичное состояние связующего, на образованной в результате упомянутой намотки стеклопластиковой трубе наматывают концевые бобышки тем же препрегом, нагретым до эластичного состояния связующего, до диаметра, равного внешнему диаметру заматываемой части металлических патрубков соединения, после чего охлаждают оправку с намотанным препрегом до температуры окружающей среды, протачивают внешнюю поверхность концевых бобышек под скользящую посадку внутреннего диаметра металлических патрубков соединения, на внешней поверхности концевых бобышек выполняют кольцевые канавки, на внешнюю и внутреннюю поверхности заматываемой части металлических патрубков соединения наносят клей, напрессовывают металлические патрубки соединения на концевые бобышки, после чего на внешней поверхности металлических патрубков соединения выполняют кольцевые зиги в зонах, соответствующих зонам кольцевых канавок на внешней поверхности кольцевых бобышек, заполняют упомянутые кольцевые зиги клеем и заматывают в них стеклонить заподлицо с внешней поверхностью металлических патрубков соединения, затем на внешнюю поверхность металлических патрубков соединения наматывают тот же препрег необходимой ширины, предварительно подогретый до температуры, обеспечивающей эластичное состояние связующего, после чего стеклопластиковую трубу с металлическими патрубками соединения подвергают термообработке и затем снимают с оправки (см. пат. RU №2257506, МПК F16L 13/00, опубл. 10.08.2004 г.).
Недостатком данного устройства для осуществления способа является сложность конструкции, невысокая надежность герметичности сопрягаемых деталей.
Известно устройство для соединения шланга с трубой, в котором наружная поверхность шланга плотно соприкасается с внутренней поверхностью элемента. Фиксация шланга осуществляется с помощью стопорной втулки, наклонная поверхность которой контактирует с выступом на элементе, то есть, известен принцип обжатия шланга и его герметичный обхват трубы за счет применения стопорной втулки конической формы (см. патент Великобритании №2217419, МПК F16L 33/18, опубл. 25.10.1989 г.).
Однако оснащение гибкой трубы (см. а.с. SU №942282) таким наконечником не позволит осуществить равномерное распределение осевой нагрузки по всем компонентам гибкой трубы.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятым авторами за прототип является наконечник для гибкого рукава, предназначенный для крепления рукава с металлической оплеткой, который состоит из муфты, ниппеля с наружной резьбой, упругого элемента и накидной гайки. При сборке наконечника сначала на рукав навинчивают муфту, затем в муфту ввинчивают ниппель, собранный с помощью упругого элемента и накидной гайки. Острые кромки на внутренней поверхности ниппеля врезаются с торца в тело гибкого рукава. Рукав удерживается в муфте наконечника за металлическую оплетку (см. пат. США, №3752506, НКИ 285-119, МПК F16J 39/02 «Наконечник для гибкого рукава» заявл. 18.09.1972 г., опубл. 14.08.1973 г.).
Недостатком данного наконечника является то, что по сравнению с вышеприведенными аналогами соединение позволяет воспринимать бóльшие осевые нагрузки, замыкаемые на металлическую оплетку, которая обладает большой несущей способностью. В конструкции, тем не менее, нет специфических узлов, которые непосредственно входят в силовой нагруженный контакт с металлической оплеткой, поэтому данное соединение также обладает ограничением по восприятию значительных осевых нагрузок, характерных для глубоких нефтяных и газовых скважин.
Раскрытие изобретения
Задачей предлагаемого изобретения является разработка устройства концевого соединения эластичного трубопровода, обладающего увеличением несущей способности концевого соединения эластичного трубопровода, возможностью распределения осевой растягивающей нагрузки по всем элементам конструкции трубопровода, герметизацией кольцевого зазора при установке элементов концевого соединения на эластичном трубопроводе, восприятием внутреннего и внешнего давления пластового флюида.
Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемого изобретения, сводится к увеличению несущей способности концевого соединения эластичного трубопровода, возможности распределения осевой растягивающей нагрузки по всем элементам конструкции трубопровода, герметизации кольцевого зазора при установке элементов концевого соединения на эластичном трубопроводе, восприятию внутреннего и внешнего давления пластового флюида.
Технический результат достигается с помощью устройства концевого соединения эластичного трубопровода, содержащего эластичный трубопровод, ниппель и накидную гайку с муфтой, при этом ниппель снабжен насечкой на внешней стороне, обращенной в сторону эластичного трубопровода, кольцевым выступом по внешней стороне и внутренней присоединительной резьбой, накидная гайка установлена на наружном кольцевом выступе ниппеля и снабжена наружной резьбой, а муфта выполнена с внутренним коническим участком и связана с наружной резьбой накидной гайки, причем внутри конического участка муфты с возможностью расположения в цилиндрической проточке на теле эластичного трубопровода дополнительно установлены сухари с ответной внешней конической поверхностью, снабженные внутренней насечкой с шагом нарезки, равным шагу навивки витков спиральной проволочной обмотки, и глубиной, больше диаметра проволоки на величину 0,1-0,25 мм, а на конце эластичного трубопровода, на его внешней стороне, установлен бандаж, выполненный с возможностью торцевого взаимодействия с телом ниппеля.
Краткое описание чертежа
На чертеже дано устройство концевого соединения эластичного трубопровода, общий вид.
Осуществление изобретения
Устройство концевого соединения эластичного трубопровода состоит из эластичного трубопровода, включающего внутреннюю трубу 1 со слоем нитей корда 2, спиральной проволочной обмоткой 3 и внешней трубой 4, а в осевой канал 5 внутренней трубы 1 введен нижний конец ниппеля 6, снабженного насечкой 7 на внешней стороне, обращенной в сторону эластичного трубопровода, внутренней присоединительной резьбой 8 на верхнем противоположном конце и кольцевым выступом 9 по внешней стороне, на который опирается накидная гайка 10, установленная на наружном кольцевом выступе 9 ниппеля 6, которая снабжена наружной присоединительной резьбой 11, на которую навинчена муфта 12, охватывающая внешнюю трубу 4, при этом внутри муфты 12 выполнена кольцевая проточка 13 с цилиндрическим участком 14, переходящим в конический участок 15, причем конический участок 15 муфты 12 снабжен сухарями 16 с внутренней винтовой насечкой 17, обращенной к телу внутренней трубы 1 эластичного тубопровода, а в месте расположения сухарей 16, на участке внешней трубы 4 выполнена цилиндрическая проточка (не обозначена), с освобождением витков спиральной проволочной обмотки 3 и сохранением на конце участка 18 внешней трубы 4, на котором установлен бандаж 19, выполненный с возможностью торцевого взаимодействия с телом ниппеля 6, при этом шаг внутренней винтовой насечки 17 принят равным шагу навивки витков спиральной проволочной обмотки 3 и глубиной больше, чем диаметр проволоки витков спиральной проволочной обмотки 3 на величину порядка 0,1-0,25 мм, а форма канала внутренней винтовой насечки 17 на внутренней поверхности сухарей 16 принята в виде формы неравнобокой трапеции (Описание конструкции эластичного трубопровода представлено во вкладыше журнала «Нефтяное хозяйство» 1988 г., №4, Москва, «Недра», с.40-41).
Монтаж устройства концевого соединения эластичного трубопровода осуществляют следующим образом.
На конце эластичного трубопровода, на расчетном расстоянии от торца осуществляют кольцевой надрез внешней трубы 4 и на расчетном расстоянии от этого надреза осуществляют второй надрез, это расстояние определяется от высоты сухарей 16 концевого соединения, плюс Δl=5-7 мм, продольным разрезом между кольцевыми надрезами, разрушают целостность участка внешней трубы 4 и удаляют с освобождением витков спиральной проволочной обмотки 3, на внешнюю трубу 4 наводят муфту 12 с пропуском ниже цилиндрической проточки на внешней трубе 4, на сохранившийся участок 18 внешней трубы 4 устанавливают бандаж 19 и вводят в цилиндрическую проточку на внешней трубе 4 сухари 16 с вводом во взаимодействие витков спиральной проволочной обмотки 3 с внутренними винтовыми насечками 17 на их внутренней поверхности, наводят на тело сухарей 16 муфту 12 с взаимодействием с их наружной поверхностью конической поверхности на коническом участке 15, муфту 12 резьбой наворачивают на наружную присоединительную резьбу 11 накидной гайки 10 и перемещают ее вращением вверх, при этом при взаимодействии конической поверхности конического участка 15 с ответной конической поверхностью сухарей 16 последние перемещаются в радиальном направлении к оси эластичного трубопровода с внедрением вершин насечек 17 в материал корда 2 и их прижатием к наружной поверхности внутренней трубы 1 с передачей через нее сжимающей нагрузки на тело ниппеля 6 и герметизации кольцевого зазора между внутренней поверхностью внутренней трубы 1 и наружной поверхностью ниппеля 6 в месте выполнения насечек 7.
В таком положении деталей устройства концевого соединения эластичного трубопровода возможно осуществить установку переходника (не показан) в присоединительную резьбу 8 на верхнем конце ниппеля 6 для осуществления дальнейшего монтажа с колонным фланцем фонтанной арматуры газовой скважины. Таким образом, технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения, заключается в следующем:
- увеличение несущей способности концевого соединения эластичного трубопровода;
- возможность распределения осевой растягивающей нагрузки по всем элементам конструкции эластичного трубопровода в зависимости от прочностных характеристик материала внутренней трубы, внешней полиэтиленовой оболочки, армирующего грузонесущего слоя нитей;
- возможность герметизации кольцевого зазора при установке элементов концевого соединения на эластичном трубопроводе.
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:
- увеличение несущей способности концевого соединения эластичного трубопровода;
- возможность распределения осевой растягивающей нагрузки по всем элементам конструкции эластичного трубопровода, в зависимости от прочностных характеристик материала внутренней трубы, внешней полиэтиленовой оболочки, армирующего грузонесущего слоя нитей;
- возможность герметизации кольцевого зазора при установке элементов концевого соединения на эластичном трубопроводе;
- возможность восприятия внутреннего и внешнего давления пластового флюида, при оснащении эластичными трубопроводами нефтяных и газовых скважин;
- возможность оснащения нефтяных и газовых скважин в качестве насосно-компрессорных труб при малых наружных диаметральных размерах концевого соединения и осевого канала.