Защитный элемент межниппельного пространства

Полезная модель относится к области нефте- и газодобычи и может быть использована для снижения агрессивного воздействия продукции скважин на муфты и торцевые и резьбовые элементы ниппельной части труб.
Известен защитный элемент межниппельного пространства, включающий два кольца с чередующимися спиралевидными выступами и впадинами, дополнительно содержащий уплотнители из эластомера (WO 2013100814 А1). В известном защитном элементе одно из колец выполнено из материала с меньшим модулем упругости. Недостатком известного технического решения является длительное время его монтажа и демонтажа, а также наличие потребности в своевременной замене уплотнителей.
Известен также защитный элемент межниппельного пространства, включающий два кольца, на внутренней поверхности первого и наружной поверхности второго из которых, имеющих ответные диаметры, обеспечивающие возможность соединения колец друг с другом, выполнены рельефные элементы (RU 178620 U1). На одном кольце нанесена внешняя резьба, а другое, большее по диаметру, содержит четыре отдельных резьбовых элемента. Кольца выполнены с возможностью соединения между собой скручиванием. Недостатком известного технического решения является длительное время его монтажа и демонтажа.
Известны защитные элементы межниппельного пространства, включающие два кольца, на внутренней поверхности первого и наружной поверхности второго из которых, имеющих ответные диаметры, обеспечивающие возможность соединения колец друг с другом, выполнены рельефные элементы в виде чередующихся выступов и впадин (RU 182696 U1, RU 176211 U1). Большее кольцо имеет впадины и выступы с внутренней стороны, меньшее - с внешней стороны. Недостатком известных технических решений является то, что монтаж и демонтаж раздельных колец занимает длительное время.
Перечисленные известные технические решения обеспечивают предотвращение сквозного промыва межнипеельного пространства, однако их общий недостаток заключается в том, что они не являются цельным изделием и состоят из двух раздельных колец, что осложняет их монтаж в межниппельном пространстве.
Указанный недостаток устранен в известных защитных элементах межниппельного пространства, описанных в RU 180851 U1 и ЕА 028543 В1, которые представляют собой устройства, выполненные в виде цельного изделия, состоящего из двух колец, соединенных разрушаемыми соединительными элементами, что упрощает его монтаж в межниппельном пространстве.
Известный из RU 180851 U1 защитный элемент межниппельного пространства включает два элемента кольцевой формы, на внутренней поверхности первого и наружной поверхности второго из которых, имеющих ответные диаметры, обеспечивающие возможность соединения колец друг с другом, выполнены рельефные в виде чередующихся выступов и впадин. Данный защитный элемент межниппельного пространства обеспечивает предотвращение сквозного промыва межнипеельного пространства и представляет собой устройство, выполненное в виде цельного изделия, состоящего из двух колец, соединенных разрушаемыми соединительными элементами, что упрощает его монтаж в межниппельном пространстве. Меньший кольцевой элемент имеет выступы и впадины резьбовидной формы с внешней стороны и переменный внутренний диаметр. Больший кольцевой элемент представляет собой кольцо, имеющее два участка, расположенных напротив друг друга с ответными выступами и впадинами с внутренней стороны. Недостаток известного технического решения обусловлен переменным внутренним диаметром меньшего кольцевого элемента, представляющим собой локальное сужение магистрали, которое провоцирует образование кавитационных пузырьков, при схлопывании разрушающих трубу далее по течению потока.
Из ЕА 028543 В1 известен защитный элемент межниппельного пространства, включающий два кольца, имеющих ответные диаметры, обеспечивающие возможность соединения колец друг с другом посредством натяга. Данный защитный элемент межниппельного пространства представляет собой устройство, выполненное в виде цельного изделия, состоящего из двух колец, соединенных разрушаемыми соединительными элементами, что упрощает его монтаж в межниппельном пространстве. Рельефные элементы на поверхности колец отсутствуют, что не позволяет дискретно изменять ширину колец соответственно межниппельному расстоянию. При плотной посадке колец между собой или в случае исполнения ответных поверхностей колец без рельефа, но конусными, высока вероятность их растрескивания от излишнего давления друг на друга при уменьшении межниппельного пространства, также того, что к моменту демонтажа вставка уже будет разрушена или повреждена от взаимного давления колец. В любом случае демонтаж защитной вставки и ее извлечение из межниппельного пространства будут затруднены из-за плотной посадки колец.
Кроме того, из ЕА 028543 В1 известен также защитный элемент межниппельного пространства, включающий два кольца, на внутренней поверхности первого и наружной поверхности второго из которых, имеющих ответные диаметры, обеспечивающие возможность соединения колец друг с другом посредством натяга, выполнены рельефные элементы в виде параллельных друг другу чередующихся выступов и впадин, выполненных идущими по спирали, что обеспечивает резьбовое соединение колец в межниппельном пространстве. Данный защитный элемент обеспечивает предотвращение сквозного промыва межниппельного пространства и представляет собой устройство, выполненное в виде цельного изделия, состоящего из двух колец, соединенных разрушаемыми соединительными элементами, что упрощает его монтаж в межниппельном пространстве. Выступы и впадины покрывают внешнюю поверхность одного кольца по всей окружности и два противоположных участка внутренней поверхности другого. Недостатком устройства является сложность демонтажа соединения, обусловленная наличием выступов и впадин, идущих по спирали (т.е. резьбовых), по всей окружности поверхности одного из колец, поскольку для разъединения таких колец требуется полное развинчивание колец путем их вращения до тех пор, пока рельефные элементы не разъединятся.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по совокупности существенных признаков является известный из ЕА 028543 В1 защитный элемент межниппельного пространства, включающий два кольца, на внутренней поверхности первого и наружной поверхности второго из которых, имеющих ответные диаметры, обеспечивающие возможность соединения колец друг с другом посредством натяга, выполнены рельефные элементы в виде параллельных друг другу, ориентированных по окружности колец, чередующихся выступов и впадин (прототип).
Защитный элемент межниппельного пространства по прототипу обеспечивает предотвращение сквозного промыва межниппельного пространства и представляет собой устройство, выполненное в виде цельного изделия, состоящего из двух колец, соединенных разрушаемыми соединительными элементами, что упрощает его монтаж в межниппельном пространстве. Выступы и впадины покрывают поверхность одного кольца по всей окружности и два участка соответствующей поверхности другого. Недостатком устройства-прототипа является невозможность демонтажа соединения без разрушения колец, обусловленная наличием нерезьбовых выступов и впадин по всей окружности поверхности одного из колец.
Техническая проблема, решение которой обеспечивается при использовании предлагаемой полезной модели, состоит в создании защитного элемента межниппельного пространства, лишенного указанного недостатка.
Технический результат, обеспечиваемый предлагаемой полезной моделью, заключается в обеспечении демонтажа соединения без разрушения колец.
Указанный технический результат достигается тем, что в защитном элементе межниппельного пространства, включающем два кольца, на внутренней поверхности первого и наружной поверхности второго из которых, имеющих ответные диаметры, обеспечивающие возможность соединения колец друг с другом посредством натяга, выполнены рельефные элементы в виде параллельных друг другу, ориентированных по окружности колец, чередующихся выступов и впадин, каждая из указанных поверхностей имеет три одинаковые группы указанных рельефных элементов, расположенных по окружности кольца на равном расстоянии друг от друга, большем длины рельефного элемента.
Обеспечение демонтажа соединения без разрушения колец является следствием того, что, в отличие от прототипа, рельефные элементы на поверхностях обоих колец выполнены в виде трех одинаковых групп, расположенных по окружности кольца на равном расстоянии друг от друга, большем длины рельефного элемента, что позволяет осуществить демонтаж соединения с разъединением колец без их разрушения путем простого их поворота.
Согласно предлагаемой полезной модели защитный элемент межниппельного пространства представляет собой, как и прототип, устройство в виде цельного изделия, в котором два вышеуказанных кольца соединены технологическими точечными элементами, обеспечивающими простоту монтажа устройства в межниппельное пространство. Соединяющие технологические точечные элементы могут быть выполнены в любом виде (например в виде перемычек, которые соединяют торцы двух колец), обеспечивающем геометрическую целостность защитного элемента при монтаже в межниппельное пространство с возможностью разрушаться (отламываться) при воздействии завинчивающегося ниппеля трубы, что позволяет кольцам входить друг в друга.
Предлагаемое устройство может быть выполнено из любого термостойкого пластика, предпочтительно, для повышения его износостойкости, - из стеклонаполненного.
На фиг. 1 изображено использование устройства по предлагаемой полезной в межниппельном пространстве, ограниченном трубами 1 и 3 и муфтой 2. На фиг. 2 изображено устройство по предлагаемой полезной модели в изометрической проекции.
Осуществление полезной модели иллюстрируется следующим примером.
Защитный элемент межниппельного пространства выполнен из стеклонаполненного (30 мас. %) полифениленсульфида (конструкционный пластик отечественного производства Армотен ПФС СВ 30-1-901). Устройство представляет собой кольца 4 и 5, соединенные четырьмя технологическими точечными элементами -технологическими перемычками 10, каждая из которых имеет длину 2,0 мм и ширину 0,5 мм. Технологические перемычки 10 соединяют торцы колец 4 и 5. Технологические перемычки 10 обеспечивают геометрическую целостность защитного элемента межниппельного пространства при монтаже в межниппельное пространство, но при воздействии завинчивающегося ниппеля трубы 3 разрушаются. При этом кольца 4 и 5 дискретно перемещаются относительно друг друга в осевом направлении за счет того, что внутренняя поверхность кольца 5 и наружная поверхность кольца 4 имеют ответные диаметры, обеспечивающие возможность соединения колец друг с другом посредством натяга.
Большее кольцо 5 на внутренней поверхности имеет три группы рельефных элементов 9, каждый из которых выполнен в виде параллельных друг другу, ориентированных по окружности кольца 5 (т.е. нерезьбовых), чередующихся выступов и впадин. Меньшее кольцо 4 имеет на наружной поверхности три группы рельефных элементов 8, каждый из которых выполнен в виде параллельных друг другу, ориентированных по окружности кольца 4 (т.е. нерезьбовых), чередующихся выступов и впадин. Каждый выступ в разрезе представляет собой равнобедренный треугольник со скругленным углом, впадины имеют ответную форму. Группы рельефных элементов 8 и 9 расположены по окружности соответствующего кольца на равном расстоянии друг от друга - под углом 120° относительно друг друга. Расстояние между группами рельефных элементов больше длины рельефного элемента, в данном примере каждый рельефный элемент из групп 8 или 9 вытянут в направлении дуги окружности кольца 4 или 5 на 41°. Каждая группа рельефных элементов 8 меньшего кольца 4 находится напротив соответствующей группы рельефных элементов 9 большего кольца 5 в плоскости, перпендикулярной плоскости торцов колец. Подобная ориентация рельефных элементов, а также их количество (по три группы на каждом кольце) обеспечивают надежную дискретную фиксацию колец 4 и 5 при сжатии защитного элемента с двух сторон ниппельными торцами стальных насосно-компрессорных труб 1 и 3. Для исключения вращения колец 4 и 5 относительно друг друга предусмотрен механизм стопорения вращения по часовой стрелке 7. Механизм стопорения вращения по часовой стрелке 7 находится на меньшем кольце 4 и представляет собой буртик, который, касаясь начала каждого из выступов, проходит перпендикулярно каждому из них. Буртик имеет высоту, равную возвышению выступа над поверхностью кольца. Таким образом, выступы рельефных элементов, расположенных на большем кольце 5, упираются в буртик 7 при попытке повернуть кольца 4 и 5 друг относительно друга по часовой стрелке.
Защитный элемент межниппельного пространства устанавливают в муфте 2 с уже навинченной трубой 1. При навинчивании трубы 3 технологические перемычки 10 разрушаются и меньшее кольцо 4 начинает заходить в большее кольцо 5 благодаря тому, что внутренняя поверхность кольца 5 и наружная поверхность кольца 4 имеют ответные диаметры, обеспечивающие возможность соединения колец 4 и 5 друг с другом посредством натяга. При этом кольца 4 и 5 проскальзывают между собой по группам рельефных элементов 8 и 9 и упираются в торцы труб 1 и 3, обеспечивая механическую защиту межниппельного пространства от сквозного промыва, за счет чего увеличивается рабочий ресурс муфты и торцевых и резьбовых элементов ниппельной части труб. В случае демонтажа трубного соединения достаточно повернуть кольца 4 и 5 против часовой стрелки до упора 6 и разъединить. При этом целостность колец не нарушается.
Благодаря тому, что в случае демонтажа трубного соединения целостность колец не нарушается, при необходимости осуществить быстрый демонтаж и последующий монтаж трубного соединения, в том числе в экстренных случаях вне трубной базы, можно повторно использовать извлеченные из межниппельного пространства кольца для защиты межниппельного пространства. В этом случае достаточно соединить кольца таким образом, чтобы первый (относительно торца кольца) выступ рельефного элемента большего кольца встал во впадину (как в паз), между первыми двумя (относительно торца кольца) выступами рельефного элемента меньшего кольца. После чего соединенные кольца могут быть вставлены в межниппельное пространство.
В отличие от указанного, соединение колец в случае использования защитного элемента межниппельного пространства по прототипу является неразъемным за счет того, что одно из колец имеет рельефные элементы нерезьбового типа, выполненные по всей окружности его поверхности, в связи с чем разъединить кольца без их разрушения не представляется возможным.