ТЕРМОИЗОЛИРОВАННАЯ КОЛОННА Российский патент 1997 года по МПК E21B17/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к узлам соединения труб в термоизолированной колонне, которая может быть использована при добыче нефти с применением нагнетания теплоносителя в пласт.

Известна термоизолированная колонна, включающая коаксиально расположенные трубы, между которыми размещен теплоизолирующий материал, жесткие переводники, соединяющие внутренние трубы с наружными и узлы соединения, включающие в себя муфту с трапецеидальной резьбой. Герметизация соединения осуществляется с помощью стального кольца, размещенного между торцевыми поверхностями переводников (см. Бобровский В.В. и др. Конструкция теплоизолированных НКТ для нагнетания теплоносителя в нефтяные пласты. РНТС Машины и нефтяное оборудование. ВНИИОЭНГ, 1979, N 6).

Недостатком этой конструкции является то, что соединительная муфта наружных труб не теплоизолирована от внутренней трубы и сильно нагревается, что значительно уменьшает прочность и надежность соединения секций колонны. Кроме того, за счет высоких страгивающих нагрузок от веса колонны и температурных напряжений происходит удлинение в резьбовом соединении соединительной муфты с наружной трубой и возникает возможность разгерметизации резьбового соединения и стального уплотнительного кольца, что приводит к выходу колонны из строя. Таким образом, в известном решении при расслаблении резьбового соединения наружных труб и муфт за счет возникновения остаточных деформаций, вызываемых весом колонны и переменными тепловыми напряжениями, происходит уменьшение контактного усилия прижатия уплотнительных элементов (стального кольца между трубами), что снижает надежность герметизации узла соединения труб.

Известна также термоизолированная колонна, включающая коаксиально расположенные трубы, между которыми размещен теплоизолирующий материал, узлы соединения внутренних труб и узлы соединения наружных труб, включающие связанные резьбой охватываемую охватывающую части, расположенный между ними уплотнительный элемент и размещенную над ним нажимную гайку, связанную резьбой с охватывающей частью соединения (см. а.с. СССР N 926224, кл. E 21 B 17/00, E 21 B 36/00, F 16 L 59/00, опубл. 10.11.79 г.).

Недостаток этой конструкции заключается в том, что при растяжении резьбового соединения от нагрузок, вызываемых весом колонны и переменными тепловыми напряжениями происходит уменьшение контактного усилия прижатия уплотнительных элементов, что снижает герметизацию узлов соединения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является термоизолированная колонна, состоящая из секций коаксиально расположенных внутренних труб с соединительной муфтой и наружных труб, между которыми размещен теплоизолирующий материл и направляющие люнеты.

Узлы соединения наружных труб выполнены следующим образом.

Охватываемая часть трубы выполнена с наружным буртом с резьбой. Охватывающая часть наружной трубы выполнена с внутренней расточкой и резьбой. В кольцевой камере, образованной внутренней проточкой охватывающей трубы и наружной поверхностью охватываемой трубы, между ее (охватываемой трубы) наружным буртом и кольцом с прижимной гайкой, расположен уплотнительный элемент. Стыковка наружных труб производится резьбовым соединением, выполненным на концах труб, охватываемой наружной резьбой, а охватывающий - внутренней резьбой (см. а. с. СССР N 950896, кл. E 21 B 17/00, F 16 L 59/00, опубл. 25.08.82 г.).

Недостатком технического решения по прототипу является то, что выполнение охватывающей нижней трубы с внутренней проточной и соединительной резьбой и верхней трубы соединительной резьбой, с одной стороны усложняет конструкцию самой трубы, значит и самой колонны, а с другой значительно затрудняет монтаж секции колонны в промышленных условиях, так как при соединении секции наружной трубы к опускаемой в скважину колонне в промысловых требуется точная центровка ее, либо завернуть секцию трубы к нижней трубе колонны невозможно, так как нет люфта между соединительными частями узла присоединения.

Задачей изобретения является упрощение конструкции улучшение условий монтажа в промысловых условиях при одновременном повышении надежности герметизации соединения.2 Поставленная задача решается тем, что в термоизолированной колонне, включающей коаксиально расположенные трубы, между которыми размещен теплоизолирующий материал и направляющие люнеты, узлы соединения внутренних труб и узлы соединения наружных труб, верхняя из которых имеет наружный бурт и охватывается замком узла соединения с размещением в полости, образованной между верхней трубой и замком, связанной резьбой с последним, нажимной гайки и уплотнительного элемента, расположенного между упорным торцем нажимной гайки и наружным буртом верхней наружной трубы, при этом нижняя наружная труба выполнена с наружным буртом идентичным наружному бурту верхней наружной трубы, а замок узла соединения наружных труб выполнен в виде соединительной муфты-гайки с внутренним выступом и расточкой с возможностью размещения в ней наружного бурта нижней трубы и уплотнительного элемента, расположенного между внутренним выступом соединительной муфты-гайки и наружным буртом нижней наружной трубы.

Существенными отличиями заявленного изобретения являются следующие:
нижняя наружная труба выполнена с наружным буртом идентичным наружному бурту верхней наружной трубы, т.е. нижняя наружная труба имеет наружный бурт под уплотнительный элемент;
на нижнюю трубу с буртом установлена соединительная муфта-гайка с внутренним выступом и расточкой с возможностью размещения в ней наружного бурта нижней наружной трубы и уплотнительного элемента, расположенного между внутренним выступом соединительной муфты-гайки и наружным буртом нижней наружной трубы.

Вышеперечисленные существенные отличия нам были неизвестны из патентной и научно-технической информации. В совокупности с известными позволяют решить поставленную задачу. В связи с этим считаем, что заявленное нами техническое решение является новым.

Заявленное техническое решение соответствует критерию "Изобретательский уровень", так как является не очевидным для специалиста данной отрасли, а именно нефтяной и газовой промышленности.

Заявленное техническое решение является "промышленно применимым", так как на него выполнены рабочие чертежи, а внедрение его не представляет никаких осложнений.

На чертеже изображена термоизолированная колонна, разрез. Термоизолированная колонна состоит из секций коаксиально расположенных внутренних труб 1 с соединительной муфтой 2 и наружных труб 3, между которыми размещен теплоизолирующий материал 4 и направляющие люнеты 5. Теплоизолирующий материал выполнен из чередующихся базальтового холста и алюминиевой фольги. Направляющие люнеты выполнены в виде колец и жестко прикреплены к одной из труб в каждой секции колонны.

Узел соединения наружных труб выполнен следующим образом.

Охватываемые трубы 3 в узле соединения наружных труб имеют расположенные под уплотнительными элементами наружные бурты 6. На нижнюю трубу (по схеме) 3 установлена соединительная муфта-гайка 7 с расточкой 8 и резьбой 9. На верхнюю трубу (по схеме) 3 установлена нажимная гайка 10, связанная с внутренней резьбой соединительной муфты-гайки 7. Между буртами 6 труб 3 и упорным кольцом 11 нажимной гайки 10, а также внутренним выступом 12 соединительной муфты-гайки 7 установлены уплотнительные элементы 13 и промежуточные кольца 14.

Уплотнительные элементы могут быть изготовлены, например, из термостойкой резины ИРП 1226 ТУ 38 1051082-76.

Изготовление и работа термоизолированной колонны заключается в следующем.

Сборку секций термоизолированной колонны производят в заводских условиях. К концам внутренней трубы 1 секции приваривают направляющие люнеты 5 и на один конец навинчивают соединительную муфту 2. На внутреннюю трубу 1 между направляющими люнетами 5 наматывают чередующиеся слои теплоизолирующего материала 4, фольги и базальтового холста. Последний наружный слой закрепляют проволочными бандажами. После чего на наружную трубу 3 надевают последовательно с одной стороны соединительную муфту-гайку 7, промежуточное кольцо 14, уплотнительный элемент 13, а с другой нажимную гайку 10, промежуточное кольцо 14 и уплотнительный элемент 13. Затем по торцам трубы 3 приваривают концевые бурты 6.

Подготовленную таким образом наружную трубу 3 надевают на внутреннюю трубу 1 с теплоизоляцией. Для транспортировки секций на концы их надевают колпачки (пробки).

Полученные термоизолирующие секции собирают в колонну и опускают в скважину как насосно-компрессорные трубы. При этом сначала соединяют внутренние трубы секций и на стыке двух секций, между направляющими люнетами 5, укладывают теплоизолирующий материал 4. Затем предварительно опустив наружную трубу 3 соединяют ее при помощи нажимной гайки 10 с соединительной муфтой-гайкой 7, установленной на верхней части наружной трубы колонны, и прижимают их плотно герметизируя соединительный стык секций колонны. Так происходит секционная сборка на устье скважины.

При постоянном или периодическом нагнетании теплоносителя в пласт через термоизолированную колонну линейные размеры внутренних и наружных труб увеличиваются или уменьшаются, но при этом уплотнительные элементы 13, размещенные в кольцевых камерах, между наружными поверхностями наружной трубы 6 (3) и внутренней проточкой 8 соединительной муфтой-гайкой 7, упорных частей буртов труб 6, промежуточных колец 14, находящих перед упорными поверхностями 11, 12 внутренней проточки соединительной муфты-гайки 7 и нажимной гайки 10, остаются постоянно прижатыми за счет собственного веса колонны. Так как один (верхний по схеме) конец внутренней термоизолированной трубы 1 остается свободным, другой конец жестко прикреплен к нижней секции наружной трубы. При этом собственный вес колонны остается намного больше, чем усилия силы трения в сальниковом уплотнительном узле телескопично выполненной внутренней трубы 1 (относительно наружной трубы 3) на последней секции на устье скважины.

Другие секции, в том числе и верхний телескопично выполненный узел секции условно не показаны на фиг.

Заявленная нами термоизолированная колонна позволяет в сравнении с прототипом значительно упростить монтаж самой колонны в промысловых (промышленных) условиях. При этом при монтаже секции труб под скважиной не требуется точной центровки ее относительно нижней опускаемой в скважину колонны, так как нажимная гайка 10 выполнена с необходимым люфтом (зазором) между трубой 3 и гайкой 10, свободно вращающейся вокруг наружной трубы 3, поэтому ее легко и свободно ввернуть в резьбу соединительной муфты-гайки 7. Таким образом без особой центровки секция трубы стыкуется герметично с опускаемой колонной.

Использование: изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к узлам соединения труб в термоизолированной колонне, которая может быть использована при добыче нефти с применением нагнетания теплоносителя в пласт. Сущность изобретения: теплоизолированная колонна состоит из секций коаксиально расположенных внутренних труб с соединительной муфтой и наружных труб между которыми размещен теплоизолирующий материал и направляющие люнеты. Теплоизолирующий материал выполнен из чередующийся базальтового холста и алюминиевой фольги. Направляющие люнеты выполнены в виде колец и жестко прикреплены к одной из труб в каждой секции колонны. Охватываемые трубы в узле соединения наружных труб имеют расположенные под уплотнительными элементами наружные бурты. На нижнюю трубу установлена соединительная муфта-гайка с расточкой и резьбой. На верхнюю трубу установлена нажимная гайка, связанная с внутренней резьбой соединительной муфты-гайки. Между бортами труб и упорным торцом нажимной гайки, а также внутренним выступом соединительной муфты-гайки установлены уплотнительные элементы и промежуточные кольца. 1 ил.

Термоизолированная колонна, включающая коаксиально расположенные трубы, между которыми размещен теплоизолирующий материал и направляющие люнеты, узлы соединения внутренних труб и узлы соединения наружных труб, верхняя из которых имеет наружный бурт и охватывается замком узла соединения с размещением в полости, образованной между верхней наружной трубой и замком, связанной резьбой с последним, нажимной гайки и уплотнительного элемента, расположенного между упорным торцом нажимной гайки и наружным буртом верхней трубы, отличающаяся тем, что нижняя наружная труба выполнена с наружным буртом, идентичным наружному бурту верхней наружной трубы, а замок узла соединения наружных труб выполнен в виде соединительной муфты-гайки с внутренним выступом и расточкой с возможностью размещения в ней нapужнoгo бурта наружной трубы и уплотнительного элемента, расположенного между внутренним выступом соединительной муфты-гайки, и наружным буртом нижней наружной трубы.