ТЕРМОИЗОЛИРОВАННАЯ КОЛОННА Российский патент 1998 года по МПК E21B36/00 E21B17/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к добыче нефти и газа с применением нагнетания теплоносителя в пласт, и может быть использовано в других отраслях народного хозяйства для теплоизоляции трубопроводов.

Известна теплоизолированная колонна, включающая коаксиально расположенные трубы, между которыми размещен теплоизолирующий материал, узлы соединения внутренних труб, узлы соединения наружных труб, включающие связанные резьбой охватываемую и охватывающую части, расположенный между ними уплотнительный элемент и размещенную над ним нажимную гайку, связанную резьбой с охватывающей частью соединения [1].

Недостатком этой теплоизолированной колонны является то, что при растяжении резьбового соединения от нагрузок, вызываемых весом колонны и переменными тепловыми напряжениями, происходит уменьшение контактного усилия прижатых уплотнительных элементов, что снижает герметизацию узлов соединения.

Известна термоизолированная колонна, взятая нами в качестве прототипа, включающая коаксиально расположенные трубы, между которыми размещен теплоизолирующий материал, узлы соединения внутренних труб и узлы соединения наружных труб, включающие связанные резьбой охватываемую и охватывающую части, расположенный между ними уплотнительный элемент и размещенную над ним нажимную гайку, связанную резьбой с охватывающей частью соединения, причем охватываемые трубы в узле соединения наружных труб имеют расположенный под уплотнительным элементом наружный бурт, причем резьбовой участок узла соединения наружных труб расположен на последнем [2].

Недостатком вышеприведенной термоизолированной колонны является вероятность заедания в местах соединения секций наружных труб (при перемещении труб колонны при нагревании и остывании) в условиях высоких температур, когда температурные удлинения труб по сравнению с теплоизолированными наружными трубами становятся значительными. Из-за заедания внутри наружной трубы внутренняя труба, заклиниваясь от напряжения, сворачивается и изгибается (как пружина) и как следствие заедание приводит к разрушению наружной трубы, т.е. приводит в негодность саму колонну.

Направляющие люнеты соприкасаются с наружной трубой почти всей поверхностью по диаметру, т.е. при этом остаются разрывы (участки) неизолированные, из-за чего в этих разрывах появляются местные тепловые мосты, ухудшающие условия работы цементированной снаружи обсадной трубы.

Задачей изобретения является повышение надежности герметизации, улучшения условий сборки и скольжения.

Поставленная задача решается тем, что в термоизолированной колонне, включающей коаксиально расположенные секции наружных и внутренних труб, между которыми размещен теплоизолирующий материал, узлы соединения внутренних и наружных труб, последние из которых выполнены в виде охватывающей концы наружных труб откидной муфты-гайки и связанной с ней резьбой нажимной силовой гайки с уплотнительным элементом, размещенным между имеющими наружные бурты концами наружных труб и муфтой гайкой, размещенные между внутренними и наружными трубами направляющие люнеты, причем термоизолированная колонна состоит из верхней, промежуточной и нижней секций, при этом на внутренней трубе верхней секции установлен жестко связанный с ней кожух-плунжер, который в свою очередь жестко связан с направляющим люнетом, установленным с возможностью скольжения относительно внутренней трубы, а в промежуточной и нижней секциях термоизолированной колонны направляющие люнеты жестко связаны с внутренней трубой, при этом направляющие люнеты имеют форму равностороннего треугольника с тремя точками опирания, на вершинах которого выполнены радиальные каналы с размещением в последних скользящих плунжеров, концы которых со стороны внутренней поверхности наружной трубы имеют сферическую форму, а со стороны внутренней трубы скользящие плунжера подпружены эластичными элементами.

Поставленная задача также решается тем, что на верхней секции колонны верхний свободный конец внутренней трубы с кожухом-плунжером установлен телескопически относительно наружной трубы, жестко связанной с корпусом-колпачком, причем наружная труба установлена неподвижно на обсадной трубе.

Поставленная задача также решается тем, что скользящие плунжеры выполнены в виде шариков, при этом общий зазор между внутренней поверхностью внешней трубы и шариком составляет не более 1/4 диаметра шарика.

Существенными отличительными признаками заявленного изобретения в сравнении с прототипом являются:
термоизолированная колонна состоит из верхней, промежуточной и нижней секций, при этом на внутренней трубе верхней секции установлен жестко связанный с ней кожух-плунжер, который в свою очередь жестко связан с направляющим люнетом, установленным с возможностью скольжения относительно внутренней трубы, а в промежуточной и нижней секциях термоизолированной колонны направляющие люнеты жестко связаны с внутренней трубой;
при этом направляющие люнеты имеют форму равностороннего треугольника с тремя точками опирания, на вершинах которого выполнены радиальные каналы с размещением в последних скользящих плунжеров, концы которых со стороны внутренней поверхности наружной трубы имеют сферическую форму, а со стороны внутренней трубы скользящие плунжера подпружинены эластичными элементами;
на верхней секции колонны верхний свободный конец внутренней трубы с кожухом-плунжером установлен телескопически относительно наружной трубы, жестко связанной с корпусом-колпачком, причем наружная труба установлена неподвижно на обсадной трубе;
скользящие плунжеры выполнены в виде шариков, при этом общий зазор между внутренней поверхностью внешней трубы и шариком составляет не более 1/4 диаметра шарика.

Вышеприведенные существенные отличительные признаки нам были неизвестны из патентной и научно-технической информации и соответствуют критерию "новизна", т.е. существенные отличительные признаки являются "новыми".

Учитывая то, что вышеприведенные существенные отличительные признаки являются неочевидными для среднего специалиста в этой области знаний, то мы считаем, что изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Что же касается "промышленной применимости", то изобретение соответствует этому критерию, так как на него выполнены рабочие чертежи, вся необходимая документация и идет подготовка к изготовлению опытного образца.

На фиг. 1 - 2 представлена теплоизолированная колонна в разрезе, состоящая из трех разных секций: верхней (фиг.1), промежуточной (фиг.1, 2, 5) и нижней (на фиг.2); на фиг.3, 4 - разрез А-А на фиг.1, 2; на фиг.5 изображена промежуточная секция термоизолированной колонны.

Термоизолированная колонна состоит из трех разных секций.

Верхняя секция (фиг. 1) состоит из внутренней трубы 1 с узлом соединения, например, муфтой 2, кожуха-плунжера 3, установленного на внутренней трубе 1 и жестко связанного с ней на верхнем конце, верхнего соединительного кольца 4, приваренного к внутренней трубе 1 и кожуху-плунжеру 3, направляющего люнета 5 (фиг. 3, 4), жестко связанного с кожухом-плунжером 3 и установленного с возможностью скольжения относительно внутренней трубы 1. Направляющая люнета 5 имеет форму равностороннего треугольника с тремя точками опирания, на вершинах которого выполнены радиальные каналы с размещением в последних скользящих плунжеров 6 (6а, 6б), концы которых со стороны внутренней поверхности наружной трубы имеют сферическую форму, а со стороны внутренней трубы скользящие плунжера 6 (6а) подпружинены эластичными элементами 7. Теплоизолирующий материал 8 размещен между внутренней трубой 1, кожухом-плунжером 3 и наружной трубой 9. Наружная труба 9 (внизу) стыкуется с узлом соединения, например, на конце трубы 9 с наружным буртом 10, нажимной силовой гайкой 11, накинутой на наружную трубу 9, кольцом 12, уплотнительным элементом 13. Наружная труба 9 наверху имеет внутренний бурт 14 с проточкой для размещения в ней сальника 15. Верхний свободный конец внутренней трубы 1 с кожухом-плунжером установлен телескопически относительно наружной трубы 9, жестко связанной с корпусом-колпачком 16. Между внутренней расточкой корпуса-колпачка 16 и кожуха-плунжера размещен уплотнительный узел 17, который прижат фланцем 18. Наружная труба 9 верхним концом жестко соединена с корпусом колпачком 16 посредством фланца-стакана 19 и установлена неподвижно на обсадной трубе 20. Во фланце-стакане 19 предусмотрено дренажное отверстие 21.

Для лучшего использования изобретения целесообразно скользящие плунжеры 6 (фиг. 3) выполнить в виде шариков 6а, 6б (фиг. 4), при этом общий зазор между внутренней поверхностью внешней трубы должен составлять не более 1/4 диаметра шарика.

Промежуточная секция фиг. 1, 2, 3, 4 и 5 термоизолированной колонны состоит из внутренней трубы 22 с узлом соединения, например, с муфтой 2, наружной трубы 23 с узлом соединения, например, на концах с наружными буртами 10, откидной муфтой-гайкой 24, нажимной силовой гайкой 11, уплотнительными элементами 13, кольцами 12, направляющих люнетов 5, жестко связанных с внутренней трубой 22 на определенных расстояниях от ее концов, скользящих плунжеров 6, эластичных элементов 7 и теплоизолирующего материала 8.

Нижняя секция фиг. 2 состоит из внутренней трубы 25 с узлом соединения, например, муфтой 2, наружной трубы 26 с узлом соединения, например, на верхнем конце с наружным буртом 10, откидной муфтой-гайкой 24, кольцом 12, уплотнительным элементом 13, нижнего соединительного кольца 27, приваренного к внутренней 25 и наружной 26 трубами, направляющего люнета 5, жестко связанного с внутренней трубой 25, скользящего плунжера 6, эластичного элемента 7 и теплоизолирующего материала 8.

Контроль температуры нагнетаемого агента внутри трубы осуществляется при помощи термопары с кабелем, пропущенным через лубрикаторное устройство (отверстие 28). Термопары с кабелем на чертеже не показана. Отверстие 28 заглушено при помощи заглушки 29 и прокладки 30 (фиг.1).

Изготовление отдельных секций, сборка колонны на скважине и ее работа осуществляется следующим образом.

Сборка секций термоизолированной колонны производится в заводских условиях.

Сборка верхней секции фиг. 1.

Верхняя секция снабжена кожухом-плунжером 3, расположенным в межтрубном пространстве и жестко связанным с верхним (по схеме) концом внутренней трубы 1 и свободным - с нижним концом.

Полость, образованную между кожухом-плунжером 3 и внутренней трубой 1, заполняют теплоизоляционным материалом 8. Затем к нижнему (по схеме) концу кожуха-плунжера 3 жестко прикрепляют скользяще установленный на внутренней трубе 1 направляющий люнет 5. Общая длина кожуха-плунжера 3 определяется в зависимости от длины удлинения внутренней трубы 1 при закачке теплоносителя (пара или конденсата) в пласт: от воздействия температурного напряжения (от разницы температур внутренней 1 и наружной 9 стенкой труб), глубины скважины, т. е. от длины термоизолированной колонны, веса колонны и конструкции сальниковых уплотнений верхней секции колонны. Далее внутреннюю трубу 1 с кожухом-плунжером 3 помещают в наружную трубу 9 с фланцем-стаканом 19 и сальником 15, после чего на верхний конец (по схеме) внутренней трубы 1 устанавливают корпус-колпачок 16 с установленным и предварительно прижатым сальниковым узлом 17, и прикрепляют корпус-колпачок 16 к фланцу-стакану 19 наружной трубы 9 первой секции колонны. Герметизация межтрубного пространства, где размещается теплоизоляционный материал 8, осуществляется сальниковым узлом 17 и сальником 15. Сальниковый узел 17 размещен между внутренней проточкой корпуса-колпачка 16 и кожухом-плунжером 3 и между внутренней проточкой внутреннего бурта 14 наружной трубы 9 и кожухом-плунжером 3.

Уплотнительный узел 17 регулируется снаружи (на устье скважины) при помощи фланца 18, размещенного в полости между фланцем корпуса-колпачка 16 и фланца-стакана 19 наружной трубы 9, шпилек - с одним концом ввернутых к фланцу 18 и другим концом выдвинутых наружу через крепежные отверстия фланца корпуса-колпачка 16, и гаек, ввернутых снаружи к этим шпилькам. Выноски от этих шпилек и гаек на фиг. не показаны.

Стыковку верхней секции к опускаемой термоизолированной трубе колонны выполняют также, как и предыдущие секции колонны.

После стыковки последней (верхней) секции к опускаемым промежуточным и нижней секциям термоизолированной колонны последнюю (верхнюю) жестко крепят, повесив ее на обсадную трубу 20 на устье скважины фланцем фланца-стакана 19 наружной трубы 9.

Сборка промежуточной секции.

К концам внутренней трубы 22 секции (на определенном расстоянии от концов) жестко связывают (приваривают) направляющие люнеты 5 и на один ее конец навинчивают соединительную муфту 2 на внутреннюю трубу 22, между направляющими люнетами 5, наматывают чередующиеся слои теплоизоляционного материала 8, фольги и базальтового холста. Последний наружный слой закрепляют проволочными бандажами. После чего на наружную трубу 23 надевают последовательно с одной стороны соединительную откидную муфту-гайку 24, промежуточное кольцо 12, уплотнительный элемент 13, а с другой - силовую нажимную гайку 11, промежуточное кольцо 12 и уплотнительный элемент 13. Затем по торцам трубы 23 приваривают кольцевые бурты 10. Подготовленную таким образом внутреннюю трубу 22 с теплоизоляцией и направляющими люнетами 5 помещают во внутрь наружной трубы 23.

Для транспортировки секций на концы их надевают (навинчивают) колпачки-пробки.

Готовые термоизоляционные секции соединяют в колонну и опускают в скважину также, как и насосно-компрессорные трубы. При этом сначала соединяют внутренние трубы и на стыке двух секций, между направляющими люнетами 5, укладывают теплоизолирующий материал 8. Затем предварительно опустив наружную трубу 23 соединяют ее при помощи нажимной силовой гайки 11 с откидной муфтой-гайкой 24, размещенной на верхней части внешней трубы 23 колонны, и прижимают их плотно, герметизируя соединительный стык секции колонны. Так происходит секционная сборка промежуточных секций колонны на устье скважины.

Нижнюю секцию и прилегающую к ней промежуточную секцию соединяют на устье скважины также, как и промежуточные секции между собой.

Заявленное изобретение в сравнении с прототипом позволяет значительно повысить надежность герметизации, улучшить условия сборки и скольжения.

Использование: изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в добыче нефти и газа и в других отраслях народного хозяйства для теплоизоляции трубопроводов. Сущность изобретения: полость, образованную между плунжером и внутренней трубой, заполняют теплоизоляционным материалом, жестко прикрепляют скользяще установленный на внутренней трубе направляющий люнет, после чего внутреннюю трубу с кожухом-плунжером помещают в наружную трубу с фланцем и сальником, а на верхний конец внутренней трубы устанавливают корпус-колпачок с установленным и предварительно прижатым сальниковым устройством и прикрепляют корпус-колпачок к фланцу наружной трубы первой секции колонны, после стыковки последней секции к опускаемым промежуточной и нижней секциям термоизолированной колонны, последнюю жестко крепят, повесив ее на обсадную трубу на устье скважины фланцем наружной трубы колонны, готовые термоизолированные секции соединяют в колонну и спускают в скважину также как и насосно-компрессорные трубы, при этом сначала соединяют внутренние трубы секций и на стыке двух секций, между направляющими люнетами, укладывают теплоизолирующий материал, затем, предварительно опустив наружную трубу, соединяют ее при помощи силовой нажимной гайки с соединительной откидной муфтой, гайкой, размещенной на верхней части внешней трубы колонны, и прижимают их плотно, герметизируя соединительный стык секции колонны. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Термоизолированная колонна, включающая коаксиально расположенные секции наружных и внутренних труб, между которыми размещен теплоизолирующий материал, узлы соединения внутренних и наружных труб, последние из которых выполнены в виде охватывающей концы наружных труб, откидной муфты-гайки и связанной с ней резьбой нажимной силовой гайки с уплотнительным элементом, размещенным между имеющими наружные бурты концами наружных труб и муфтой-гайкой, размещенные между внутренними и наружными трубами направляющие люнеты, отличающаяся тем, что термоизолированная колонна состоит из верхней, промежуточной и нижней секций, при этом на внутренней трубе верхней секции установлен жестко связанный с ней кожух-плунжер, который в свою очередь жестко связан с направляющим люнетом, установленным с возможностью скольжения относительно внутренней трубы, а в промежуточной и нижней секциях термоизолированной колонны направляющие люнеты жестко связаны с внутренней трубой, при этом направляющие люнеты имеют форму равностороннего треугольника с тремя точками опирания, на вершинах которого выполнены радиальные каналы с размещением в последних скользящих плунжеров, концы которых со стороны внутренней поверхности наружной трубы имеют сферическую форму, а со стороны внутренней трубы скользящие плунжера подпружинены эластичными элементами. 2. Термоизолированная колонна по п.1, отличающаяся тем, что на верхней секции колонны верхний свободный конец внутренней трубы с кожухом-плунжером установлен телескопически относительно наружной трубы, жестко связанной с корпусом-колпачком, причем наружная труба установлена неподвижно на обсадной трубе. 3. Термоизолированная колонна по п.1, отличающаяся тем, что скользящие плунжеры выполнены в виде шариков, при этом общий зазор между внутренней поверхностью внешней трубы составляет не более 1/4 диаметра шарика.