Лифтовая теплоизолированная труба Российский патент 2004 года по МПК E21B17/00 E21B36/00 F16L59/14 

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 секции коаксиально расположенных труб, компенсаторы темперературного расширения, выполненные в виде гофрированных диафрагм, теплоизолированный материал, размещенный в кольцевом пространстве между внутренними и наружными трубами, узлы соединения труб, состоящие из муфт, соединяющих наружные трубы, центрирующих колец, являющихся в то же время компенсаторами температурного расширения, выполненные в виде гофрированных диафрагм, жестко связывающих концы внутренних и наружных труб, и уплотнений [I].

Недостатком данной термоизолированной колонны является ненадежность работы в условиях высоких температур и связанных с этим удлинений внутренних труб, из-за разрушения гофрированных диафрагм, являющихся компенсаторами температурного расширения.

Известна также теплоизолированная колонна, состоящая из секций коаксиально расположенных внутренних и наружных труб, на последних расположены компенсаторы температурного расширения, выполненные в виде гофрированных диафрагм. Между внутренними и наружными трубами размещен теплоизолированный материал. Трубы имеют узлы соединения труб, состоящие из муфт, центрирующих колец, уплотнителя. Центрирующие кольца приварены к концам внутренних и наружных труб. Наружные трубы выполнены разрезными по диаметру, а к торцам разрезов приварены гофрированные диафрагмы - компенсаторы температурного расширения таким образом, чтобы их гофры были расположены в радиальном направлении. Эти гофры могут быть биметаллическими, причем они должны быть цилиндрическими в разрезе [2].

Недостатком этого изобретения является выполнение наружной трубы разрезанной на две половинки по диаметру, что усложняет конструкцию в целом. Выполнение компенсатора температурного расширения в виде гофрированных диафрагм с разными радиусами кривизны по образующей и основаниями ухудшает условия его работы, т.к. в процессе работы такой конструкции создается неравномерное напряжение на внутренних и наружных стенках диафрагмы. Такие диафрагмы - компенсаторы температурного расширения допускают малый ход и ограниченное число рабочих циклов.

Наиболее близким техническим решением, взятым нами в качестве прототипа, является лифтовая теплоизолированная труба, включающая концентрично расположенные несущую внутреннюю трубу и кожух с теплоизолирующим материалом в кольцевом зазоре между ними, которые соединяются между собой четвертьторовыми торцевыми диафрагмами. Длина кожуха подбирается таким образом, чтобы при стыковке между собой оставался первоначальный расчетный зазор δ=2-5 мм [3].

Недостатком этого изобретения является расположение четвертьторовой диафрагмы - компенсатора температурного расширения, из-за чего затруднено крепление-сварка, особенно когда толщина стенки ее (четвертьторовой диафрагмы) менее 2 мм, т.к. здесь соединительный шов остается лобовым. Как известно, такие швы работают в сложном состоянии. Все это вместе взятое ограничивает длину хода компенсатора температурного расширения. Кроме того, в данной конструкции остается значительный неизолированный участок под соединительной муфтой, что вызывает нагрев узла соединения наружных труб, что приводит к изменению их линейных размеров и разрушению узла соединения.

Задачей изобретения является повышение надежности работы лифтовой теплоизолированной трубы в условиях средних температур и давлений при одновременном упрощении ее конструкции, в частности, уменьшении габарита по диаметру при одних и тех же диаметрах обсадной трубы скважины.

Поставленная задача в лифтовой теплоизолированной трубе, включающей связанные между собой несущие трубы и концентрично расположенные кожухи, между которыми жестко закреплены компенсаторы температурного расширения в виде четвертьторовых диафрагм, решается тем, что несущая труба является внутренней и соединение внутренних несущих труб выполнено труба в трубе, при этом внутренняя несущая труба выполнена соответственно с одной стороны с высаженным концом с внутренней конической резьбой, а с другой стороны выполнена с наружной конической резьбой, причем компенсатор температурного расширения в виде четвертьторовой диафрагмы насажен на внутреннюю несущую трубу со стороны наружной конической резьбы вогнутой частью наружу и одним концом, имеющим больший диаметр, соединен жестко встык с кожухом, а другим концом, с меньшим диаметром, соединен угловым швом с внутренней несущей трубой, при этом со стороны высаженного конца внутренней несущей трубы кожух жестко соединен с внутренней несущей трубой соединительным кольцом-диафрагмой.

Существенными отличительными признаками заявленного изобретения в сравнении с прототипом являются:

- несущая труба является внутренней и соединение внутренних несущих труб выполнено труба в трубе, при этом внутренняя несущая труба выполнена соответственно с одной стороны с высаженным концом с внутренней конической резьбой, а с другой стороны - с наружной конической резьбой;

- компенсатор температурного расширения в виде четвертьторовой диафрагмы насажен на внутреннюю несущую трубу со стороны наружной конической резьбы вогнутой частью наружу и одним концом, имеющим большой диаметр, соединен жестко встык с кожухом;

- а другим концом, с меньшим диаметром, соединен угловым швом с внутренней несущей трубой;

- со стороны высаженного конца внутренней несущей трубы кожух жестко соединен с внутренней несущей трубой соединительным кольцом-диафрагмой.

Выполнение внутренней трубы с одной стороны с высаженным концом, а с другой стороны - с наружной конической резьбой позволяет соединить внутренние несущие трубы труба в трубу, и тем самым отпадает необходимость соединения по наружному диаметру соединительной муфтой, что значительно уменьшает габарит по наружному диаметру термоизолированной трубы при одних и тех же параметрах внутренней несущей трубы и в целом упростится ее конструкция, что немаловажно при ограниченных параметрах обсадной колонны скважины.

Насадка компенсатора температурного расширения в виде четвертьторовой диафрагмы расположена на внутренней несущей трубе со стороны наружной конической резьбы вогнутой частью наружу, соединена жестко встык одним концом, имеющим больший диаметр, с кожухом, а меньшим - угловым швом с внутренней несущей трубой. Все это вместе взятое улучшает условие работы компенсатора температурного расширения (четвертьторовой диафрагмы), т.к. здесь стыковочные швы находятся в лучших условиях по сравнению с прототипом (встык и угловой, общеизвестно, что сварочные швы на растяжение работают гораздо лучше), а расположение четвертьторовой диафрагмы вогнутой частью наружу не только улучшает условие его работы, но и значительно уменьшает нетеплоизолированный участок между ними по сравнению с прототипом. Все это вместе взятое значительно увеличивает возможность сжатия и разжатия большим шагом компенсатора температурного расширения и тем самым значительно повышается надежность работы в целом теплоизолированной трубы (колонны).

Вышеуказанные 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 отличительные признаки являются новыми для специалиста в этой области знаний, 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. Испытан опытный образец в заводских условиях. Идет подготовка к испытанию опытного образца в промышленных условиях на Ярегском месторождении тяжелой нефти для закачки пара в пласт на глубину 200-300 м.

На чертеже изображена лифтовая теплоизолированная труба в разрезе.

Лифтовая теплоизолированная труба состоит из секций коаксиально расположенных внутренних несущих труб 1, кожухов 2, компенсаторов температурного расширения в виде четвертьторовой диафрагмы 3, соединительных колец-диафрагм 4. Между внутренними несущими трубами 1 и кожухами 2 размещен теплоизолирующий материал 5. Внутренняя несущая труба 1 выполнена с одной стороны с высаженным концом 6 с внутренней конической резьбой 7, а с другой стороны - с наружной конической резьбой 8. Внутренние несущие трубы 1 соединяются между собой при помощи конических резьб 7, 8 труба в трубе.

Компенсатор температурного расширения в виде четвертьторовой диафрагмы 3 насажен на внутреннюю несущую трубу 1 со стороны наружной конической резьбы 8 вогнутой частью 9 наружу и одним концом, имеющим больший диаметр, соединен жестко встык 10 с кожухом 2, а другим концом, с меньшим диаметром, соединен угловым швом 11 с внутренней несущей трубой 1.

Со стороны высаженного конца 6 внутренней несущей трубы 1 кожух 2 соединен жестко с внутренней несущей трубой 1 соединительным кольцом-диафрагмой 4.

Между торцами секций теплоизолированной трубы (колонны), т.е. между вогнутой частью 9 компенсатора температурного расширения 3 и торцом со стороны соединительно кольца-диафрагмы 4 предусмотрены теплоизолирующие фигурные 12 и обычные 13 прокладки из материала термостойкой резины. В качестве материала прокладок рекомендуется резина ИРП1226ТУ38 105182-76.

На верхнем свободном конце внутренней несущей трубы 1, верхней устьевой секции теплоизолированной лифтовой трубы приварен монтажный фланец 14.

Термоизолированная труба крепится на фланце 15 обсадной колонны 16 скважины.

Между фланцами лифтовой теплоизолированной трубы и обсадной колонной установлена прокладка 17.

Изготовление и работа лифтовой теплоизолированной трубы заключается в следующем.

Сборку лифтовой теплоизолированной трубы производят секционно в заводских условиях.

Сначала компенсатор температурного расширения четвертьторовая диафрагма 3 малым диаметром насаживают на внутреннюю несущую трубу 1 со стороны наружной конической резьбы 8 на окончании сбега ее вогнутой частью 9 наружу. При этом наружные диаметры компенсатора линейного расширения - четвертьторовой диафрагмы 3 и кожуха 2 должны совпадать. После чего компенсатор линейного расширения - четвертьторовая диафрагма 3 жестко устанавливается к внутренней несущей трубе 1.

Затем на другой конец внутренней несущей трубы 1 устанавливают и жестко закрепляют соединительное кольцо-диафрагму 4. После этого на внутреннюю несущую трубу 1 на участке между соединительным кольцом-диафрагмой 4 и компенсатором температурного расширения - четвертьторовой диафрагмой 3 наматывают чередующиеся слои теплоизолирующего материала 5 фольги и базальтового холста (на чертеже не показано). Последний наружный слой закрепляют проволочными бандажами (на чертеже не показано). Затем на внутреннюю несущую трубу 1 с компенсатором температурного расширения 3, теплоизолирующим материалом 5 и соединительным кольцом-диафрагмой 4 надевают кожух 2 и приваривают к нему компенсатор температурного расширения - четвертьторовую диафрагму 3 и под углом приваривают соединительное кольцо 4.

Полученные теплоизолированные секции труб собирают в колонну и спускают в скважину как обычные насосно-компрессорные трубы (НКТ), предварительно устанавливая между соединительными кольцами-диафрагмами 4 и компенсатором температурного расширения - четвертьторовыми диафрагмами 3 теплоизолирующие прокладки 12, 13, свинчивают труба в трубе секции теплоизолированной колонны.

При постоянном или периодическом нагнетании теплоносителя в пласт через лифтовую теплоизолированную колонну линейные размеры внутренних несущих труб 1 увеличиваются или уменьшаются, т.к. они одним кольцом связаны с кожухом 2 через соединительное кольцо-диафрагму 4 жестко, а другим ограниченно подвижно. При этом компенсаторы температурного расширения - четвертьторовые диафрагмы 3 компенсируют изменения линейных размеров внутренних несущих труб 1.

Так например, при средних температурах теплоносителя до 180-200°С, давлении Р_п = 1,6 МПа, при длине секции теплоизолированной колонны до L = 2...6 м удлинение внутренней трубы не превышает Δl=4...12 мм.

На Ярегском месторождении, где тяжелую нефть добывают шахтным способом, длина секции колонны термоизолированной лифтовой трубы не превышает L = 2-2,5 м из-за технологических возможностей шахты. Здесь и другие параметры не превышают указанных выше.

Преимущество заявленного изобретения в сравнении с прототипом кроме изложенных выше заключается в снижении материальных затрат на оборудование скважин за счет увеличения надежности, значит и долговечности службы лифтовой теплоизолированной трубы, возможность работы при повышенных температурах и давлениях. В связи с этим увеличивается также и область ее применения.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР № 857425, Е 21 В 43/00, опубл. 1979 г. (аналог).

2. Авторское свидетельство СССР № 854086, Е 21 В 43/00; Е 21 В 17/00; F 16 L 59/00, опубл. 1980 г. (аналог).

3. Патент Российской Федерации № 2065919, Е 21 В 17/00; 36/00, опубл. 1996 г. (прототип).

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. Лифтовая теплоизолированная труба содержит связанные между собой несущие трубы и концентрично расположенные кожухи, между которыми жестко закреплены компенсаторы температурного расширения в виде четвертьторовых диафрагм. Несущая труба является внутренней и соединение внутренних несущих труб выполнено труба в трубе. Внутренняя несущая труба выполнена с одной стороны с высаженным концом с внутренней конической резьбой, а с другой стороны выполнена с наружной конической резьбой. Компенсатор температурного расширения в виде четвертьторовой диафрагмы насажен на внутреннюю несущую трубу со стороны наружной конической резьбы вогнутой частью наружу и одним концом, имеющим больший диаметр, соединен жестко встык с кожухом, а другим концом, с меньшим диаметром, соединен угловым швом с внутренней несущей трубой. Со стороны высаженного конца внутренней несущей трубы кожух жестко соединен с внутренней несущей трубой соединительным кольцом-диафрагмой. Повышается надежность работы лифтовой теплоизолированной трубы. 1 ил.

Лифтовая теплоизолированная труба, содержащая связанные между собой несущие трубы и концентрично расположенные кожухи, между которыми жестко закреплены компенсаторы температурного расширения в виде четвертьторовых диафрагм, отличающаяся тем, что несущая труба является внутренней и соединение внутренних несущих труб выполнено труба в трубе, при этом внутренняя несущая труба выполнена с одной стороны с высаженным концом с внутренней конической резьбой, а с другой стороны выполнена с наружной конической резьбой, причем компенсатор температурного расширения в виде четвертьторовой диафрагмы насажен на внутреннюю несущую трубу со стороны наружной конической резьбы вогнутой частью наружу и одним концом, имеющим больший диаметр, соединен жестко встык с кожухом, а другим концом, с меньшим диаметром, соединен угловым швом с внутренней несущей трубой, при этом со стороны высаженного конца внутренней несущей трубы кожух жестко соединен с внутренней несущей трубой соединительным кольцом-диафрагмой.