УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОТЕКТОРНОГО КРЕПЛЕНИЯ ГИБКОГО ДЛИННОМЕРНОГО ИЗДЕЛИЯ НА КОЛОННЕ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ В ОБЛАСТИ МУФТЫ, СОЕДИНЯЮЩЕЙ ТРУБЫ КОЛОННЫ Российский патент 2018 года по МПК E21B17/10 F16L3/01 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к буровой технике, а именно, к средствам крепления гибкого длинномерного изделия (а именно: геофизического кабеля или кабеля питания электропогружной установки в процессе спускоподъёмных операций при ремонте скважин, капиллярных систем для дозирования химических реагентов в скважины, греющей линии) к насосно-компрессорным трубам (НКТ) в области муфтового соединения труб.

Уровень техники

Известно устройство для крепления силового кабеля к НКТ, содержащее цельнолитой корпус с продольным П-образным пазом для укладки кабеля питания электродвигателя, окна для фиксации устройства на верхнем и нижнем торцах муфты, выполненные на высоте не менее высоты муфты, и стяжки, соединяющие верхнюю и нижнюю части корпуса, при этом корпус снабжён верхней и нижней крышками, каждая из которых укреплена на шарнире и имеет винт для крепления к соответствующему резьбовому отверстию верхней и нижней частей корпуса, причём соотношение высоты окна и ширины крышки превышает 2:1 (Патент RU № 2108439 С1, МПК E21B17/00, опубликовано 10.04.1998).

Признаки известного устройства, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в наличии цельнолитого корпуса с пазом для укладки кабеля и соединённых с корпусом фиксирующих элементов для закрепления устройства на НКТ в области муфты.

Причина, препятствующая получению в известном устройстве технического результата, который обеспечивается заявленным изобретением, заключается в том, что фиксирующие элементы выполнены в виде верхней и нижней крышек, каждая из которых укреплена на шарнире и имеет винт для крепления к соответствующему резьбовому отверстию верхней и нижней частей корпуса. Это усложняет устройство и технологию его использования, создаёт возможность разрушения узлов крепления крышек и винтов вследствие контакта элементов устройства со стенками и стыками эксплуатационных труб при спускоподъёмных операциях. При этом возникающие значительные ударные нагрузки могут достигать предельных величин для отдельных узлов, в особенности узлов крепления крышек к корпусу и винтов, что может привести к разрушению устройства и созданию аварийной ситуации. Устройство также имеет значительное поперечное сечение, что уменьшает свободное сечение скважины и затрудняет переток скважинной жидкости при спускоподъёмных операциях.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является протектор крепления кабеля к НКТ, который содержит корпус, выполненный как одно целое с кабельным каналом, и фиксирующие элементы, расположенные сверху и снизу корпуса, закрепляющие устройство на муфтовом соединении трубы, при этом корпус выполнен в виде П-образного профиля, вертикальные образующие которого разведены под углом в стороны и опираются на боковую поверхность трубы, кроме того, на них выполнены вырезы под муфту, а высота кабельного канала по краям корпуса и напротив муфты равна размеру кабеля и увеличивается с двух сторон корпуса в сторону муфты, фиксирующие элементы выполнены в виде металлической ленты, проходящей через прямоугольные отверстия, выполненные в корпусе, длина выреза под муфту на вертикальных образующих профиля больше длины муфты, вертикальные образующие П-образного профиля разведены в стороны под углом от 5° до 15°, а края прямоугольных отверстий, через которые проходит металлическая лента крепления протектора на трубе, скруглены (Патент RU № 166515 U1, МПК E21B 17/00, E21B 17/10, F16L 3/01, опубликовано 27.11.2016).

Признаки известного протектора, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в том, что известный протектор содержит корпус, выполненный как одно целое с каналом для размещения гибкого длинномерного изделия, и соединённые с корпусом фиксирующие элементы, выполненные в виде металлических лент и предназначенные для закрепления устройства на трубах в области муфты.

Причина, препятствующая получению в известном протекторе технического результата, который обеспечивается заявленным изобретением, заключается в том, что корпус выполнен в виде П-образного профиля, вертикальные образующие которого разведены под углом в стороны и опираются на боковую поверхность трубы своим краями (а не плоскостями, что существенно ограничивает площадь контакта); в наличии в корпусе вырезов под муфту, усложняющих технологию изготовления протектора и его использования; а также в том, что металлические ленты фиксирующих элементов соединены с корпусом так, что в корпусе выполнены прямоугольные отверстия, через которые проходят эти ленты, что также усложняет технологию изготовления и использования известного протектора.

Выполнение корпуса П-образным в поперечном сечении существенно ограничивает площадь контакта корпуса с поверхностями труб, так как этот контакт осуществляется только по кромке П-образного профиля, при этом, кроме того, указанная П-образная форма поперечного сечения канала делает его объём неоптимальным для расположения кабеля или капиллярной трубки, так как последние имеют в поперечном сечении круглую форму, не соответствующую указанной П-образной форме.

Техническая проблема, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в необходимости повышения надёжности крепления гибкого длинномерного изделия к НКТ в области муфтового соединения, в необходимости упрощения технологии этого крепления, в необходимости упрощения конструкции устройства.

Раскрытие сущности изобретения

Технический результат, опосредствующий решение указанной технической проблемы, заключается в увеличении площади прилегания корпуса устройства к поверхности трубы, что повышает надежность фиксации гибкого длинномерного изделия на колонне НКТ в области их муфтового соединения; в исключении на корпусе выреза под муфту при сохранении возможности обхода корпусом этой муфты, что упрощает технологию изготовления устройства и его применения; в повышении прочности соединения металлических лент фиксирующих элементов с корпусом устройства.

Достигается технический результат тем, что устройство для протекторного крепления гибкого длинномерного изделия на колонне насосно-компрессорных труб в области муфты, соединяющей трубы колонны, содержит корпус, выполненный как одно целое с каналом для размещения гибкого длинномерного изделия, и соединенные с корпусом фиксирующие элементы, выполненные в виде металлических лент и предназначенные для закрепления устройства на трубах в области муфты, при этом корпус выполнен из металла в виде монолитной длинномерной пространственной фигуры, образованной пятью сопряженными по образующим цилиндрами, два из которых являются концевыми цилиндрами, к ним приварены металлические ленты фиксирующих элементов, а их образующие расположены на общих для них прямых, параллельных оси насосно-компрессорных труб в рабочем положении устройства, другой цилиндр из указанных пяти является муфтовым цилиндром, он расположен в середине корпуса, а его образующие расположены параллельно образующим концевых цилиндров со смещением относительно образующих концевых цилиндров, обусловленным радиусом муфты, и сопряжены с образующими концевых цилиндров посредством двух переходных цилиндров с наклонными относительно концевых цилиндров образующими, при этом направляющая каждого цилиндра корпуса представляет собой фигуру, включающую дугу, определяющую форму поперечного сечения канала для размещения гибкого 5

длинномерного изделия, и два сопряженных с соответствующими концами этой дуги отрезка, определяющих плоскости прилегания корпуса устройства к поверхности трубы, так что каждый из указанных отрезков образует наружный тупой угол с отрезком условной прямой, являющимся хордой указанной дуги.

Новые признаки технического решения по заявленному изобретению заключаются в том, что корпус выполнен в виде монолитной пространственной фигуры, образованной пятью сопряженными по образующим цилиндрами, два из которых являются концевыми цилиндрами, к ним приварены металлические ленты фиксирующих элементов, а их образующие расположены на общих для них прямых, параллельных оси насосно-компрессорных труб в рабочем положении устройства, другой цилиндр из указанных пяти является муфтовым цилиндром, он расположен в середине корпуса, а его образующие расположены параллельно образующим концевых цилиндров со смещением относительно образующих концевых цилиндров, обусловленным радиусом муфты, и сопряжены с образующими концевых цилиндров посредством двух переходных цилиндров с наклонными относительно концевых цилиндров образующими, при этом направляющая каждого цилиндра корпуса представляет собой фигуру, включающую дугу, определяющую форму поперечного сечения канала для размещения гибкого длинномерного изделия, и два сопряженных с соответствующими концами этой дуги отрезка, определяющих плоскости прилегания корпуса устройства к поверхности трубы, так что каждый из указанных отрезков образует наружный тупой угол с отрезком условной прямой, являющимся хордой указанной дуги.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематически показано заявленное устройство; на фиг. 2 - фотография заявленного устройства; на фиг. 3 схематично показан корпус устройства; на фиг. 4 схематично показана направляющая каждого цилиндра корпуса устройства; на фиг. 5 схематично показан фиксирующий элемент; на фиг. 6 - вид А-А на фиг. 5.

Осуществление изобретения

Устройство для протекторного крепления гибкого длинномерного изделия на колонне насосно-компрессорных труб в области муфты, соединяющей трубы колонны (фиг. 1,2), содержит корпус 1 и соединённые с корпусом фиксирующие элементы 2, 3, предназначенные для закрепления устройства на трубах в области муфты (трубы и муфты не показаны).

Корпус 1 представляет собой выполненную из металла жёсткую длинномерную (монолитную) конструкцию, образованную пятью сопряжёнными по образующим цилиндрами 4, 5, 6, 7, 8, при этом области сопряжения образующих этих цилиндров представляют собой соответствующие изгибы корпуса 9, 10, 11, 12 (фиг. 2, 3). Цилиндры 4 и 8 являются концевыми, их образующие расположены на общих для них прямых, параллельных оси смежных насосно-компрессорных труб в рабочем положении устройства. В рабочем положении устройства концевые цилиндры 4 и 8 непосредственно прилегают к наружным боковым поверхностям сопряжённых труб колонны насосно-компрессорных труб. Корпус 1, кроме того, включает муфтовый цилиндр 6, который в рабочем положении устройства непосредственно прилегает к наружной боковой поверхности муфты, соединяющей смежные трубы колонны насосно-компрессорных труб. Образующие муфтового цилиндра 6 расположены параллельно образующим концевых цилиндров 4 и 8, но со смещением относительно образующих концевых цилиндров 4 и 8. Это смещение обусловлено тем, что наружный радиус муфты превышает наружный радиус соответствующих смежных труб колонны насосно-компрессорных труб. Корпус 1, кроме того включает два переходных цилиндра 5 и 7 с наклонными относительно концевых цилиндров (а также муфтового цилиндра) образующими. Эти цилиндры (5 и 7) осуществляют сопряжение концов образующих муфтового цилиндра 6 с соответствующими концами образующих концевых цилиндров 4 и 8. Такое расположение цилиндров обусловливает наличие изгибов 9, 10, 11, 12 продольной оси корпуса 1, создающих возможность необходимого «обхода» муфты.

Все цилиндры корпуса 1 имеют одинаковые направляющие, каждая из которых представляет собой фигуру, включающую дугу 13 и два сопряжённых с концами 14 и 15 этой дуги отрезка 16 и 17 (фиг. 4). При этом каждый отрезок 16 и 17 расположен так, что образует наружный тупой угол ϕ с отрезком условной прямой 18, являющимся хордой дуги 13. Дуга 13 определяет наиболее подходящую форму поперечного сечения канала для размещения в корпусе 1 гибкого длинномерного изделия, а отрезки 16 и 17, расположенные под указанным углом ϕ к хорде 18, определяют плоскости максимального прилегания корпуса 1 к наружной поверхности смежных труб и соответствующей муфты колонны насосно-компрессорных труб. Указанное прилегание обеспечивают фиксирующие элементы 2 и 3.

Каждый фиксирующий элемент 2 и 3 содержит металлическую ленту 19, соединённую посредством сварки с соответствующим цилиндром 4 (или 8) корпуса 1, и соединённую с лентой металлическую рамку 20 (фиг. 1, 2, 5, 6). Рамка 20 содержит две продольные стороны 21, ориентированные вдоль ленты 19, и две поперечные стороны 22, ориентированные поперёк ленты 19 (фиг. 5 и 6).

Рамка 20 выполнена в форме цилиндрической поверхности, так что каждая её поперечная сторона 22 является образующей этой цилиндрической поверхности и представляет собой отрезок прямой линии, а каждая её продольная сторона 21 является направляющей этой цилиндрической поверхности и представляет собой либо кривую линию, включающую два закругленно сопряжённых прямолинейных участка 23 и 24, угол α между которыми составляет 25-50°, либо отрезок кривой линии в виде дуги радиуса 25-40 мм (дуга не показана). При этом соединение ленты 19 с рамкой 20 выполнено петлёй 25 так, что со стороны одного своего конца, показанного на фиг. 5 и 6, лента 19 сложена вдвое и этот собственно конец ленты 19 соединён с лентой же 19 при помощи неразъёмного соединения 26 с образованием проушины 27, в которой расположена одна из поперечных сторон 22 рамки 20. В предпочтительном варианте соединение 26 выполнено сваркой (точечной). Однако возможны и другие виды неразъёмного соединения 26: пайкой, клёпкой, при помощи пистонов, склеиванием, пластической деформацией при помощи кернера. При этом толщина листа рамки 20 превышает толщину ленты 19, а углы и кромки рамки и ленты выполнены округлёнными (округления не показаны).

Использование устройства заключается в следующем.

В процессе спуска колонны насосно-компрессорных труб кабель (или другое гибкое длинномерное изделие), расположенный над муфтой, закрывают корпусом 1 устройства таким образом, чтобы кабель располагался в канале, образованным дугой 13. После этого устройство фиксируют, соединяя концы лент 19 при помощи рамок 20. При подъёме колонны насосно-компрессорных труб ленты 19 срезают в местах их перехода с устройства на поверхность трубы.

Упомянутое соединение концов ленты 19 осуществляют следующим образом.

В том месте, где нужно прикрепить устройство к трубе на трубу своей вогнутой стороной накладывают рамку 20 так, чтобы поперечные стороны 22 рамки 20 располагались вдоль трубы. Затем лентой 19 охватывают трубу, а противоположный (свободный) конец ленты 1 заводят вовнутрь рамки 20, оборачивают ленту 19 вокруг противоположной стороны 22 рамки 20, и при помощи специального ключа осуществляют натяг ленты 19 для надёжного крепления устройства к трубе. Указанный специальный ключ состоит из ручки круглого сечения и рабочей части прямоугольного сечения с сужающимся концом, в рабочей части имеются пазы, выполненные под углом относительно продольной оси и с возможностью захвата свободного конца металлической ленты (ключ не показан; подробно описан в патенте RU № 160284 U1).

Изобретение относится к буровой технике. Технический результат - повышение надежности крепления гибкого длинномерного изделия на НКТ в области муфтового соединения и упрощение технологии крепления. Устройство для протекторного крепления гибкого длинномерного изделия на колонне НКТ содержит корпус, выполненный как одно целое с каналом для размещения гибкого длинномерного изделия, и соединенные с корпусом фиксирующие элементы, выполненные в виде металлических лент и предназначенные для закрепления устройства на трубах в области муфты. Корпус выполнен из металла в виде монолитной длинномерной пространственной фигуры, образованной пятью сопряженными по образующим цилиндрами, два из которых являются концевыми цилиндрами, к ним приварены металлические ленты фиксирующих элементов, а их образующие расположены на общих для них прямых, параллельных оси насосно-компрессорных труб в рабочем положении устройства. Другой цилиндр из указанных пяти является муфтовым цилиндром, он расположен в середине корпуса, а его образующие расположены параллельно образующим концевых цилиндров со смещением относительно образующих концевых цилиндров, обусловленным радиусом муфты, и сопряжены с образующими концевых цилиндров посредством двух переходных цилиндров с наклонными относительно концевых цилиндров образующими. Направляющая каждого цилиндра корпуса представляет собой фигуру, включающую дугу, определяющую форму поперечного сечения канала для размещения гибкого длинномерного изделия, и два сопряженных с соответствующими концами этой дуги отрезка, определяющие плоскости прилегания корпуса устройства к поверхности трубы, так что каждый из указанных отрезков образует наружный тупой угол с отрезком условной прямой, являющимся хордой указанной дуги. 6 ил.

Устройство для протекторного крепления гибкого длинномерного изделия на колонне насосно-компрессорных труб в области муфты, соединяющей трубы колонны, содержащее корпус, выполненный как одно целое с каналом для размещения гибкого длинномерного изделия, и соединенные с корпусом фиксирующие элементы, выполненные в виде металлических лент и предназначенные для закрепления устройства на трубах в области муфты, отличающееся тем, что корпус выполнен из металла в виде монолитной длинномерной пространственной фигуры, образованной пятью сопряженными по образующим цилиндрами, два из которых являются концевыми цилиндрами, к ним приварены металлические ленты фиксирующих элементов, а их образующие расположены на общих для них прямых, параллельных оси насосно-компрессорных труб в рабочем положении устройства, другой цилиндр из указанных пяти является муфтовым цилиндром, он расположен в середине корпуса, а его образующие расположены параллельно образующим концевых цилиндров со смещением относительно образующих концевых цилиндров, обусловленным радиусом муфты, и сопряжены с образующими концевых цилиндров посредством двух переходных цилиндров с наклонными относительно концевых цилиндров образующими, при этом направляющая каждого цилиндра корпуса представляет собой фигуру, включающую дугу, определяющую форму поперечного сечения канала для размещения гибкого длинномерного изделия, и два сопряженных с соответствующими концами этой дуги отрезка, определяющие плоскости прилегания корпуса устройства к поверхности трубы, так что каждый из указанных отрезков образует наружный тупой угол с отрезком условной прямой, являющимся хордой указанной дуги.