Фоанцевое соединение трубных элементов Советский патент 1992 года по МПК F16L23/02 F04D13/10 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к оборудованию для эксплуатации скважин,

Известны фланцевые соединения 1,2, включающие фланцы, крепежные и стопо- рящие детали, уплотняющие упругие кольца или манжеты.

Недостатками известных конструкций являются самоотвинчивание и усталостное разрушение, подверженность релаксации крепежных деталей, что является причиной снижения надежности при воздействии жестких нагрузок, включающих продолжительную и интенсивную вибрацию,

Известны конструкции фланцевых сое- динений узлов установок электроцентробежных насосов (УЭЦН)3,4,5, содержащие фланцы, крепежные и стопорящие детали, прокладки между плоскостями фланцев, упругие уплотнительные кольца.

Недостатком этих конструкций является низкая надежность фланцевых соедине- ний узлов при эксплуатации УЭЦН в наклонных скважинах в корозионно-ак- тивнои среде при интенсивной вибрации корпусных деталей, В этих условиях происходит частое расчленение УЭЦН по фланцам, усталостное и коррозионное разрушение крепежных деталей. Устранение, этих последствий сопряжено с выполнением дорогостоящих ремонтов, включающих ловильные и фрезерные работы, перевод скважин на эксплуатацию вышерасположенных пластов, забуривание обходных стволов, перевод скважины ка по- ниженную добычу жидкости,

Известно соединение труб 6, содержащее фланцы, крепежные болты, упругие прокладки на стыке фланцев, полукольца, охватывающие наружную цилиндрическую поверхность фланцев, дополнительную прокладку между полукольцами и фланцами.

Недостатком известной конструкции является низкая надежность болтовых сое- динений фланцевого стыка (самоогвинчива- ние).

Целью изобретения является повышение надежности фланцевых соединений при работе в наклонных скважинах при воздействии вибрации в коррозионно-ак- тивной среде, предотвраа1ение самоотвинчивания резьбовых элементов и упрощение монтажа.

Цель достигается тем, что предлагае- мое-соединение включает составную обой- му, охватывающую и сжимающую фланцы и их крепеж, который состоит из полуколец с резьбовыми отверстиями для завинчивания в них болтов, головки которых фиксируются

магнитными накладными стопорами, взаимодействующими с полукольцами, которые прижаты головками болтов, причем между фланцами и на их внешних плоскостях установлены упругие вибропоглощающие прокладки, а свободные полости внутри обоймы заполняются антикоррозионным составом, При этом размеры и конфигурация обоймы выбраны таким образом, что внешние боковые поверхности составляющих ее частей, соприкасаясь в раскрепленном состоянии с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны, препятствуют выходу фланцев из зацепления с внутренними торцовыми поверхностями этих частей.

На фиг. 1 показано фланцевое соединение трубных элементов в комплекте (сечение А-А на фиг. 2); на фиг. 2 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение Г-Г на фиг. 1; на фиг. 5 показан вариант применения составной обоймы для страховки стандартного фланцевого стыка; на фиг. 6 - схема взаимодействия с эксплуатационной колонной частей составной обоймы и рассоединившихся между собой частей УЭЦН,

Устройство состоит из верхнего фланца 1, нижнего фланца 2, полуобоймы 3, ответной полуобоймы 4 с канавкой 5 для кабеля С, болтов 7, стягивающих полуобойм 3 и 4, упругих шайб 8, полуколец 9 с резьбовыми отверстиями для заворачивания болтов 10, нажимных элементов 11, выполненных, например, в виде двух полуколец, упругих прокладок 12 и 13, нажимных полуколец 14 с отверстиями для болтов 10, стопоров 15, например, из магнитного материала. Соединение в сборе расположено в эксплуатационной колонне 16,

Устройство может использоваться в двух режимах.

Режим комплексной защиты фланцевого стыка (основной). Полуобоймы 3 и 4, стягиваемые болтами 7, нажимают своими внутренними поверхностями Д и Е соответственно на сопрягаемые детали 9 и 11, служащие для сжатия фланцев 1 и 2, упругих прокладок 12 и 13. Таким образом, болты 10 разгружаются за счет передачи части растягивающего усилия на стенки полуобойм 3 и 4. Подбором соответствующего угла а наклона поверхности Д достигается нужная степень разгрузки крепежных болтов 10, что позволяет существенно повысить допустимое число циклов знакопеременных или пульсирующих нагрузок, действующих на болты 10 и другие соединительные элементы. Полукольца 9 имеют несколько резьбовых отверстий, в каждое из которых зааернут болт 10. Самоотворот болтов 10

предотвращается установкой между головками болтов формоэапирающих магнитных стопоров 15.

Плавающая система взаимосвязанных деталей: полуколец 9, болтов 10 и нажимных полуколец 14 сопрягаемая с полуобоймами 3 и 4, может перемещаться в осевом направлении относительно фланцев

Iи 2 за счет упругих деформаций прокладок 12 и 13, обеспечивающих силовое замыкание цепи между головками болтов 10 и полукольцами 9. Этб1 позволяет уменьшить перекос нагрузок в крепежных болтах 10, в том числе возникающих при неравномерной затяжке болтов в процессе монтажа и при работе погружного агрегата на искривленных участках эксплуатационной колонны, при поперечной вибрации корпусов узлов. Пустоты между деталями 3, 4, 9, 10,

I1и 15 заполняются антикоррозионным составом при монтаже, что предохраняет ответственные крепежные детали 9 и 10 от коррозионного разрушения. Для удержания антикоррозионного состава внутри полости обоймы применяется вязкоупругий состав, например один из распространенных ингибиторов коррозии - загущенный полиакри- ламид.

Таким образом, взаимодействием составной обоймы 3, 4 с нажимными элементами 11. болтами 10. упругими прокладками 12 и 13, полукольцами 9 и 14 и стопорами 15, а также заполнением зазоров между деталями антикоррозионным составом достигается комплексная защита узлов погружного агрегата от интенсивного вибрационного износа подшипников и валов, усталостного и коррозионного разрушения крепежных деталей и их самоотвинчивание, снижаются требования к равномерности затяжки болтов и искривленности эксплуатационной колонны, повышается срок службы крепежа фланцевых соединений, работающих в агрессивной среде, наиболее экономичным путем - локальной ингибиторной защитой, упрощается стопорение крепежных деталей и сокращается время, затраченное на установку и фиксацию формозапирающих поверхностей стопоров, повышается надежность стопорения.

Режим страховки фланцевого соединения (вспомогательный).

Детали 9, 10, 11, 13 и 14 не используются, вместо них устанавливаются обычные крепежные детали 17, 18, 19 и полуобоймы 3 и А, стягиваемые болтами 7. В этом варианте составная обойма выполняет свою страховочную функцию как в скрепленном, так и в полностью раскрепленном состоянии. Раскрепленные фланцы 1 и 2 не могут

выйти из зацепления с частями составной обоймы 3 и А, так как увеличение зазора а между ними ограничивается их упором в стенки эксплуатационной колонны 16. При этом должно соблюдаться условие

a D3B-Do,

где Оэв - наибольший внутренний диаметр эксплуатационной колонны;

Do - расчетный диаметр составной обоймы (в сборе);

а - наибольший допустимый зазор между раскрепленными обоймами при их упоре в стенки эксплуатационной колонны. Формула изобретения

1.Фланцевое соединение трубных элементов, преимущественно скважинных электронасосов, содержащее фланцы, расположенные на концах трубных элементов и соединенные между собой через упругую прокладку посредством резьбовых элементов с головкой и резьбовым участком, размещенным в резьбовом отверстии

крепежного элемента, и полую составную обойму, охватывающую фланцы и включающую цилиндрический корпус с кольцевыми заплечиками и дополнительные упругие прокладки, отличающееся тем, что, с

целью повышения надежности при работе в наклонных скважинах при воздействии вибрации, кольцевые заплечики выполнены с диаметром отверстий меньшим, чем диаметр окружности, описанной вокруг головок

резьбовых элементов, а между по крайней мере одним из фланцев и соответствующим заплечиком установлен нажимной элемент, взаимодействующий с одной стороны с ответной поверхностью самого фланца и/или

ответными поверхностями резьбовых элементов и/или крепежных элементов, а с другой стороны - с ответной поверхностью кольцевого заплечика.

2.Соединение по п.1, от л и ч а ю щ е е- с я тем, что, с целью предотвращения самоотвинчивания резьбовых элементов, нажимной элемент со стороны расположения их резьбовых участков выполнен в виде составного кольца, а резьбовые отверстия выполнены в последнем, а между головками резьбовых элементов расположены стопорные элементы.

3.Соединение по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью упрощения монтажз, стопорные элементы выполнены накладными из магнитного материала.

4.Устройство по пп. 1-3, отличающееся тем, что дополнительные упругие прокладки расположены между фланцем и соответствующим нажимным элементом.

5. Устройство по ri.1, о 1 л и ч а го щ е е- среде, полость составной обоймы заполне- ся тем, что, с целью повышений надежности на наполнителем, например ингибитором при эксплуатации в коррозионно-активной коррозии.

Использование: в нефтедобывающей промышленности, в частности в установках для эксплуатации скважин, преимущественно скважинных электронасосах. Сущность изобретения: соединение содержит фланцы (Ф) 1, 2, расположенные на концах трубчатых элементов и соединенные между собой через упругую прокладку 12 посредством резьбовых элементов 10 с головкой и резьбовым участком, размещенным в резьбовом отверстии крепехного элемента, и полую составную обойму, охватывающую Ф 1. 2 и включающую цилиндрический корпус с кольцевыми заплечиками и дополнительные упругие прокладки 13. Кольцевые заплечики выполнены с диаметром отверстий меньшим, чем диаметр окружности, описанной вокруг головок резьбовых элементов 10. Между одним из Ф 1 и соответствующим заплечиком установлен нажимной элемент, взаимодействующий с одной стороны с ответной поверхностью самого Ф 1 и/или от- ветными поверхностями резьбовых элементов и/или крепежных элементов, а с другой стороны с ответной поверхностью кольцевого заплечика. А з.п. ф-лы, 6 ил. сл XJ XI

3

в™в

лалгяжэтвт-твиеиьяг i

5-5

Фиг. 2

Г-Г

5

Чб

ФИГ. 5

ФИГ, 6