Термоизолированная колонна Советский патент 1981 года по МПК E21B17/00 E21B43/00 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к добыче неф ти термическими методами, и может быть использовано в пругик отраслях народного хозяйства при изоляции трубопроводо& для транспортировки теплоносителей. Известна термоизолированная колонна, состоящая из секций насосно- сомпрессорных труб, соециненнык муфт и большого количества изоляторов из тонколистового экранирующего материала, намотанного внахлестку на внутреннюю трубу и окруженного снаружи защитным кожухом. Изоляторы с защитными кожухами крепятся к колонне насоснонЕсомпрессорных труб, ниже МУФТОВЫХ соединений, с помощью разрезных колец и крепежных приспособлений, а выше муфтовых соединений перекрываются кольцами, которые приварены к кожухам и могут свободно перемещатьря относительно внутренних труб при температурных удлинениях. Изоляторы Муфтовых соединений насосно-«омпрессорных труб снаружи защищены удлиненными цилиндрическими муфтами, телескопически сопрягающимися с кожухами смежных секций ri3. Недостатком этого устройства является то, что из-тза плохой герметичности вследствие большого количества узлов соединения термоизолированная колонна требует исключения возможности попадания в межтрубное пространство пара и мало надежна при наличии в нем пластовой жидкости, что приводит к необходимости изоляции межтрубного пространства пакером и заполнения его сухим газом. Известна термоизолированная колонна, включающая насосно-компрессорные трубы, защитные,металлические кожухи, теплоизолирующий материал, заключенный между ними, соединительные муфты, раздвижные полумуфты, разъемные цилиндрические кожухи с уложенными внутри теплоизолирующими и экранирующими элементами, прикрепленными к внутренней поверхности разъемных кожухов плоскими пружинами L2. Недостатком этой термоизолированной колонны является то, что ее защитный кожух в секции соединен с внутренней насосно-компрессорной трубой, что приво дит к значительным внутренним напряжениям в насосно-«омпрэссорных трубах колонны, в в связи с этим необходимости увеличения толщины стенок труб и кожу хов или изготовления их из более прочной марки стали. Вследствие этого повышается стоимость колонны и не обеспечи вается достаточная надежность колонны при эксплуатации. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является термоизолированная колонна для нагнетания теплоносителя в пласт, включающая внутреннюю колонну труб с узлами соединения, размещенные коаксиально ей наружные секции труб, расположенные между ними, теплоизолирующими материал, и экранирующий материал, .уложенный на изоляционные перемычки с образованием аамкнутых воздушных ячеек, и узел уплотнения, содержащий переводную втулку, уста новленную на одном TofHie секции наружных труб и жестко с ними связанную, з Недостатком этого устройства является то, что не решен вопрос надежности герметизации узла уплотнения между внутренней и наружной трубами при их осевых перемещениях относительно друг друга, возникающих за счет теплового расширения, что очень важно для снижения температуры при эксплуатации скважины, загрубное пространство которой заполнено жидкостью или паром. Для нормальной надежной работы такой колонны необходима установка пакера в нижней части колонны и осушение затрубного пространства выше пакера. Цель изобретения - повышение герме- тизации узла уплотнения между наружными секциями труб и внутренней колонной тру-б. , Указанная цель достигается тем. Что термоизолированная колонна снабжена эластичным патрубком, установленным на внутренней колонне труб с возможностью взаимодействия с переводной втулкой, и гайкой с продольным каналом, связанной с наружными трубами и размещенной над переводной втулкой, причем последняя выполнена биметаллической и .имеет конусно-вогнутую форму. 524 Кррме того, внешняя часть биметаллической конусно-вогнутой втулки выполнена из металла, коэффициент линейного расширения которого больше, чем коэффициент линейного расширения металла внутренней части втулки, причем последняя выполнена из упруго-деформируемого металла и имеет сферическую поверхность для взАймодействия с эластичным патрубком. Внутренний диаметр биметаллической конусно-вогнутой втулки меньше наружного диаметра эластичного патрубка. На фиг. 1 показана термоизолирован- ная колонна в разрезе, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1. Устройство включает внутреннюю колонну труб 1 с соединительной муфтой 2, наружные трубы 3, теплоизолирующий материал 4, экранирующий материал 5, изоляционные перемычки б, плотно посаженный эластичный патрубок 7, например из фторпласта, биметаллическая конусно-вогнутая переводная втулка 8 с герметизирующими контактными губками д, прижимная фасонная гайка 10 с продольным каналом 11, уплотнительное кольцо 12, например из фторопласта. Биметаллическая конусно-вогнутая переводная втулка 8 с герметизирующими губками 9 состоит из двух слоев металла. Ее внешняя сторона выполнена, например, из латуни ЛО62- 1, имеющей коэффициент линейного расширения oL - 17,5,-10 , а внутренняя сторона-. из упруго-деформируемого металла, например из нержавеющей стали 1х18Н9Т, имеющей коэффициент линейного расширения сА 12 10. Причем втулка 8 имеет переменную толщину сечения, а поверхность ее губки 9, контактирующая с эластичным .патрубком 7 выполнена в виде сферы. Кроме того, переводная втулка 8 посажена на втулку 7 с натягом в пределах О,1 - 1,2 мм. I, Изготовление и сборка термоизолированной колонны производится следующим образом. На один конец секции внутренней трубы 1 или на ее соединительную муфту 2 плотно насаживается эластичный патрубок 7 (или поверхность покрывается эластичным слоем, например путем расправления фтороплйста). После чего на внутреннёй трубе 1 размещают изоляционные перемычки 6, например асбестовую сетку, на которую наворачивают экранирующий материал 5, например алюминиевую фольгу, которую крепят бандажами.. Тол- щина перемычек 6 рассчитывается такой, чтобы после крепления в рабочем состоянии расстояние между экранирующим ма териалом 5 и внутренней трубой 1 равнялось 4-6 мм. За счет этого образуё.тся множество замкнутых воздушных ячеек, полностью подавляющих конвективный перенос тепла в радиальном и осевом направлениях и исключающих тепловое замыкание между экраном 5 и внутренней трубой 1. Таких экранов 5 может быть установлено несколько. Они могут устана ливаться так же в комбинации с изолирую щими слоями 4,-например, асбестом или силикатом кальция. Внутренняя труба 1 с кранами 5 и теплоизолирующими слоями 4 помещается в секцию наружных тру 3 и жестко соединяется с ней одним концом, например сваркой. Затем на другом конце секции труб между наружной трубо 3 и эластичным Т1атрубком 7 устанавлива ется на уплотнительное кольцо 12 переводная втулка 8 и зажимается фасонной гайкой 1О. После сборки секций труб термоизоли- рующая полость между внутренней трубой 1 и наружной трубой 3 через отверстие под пробку (не показано) в наружной трубе-1 опрессовывается сжатым газом под давлением, равным давлению, ожидав- мому в затрубном пространстве скважины при на гнетании теплоносителя в пласт. Термоизолированные секции труб могут быть полностью изготовлены в заводских условиях и спускаются в скважину как обычные насосно-компрессорные трубы. Устройство работает следующим образом. При нагнетании теплоносителя в пласт по термоизолированной колонне ее внут-, ренние трубы 1 за счет нагрева увеличивают свои размеры в осевом и радиально направлениях. При этом биметаллическая конусно-вогнутая переводная втулка 8 с герметизирующими контактными губками 9 скользит своей сферической поверх- .а1остью по эластичному патрубку 7, сохраняя герметизацию пространства между внутренней 1 и наружной 3 трубами и тем самым не нарушая термоизоляцию колонны. Причем посадка втулки 8 на патрубок 7 с натягом 0,1-1,2 мм обеспечивает надежность герметизации даже в случае отклонений размеров рабочих поверхностей патрубка 7 и втулки 8, воз Сложных при их изготовлении. Упруго-деформируемый материал, из которого выполнена внутренняя часть ко- нусно-вогнутой втулки 8, позволяет уве-личиться внутреннему диаметру ее уплотняющей рабочей поверхности под действием приложенной внутренней радиальной силы и восстанавливаться в первоначальное положение при ее снятии. Это свойство позволяет устанавливать втулку 8 с гарантированным натягом на патрубок 7 и обеспечивает постоянное прижатие губок 9 втулки 8 и патрубку 7 при осевом перемещении внутренней трубы 1 относительно наружной секции трубы 3 и при их тепловом расширении. При этом выполнение внешней части втулки 8 из материала с большим коэффициентом линейного расширения, чемвнутренней час-ти, обеспечивает дополнительное прижатие рабочей сферической поверхности губок 9 втулки 8 к поверхности эластичного пат;рубка 7 при нагреве колонны, что повышает надежность герметизации межтруб- ного изолирующего пространства колонны. Кроме того, воздействие -внешней среды, как ее давления, так и температуры. на биметаллическую конусно-вогнутую втулку 8 через продольный канал 11 в прижимной гайке 10 повышает надежность работы конструкции, улучшает герметизацию межтрубного пространства за счет более плотного прижатия губки 9 к втулке 7. Предлагаемая колонна обеспечивает надежную герметизацию межтрубного пространства термоизолированной колонны и исключает необходимость осушения пространства между термоизолированной и обсадной колоннами при нагнетании теплоносителя в скважину на глубину 150Ом. Форму л.а изо б р е т ен и я 1. Термоизояированная колонна для нагнетания теплоносителя в пласт, включающая внутреннуюю колонну труб с узлами соединения, размещенные коаксиально ей наружные секции труб, расположенные между ними, теплоизолирующими материал, и экранирующий материал, уложенный на изоляционные перемычки с образованием замкнутых воздушных ячеек, и узел уплотнения, содержащий переводную втулку, установленную на одном торце секции наружных труб и жестко с ними связанную, отличающаяся тем, что, с целью повышения, герметизации узла уплотнения, она снабжена эластичным патрубком, установленным на внутренней колонне труб, с возможностью взаимодейст-