RU180851U1

RU180851U1 - SAFETY INSERT FOR PROTECTING THE CONNECTING PIPE COUPLING

Info

Publication number: RU180851U1
Application number: RU2018108899U
Authority: RU
Inventors: Юрий Михайлович Меркушев; Александр Васильевич Краев; Олег Геннадьевич Зубков; Олег Николаевич Виноградов; Александр Дисугалиевич Нурсканов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Ижнефтепласт"
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2018-06-28

Abstract

Заявляемая полезная модель относится к технологии и технике подъема жидкостей из скважин, выполнению технологических работ в скважине, а также транспортированию продукции скважины и иных жидкостей. Может использоваться в нефтегазодобывающей промышленности и в иных отраслях техники при перекачивании агрессивных жидкостей и газа под высоким давлением.Полезная модель направлена на повышение прочности, тепло- и химостойкости, пропускной способности защитного устройства соединения труб.Указанная задача достигается тем, что предохранительная вставка для защиты соединительной трубной муфты содержит первую втулку с наружной поверхностью с постоянным диаметром и внутренней поверхностью с малым и большим диаметрами, вторую втулку с внешней поверхностью с малым и большим диаметрами, податливый элемент соединения для взаимного удержания указанных втулок, на внутренней поверхности большего диаметра первой втулки и на внешней поверхности меньшего диаметра второй втулки имеются выступы, чередующиеся со впадинами. При этом внутренняя поверхность второй втулки имеет переменный диаметр по длине, податливый элемент соединения выполнен в виде кольца. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.The inventive utility model relates to technology and techniques for lifting liquids from wells, performing technological work in a well, as well as transporting well products and other liquids. It can be used in the oil and gas industry and other industries when pumping aggressive liquids and gas under high pressure. A useful model is aimed at increasing the strength, heat and chemical resistance, throughput of the protective device for connecting pipes. This task is achieved by the fact that the safety insert to protect the connecting the pipe coupling contains a first sleeve with an outer surface with a constant diameter and an inner surface with small and large diameters, a second sleeve with eshney surface with small and large diameters, yieldable element compound for the mutual retention of said bushings, the inner surface of the larger diameter of the first sleeve and on the outer surface of the smaller diameter of the second sleeve have projections alternating with hollows. In this case, the inner surface of the second sleeve has a variable diameter along the length, a flexible connection element is made in the form of a ring. 4 s.p. f-ly, 6 ill.

Description

Заявляемая полезная модель относится к технологии и технике подъема жидкостей из скважин, выполнению технологических работ в скважине, а также транспортированию продукции скважины и иных жидкостей. Может использоваться в нефтегазодобывающей промышленности и в иных отраслях техники при перекачивании агрессивных жидкостей и газа под высоким давлением.The inventive utility model relates to technology and techniques for lifting liquids from wells, performing technological work in a well, as well as transporting well products and other liquids. It can be used in the oil and gas industry and in other branches of engineering when pumping aggressive liquids and gas under high pressure.

Известно устройство для защиты соединительной трубной муфты (патент РФ на изобретение №2478865, МПК F16L 47/06, МГЖ F16L 15/00, опубл. 10.04.2013), которое содержит ступенчатую втулку, имеющую средний участок с увеличенным диаметром и два боковых с меньшими наружными диаметрами, установленную между торцами труб с конической резьбой и соединенных муфтой. Устройство снабжено дополнительной ступенчатой втулкой, причем первая ступенчатая втулка имеет постоянный наружный диаметр и два участка с малым и большим внутренним диаметрами, а вторая ступенчатая втулка имеет постоянный внутренний диаметр и два участка с малым и большим диаметрами, причем малый внутренний диаметр первой втулки и внутренний диаметр второй втулки равны внутреннему диаметру соединяемых труб, а наружный диаметр первой втулки и больший наружный диаметр второй втулки равны внутреннему диаметру соединительной муфты. Первая втулка на участке большого внутреннего диаметра соединяется с участком малого наружного диаметра второй втулки с натягом, а величина возможного перемещения втулок относительно друг друга превышает перемещение торцев труб при затяжке резьбового соединения. Кроме того, поверхности, по которым происходит взаимодействие первой и второй втулок, могут иметь спиральные кольцевые выступы и впадины полукруглого профиля, обеспечивающие их плотный контакт и не допускающие их разъединения при разборке резьбового соединения. Кроме того, поверхности взаимодействия первой и второй втулок выполнены гладкими по всей длине. Кроме того, одна из втулок выполнена из материала, имеющего меньший модуль упругости, чем первая втулка. Кроме того, одна из втулок выполнена из полиэтилена высокого давления, а другая из полиэтилена низкого давления. Кроме того, одна из втулок выполнена из капрона, а другая из полиэтилена.A device for protecting the connecting pipe coupling (RF patent for the invention No. 2478865, IPC F16L 47/06, MGZH F16L 15/00, publ. 04/10/2013), which contains a stepped sleeve having a middle section with an increased diameter and two side with a smaller outer diameters installed between the ends of the pipes with tapered threads and connected by a sleeve. The device is equipped with an additional step sleeve, and the first step sleeve has a constant outer diameter and two sections with small and large internal diameters, and the second step sleeve has a constant inner diameter and two sections with small and large diameters, with a small inner diameter of the first sleeve and inner diameter the second sleeve is equal to the inner diameter of the connected pipes, and the outer diameter of the first sleeve and the larger outer diameter of the second sleeve are equal to the inner diameter of the coupler. The first sleeve in the area of large internal diameter is connected with the area of the small external diameter of the second sleeve with interference, and the magnitude of the possible movement of the bushings relative to each other exceeds the movement of the ends of the pipes when tightening the threaded connection. In addition, the surfaces along which the interaction of the first and second bushings can have spiral annular protrusions and hollows of a semicircular profile, ensuring their tight contact and not allowing them to disconnect when disassembling the threaded connection. In addition, the interaction surfaces of the first and second bushings are made smooth along the entire length. In addition, one of the bushings is made of a material having a lower modulus of elasticity than the first sleeve. In addition, one of the bushings is made of high pressure polyethylene, and the other of low pressure polyethylene. In addition, one of the bushings is made of nylon, and the other is polyethylene.

Известное решение имеет недостаток, а именно, наличие дополнительной операции сборки втулок, которая приводит к увеличению времени монтажа.The known solution has a drawback, namely, the presence of an additional operation of the assembly of the bushings, which leads to an increase in installation time.

Данный недостаток решен в известной перекрывающей вставке для защиты внутренней поверхности элемента для соединения труб (патент евразийский на изобретение №201591295, MПК F16L 58/18, MПК F16L 21/00, опубл. 31.03.2016). Изобретение представляет собой перекрывающую вставку, которая устанавливается между двумя торцевыми концами двух труб, соединяемых друг с другом посредством трубной муфты, и которая содержит: первый кольцевой элемент с наружной поверхностью, имеющей постоянный диаметр, и второй кольцевой элемент с внутренней поверхностью, имеющей постоянный диаметр. Наружная поверхность второго кольцевого элемента и внутренняя поверхность первого кольцевого элемента выполнены с возможностью обеспечивать соединение указанных элементов друг с другом посредством натяга. Кроме того, вставка содержит податливые точечные элементы соединения, предназначенные для обеспечения соединения указанного первого и указанного второго кольцевых элементов в области их двух первых концов. Указанные податливые точечные элементы соединения выполнены с возможностью разрушения, когда первый кольцевой элемент и второй кольцевой элемент перемещаются в осевом направлении друг к другу под действием заданного минимального давления.This disadvantage is resolved in the known overlapping insert for protecting the inner surface of the pipe connection member (Eurasian patent for invention No. 2015591295, IPC F16L 58/18, IPC F16L 21/00, publ. March 31, 2016). The invention is an overlapping insert that is installed between the two end ends of two pipes connected to each other by means of a pipe coupling, and which comprises: a first annular element with an outer surface having a constant diameter, and a second annular element with an inner surface having a constant diameter. The outer surface of the second annular element and the inner surface of the first annular element are configured to provide the connection of these elements with each other by interference. In addition, the insert contains malleable point connection elements designed to provide a connection of the specified first and specified second annular elements in the region of their two first ends. These ductile point connection elements are designed to be fractured when the first annular element and the second annular element move axially towards each other under the action of a predetermined minimum pressure.

Однако, при разрушении отдельных податливых точечных элементов соединения, происходящем во время монтажа труб, на сопрягаемых торцевых поверхностях кольцевых элементов могут образовываться трещины, наличие которых снижает прочность указанной конструкции. Кроме того, наличие в конструкции податливых точечных элементов ограничивает применение более тепло- и химостойких полимеров по причине сниженной пластичности таких материалов и, как следствие, повышенного риска образования трещин, а также из-за наличия значительных технологических ограничений при изготовлении такой конструкции наиболее распространенным и применяемым для производства подобных изделий методом литья под давлением. Таким образом, наличие в конструкции податливых точечных элементов снижает тепло- и химостойкость вставки в целом. Кроме того, при монтаже труб между двумя кольцевыми элементами на внутренней поверхности вставки неизбежно остается кольцевая канавка, которая вызывает завихрения потока перекачиваемой жидкости. Данные завихрения уменьшают для указанного участка трубопровода площадь его активного поперечного сечения, от которого прямо-пропорционально зависит пропускная способность трубного соединения, являясь, как известно, произведением площади указанного сечения и скорости потока жидкости.However, during the destruction of individual ductile point connection elements that occurs during pipe installation, cracks may form on the mating end surfaces of the ring elements, the presence of which reduces the strength of the structure. In addition, the presence of ductile point elements in the structure limits the use of more heat and chemical resistant polymers due to the reduced ductility of such materials and, as a consequence, the increased risk of cracking, as well as due to significant technological limitations in the manufacture of such a structure, the most common and used for the manufacture of such products by injection molding. Thus, the presence of ductile point elements in the design reduces the heat and chemical resistance of the insert as a whole. In addition, when installing pipes between two ring elements on the inner surface of the insert, an annular groove inevitably remains, which causes swirling of the fluid flow. These swirls reduce the area of its active cross section for the indicated section of the pipeline, on which the throughput of the pipe connection directly proportionally depends, being, as is known, the product of the area of the specified section and the fluid flow rate.

Задачей заявляемой полезной модели является повышение прочности, тепло- и химостойкости, пропускной способности защитного устройства соединения труб.The objective of the claimed utility model is to increase the strength, heat and chemical resistance, throughput of the protective device for connecting pipes.

Технический результат достигается тем, что предохранительная вставка для защиты соединительной трубной муфты содержит первую втулку с наружной поверхностью с постоянным диаметром и внутренней поверхностью с малым и большим диаметрами, вторую втулку с внешней поверхностью с малым и большим диаметрами, податливый элемент соединения для взаимного удержания указанных втулок, на внутренней поверхности большего диаметра первой втулки и на внешней поверхности меньшего диаметра второй втулки имеются выступы, чередующиеся со впадинами. При этом внутренняя поверхность второй втулки имеет переменный диаметр по длине, податливый элемент соединения выполнен в виде кольца, а вставка может быть изготовлена из термопластичного материала, содержащего стеклонаполнитель до 50%; фторопласт до 20%; минеральный наполнитель до 20%. В частном случае реализации полезной модели, вставка может быть изготовлена из полимера полифениленсульфид, из полимера полиэфирэфиркетон, из фторопласта.The technical result is achieved in that the safety insert for protecting the connecting pipe coupling comprises a first sleeve with an outer surface with a constant diameter and an inner surface with small and large diameters, a second sleeve with an external surface with a small and large diameters, a flexible connection element for mutual retention of these bushings , on the inner surface of the larger diameter of the first sleeve and on the outer surface of the smaller diameter of the second sleeve there are protrusions alternating with depressions. Moreover, the inner surface of the second sleeve has a variable diameter along the length, the flexible connection element is made in the form of a ring, and the insert can be made of thermoplastic material containing glass filler up to 50%; ftoroplast up to 20%; mineral filler up to 20%. In the particular case of the implementation of the utility model, the insert may be made of a polyphenylene sulfide polymer, a polyetheretherketone polymer, or fluoroplastic.

Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена в разрезе предохранительная вставка для защиты внутренней поверхности трубной муфты; на фиг. 2 - изображение предохранительной вставки для защиты внутренней поверхности трубной муфты; на фиг. 3-трубное соединение с предохранительной вставкой для защиты внутренней поверхности трубной муфты в разрезе; на фиг. 4 и фиг. 5 - схематичное изображение течения жидкости в трубных соединениях; на фиг. 6 - графическая зависимость пропускной способности от скорости потока жидкости на входе участка трубного соединения.The utility model is illustrated by drawings. In FIG. 1 is a cross-sectional view of a safety insert for protecting an inner surface of a pipe sleeve; in FIG. 2 is an image of a safety insert for protecting an inner surface of a pipe coupling; in FIG. 3-pipe connection with a safety insert to protect the inner surface of the pipe coupling in the section; in FIG. 4 and FIG. 5 is a schematic representation of a fluid flow in pipe connections; in FIG. 6 is a graphical representation of throughput versus fluid flow rate at the inlet of a pipe joint portion.

На фиг. 1 и фиг. 2 изображена предохранительная вставка 1 для защиты внутренней поверхности трубной муфты. Вставка 1 содержит первую втулку 2 с наружной поверхностью с постоянным диаметром и внутренней поверхностью с малым 3 и большим диаметрами 4, вторую втулку 5 с внешней поверхностью с малым 6 и большим 7 диаметрами и внутренней поверхностью 8 с переменным диаметром по длине, кольцевой податливый элемент 9 соединения для удержания указанных втулок 2 и 5, на внутренней поверхности большего диаметра первой втулки и на внешней поверхности меньшего диаметра второй втулки имеются выступы 10, чередующиеся со впадинами 11. Конструкция податливого кольцевого элемента 9 позволяет для изготовления вставки 1 применять полимерные материалы повышенной тепло- и химостойкости, обеспечивая при этом требуемую прочность изделия и возможность изготовления вставки 1 распространенным методом литья полимеров под давлением. На фиг. 4 и фиг. 5 изображено трубное соединение, состоящее из соединительной трубной муфты 12, соединяемых труб 13 и 14. Втулки 2 и 5 образуют канавку 15 шириной f. Кроме того условно показаны струйки 16 перекачиваемой жидкости и образующийся в канавке 15 вихрь 17.In FIG. 1 and FIG. 2 shows a safety insert 1 for protecting the inner surface of a pipe coupling. Insert 1 contains a first sleeve 2 with an outer surface with a constant diameter and an inner surface with a small 3 and large diameters 4, a second sleeve 5 with an outer surface with a small 6 and a large 7 diameters and an inner surface 8 with a variable diameter in length, an annular ductile element 9 connections for holding said bushings 2 and 5, on the inner surface of the larger diameter of the first sleeve and on the outer surface of the smaller diameter of the second sleeve there are protrusions 10 alternating with troughs 11. The design of the compliant ring the new element 9 allows for the manufacture of insert 1 to use polymer materials of increased heat and chemical resistance, while ensuring the required strength of the product and the ability to manufacture insert 1 by the common method of injection molding of polymers. In FIG. 4 and FIG. 5 shows a pipe connection consisting of a pipe coupling 12, connecting pipes 13 and 14. The bushings 2 and 5 form a groove 15 of width f. In addition, trickles 16 of the pumped liquid and the vortex 17 formed in the groove 15 are conventionally shown.

Вставка 1 работает следующим образом. После навинчивания трубной муфты 12 на трубу 13 с определенным усилием, обеспечивающим герметичность резьбового соединения, вставка 1 устанавливается во внутреннее пространство муфты 12 до упора в торец трубы 13. Затем вторая сопрягаемая труба 14 ввинчивается в муфту 12 с определенным усилием, обеспечивающим герметичность резьбового соединения. В процессе вворачивания трубы 14 ее торец упирается в торец вставки 1. При этом происходит слом податливого кольцевого элемента 9, после чего втулки 2 и 5 перемещаются в осевом направлении навстречу друг другу до момента окончания вворачивания трубы 14 в муфту 12. Выступы 10 одной втулки взаимодействуют со впадинами 11 другой, обеспечивая взаимное соединение с натягом втулок 2 и 5, защищающих таким образом внутреннее пространство муфты 12 и торцы ввинченных в нее труб 13 и 14 от агрессивного воздействия перекачиваемой жидкости.Box 1 works as follows. After screwing the pipe sleeve 12 onto the pipe 13 with a certain force, ensuring the tightness of the threaded connection, the insert 1 is installed in the inner space of the sleeve 12 until it stops against the end of the pipe 13. Then the second mating pipe 14 is screwed into the sleeve 12 with a certain force, ensuring the tightness of the threaded connection. In the process of screwing the pipe 14, its end abuts against the end of the insert 1. In this case, the compliant annular element 9 is broken, after which the bushings 2 and 5 are moved axially towards each other until the end of the screwing of the pipe 14 into the sleeve 12. The protrusions 10 of one sleeve interact with cavities 11 is another, providing mutual connection with an interference fit of bushings 2 and 5, thus protecting the inner space of the coupling 12 and the ends of the pipes 13 and 14 screwed into it from the aggressive effects of the pumped liquid.

Изготовление податливого элемента 9 в виде кольца позволяет существенно повысить прочность вставки 1, так как в этом случае, при разрушении податливого элемента 9, не образуются трещины на сопрягаемых торцевых поверхностях втулок 2 и 5. Кроме того, применение в конструкции вставки 1 кольцевого податливого элемента 9 позволяет использовать более тепло- и химостойкие полимеры, при этом обеспечивая возможность изготавливать вставку 1 как методами литья под давлением, так и механическими способами, например, точением.The manufacture of a flexible element 9 in the form of a ring can significantly increase the strength of the insert 1, since in this case, when the flexible element 9 is destroyed, cracks do not form on the mating end surfaces of the bushings 2 and 5. In addition, the use of an annular flexible element 9 in the design of the insert 1 allows the use of more heat and chemical resistant polymers, while providing the ability to produce insert 1 both by injection molding and mechanical methods, for example, by turning.

Как показали исследования, выполнение внутренней поверхности 8 втулки 5 с переменным диаметром по длине позволяет снизить вихреобразование в области канавки 15 шириной f, следовательно, повысить пропускную способность трубопровода в указанной области. Это иллюстрируется на фиг. 4 и фиг. 5, где схематично показано течение струек потока жидкости 16. Как видно, на фиг. 4, где поверхность 8 выполнена с постоянным диаметром, часть из этих струек 16, попадая в канавку 15, образуют вихрь 17, который создает дополнительное гидравлическое сопротивление потоку жидкости, сужая активное проходное сечение трубопровода и уменьшая его пропускную способность. На фиг. 5, в случае с переменным диаметром внутренней поверхности 8, направление течения струек потока 16 более оптимизировано за счет обтекания ими выпуклой поверхности 8, область вихря 17 меньше, чем на фиг. 4, что способствует повышению пропускной способности трубопровода. Это подтверждается на фиг. 6, где изображена графическая зависимость пропускной способности участка соединения трубопровода от скорости потока жидкости на входе для двух указанных образцов вставок по фиг. 4 и фиг. 5. Образец 1 представлен вставкой с постоянным диаметром внутренней поверхности 8 по фиг. 4, образец 2 - по фиг. 5 с внутренней поверхностью 8 с переменным диаметром по длине. Как видно из фиг. 6 пропускная способность образца 2 больше, чем у образца 1 - при одной и той же скорости потока жидкости.As studies have shown, the implementation of the inner surface 8 of the sleeve 5 with a variable diameter along the length reduces vortex formation in the area of the groove 15 of width f, and therefore, increase the throughput of the pipeline in this region. This is illustrated in FIG. 4 and FIG. 5, which schematically shows the flow of streams of fluid stream 16. As can be seen, in FIG. 4, where the surface 8 is made with a constant diameter, part of these streams 16, falling into the groove 15, form a vortex 17, which creates additional hydraulic resistance to the fluid flow, narrowing the active passage section of the pipeline and reducing its throughput. In FIG. 5, in the case of a variable diameter of the inner surface 8, the flow direction of the streams of stream 16 is more optimized due to the flow around them of the convex surface 8, the region of the vortex 17 is smaller than in FIG. 4, which helps to increase the throughput of the pipeline. This is confirmed in FIG. 6, which shows a graphical dependence of the throughput of the pipeline connection section on the inlet fluid flow rate for the two indicated insert samples of FIG. 4 and FIG. 5. Sample 1 is represented by an insert with a constant diameter of the inner surface 8 of FIG. 4, sample 2 - in FIG. 5 with an inner surface 8 with a variable diameter along the length. As can be seen from FIG. 6, the throughput of sample 2 is greater than that of sample 1 — at the same liquid flow rate.

Положительный эффект достигается следующим образом. Повышение прочности и тепло- и химостойкости достигается применением податливого элемента в виде кольца. Повышение пропускной способности защитного устройства трубного соединения обеспечивается переменным диаметром внутренней поверхности втулки.A positive effect is achieved as follows. The increase in strength and heat and chemical resistance is achieved by the use of a flexible element in the form of a ring. Increasing the throughput of the protective device of the pipe connection is provided by a variable diameter of the inner surface of the sleeve.

Claims

1. A safety insert for protecting the connecting pipe coupling, comprising a first sleeve with an outer surface with a constant diameter and an inner surface with small and large diameters, a second sleeve with an external surface with a small and large diameters, a malleable connection element for mutual retention of these bushings on the inner the surface of the larger diameter of the first sleeve and on the outer surface of the smaller diameter of the second sleeve there are protrusions alternating with depressions, characterized in that the inner surface The second sleeve has a variable diameter along the length, the flexible connection element is made in the form of a ring.

2. The insert according to claim 1, characterized in that it is made of a thermoplastic material containing glass filler up to 50%; ftoroplast up to 20%; mineral filler up to 20%.

3. The insert according to claim 1, characterized in that it is made of a polyphenylene sulfide polymer.

4. The insert according to claim 1, characterized in that it is made of a polyetheretherketone polymer.

5. The insert according to claim 1, characterized in that it is made of fluoroplastic.