RU222300U1 - Теплоизолированная труба - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована для изготовления теплоизолированных труб, применяемых для нагнетания теплоносителя в пласт. Теплоизолированная труба состоит из внутренней и наружной труб, расположенных соосно с образованием герметизированного кольцевого пространства между ними, в котором размещена теплоизоляция и создан вакуум. На концах внутренней трубы выполнены конические раструбы. На наружных концах наружной трубы нарезана резьба и на один из концов навинчена муфта с изолирующей вставкой. Вставка состоит из наружной втулки и внутренней металлической втулки, выполненной из двух сопряженных частей, имеющих возможность перемещения в осевом направлении. На торцевых поверхностях внутренней металлической втулки размещены уплотнительные кольца. Наружная втулка выполнена с уплотняющими кольцевыми уступами, поверхности сопряжения которых эквидистантны поверхности конических раструбов внутренней трубы. Обеспечивается увеличение ресурсной надежности теплоизолированной трубы. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована для изготовления теплоизолированных труб, применяемых для нагнетания высокотемпературного теплоносителя в пласт, в частности при добыче высоковязких продуктов термическим методом.

Известна теплоизолированная труба (патент РФ №2242667, F16L 59/06, опубл. 20.12.2004), которая включает внутреннюю и наружную трубы, расположенные коаксиально с образованием герметизированного кольцевого пространства между ними, в нем размещена теплоизоляция и создан вакуум. На обоих концах наружной трубы нарезана резьба, на один из концов навинчена муфта с изолирующей вставкой, состоящей из наружной пластмассовой и внутренней металлической втулок, при этом наружная пластмассовая втулка состоит из двух элементов, образующих между собой посадку с натягом, а внутренняя металлическая втулка разделена на две части, соединенные между собой упорным резьбовым соединением, выполненным на конце в виде цанги.

Известна теплоизолированная труба (патент РФ №121894, F16L 59/00, опубл. 10.11.2012), принятая за прототип, включающая соосно расположенные внутреннюю и наружную трубы с герметизированным кольцевым пространством между ними, в котором расположена теплоизоляция и создан вакуум. На концах наружной трубы нарезана резьба и на одну из них накручена муфта с расположенной внутри нее теплоизолирующей вставкой, состоящей из наружной полимерной втулки с П-образными проточками на цилиндрических поверхностях и внутренней металлической втулки. Внутренняя втулка состоит из двух сопряженных частей с наружными буртами, причем сопряженный части втулок имеют возможность перемещаться друг относительно друга в осевом направлении.

Недостатком указанных теплоизолированных труб является то, что изолирующая вставка в их составе не обеспечивает полной компенсации зазоров между трубами и деталями изолирующей вставки по всем контактным поверхностям, а также является ограничивающим фактором при эксплуатации теплоизолированной трубы для прокачки высокотемпературных сред (с температурой более 350°С) ввиду изменения свойств и деформирования конструктивных элементов.

Техническая задача заключается в создании конструкции теплоизолированной трубы для прокачки высокотемпературных сред с температурами свыше 350°С, обеспечивающей снижение тепловых потерь при прокачке, защиту от проникновения высокотемпературного прокачиваемого флюида к внутренней поверхности муфты и подмуфтовому пространству, а также повышение эффективности работы теплоизолированной трубы.

Технический результат состоит в увеличении ресурсной надежности теплоизолированной трубы за счет плотного прилегания контактных поверхностей изолирующей вставки и трубы, снижения тепловых потерь и защиты от проникновения высокотемпературного флюида к внутренней поверхности муфты и подмуфтовому пространству.

Указанный технический результат достигается за счет того, что теплоизолированная труба состоит из внутренней и наружной труб, расположенных соосно с образованием герметизированного кольцевого пространства между ними, в котором размещена теплоизоляция и создан вакуум. На концах внутренней трубы выполнены конические раструбы, соединенные с наружной трубой, на концах наружной трубы выполнена резьба, при этом на один из концов навинчена муфта с изолирующей вставкой, состоящей из наружной втулки и внутренней металлической втулки, состоящей их двух сопряженных частей, имеющих возможность перемещения в осевом направлении. Согласно полезной модели, изолирующая вставка снабжена уплотнительными кольцами, размещенными на торцевых поверхностях внутренней металлической втулки, наружная втулка выполнена с уплотняющими кольцевыми уступами, поверхности сопряжения которых эквидистантны поверхности конических раструбов внутренней трубы.

В частном случае выполнения на конических раструбах внутренней трубы выполнены кольцевые бурты, у которых одна из поверхностей выполнена цилиндрической, контактирующие с уплотнительными кольцами, причем уплотнительные кольца выполнены из мягких металлических материалов.

В частном случае выполнения на уплотнительных кольцах изолирующей вставки выполнены кольцевые бурты, у которых одна из поверхностей выполнена цилиндрической, контактирующие с коническими раструбами внутренней трубы, причем уплотнительные кольца выполнены из твердых металлических материалов.

В частном случае выполнения сопряжение частей внутренней металлической втулки выполнено при помощи пружины.

В частном случае выполнения наружная втулка выполнена составной из двух сопряженных частей, имеющих возможность перемещения в осевом направлении.

В частном случае выполнения сопряжение частей наружной втулки выполнено при помощи пружины.

В частном случае выполнения резьба на концах наружной трубы выполнена упорной.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображено продольное сечение теплоизолированной трубы в сборе, на фиг. 2,а изображено размещение изолирующей вставки с кольцевым буртом на раструбе, фиг. 2,б показан вид А фиг. 2,а, на фиг. 3,а показано размещение изолирующей вставки с кольцевым буртом на уплотнительном кольце, фиг. 3,б показан вид А фиг. 3,а, на фиг. 4 показана изолирующая вставка, у которой сопряжение частей внутренней металлической втулки выполнено при помощи пружины, на фиг. 5 показана изолирующая вставка, у которой наружная втулка выполнена составной из двух сопряженных частей, на фиг. 6,а показана изолирующая вставка, у которой сопряжение частей наружной втулки выполнено при помощи пружины, на фиг. 6,б показан вид А фиг. 6,а.

На представленных рисунках позициями 1-18 показаны: 1 - внутренняя труба, 2 - теплоизоляция, 3 - наружная труба, 4 - раструб внутренней трубы, 5 - соединительная муфта, 6 - уплотнительное кольцо, 7 - наружная часть внутренней втулки, 8 - внутренняя часть внутренней втулки, 9 - пружина внутренней втулки, 10 - наружная втулка, 11 - наружная часть наружной втулки, 12 - внутренняя часть наружной втулки, 13 - пружина наружной втулки, 14 - кольцевой бурт на раструбе, 15 - кольцевой бурт на уплотнительном кольце, 16 - кольцевые уступы наружной втулки, 17 - высота кольцевого уступа, 18 - отступ кольцевого уступа.

Теплоизолированная труба перед сборкой в колонну состоит из расположенных соосно внутренней трубы 1 с раструбами 4, наружной трубы 3 с конической резьбой на концах, между внутренней и наружной трубами размещена теплоизоляция 2. Раструбы 4 внутренней трубы 1 соединены с наружной трубой 3 вакуумно-плотными сварными швами, а в межтрубном пространстве создан вакуум.

По раструбу и сварным швам механической обработкой создают кольцевой бурт 14, внутренняя сторона которого может быть выполнена в виде цилиндрической поверхности. На один из концов наружной трубы навинчена соединительная муфта 5.

Перед непосредственной сборкой теплоизолированных труб в колону в соединительный узел внутри муфты 5 устанавливают изолирующую вставку, которая состоит из сопряженных частей 7 и 8 внутренней металлической втулки и наружной втулки 10, выполненной, например, из композиционного материала на основе керамики.

На торцевых поверхностях внутренней металлической втулки 7 и 8 установлены уплотнительные кольца 6, которые могут быть выполнены из мягких материалов, например, меди или алюминия, для того, чтобы контактировать с кольцевыми буртами 14 на раструбах 4 внутренней трубы 1, и которые соединены с частями внутренней втулки, например, с помощью винтов или резьбы. Сопряжение частей внутренней металлической втулки 7 и 8 может быть выполнено при помощи пружины 9.

На наружной трубе 3 может быть выполнена коническая упорная резьба, которая обеспечивает удовлетворительные допуски на геометрические размеры подмуфтового пространства. На уплотнительных кольцах 6 изолирующей вставки может быть выполнен кольцевой бурт 15, контактирующий с коническим раструбом 4 внутренней трубы, причем уплотнительные кольца 6 выполнены из твердых металлических материалов.

Такое конструктивное выполнение позволяет создать высокое локальное напряжение от буртов 15 на уплотнительных кольцах 6, что повышает уплотняющую способность внутренней металлической втулки.

Наружная втулка 10 может быть выполнена составной из двух сопряженных частей 11 и 12, имеющих возможность перемещения в осевом направлении, причем сопряжение частей 11 и 12 наружной втулки может быть выполнено с помощью пружины 13, что обеспечивает прижатие с постоянным усилием. Наружная втулка 10 или наружная 11 и внутренняя 12 части наружной втулки выполнены с уплотняющими кольцевыми уступами 16 высотой 17, поверхности сопряжения которых эквидистантны поверхности конических раструбов 4 внутренней трубы 1. Кольцевые уступы последовательно, начиная с второго уступа, смещены от сопрягаемой поверхности раструба 4 на величину 18, которая составляет половину величины деформации материала наружной втулки при максимальной температуре эксплуатации. Уплотняющие кольцевые уступы 16 прилегают к коническим раструбам 4 на малой площади, что увеличивает их контактные напряжения и повышает уплотняющую способность наружной втулки.

Обеспечение уплотнительными кольцами 6 и кольцевыми уступами 16 совокупного увеличения уплотняющей способности повышает герметичность и предотвращает проникновение высокотемпературного прокачиваемого флюида в подмуфтовое пространство, что снижает нагрев муфты с внутренней стороны и, как следствие, ведет к уменьшению теплопотерь, а также увеличивает ресурсную надежность теплоизолированной трубы за счет работы при менее температурно-нагруженном состоянии.

Соединение теплоизолированных труб работает следующим образом. Во время сборки теплоизолированных труб в колонну производят свинчивание с регламентированным моментом свободного конца одной трубы с муфтой другой трубы. При этом после достижения заданного момента в резьбовом соединении кольцевые бурты 14 на раструбах контактируют с уплотнительными кольцами 6 и по линии контакта образуют уплотнительную поверхность с высоким уровнем контактных напряжений, что предотвращает проникновение высокотемпературного прокачиваемого флюида к внутренней стороне муфты. Помимо этого, уплотняющие кольцевые уступы 16 наружной втулки 10 также упираются в раструбы 4 и создают дополнительные барьеры для проникновения высокотемпературного прокачиваемого флюида к внутренней поверхности муфты 5.

При прокачке высокотемпературного флюида с температурой выше 350°С происходит температурное удлинение наружной втулки 10, при этом наиболее близкие к оси втулки уплотняющие кольцевые уступы 16 воспринимают максимальные сжимающие нагрузки, увеличивающие герметизацию подмуфтового пространства. За счет выполнения уплотняющих кольцевых уступов 16 с отступами 18 контактные напряжения на первом от оси втулки 10 кольцевом уступе будут наибольшими, которые на следующих уступах будут снижаться пропорционально величине отступа 18. При последующем нагреве и удлинении наружной втулки 10 в связи с «осадкой» и остаточной деформацией контактные напряжения на первом от оси втулки кольцевом уступе уменьшатся и последовательно возрастут на следующих уступах.

При сборке теплоизолированной трубы кольцевые бурты 14 находятся в контакте с уплотнительными кольцами 6, а уплотняющие кольцевые уступы 16 наружной втулки - с раструбами 4, что позволяет уменьшить проникновение высокотемпературного флюида к внутренней поверхности муфты 5 и к резьбе на наружной трубе 3. Это обеспечивает повышение ресурсной надежности теплоизолированной трубы при работе в условиях высокотемпературных сред с температурой выше 350°С и позволяет прокачивать флюиды с сохранением свойств элементов конструкции трубы.

Пример конкретного осуществления полезной модели.

Для сборки соединения теплоизолированной трубы с изолирующей вставкой использовали внутреннюю трубу диаметром 73,02 мм с толщиной стенки 5,51 мм и наружную трубу диаметром 114,3 мм с толщиной стенки 6,88 мм. Сборку соединения теплоизолированной трубы осуществляли, например, с использованием наружной втулки, выполненной из сопряженных при помощи пружины наружной и внутренней частей, изготовленных, например, из силиката кальция. Пружина диаметром 4,5 мм имела поджатые и зашлифованные опорные витки и в диапазоне эксплуатации втулки развивала усилие 10-20 Н. Составные части наружной втулки имели внутренний диаметр 72 мм и наружный диаметр 96 мм. Уплотнительные кольца были изготовлены, в частности из сплава, содержащего медь. Длина наружной втулки с установленной между ее частями пружиной в ненапряженном состоянии составляла 110 мм.

После сборки на регламентированный момент по резьбе внутрь соединения был установлен электрический нагреватель, который поддерживал температуру внутренней поверхности внутренней трубы на уровне 400±3°С и затем - на уровне 550±5°С. Перед измерением температуры осуществляли выдержку при этих температурах в течение двух часов. Измерение температуры наружной поверхности наружной трубы осуществляли контактной термопарой, измерение теплового потока осуществлялось прибором ИТП-МГ4.03 х(у) «Поток». Было установлено, что при увеличении температуры внутренней поверхности внутренней трубы с 400°С до 550°С изменение теплового потока составило не более 10%, что почти в 2 раза ниже, чем у применяемых вставок и обеспечивает снижение теплопотерь при прокачивании высокотемпературных флюидов.

Последующая разборка соединения теплоизолированных труб показала отсутствие изменений частей составной изолирующей вставки. На поверхности уплотнительных колец остались кольцевые следы глубиной не более 0,1 мм от контакта с кольцевыми буртами раструбов внутренней трубы, что свидетельствует о достаточном прижатии уплотнительных колец и надежности испытываемой конструкции.

Применение предлагаемой теплоизолированной трубы обеспечивает повышение ресурсной надежности теплоизолированной трубы при работе в условиях высокотемпературных сред, позволяет прокачивать флюиды с температурой более 350°С с сохранением свойств, формы и характеристик неметаллических материалов элементов конструкции трубы и минимальными теплопотерями в процессе нагнетания теплоносителя в пласт.

Claims (7)

1. Теплоизолированная труба, состоящая из внутренней и наружной труб, расположенных соосно с образованием герметизированного кольцевого пространства между ними, в котором размещена теплоизоляция и создан вакуум, на концах внутренней трубы выполнены конические раструбы, соединенные с наружной трубой, на концах наружной трубы выполнена резьба, при этом на один из концов навинчена муфта с изолирующей вставкой, состоящей из наружной втулки и внутренней металлической втулки, состоящей их двух сопряженных частей, имеющих возможность перемещения в осевом направлении, отличающаяся тем, что изолирующая вставка снабжена уплотнительными кольцами, размещенными на торцевых поверхностях внутренней металлической втулки, наружная втулка выполнена с уплотняющими кольцевыми уступами, поверхности сопряжения которых эквидистантны поверхности конических раструбов внутренней трубы.

2. Теплоизолированная труба по п. 1, отличающаяся тем, что на конических раструбах внутренней трубы выполнены кольцевые бурты, у которых одна из поверхностей выполнена цилиндрической, контактирующие с уплотнительными кольцами, причем уплотнительные кольца выполнены из мягких металлических материалов.

3. Теплоизолированная труба по п. 1, отличающаяся тем, что на уплотнительных кольцах изолирующей вставки выполнены кольцевые бурты, у которых одна из поверхностей выполнена цилиндрической, контактирующие с коническими раструбами внутренней трубы, причем уплотнительные кольца выполнены из твердых металлических материалов.

4. Теплоизолированная труба по любому из указанных пунктов, отличающаяся тем, что сопряжение частей внутренней металлической втулки выполнено при помощи пружины.

5. Теплоизолированная труба по любому из указанных пунктов, отличающаяся тем, что наружная втулка выполнена составной из двух сопряженных частей, имеющих возможность перемещения в осевом направлении.

6. Теплоизолированная труба по п. 5, отличающаяся тем, что сопряжение частей наружной втулки выполнено при помощи пружины.

7. Теплоизолированная труба по любому из указанных пунктов, отличающаяся тем, что резьба на концах наружной трубы выполнена упорной.

Images