RU2242667C2

RU2242667C2 - Heat insulated pipe

Info

Publication number: RU2242667C2
Application number: RU2002122133/06A
Authority: RU
Inventors: И.В. Щапин (RU); И.В. Щапин; В.М. Щапин (RU); В.М. Щапин; В.Н. Коршунов (RU); В.Н. Коршунов; И.М. Фельдман (RU); И.М. Фельдман
Original assignee: Закрытое акционерное общество "РА-Кубаньнефтемаш"
Priority date: 2002-08-13
Filing date: 2002-08-13
Publication date: 2004-12-20
Also published as: RU2002122133A

Abstract

FIELD: oil industry.

SUBSTANCE: heat insulated pipe has coaxial inner and outer pipes mounted to form the pressure-tight ring space between them. The space receives heat insulation and is evacuated. The both ends of the outer pipe is provided with a thread. The coupling provided with an insulating insert is screwed on one end. The insert is made of outer plastic bushing and inner metallic bushing. The outer plastic insert is composed of two members. The inner metallic insert is divided into two parts interconnected through a threaded joint provided on the end made of a collet.

EFFECT: improved heat insulation.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к добыче нефти термическими методами, но может быть использовано и в других отраслях народного хозяйства в сборно-разборных трубопроводах для транспортировки теплоносителей.The invention relates to the oil industry, in particular to thermal oil production, but can be used in other sectors of the economy in collapsible pipelines for transporting coolants.

Известно устройство для передачи пара, состоящее из колонны насосно-компрессорных труб, не менее двух трубных сегментов, средства для соединения трубных элементов друг с другом противоположными концами, расположенными аксиально, образуя промежуток; каждый трубный элемент, включающий наружную и внутреннюю трубу, концентрически расположенную в наружной трубе, выходя оттуда, создает между ними кольцевое пространство; внутренняя труба имеет цилиндрический корпус с концевыми частями, радиально расходящимися наружу, соединена с другой трубой, наружной; изолирующее средство в кольцевом пространстве; цилиндрическое тело с цилиндрическим проходным сечением для переноса пара; цилиндрическую вставку, перекрывающую концевые части противоположных концов трубных секций, расположенных радиально внутрь; средство зацепления вставки с одной из концевых частей; вставка размещена радиально от другой конечной части, через которую пропускается пар из поперечного сечения в зазор, чтобы образовавшийся конденсат изолировал средство в зазоре; вставка содержит цилиндрический внутренний элемент, а цилиндрический наружный элемент, который окружает первый и выходит из него, создает кольцевое пространство между ними; внутренний и наружный элементы соединены своими концами; в кольцевом пространстве предусмотрено средство изоляции (1) (патент США №4621838, F 16 L 55/00, oп. 1986). Недостатком известного устройства является сложность изготовления и высокая стоимость. Кроме того, устройство не предусматривает возможности проведения ремонтных работ.A device for transmitting steam, consisting of a string of tubing, at least two pipe segments, means for connecting the pipe elements to each other with opposite ends located axially, forming a gap; each tube element, including the outer and inner pipe, concentrically located in the outer pipe, leaving there, creates an annular space between them; the inner tube has a cylindrical body with end parts radially diverging outward, connected to another outer tube; insulating means in the annular space; a cylindrical body with a cylindrical bore for transporting steam; a cylindrical insert overlapping the end parts of the opposite ends of the pipe sections located radially inward; means for engaging the insert from one of the end parts; the insert is placed radially from the other end part, through which steam is passed from the cross section into the gap, so that the condensate formed isolates the agent in the gap; the insert contains a cylindrical inner element, and a cylindrical outer element, which surrounds the first and leaves it, creates an annular space between them; the inner and outer elements are connected at their ends; insulation means (1) are provided in the annular space (US Pat. No. 4,621,838, F 16 L 55/00, op. 1986). A disadvantage of the known device is the complexity of manufacture and high cost. In addition, the device does not provide for the possibility of repair work.

Наиболее близкой к заявляемой теплоизолированной трубе является теплоизолированная колонна, включающая внутреннюю трубу с расположенной на ней многослойной экранной изоляцией, наружную трубу и муфту; внутренняя труба выполнена цельной с высаженными профилированными концами, наружная труба перед монтажом сжата вдоль оси на 9-12 мм, имеет на концах конусно-упорную резьбу и снабжена седлом и клапаном, равноудаленным от концов трубы и после герметизации седла обваренным вакуумно-плотным швом; внутренняя и наружная трубы выполнены из одного материала и по торцам обварены вакуумно-плотными швами; на многослойной экранной изоляции размещены центрирующие кольца, между слоями многослойной экранной изоляции размещен газопоглотитель; в межтрубном пространстве создан вакуум 10⁴–10^-3 мм рт.ст., при этом муфта навернута на наружные трубы, а уплотнительная втулка снабжена канавкой и поджимает профилированные концы внутренней трубы к наружной трубе (2) (Патент РФ №2129202, Е 21 В 17/00, оп. 20.04.99 г).Closest to the claimed thermally insulated pipe is a thermally insulated column, including an inner pipe with a multilayer screen insulation located on it, an outer pipe and a sleeve; the inner pipe is made integral with upset profiled ends, the outer pipe is 9-12 mm axially compressed along the axis before installation, has a tapered stop thread at the ends and is equipped with a seat and valve equidistant from the pipe ends and after sealing the saddle with a welded vacuum-tight seam; the inner and outer pipes are made of the same material and welded with vacuum-tight seams at the ends; centering rings are placed on the multilayer screen insulation, a getter is placed between the layers of the multilayer screen insulation; a vacuum of 10 ⁴ –10 ^-3 mm Hg is created in the annulus, while the sleeve is screwed onto the outer pipes, and the sealing sleeve is provided with a groove and compresses the profiled ends of the inner pipe to the outer pipe (2) (RF Patent No. 2129202, E 21 B 17/00, op. 20.04.99 g).

Одним из недостатков известной теплоизолированной колонны является несовершенство конструкции уплотнительной втулки, изготовленной из полимерного материала, которая не обеспечивает необходимой термоизоляции и равнопроходного сечения внутреннего канала теплоизолированной колоны. При существующих допусках на изготовление резьбы расстояние между торцами секций теплоизолированных труб, соединенных муфтой при их свинчивании, значительно отличаются друг от друга, достигая значений до 10 мм и более. При этом уплотнительная втулка при полном свинчивании секций теплоизолированных труб либо сильно сжимается и выдавливается во внутренний канал колонны, либо не обеспечивает необходимого уплотнения. В этом и в другом случаях значительно ухудшаются теплоизолирующие свойства уплотнительной втулки, кроме того, в первом случае суженный внутренний канал теплоизолированной колонны препятствует нормальному прохождению через него различных приборов (шаблонов, термометров и др.,) в процессе технологических операций при эксплуатации теплоизолированных колонн труб. Это приводит к высоким теплопотерям при нагнетании теплоносителей в нефтяные пласты и необходимости подземных ремонтных работ по восстановлению номинального размера внутреннего канала в теплоизолированной колонне труб, а, следовательно, к увеличению стоимости работ.One of the disadvantages of the known thermally insulated columns is the imperfection of the design of the sealing sleeve made of a polymer material, which does not provide the necessary thermal insulation and equal passage of the inner channel of the insulated columns. With existing tolerances for the manufacture of threads, the distance between the ends of the sections of thermally insulated pipes connected by a sleeve when they are screwed up significantly differ from each other, reaching values up to 10 mm or more. At the same time, the sealing sleeve, when the sections of thermally insulated pipes are fully screwed up, either strongly compresses and extrudes into the inner channel of the column, or does not provide the necessary seal. In this and in other cases, the heat-insulating properties of the sealing sleeve are significantly deteriorated, in addition, in the first case, the narrowed inner channel of the insulated column prevents the normal passage of various devices (templates, thermometers, etc.) through it during the operation of the operation of insulated pipe columns. This leads to high heat losses during the injection of coolants into oil reservoirs and the need for underground repair work to restore the nominal size of the internal channel in the insulated pipe string, and, consequently, to increase the cost of work.

Помимо вышеизложенного недостатком известной теплоизолированной колонны является сложность и дороговизна ремонта труб, так как для этого требуется отрезание и отделение внутренней трубы от наружной с последующим полным комплексом работ по изготовлению, теплоизоляции, сборки реставрированной трубы, обеспечению вакуума и др. операций, связанных со значительными затратами, соизмеримыми с таковыми по изготовлению новой теплоизолированной трубы.In addition to the foregoing, a disadvantage of the known thermally insulated columns is the complexity and cost of pipe repair, since this requires cutting and separating the inner pipe from the outer pipe, followed by a full range of work on the manufacture, insulation, assembly of the restored pipe, vacuum and other operations associated with significant costs commensurate with those for the manufacture of a new thermally insulated pipe.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности работы теплоизолированных труб за счет сокращения теплопотерь и увеличение срока их службы путем создания ремонтно-пригодной конструкции.The objective of the present invention is to increase the efficiency of insulated pipes by reducing heat loss and increasing their service life by creating a repair-suitable design.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что в известной теплоизолированной трубе, включающей внутреннюю и наружные 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 ее навинчена муфта с изолирующей вставкой, состоящей из наружной пластмассовой и внутренней металлической втулок; согласно изобретения наружная пластмассовая втулка состоит из двух элементов, один из которых содержит охватывающую, другой охватываемую части, образующие между собой посадку с натягом, а внутренняя металлическая втулка разделена на две части, соединенные между собой резьбовым соединением, причем охватывающая резьбовая часть выполнена на конце в виде цанги.The essence of the present invention lies in the fact that in the known heat-insulated pipe, including the inner and outer pipes, located coaxially with the formation of a sealed annular space between them, it is insulated and created a vacuum, a thread is cut at both ends of the outer pipe, at one end of it a coupling with an insulating insert consisting of an outer plastic and an inner metal sleeve is screwed; according to the invention, the outer plastic sleeve consists of two elements, one of which contains the female, the other male parts, forming an interference fit, and the internal metal sleeve is divided into two parts interconnected by a threaded connection, and the female threaded part is made at the end in in the form of a grip.

При этом резьбовое соединение внутренней металлической втулки выполнено упорным. Кроме того, внутренняя металлическая втулка может быть выполнена из нержавеющей стали или с покрытием с внутренней и наружной сторон антикоррозийным теплоизолирующим слоем.In this case, the threaded connection of the inner metal sleeve is made resistant. In addition, the inner metal sleeve can be made of stainless steel or coated with an anticorrosive heat-insulating layer on the inner and outer sides.

На фиг.1 представлена теплоизолированная труба в сборе, на фиг.2 представлено муфтовое соединение теплоизолированной трубы в момент начала свинчивания. На фиг.3 представлено муфтовое соединение теплоизолированной трубы в момент окончания свинчивания. На фиг.4 представлен фрагмент упорной резьбы металлической втулки.Figure 1 shows the heat-insulated pipe assembly, figure 2 shows the sleeve connection of the heat-insulated pipe at the time of screwing. Figure 3 shows the sleeve connection of a thermally insulated pipe at the end of screwing. Figure 4 presents a fragment of the persistent thread of a metal sleeve.

Теплоизолированная труба (фиг.1) включает наружную трубу 1, внутреннюю трубу 2, коаксиально с образованием кольцевого пространства 3 между ними. Внутренняя труба 2 соединена с наружной 1 вакуумно-плотными швами 4. Соосность внутренней трубы 2 относительно наружной трубы 1 обеспечивается центраторами 5. В загерметизированном кольцевом пространстве 3 размещена многослойная теплоизоляция 6. В трубе выполнено отверстие 7 под клапан, который после создания через него вакуума заваривается вакуумно-плотным швом. На обоих концах наружной трубы 1 нарезается резьба 8. С одной стороны на смазанную резьбу с заданным моментом навинчивается муфта 9, внутри которой в дальнейшем вставляется специальная изолирующая вставка 10, состоящая из (фиг.2) наружной пластмассовой охватывающей 11 и охватываемой 12 втулок, образующих между собой посадку с натягом по поверхности 13.The heat-insulated pipe (figure 1) includes an outer pipe 1, an inner pipe 2, coaxially with the formation of an annular space 3 between them. The inner pipe 2 is connected to the outer 1 by vacuum-tight seams 4. The alignment of the inner pipe 2 relative to the outer pipe 1 is provided by the centralizers 5. In the sealed annular space 3 there is a multilayer thermal insulation 6. A hole 7 is made in the pipe for the valve, which is welded after creating a vacuum through it vacuum tight seam. A thread 8 is cut at both ends of the outer pipe 1. On one side, a sleeve 9 is screwed onto a lubricated thread with a given moment, inside of which a special insulating insert 10 is subsequently inserted, consisting of (figure 2) an outer plastic covering 11 and covered by 12 bushings forming between each fit with an interference fit on the surface 13.

Внутренняя часть изолирующей вставки 10 представляет собой металлическую втулку, состоящую из двух частей 14 и 15, соединенных между собой резьбовым соединением 16, причем охватывающая резьбовая часть 14 металлической втулки выполнена на конце в виде цанги 17.The inner part of the insulating insert 10 is a metal sleeve, consisting of two parts 14 and 15, interconnected by a threaded connection 16, and the female threaded part 14 of the metal sleeve is made at the end in the form of a collet 17.

Изготовленные и собранные в заводских условиях теплоизолированные трубы маркируются, консервируются, упаковываются и отгружаются заказчикам на нефтедобывающие предприятия.Thermally insulated pipes manufactured and assembled at the factory are marked, preserved, packaged and shipped to customers at oil companies.

При непосредственном применении теплоизолированные трубы собираются в колонну путем свинчивания друг с другом с заданным крутящим моментом на устье скважины.In direct application, thermally insulated pipes are assembled into a string by screwing together with a given torque at the wellhead.

Изолирующие вставки 10 (фиг.1) устанавливаются в муфтовые соединения в растянутом состоянии при соприкосновении охватывающей 11 и охватываемой 12 (фиг.2) пластмассовых втулок. В процессе свинчивания теплоизолированных труб за счет осевого перемещения под воздействием сжимающих и вращающих усилий, передаваемых от внутренней трубы 2 через части 14 и 15 металлической втулки, вставка 10 укорачивается до размера, соответствующего полученной при окончании свинчивания труб (фиг.3) полости с обеспечением расчетного усилия и уплотнения между торцами частей 14 и 15 металлической втулки и раструбными частями внутренних труб 2. При этом упорное резьбовое соединение 16 (фиг.3, 4) и цанга 17 обеспечивают фиксацию изолирующей вставки в созданном напряженном состоянии, а охватывающая 11 и охватываемая 12 пластмассовые втулки вводятся одна в другую с посадкой по поверхности 13 при заданном натяге.The insulating inserts 10 (FIG. 1) are installed into the coupling joints in the extended state when the plastic sleeves covering 11 and covered by 12 (FIG. 2) are touched. In the process of make-up of insulated pipes due to axial movement under the influence of compressive and rotational forces transmitted from the inner pipe 2 through parts 14 and 15 of the metal sleeve, the insert 10 is shortened to the size corresponding to the cavity obtained at the end of the make-up of pipes (Fig. 3) with the design forces and seals between the ends of the parts 14 and 15 of the metal sleeve and the bell-shaped parts of the inner tubes 2. In this case, the threaded threaded connection 16 (Figs. 3, 4) and the collet 17 provide fixation of the insulating insert in the created stress state, and covering 11 and covered 12 plastic sleeves are inserted one into another with a fit on the surface 13 with a given interference fit.

При термических методах добычи нефти по спущенной в скважину и оснащенной специальным оборудованием теплоизолированной колонне труб подается теплоноситель (пар, горячая вода с температурой до 350°С при давлении до 16,0 МПа), поступающий непосредственно в обрабатываемый нефтяной пласт.In thermal methods of oil production, a heat-transfer pipe (steam, hot water with a temperature of up to 350 ° C at a pressure of up to 16.0 MPa) is supplied through a heat-insulated pipe string lowered into the well and supplied directly to the processed oil reservoir.

Продолжительность теплового воздействия может длиться от несколько суток до несколько месяцев и даже лет в зависимости от потребности нефтяных пластов, предусмотренной технологическим проектом разработки конкретного нефтяного месторождения. В процессе нагнетания теплоносителя теплоизолированная колонна должна обеспечивать герметичность соединений и минимальные теплопотери, обусловленные технической характеристикой теплоизолированных труб.The duration of heat exposure can last from several days to several months and even years, depending on the needs of oil reservoirs, as provided for by the technological project for the development of a specific oil field. In the process of pumping the coolant, the insulated column must ensure the tightness of the joints and the minimum heat loss due to the technical characteristics of the insulated pipes.

В период эксплуатации теплоизолированные трубы подвержены воздействию многочисленных термоциклических нагрузок (нагрев-охлаждение) и частых как технологически обусловленных, так и непредвиденных спуско-подъемных операций со свинчиванием и развинчиванием резьбовых соединений. Такой режим эксплуатации приводит к износу и повреждениям резьбовых соединений теплоизолированных труб, которые не могут быть использованы для последующего нагнетания теплоносителя. Для известной теплоизолированной колонны (2) в этом случае, как рассматривалось ранее, требуется капитальный дорогостоящий ремонт всей теплоизолированной трубы с заменой всех уплотняющих втулок, а для предлагаемой конструкции теплоизолированной трубы достаточно выполнить только подтарцовку наружной трубы и обновление резьбового соединения. При этом длина реставрируемого участка трубы будет зависеть от типа резьбы, угла наклона, шага, высоты исходного профиля и ее износа, а изолирующие вставки 10 пригодны для многократного использования.During operation, heat-insulated pipes are exposed to numerous thermocyclic loads (heating-cooling) and frequent both technologically determined and unforeseen tripping operations with screwing and unscrewing of threaded joints. This mode of operation leads to wear and damage to the threaded joints of thermally insulated pipes, which cannot be used for subsequent injection of the coolant. For the known heat-insulated column (2) in this case, as discussed earlier, a major overhaul of the entire heat-insulated pipe with the replacement of all sealing sleeves is required, and for the proposed design of the heat-insulated pipe, it is sufficient to perform only the external pipe rolling and updating the threaded connection. The length of the restored section of the pipe will depend on the type of thread, angle, pitch, height of the original profile and its wear, and insulating inserts 10 are suitable for repeated use.

Преимущества предложенной теплоизолированной трубы состоят в том, что значительно увеличивается срок ее эффективной работы (как минимум, в три раза) за счет малозатратного профилактического ремонта и восстановления износа и нарушений резьбы, повторного использования изолирующих вставок, вместо капитального и дорогостоящего ремонта для известных конструкций.The advantages of the proposed thermally insulated pipe are that its effective operation time is significantly increased (at least three times) due to low-cost preventive maintenance and restoration of wear and thread breaks, reuse of insulating inserts, instead of overhaul and expensive repairs for known structures.

За счет снижения эксплуатационных затрат на ремонт расширяется сфера применения тепло изолированных труб и, в частности, область рентабельного термического воздействия на нефтяные залежи с высоковязкими, трудноизвлекаемыми нефтями, а также возможность применения таких теплоизолируемых труб в других отраслях народного хозяйства для транспортировки теплоносителей по мобильным сборно-разборным трубопроводам.By reducing operating costs for repairs, the scope of application of heat-insulated pipes is expanding and, in particular, the field of cost-effective thermal impact on oil deposits with highly viscous, difficult to recover oils, as well as the possibility of using such heat-insulated pipes in other sectors of the economy for transporting heat carriers via mobile prefabricated collapsible pipelines.

Claims

1. The heat-insulated pipe, including the inner and outer pipes, located coaxially with the formation of a sealed annular space between them, it is insulated and created a vacuum, a thread is cut at both ends of the outer pipe, a coupling with an insulating insert consisting of outer plastic and inner metal bushings, characterized in that the outer plastic sleeve consists of two elements, one of which contains the female and the other male parts, o generators of each other with an interference fit and the inner metal sleeve is divided into two parts interconnected by a threaded connection, the male threaded portion formed at an end of the collet.

2. The heat-insulated pipe according to claim 1, characterized in that the threaded connection of the metal sleeve is made resistant.

3. The insulated pipe according to claim 1, characterized in that the inner metal sleeve is made of stainless steel.

4. The heat-insulated pipe according to claim 1, characterized in that the inner metal sleeve is coated on the inner and outer sides with an anti-corrosion heat-insulating layer.