RU2718765C1 - Heat insulating direction - Google Patents
Heat insulating direction Download PDFInfo
- Publication number
- RU2718765C1 RU2718765C1 RU2019141336A RU2019141336A RU2718765C1 RU 2718765 C1 RU2718765 C1 RU 2718765C1 RU 2019141336 A RU2019141336 A RU 2019141336A RU 2019141336 A RU2019141336 A RU 2019141336A RU 2718765 C1 RU2718765 C1 RU 2718765C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipes
- plates
- pipe
- heat
- outer pipe
- Prior art date
Links
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 238000004078 waterproofing Methods 0.000 claims description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 7
- 238000010257 thawing Methods 0.000 abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 6
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 6
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 5
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- -1 for example Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 description 2
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 239000004816 latex Substances 0.000 description 1
- 229920000126 latex Polymers 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000013521 mastic Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B36/00—Heating, cooling or insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B36/00—Heating, cooling or insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones
- E21B36/003—Insulating arrangements
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Thermal Insulation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам, а именно к термоизолирующим направлениям, применяемым при строительстве скважин, в том числе при бурении нефтяных и газовых скважин при обустройстве скважин в условиях многолетней мерзлоты для предотвращения их растепления. Может применяться при строительстве скважин на месторождениях с наличием в разрезе многолетнемерзлых пород (ММП) с высокой льдистостью.The invention relates to devices, namely, to heat-insulating areas used in well construction, including the drilling of oil and gas wells during the construction of wells under permafrost conditions to prevent their thawing. It can be used in the construction of wells in fields with the presence of permafrost rocks (IMF) with high ice content in the section.
Известно термоизолирующее направление типа «Джол» (см. Буслаев В.Ф. и др. Строительство скважин на Севере: Монография. Ухта, УГТУ, 2000, с. 169, 170, рис. 6.7), которое применяют в процессе бурения для предотвращения растепления окружающих мерзлых пород и промерзания оборудования в процессе бурения. Известное термоизолирующее направление содержит внутреннюю и наружную коаксиальные трубы с размещенным между ними теплоизолирующим материалом и выполнено сварным из двух девятиметровых секций.There is a well-known insulating direction of the Jol type (see Buslaev V.F. et al. Well construction in the North: Monograph. Ukhta, Ural State Technical University, 2000, pp. 169, 170, Fig. 6.7), which is used in the drilling process to prevent thawing surrounding frozen rocks and equipment freezing during drilling. Known heat-insulating direction contains an inner and outer coaxial pipe with a heat-insulating material placed between them and is made welded from two nine-meter sections.
Основным недостатком такого термоизолирующего направления является его большая длина, которая существенно затрудняет его установку в скважину, а также небольшая прочность, возможность нарушения целостности теплоизоляции при эксплуатации, поскольку она сама является элементом крепления между внутренней и наружной трубой, из-за этого возможно неравномерное распределение теплоизоляции. В результате такое термоизолирующее направление недолговечно и ненадежно.The main disadvantage of such a thermally insulating direction is its large length, which makes it difficult to install it in the well, as well as its low strength, the possibility of violating the integrity of the thermal insulation during operation, since it itself is an attachment element between the inner and outer pipes, due to this an uneven distribution of thermal insulation is possible . As a result, such a thermally insulating direction is short-lived and unreliable.
Известно термоизолирующее направление (см. патент RU 160010 U1, Е21В 36/00, опубл. 27.02.2016), выполненное сборно-разборным, каждая секция которого содержит внутреннюю и наружную трубы и размещенный между ними теплоизоляционный материал. Известное термоизолирующее направление состоит из двух и более секций, каждая из которых в зоне стыка имеет выступающие из наружной трубы концы внутренней трубы. Нижний конец внутренней трубы верхней секции связан с верхним концом внутренней трубы нижней секции посредством резьбовой муфты. Зона стыка наружных труб каждой секции перекрывается обечайкой, а каждая полость между обечайкой и связанными между собой посредством резьбовой муфты соединения внутренними трубами заполнена теплоизоляционным материалом.Known thermally insulating direction (see patent RU 160010 U1, ЕВВ 36/00, publ. 02/27/2016), made collapsible, each section of which contains an inner and an outer pipe and a heat-insulating material placed between them. Known thermally insulating direction consists of two or more sections, each of which in the joint zone has the ends of the inner pipe protruding from the outer pipe. The lower end of the inner pipe of the upper section is connected to the upper end of the inner pipe of the lower section by means of a threaded sleeve. The joint zone of the outer pipes of each section is overlapped by the shell, and each cavity between the shell and the inner pipes connected by a threaded coupling of the joint is filled with heat-insulating material.
Недостатком известного термоизолирующего направления является сложность установки обечайки в зоне соединения секций с диаметром наружной трубы 530 мм и более (наиболее часто применяемые типоразмеры термоизолирующего направления), имеющих относительно большие размеры и массу. Главным недостатком также остается небольшая прочность, возможность нарушения целостности теплоизоляции при эксплуатации, поскольку она сама является элементом крепления между внутренней и наружной трубой, из-за этого возможно неравномерное распределение теплоизоляции. В результате такое термоизолирующее направление недолговечно и ненадежно.A disadvantage of the known thermally insulating direction is the difficulty of installing a shell in the connection zone of sections with an outer pipe diameter of 530 mm or more (the most commonly used sizes of thermally insulating directions) having relatively large sizes and weights. The main disadvantage also remains low strength, the possibility of violating the integrity of the insulation during operation, since it itself is an element of attachment between the inner and outer pipes, due to this an uneven distribution of thermal insulation is possible. As a result, such a thermally insulating direction is short-lived and unreliable.
Известно термоизолирующее направление (см. патент RU 158537 U1, Е21В 36/00, опубл. 10.01.2016, принят за прототип), которое включает по меньшей мере две секции, соединенные между собой при помощи муфты. Каждая секция имеет одинаковую конструкцию и содержит внутреннюю и наружную трубы, пространство между которыми заполнено теплоизолирующим материалом. Длина каждой внутренней трубы больше длины каждой наружной трубы. Каждая внутренняя труба на обоих концах имеет резьбу для соединения посредством муфты и установленные фиксирующие фланцы, каждый фиксирующий фланец состоит из первого и второго кольцевых элементов, между которыми расположено уплотнительное кольцо, взаимодействующее с наружной поверхностью внутренней трубы, и которые соединены посредством крепежных элементов. Наружная труба установлена на внутренней трубе посредством фиксирующих фланцев, наружная поверхность которых контактирует с внутренней и торцевой поверхностью наружной трубы. В месте соединения первой и второй секции установлен стакан, пространство под которым заполнено теплоизолирующим материалом. Стакан закреплен при помощи хомутов.Known thermally insulating direction (see patent RU 158537 U1, ЕВВ 36/00, published on 01/10/2016, adopted as a prototype), which includes at least two sections interconnected by means of a coupling. Each section has the same design and contains internal and external pipes, the space between which is filled with heat-insulating material. The length of each inner pipe is greater than the length of each outer pipe. Each inner pipe at both ends has a thread for connection by means of a coupling and mounted fixing flanges, each fixing flange consists of first and second ring elements, between which there is a sealing ring interacting with the outer surface of the inner pipe, and which are connected by means of fasteners. The outer pipe is mounted on the inner pipe by means of fixing flanges, the outer surface of which is in contact with the inner and end surfaces of the outer pipe. A glass is installed at the junction of the first and second sections, the space under which is filled with insulating material. The glass is fixed with clamps.
Недостаток прототипа заключается в том, что конструкция соединения наружных труб с внутренними трубами при помощи массивных фиксирующих фланцев приводит к большим тепловым потерям на концах наружных труб. Кроме того, при длительной эксплуатации скважины (более 20 лет) старение материала уплотнительных колец, находящихся в напряженном состоянии, в сочетании с осевыми нагрузками от веса внутренней трубы и ее температурных деформаций приводит к нарушению прочности и плотности соединения внутренней и наружной трубы с фиксирующими фланцами. Образующиеся неплотности обуславливают отслоение и намокание теплоизоляционного материала под действием влаги окружающих пород, что снижает теплоизоляционные свойства термоизолирующего направления. Тепловые потери на поверхности наружной трубы вызывают растепление окружающих мерзлых пород, что приводит к образованию каверн, рост которых может стать причиной деформации конструкции скважины.The disadvantage of the prototype is that the design of the connection of the outer pipes with the inner pipes using massive fixing flanges leads to large heat losses at the ends of the outer pipes. In addition, during long-term operation of the well (more than 20 years), aging of the material of the o-rings in tension, combined with axial loads from the weight of the inner pipe and its temperature deformations, violates the strength and tightness of the connection of the inner and outer pipes to the fixing flanges. The resulting leaks cause peeling and wetting of the insulating material under the influence of moisture from the surrounding rocks, which reduces the heat-insulating properties of the insulating direction. Heat losses on the surface of the outer pipe cause the surrounding frozen rocks to thaw, which leads to the formation of caverns, the growth of which can cause deformation of the well structure.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание устройства с повышенными эксплуатационными характеристиками и технологичного при монтаже на скважине.The technical problem solved by the invention is the creation of a device with enhanced performance and technological when installing on the well.
Технический результат заключается в улучшении условий теплоизоляции за счет снижения теплопередачи в зоне соединения внутренней и наружной трубы каждой секции при одновременном повышении надежности и долговечности теплоизолирующего направления.The technical result consists in improving the thermal insulation conditions by reducing heat transfer in the connection zone of the inner and outer pipes of each section while increasing the reliability and durability of the insulating direction.
Согласно изобретению термоизолирующее направление включает по меньшей мере две секции, каждая секция которого содержит коаксиально расположенные внутреннюю и наружную трубы, между которыми размещен теплоизолирующий материал, при этом длина каждой внутренней трубы больше длины каждой наружной трубы, концы внутренних труб смежных секций соединены друг с другом посредством разборного соединения, зона стыка наружных труб смежных секций перекрыта защитным кожухом, закрепленным на наружных трубах, а полость между защитным кожухом и связанными между собой разборным соединением внутренними трубами заполнена теплоизоляционным материалом.According to the invention, the heat-insulating direction includes at least two sections, each section of which contains coaxially located inner and outer pipes, between which heat-insulating material is placed, while the length of each inner pipe is greater than the length of each outer pipe, the ends of the inner pipes of adjacent sections are connected to each other by collapsible connection, the joint zone of the outer pipes of adjacent sections is blocked by a protective casing mounted on the outer pipes, and the cavity between the protective casing and interconnected by a collapsible joint, the internal pipes are filled with heat-insulating material.
Новым является то, что внутренняя и наружная трубы каждой секции в их межтрубном пространстве соединены между собой по меньшей мере одной пластиной.What is new is that the inner and outer pipes of each section in their annular space are interconnected by at least one plate.
В заявляемом термоизолирующем направлении каждая пластина может быть расположена в межтрубном пространстве радиально; места установки пластин могут быть расположены в верхней и нижней частях наружной трубы; один край каждой пластины может быть расположен заподлицо с торцом наружной трубы, а другой противоположный край пластины может быть установлен внутри наружной трубы; торец наружной трубы, край каждой пластины, расположенный заподлицо с соответствующим торцом наружной трубы, а также торцевая поверхность теплоизолирующего материала межтрубного пространства, расположенная заподлицо с соответствующим торцом наружной трубы, могут быть покрыты слоем гидроизолирующего материала толщиной не менее 0,3 мм с возможностью изолирования межтрубного пространства; в каждой секции соединение внутренней и наружной труб между собой может быть выполнено с помощью пластин и адгезии теплоизолирующего материала к ним; в местах установки пластин в верхней части наружных труб суммарная высота всех пластин в направлении оси термоизолирующего направления, умноженная на толщину пластин, может быть меньше длины окружности внутренней поверхности наружной трубы, умноженной на толщину наружной трубы; в местах установки пластин в нижней части наружных труб суммарная высота всех пластин в направлении оси термоизолирующего направления, умноженная на толщину пластин, может быть меньше длины окружности внутренней поверхности наружной трубы, умноженной на толщину наружной трубы; пластины и внутренние и наружные трубы могут быть выполнены из металла, при этом пластины приварены к внутренней и наружной трубам; наружные трубы могут быть выполнены из полимера с прорезями под пластины, а пластины и внутренние трубы могут выполнены из металла, при этом пластины приварены к внутренним трубам и установлены в прорези наружных труб из полимера.In the claimed thermally insulating direction, each plate can be located radially in the annulus; places for installing the plates can be located in the upper and lower parts of the outer pipe; one edge of each plate can be flush with the end of the outer pipe, and the other opposite edge of the plate can be installed inside the outer pipe; the end of the outer pipe, the edge of each plate, flush with the corresponding end of the outer pipe, as well as the end surface of the insulating material of the annular space, flush with the corresponding end of the outer pipe, can be covered with a layer of waterproofing material with a thickness of at least 0.3 mm with the possibility of insulating the annular space in each section, the connection of the inner and outer pipes to each other can be performed using plates and the adhesion of heat-insulating material to them; at the places of installation of the plates in the upper part of the outer pipes, the total height of all the plates in the direction of the axis of the insulating direction, multiplied by the thickness of the plates, may be less than the circumference of the inner surface of the outer pipe multiplied by the thickness of the outer pipe; at the places of installation of the plates in the lower part of the outer pipes, the total height of all the plates in the direction of the axis of the insulating direction, multiplied by the thickness of the plates, may be less than the circumference of the inner surface of the outer pipe multiplied by the thickness of the outer pipe; plates and inner and outer pipes can be made of metal, while the plates are welded to the inner and outer pipes; the outer pipes can be made of polymer with slots for the plates, and the plates and inner pipes can be made of metal, while the plates are welded to the inner pipes and installed in the slots of the outer pipes of polymer.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид секции термоизолирующего направления, на фиг. 2 - продольный разрез А-А секции термоизолирующего направления, на фиг. 3 показано соединение двух секций защитным кожухом, на фиг.4 - поперечный разрез В-В секции термоизолирующего направления из металлических труб в месте установки пластин.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general view of a section of a thermally insulating direction, FIG. 2 is a longitudinal section AA of a section of a thermally insulating direction, FIG. Figure 3 shows the connection of two sections with a protective casing, figure 4 is a cross section bb section thermally insulating direction of metal pipes in the place of installation of the plates.
Позициями на предлагаемой фигуре обозначены: 1 - внутренняя труба, 2 - наружная труба, 3 - теплоизолирующий материал в межтрубном пространстве внутри наружной трубы, 4 - металлические пластины, 5 - соединительная муфта, 6 - теплоизолирующий материал в пространстве между защитным кожухом и собранными внутренними трубами 1 смежных секций, 7 - защитный кожух, 8 - хомут, 9 - гидроизолирующий материал, 10 -сварное соединение пластин с внутренней трубой, 11 - сварное соединение пластин с наружной трубой.The positions on the proposed figure are: 1 - inner pipe, 2 - outer pipe, 3 - heat insulating material in the annulus inside the outer pipe, 4 - metal plates, 5 - connecting sleeve, 6 - heat insulating material in the space between the protective casing and the assembled
Термоизолирующее (или теплоизолирующее) направление (называемое также термоэкранированной колонной буровой скважины) выполнено сборно-разборным и включает по меньшей мере две секции, в зависимости от необходимой длины. Например, количество секций может быть равно двум, трем и более. Каждая из секций термоизолирующего направления имеет одинаковую конструкцию и содержит коаксиально расположенные внутреннюю трубу 1 (называемую также обсадной) и наружную трубу 2 (называемую также оболочкой). В межтрубном пространстве (полости) между трубами 1 и 2 каждой секции размещен теплоизолирующий материал 3. Длина каждой внутренней трубы 1 больше длины каждой наружной трубы 2, и оба конца внутренней трубы 1 выходят за пределы наружной трубы 2.The heat-insulating (or heat-insulating) direction (also called the thermally shielded column of the borehole) is collapsible and includes at least two sections, depending on the required length. For example, the number of sections may be two, three or more. Each of the sections of the insulating direction has the same design and contains coaxially located inner pipe 1 (also called casing) and outer pipe 2 (also called sheath). In the annular space (cavity) between the
Выполнение разборного соединения внутренних труб смежных секций может быть резьбовым с применением стандартного резьбового соединения обсадных труб с использованием муфт (внутренняя труба может быть выполнена на концах с наружной резьбой, на один из концов трубы навинчена муфта 5 (как показано на фиг. 3) для последующего соединения с концом другой внутренней трубы) или без них (внутренняя труба может быть выполнена на одном конце с внутренней резьбой, а на другом - с наружной), а также посредством механического крепления элементов. Механическое крепление может быть выполнено, например, посредством фланцев, установленных на торцах внутренних труб, и соответствующих крепежных элементов, либо посредством быстро сборных трубных соединений. Выбор вида разборного соединения секций зависит от доступного при обустройстве скважин оборудования, а также от размеров и необходимого количества секций термоэкранированной колонны, что связано с несущей способностью каждого вида соединения.The collapsible connection of the inner pipes of adjacent sections can be threaded using a standard threaded connection of casing using couplings (the inner pipe can be made at the ends with an external thread, a
Зона стыка наружных труб 2 смежных секций перекрыта защитным кожухом 7, закрепленным на наружных трубах 2, а полость между защитным кожухом 7 и связанными между собой разборным соединением внутренними трубами 1 смежных секций заполнена теплоизоляционным материалом 6. Как пример, защитный кожух 7 может быть установлен внахлест на наружные трубы 2 смежных секций и зафиксирован посредством хомутов 8, выполненных в виде стальных полуколец, стягиваемых болтами.The joint zone of the
Внутренняя 1 и наружная 2 трубы каждой секции в их межтрубном пространстве соединены между собой по меньшей мере одной пластиной 4. По меньшей мере одна пластина 4 простирается по своей длине от внешней поверхности внутренней трубы 1 к внутренней поверхности наружной трубы 2, по своей высоте установлена вертикально или наклонно, а длина и высота каждой пластины больше ее толщины. Каждая пластина предпочтительно расположена радиально (см. пример нескольких радиальных пластин на фиг. 4) по отношению к трубам. Может быть и другое расположение пластин (тангенциальное, наклонное, спиральное) относительно труб в зависимости от характера необходимых воспринимаемых нагрузок. Предпочтительно, места установки пластин 4 расположены в верхней и нижней частях наружной трубы 2 по ее торцам. Может быть и любое другое расположение пластин в межтрубном пространстве (равномерное или неравномерное, регулярное или повторяющееся расположение с перекрытием и/или без перекрытия по всей длине труб и/или по окружности межтрубного пространства, равномерное расположение в шахматном порядке, расположение посередине и/или по краям, расположение целиком по всей длине наружной и/или внутренней труб, или любое другое возможное расположение/распределение пластин в кольцевом пространстве) в зависимости от технологических возможностей, необходимых воспринимаемых нагрузок и прочих конструкторских соображений - передачи нагрузок, теплопроводности, распределения напряжений. В случае соединения внутренней 1 и наружной 2 трубы каждой секции в их межтрубном пространстве между собой одной пластиной 4, указанная единственная пластина также может быть расположена в различном исполнении (радиально, касательно, тангенциально под любым наклоном, по всей длине наружной трубы или по ее части).The inner 1 and outer 2 pipes of each section in their annular space are interconnected by at least one
Разборное соединение концов внутренних труб 1 смежных секций расположено между указанными местами установки пластин 4 смежных секций. В случае расположения мест установки пластин 4 в верхней и нижней частях наружной трубы 2 по ее торцам, один край каждой пластины 4 расположен заподлицо с торцом наружной трубы 2, а другой противоположный край пластины 4 установлен внутри наружной трубы 2. Например, на фиг.2 в месте установки пластин в верхней части наружной трубы 2 верхний край каждой пластины 4 в этом месте установки расположен заподлицо с торцом наружной трубы 2, а нижний ее край установлен внутри наружной трубы 2. Как пример, высота пластин (расстояние от ее нижнего края до верхнего) может быть от 50 мм, предпочтительно от 50 до 200 мм.A collapsible connection of the ends of the
Пластины 4, внутренние 1 и наружные 2 трубы могут быть выполнены из металла, например низкоуглеродистой стали, в этом случае пластины 4 могут быть приварены к поверхностям труб: с помощью продольных сварочных швов 10 к наружной поверхности внутренней трубы 1, и с помощью продольных оси направления сварочных швов 11 - к внутренней поверхности наружной трубы 2. Сталь может быть любой известной из уровня техники марки, с возможностью сваривания. Катет сварного шва может составлять, например, 10 мм. Возможен вариант, когда наружные трубы 2 выполнены из полимера (например, из полиэтилена) с продольными глухими или сквозными прорезями под пластины 4, а пластины 4 и внутренние трубы 1 выполнены из металла (например свариваемой стали), при этом пластины 4 могут быть приварены к внутренним трубам 1 и установлены в прорези наружных полимерных труб 2. При этом пластина может не выходить, или в менее предпочтительном варианте может выходить за внешний край оболочки. В случае с ПЭ (полиэтиленовой) оболочкой (наружной трубой) 2, в зависимости от массы оболочки (выполняются расчет соотношения массы оболочки и адгезии теплоизолированного материала 3) выполняется необходимое число прорезей в оболочке, а пластины 4 устанавливаются в эти прорези как упорные элементы. Выполнение пластины из металла и приварка к внутренней (обсадной) трубе обусловлено технологическими возможностями и позволяет получить жесткость конструкции, обеспечивающие облегчение конструкции соединения внутренней и наружной труб независимо от их диаметров, а также уменьшение теплопроводности конструкции по сравнению с прототипом. Возможно выполнение внутренних и наружных труб, а также пластин из других материалов, известных из уровня техники.The
В случае расположения края по меньшей мере одной пластины заподлицо с торцом наружной трубы, каждый из таких элементов как: торец наружной трубы 2, край каждой пластины 4, расположенный заподлицо с соответствующим торцом наружной трубы 2, а также торцевая поверхность теплоизолирующего материала 3 межтрубного пространства, расположенная заподлицо с соответствующим торцом наружной трубы 2, покрыты единым слоем 9 гидроизолирующего материала (см. фиг. 2) толщиной не менее 0,3 мм с возможностью изолирования межтрубного пространства (т.е. изолируются оба торца наружной трубы). Гидроизолирующий материал может представлять собой, например, затвердевающую жидкую мастику (например, полимерно-битумная жидкая резина, битумно-латексная эмульсия, образующие при застывании пленочное приклеенное покрытие - слой), или любой другой известный гидроизолирующий материал, известный из уровня техники, способный к покрытию торца трубы, краев металлических пластин, теплоизолирующего материала (с адгезией к ним или с любым другим видом прикрепления). Толщина покрытого слоя, равного не менее 0,3 мм, выбрана экспериментальным путем. При толщине этого слоя менее 0,3 мм он становится легко отслаиваемым, вероятно его коробление и разрушение, т.е. нарушается его функция гидроизоляции для данной конструкции. Как вариант слоя гидроизолирующего материала, может быть установлено (приклеено, прикреплено) любое гидроизолирующее уплотнение (например, приклеена или закреплена полимерная, резиновая прокладка), известное из уровня техники, предотвращающее попадание влаги в межтрубное пространство. Такая защита торцов секции слоем гидроизолирующего материала исключает воздействие на теплоизоляционный материал 3 влаги окружающих пород и деформаций сдвига от термического расширения и сужения материала внутренней трубы 1, в результате чего улучшается теплоизоляция за счет устранения теплового мостика от попадания влаги. Такой гидроизолирующий материал не подвержен осевым нагрузкам от веса внутренней трубы, не находится в напряженном состоянии, поскольку не участвует в креплении внутренней и наружной труб между собой, поэтому такое соединение труб пластинами с указанной гидроизоляцией надежно и долговечно.In the case of the location of the edge of at least one plate flush with the end of the outer pipe, each of such elements as: the end of the
В каждой секции соединение внутренней 1 и наружной 2 труб между собой может быть выполнено не только с помощью пластин 4, но и в дополнение к пластинам - с помощью адгезии теплоизолирующего материала 3 к ним. Это также способствует улучшению теплоизоляции, поскольку в межтрубном пространстве адгезия теплоизолирующего материала 3 к трубам 1,2 и к пластинам 4 приводит к его равномерному распределению благодаря отсутствию зазоров. В качестве теплоизоляционного материала 3 может быть использован, например двухкомпонентный пенополиуретан, который после заполнения межтрубного пространства между трубами 1,2, а также между пластинами 4, выдерживают до полной полимеризации и адгезии к элементам секции в межтрубном пространстве.In each section, the connection of the inner 1 and outer 2 pipes with each other can be performed not only with the help of the
Как вариант, в месте установки пластин суммарная высота всех пластин 4 в направлении оси термоизолирующего направления, умноженная на толщину пластин 4 (то есть суммарная площадь контакта всех пластин в одном их месте установки, при этом толщина всех пластин в этом месте их установки одинакова), является меньше величины длины окружности внутренней поверхности наружной трубы 2, умноженной на толщину наружной трубы 2 (т.е. суммарной площади контакта гипотетического фланцевого соединения внутренней и внешней труб, если бы оно было сконструировано по прототипу). Так тепловой мостик становится не только распределенным на большую длину по сравнению с кольцевым фланцевым соединением прототипа, но и становится меньше по величине, поскольку контактная площадь элементов крепления, имеющих высокую теплопередачу, снижаются. Такой вариант расположения пластин может касаться мест установки пластин в верхней части наружных труб и/или в нижней части наружных труб. При этом пластины в верхней части наружных труб устанавливаются только для выравнивания и распределения нагрузки, то есть их может быть меньше (или они могут быть тоньше), чем в нижней части наружных труб, где пластины устанавливаются не только для выравнивания, но и для крепления внутренней трубы с наружной, обеспечения их жесткости и устойчивости.Alternatively, at the place of installation of the plates, the total height of all
Изготовление термоизолированного направления, его монтаж и работу в буровой скважине осуществляют следующим образом.The manufacture of a thermally insulated direction, its installation and work in a borehole is as follows.
Каждую секцию термоизолированного направления изготавливают в заводских условиях по известной технологии «труба в трубе», с привариванием пластин, заливкой и отверждением теплоизолирующего материала, с покрытием гидроизоляцией по торцам наружной трубы.Each section of the thermally insulated direction is manufactured in the factory according to the well-known "pipe-in-pipe" technology, with welding of plates, pouring and curing of heat-insulating material, coated with waterproofing at the ends of the outer pipe.
Установку и сборку термоэкранированной колонны на скважине осуществляют с помощью стандартного спускоподъемного оборудования буровой установки. Каждую секцию термоэкранированной колонны фиксируют на роторе буровой установки с использованием элеватора. После свинчивания верхнего конца внутренней трубы 1 секции с нижним концом внутренней трубы 1 второй смежной секции, например, посредством резьбовой муфты 5 с использованием гидравлического ключа, в зоне стыка секций устанавливают теплоизоляцию 6, например, в виде теплоизоляционных скорлуп (например, двух половинок) из пенополиуретана, которые перекрывают защитным стальным либо оцинкованным кожухом 7. Защитный кожух 7 фиксируют посредством хомутов 8.Installation and assembly of thermally shielded columns in the well is carried out using standard hoisting equipment of the drilling rig. Each section of the thermally shielded column is fixed on the rotor of the drilling rig using an elevator. After screwing the upper end of the
Размеры конструкции закладываются проектом. Например, если заложили обсадную (внутреннюю) трубу наружным диаметром 319 мм, то оболочка (наружная труба) может быть с наружным диаметром 426 мм и толщиной стенки 8 мм, размер пластины по длине (от внутреннего края, примыкающего к внутренней трубе, до внешнего края, примыкающего к наружной трубе) будет равен (426-319)/2-8=45,5 мм. Толщина пластины, как пример, может быть равна 8... 10 мм, высота от 50 до 200 мм. Количество пластин принимается в зависимости от толщины и диаметра оболочки, а также от расчетных нагрузок и минимизации теплопередачи. Как пример, можно взять вместо 2 пластин толщиной 8 мм 4 пластины толщиной 4 мм. Другой пример: обсадная труба с наружным диаметром 319 мм, толщиной стенки 10 мм, оболочка с наружным диаметром 530 мм с толщиной стенки 10 мм. Тогда длина пластины будет равна 95,5 мм, высота, к примеру, от 50 до 250 мм. Для того, чтобы выдержать оболочку, в этом примере берут как минимум 6 пластин на каждую сторону труб (верх и низ) со стенкой 10 мм. Толщина пластин в этом примере, как вариант, может быть 12 мм. Толщина, высота и количество пластин могут быть различными в различных местах или в пределах одного места установки. При пластиковой оболочке толщина стенки не вычитается и длина пластин больше по сравнению с металлической оболочкой, поскольку делается пропил в оболочке по высоте пластины и в упор пластина приваривается к обсадной трубе. Отступы оболочки от торца обсадной трубы могут быть от 150 мм. Обсадная труба по длине может быть различной, например, от 6 до 11 м. Как пример, количество пластин в одной секции может составлять от 1 до 50 штук.The dimensions of the structure are laid by the project. For example, if a casing (inner) pipe was laid with an outer diameter of 319 mm, then the shell (outer pipe) can be with an outer diameter of 426 mm and a wall thickness of 8 mm, the plate size along the length (from the inner edge adjacent to the inner pipe to the outer edge adjacent to the outer pipe) will be equal to (426-319) / 2-8 = 45.5 mm. The plate thickness, as an example, can be equal to 8 ... 10 mm, height from 50 to 200 mm. The number of plates is taken depending on the thickness and diameter of the shell, as well as on the design loads and minimize heat transfer. As an example, instead of 2
Благодаря наличию между трубами пластин вместо массивных фланцев термоизолированное направление при применении может препятствовать растеплению грунтов, способно обеспечить устойчивое положение устья скважины, уменьшает радиус растепления ММП околоскважинного пространства. Конструкция упрощается, уменьшается тепловой мостик в местах соединения оболочки (наружной трубы) и обсадной колонны (внутренней трубы). Тепловой мостик становится распределенным на большую длину вдоль оси скважины (по высоте пластин), предотвращая локальное растепление ММП околоскважинного пространства по окружности (кольцу), как это происходило в кольцевом фланцевом соединении прототипа. Имеется возможность применения в качестве оболочки полиэтилена.Due to the presence of plates between the pipes instead of massive flanges, the thermally insulated direction during use can prevent the thawing of soils, can provide a stable position of the wellhead, and reduce the thawing radius of the permafrost near the borehole. The design is simplified, the thermal bridge is reduced at the junction of the shell (outer pipe) and casing (inner pipe). The thermal bridge becomes distributed over a large length along the axis of the well (along the height of the plates), preventing local thawing of the permafrost near the borehole circumference (ring), as happened in the annular flange connection of the prototype. It is possible to use polyethylene as a shell.
Благодаря радиальному расположению пластин тепловой мостик становится распределенным вдоль оси скважины (по высоте пластин), с наименьшей рациональной площадью контакта по кольцу, предотвращая локальное кольцевое растепление ММП околоскважинного пространства, как это происходило в кольцевом фланцевом соединении прототипа. Благодаря равномерному расположению радиальных пластин по окружности достигается равномерное распределение нагрузки и теплопередачи, также предотвращая локальное кольцевое растепление.Due to the radial arrangement of the plates, the thermal bridge becomes distributed along the axis of the well (along the height of the plates), with the smallest rational contact area along the ring, preventing local annular thawing of the permafrost near the borehole space, as happened in the annular flange connection of the prototype. Due to the uniform arrangement of the radial plates around the circumference, an even distribution of the load and heat transfer is achieved, also preventing local ring thawing.
Благодаря расположению мест установки пластин в верхней и нижней частях наружной трубы происходит надежное крепление наружной и внутренней труб друг с другом без их смещения, снижая тем самым теплопередачу.Due to the location of the places of installation of the plates in the upper and lower parts of the outer pipe, the outer and inner pipes are securely fastened to each other without their displacement, thereby reducing heat transfer.
Благодаря расположению резьбового соединения концов внутренних труб между указанными местами установки пластин смежных секций элементы разборного соединения не суммируют свою теплопередачу с теплопередачей через пластины, тем самым равномерно распределяя места закрепления элементов направления по оси направления и самой скважины, не вызывая в определенных местах концентраций с высокой теплопередачей.Due to the location of the threaded connection of the ends of the inner pipes between the indicated mounting locations of the plates of adjacent sections, the collapsible connection elements do not summarize their heat transfer with the heat transfer through the plates, thereby evenly distributing the fixation points of the direction elements along the direction axis and the well itself, without causing high heat transfer concentrations in certain places .
Благодаря расположению одного края каждой пластины заподлицо с торцом наружной трубы, а другого противоположного края пластины внутри наружной трубы, осуществлено наиболее надежное закрепление наружной и внутренней труб, с возможностью наиболее технологичного крепления пластин возле торцов наружной трубы (например, более трудоемко сварить пластину внутри трубы на существенном удалении от края, поскольку необходимо подвести туда сварочное оборудование, надежность крепления на удалении от края будет поэтому ниже). Начиная от торца наружной трубы, удастся выполнить пластину как можно больше по ее высоте, снизив их суммарное количество в одном месте установки и минимизировав кольцевую локализацию теплового мостика, растепляющего МПП околоскважинного пространства, а также повысить надежность крепления пластины.Due to the location of one edge of each plate flush with the end of the outer pipe, and the other opposite edge of the plate inside the outer pipe, the most reliable fastening of the outer and inner pipes was made, with the possibility of the most technologically fastening of the plates near the ends of the outer pipe (for example, it is more difficult to weld the plate inside the pipe on a significant distance from the edge, since it is necessary to bring welding equipment there, the reliability of fastening at a distance from the edge will therefore be lower). Starting from the end of the outer pipe, it will be possible to make the plate as large as possible in its height, reducing their total number at one installation site and minimizing the annular localization of the thermal bridge, thawing the MPP near-well space, as well as increasing the reliability of the plate fastening.
Таким образом, применение предлагаемой термоэкранированной колонны позволяет улучшить условия теплоизоляции за счет снижения теплопередачи в зоне соединения внутренней и наружной трубы каждой секции при одновременном повышении надежности и долговечности теплоизолирующего направления, а также осуществлять его установку в скважину с использованием стандартного оборудования буровой установки. При монтаже и спуске теплоизолирующего направления в скважину предотвращены осевые смещения защитного кожуха вдоль наружных труб, уменьшена масса конструкции, снижены тепловые потери, что повышает надежность и долговечность соединения секций теплоизолирующего направления, предотвращает растепление окружающих мерзлых пород и деформацию конструкции скважины.Thus, the use of the proposed thermally shielded column can improve thermal insulation conditions by reducing heat transfer in the connection zone of the inner and outer pipes of each section while improving the reliability and durability of the heat-insulating direction, as well as installing it into the well using standard drilling rig equipment. When mounting and lowering the heat-insulating direction into the well, axial displacements of the protective casing along the outer pipes are prevented, the mass of the structure is reduced, heat losses are reduced, which increases the reliability and durability of the connection of the sections of the heat-insulating direction, prevents thawing of the surrounding frozen rocks and deformation of the well structure.
Claims (10)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019141336A RU2718765C1 (en) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | Heat insulating direction |
| EA202092683A EA202092683A3 (en) | 2019-12-13 | 2020-12-07 | THERMAL INSULATING DIRECTION |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019141336A RU2718765C1 (en) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | Heat insulating direction |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2718765C1 true RU2718765C1 (en) | 2020-04-14 |
Family
ID=70277775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019141336A RU2718765C1 (en) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | Heat insulating direction |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA202092683A3 (en) |
| RU (1) | RU2718765C1 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3763931A (en) * | 1972-05-26 | 1973-10-09 | Mc Donnell Douglas Corp | Oil well permafrost stabilization system |
| SU1716246A1 (en) * | 1989-10-11 | 1992-02-28 | Трест "Запсибагропромспецмонтаж" | Heat insulated pipe |
| RU2375547C1 (en) * | 2008-06-09 | 2009-12-10 | Вадим Викторович Емельянов | Thermally insulated column |
| RU158537U1 (en) * | 2015-07-29 | 2016-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "СВАП ИНЖИНИРИНГ" | THERMAL ISOLATING DIRECTION |
| RU160010U1 (en) * | 2015-07-29 | 2016-02-27 | Закрытое акционерное общество "Сибпромкомплект" | THERMAL ISOLATING DIRECTION OF A DRILL WELL |
| RU2655263C1 (en) * | 2017-07-11 | 2018-05-24 | Прасковья Леонидовна Павлова | Thermal insulated column |
| RU2672198C2 (en) * | 2016-12-21 | 2018-11-12 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Самплекс" | Heat-insulated pipe and method for manufacture thereof |
-
2019
- 2019-12-13 RU RU2019141336A patent/RU2718765C1/en active
-
2020
- 2020-12-07 EA EA202092683A patent/EA202092683A3/en unknown
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3763931A (en) * | 1972-05-26 | 1973-10-09 | Mc Donnell Douglas Corp | Oil well permafrost stabilization system |
| SU1716246A1 (en) * | 1989-10-11 | 1992-02-28 | Трест "Запсибагропромспецмонтаж" | Heat insulated pipe |
| RU2375547C1 (en) * | 2008-06-09 | 2009-12-10 | Вадим Викторович Емельянов | Thermally insulated column |
| RU158537U1 (en) * | 2015-07-29 | 2016-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "СВАП ИНЖИНИРИНГ" | THERMAL ISOLATING DIRECTION |
| RU160010U1 (en) * | 2015-07-29 | 2016-02-27 | Закрытое акционерное общество "Сибпромкомплект" | THERMAL ISOLATING DIRECTION OF A DRILL WELL |
| RU2672198C2 (en) * | 2016-12-21 | 2018-11-12 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Самплекс" | Heat-insulated pipe and method for manufacture thereof |
| RU2655263C1 (en) * | 2017-07-11 | 2018-05-24 | Прасковья Леонидовна Павлова | Thermal insulated column |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA202092683A3 (en) | 2021-08-31 |
| EA202092683A2 (en) | 2021-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU182283U1 (en) | Heat insulating direction | |
| US3351361A (en) | Insulated piping system | |
| AU2016214118B2 (en) | Sealing arrangements for subsea pipe-in-pipe systems | |
| US3642308A (en) | Conduit system | |
| US6536991B1 (en) | Method of structurally reinforcing an assembly of tubular members in a marine environment | |
| US5141260A (en) | Force-transferring double-containment plastic pipe assembly | |
| US20100287957A1 (en) | Pipe-in-Pipe in RCC for Subsea Transfer of Cryogenic Fluids | |
| RU167571U1 (en) | THERMAL ISOLATING DIRECTION OF A DRILL WELL | |
| RU158353U1 (en) | THERMAL ISOLATING DIRECTION OF A DRILL WELL | |
| RU175996U1 (en) | HEAT-INSULATED LIFT PIPE | |
| US3907049A (en) | Lined pipe and method of making same | |
| RU2718765C1 (en) | Heat insulating direction | |
| RU2679583C1 (en) | Production method of a pipe with cable conduit and a continuous concrete coating and a pipe with a cable conduit (options) | |
| US20110192486A1 (en) | Water Spread Limiting System for Pre-Insulated Piping | |
| US3747961A (en) | Conduit system | |
| EA042010B1 (en) | HEAT-INSULATING DIRECTION | |
| US8033754B2 (en) | Method of installing pre-insulated piping | |
| RU158537U1 (en) | THERMAL ISOLATING DIRECTION | |
| RU188493U1 (en) | Thermal insulation direction of the borehole | |
| US20230011161A1 (en) | Mitigation of Buckling in Subsea Pipe-in-Pipe Systems | |
| RU191384U1 (en) | CONNECTION DEVICE FOR HEAT-INSULATED PIPELINE WITH CONCRETE COATING | |
| RU2391595C1 (en) | Pressure tight pipeline driving (versions) | |
| RU2696653C2 (en) | Complex isolation of pipeline weld joint and method of its production | |
| RU2789171C2 (en) | Method for mounting the gasket for sealing the pipeline junction | |
| RU197444U1 (en) | Heat insulating direction |