RU222239U1 - Insulating insert for thermally insulated pipe - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована при муфтовом соединении теплоизолированных труб, применяемых для нагнетания высокотемпературного теплоносителя в пласт, в частности при добыче высоковязких продуктов термическим методом. Вставка изолирующая для теплоизолированной трубы состоит из двух сопряженных элементов, установленных с возможностью перемещения в осевом направлении при помощи пружины сжатия, при этом вставка выполнена из стойкого к воздействию высоких температур материала с низким коэффициентом теплопроводности. Элементы вставки могут быть выполнены из материала с градиентной структурой, а концевые участки вставки - иметь коническую форму. Обеспечивается увеличение ресурса работы изолирующей вставки при прокачке высокотемпературных сред температурой более 350°С за счет снижения тепловых потерь. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.The utility model relates to the oil industry and can be used for coupling joints of thermally insulated pipes used to inject high-temperature coolant into the formation, in particular when extracting high-viscosity products by the thermal method. The insulating insert for a thermally insulated pipe consists of two mating elements installed with the ability to move in the axial direction using a compression spring, while the insert is made of a material resistant to high temperatures with a low thermal conductivity coefficient. The insert elements can be made of a material with a gradient structure, and the end sections of the insert can have a conical shape. The service life of the insulating insert is increased when pumping high-temperature media with a temperature of more than 350°C by reducing heat losses. 2 salary f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована при муфтовом соединении теплоизолированных труб, применяемых для нагнетания высокотемпературного теплоносителя в пласт, в частности при добыче высоковязких продуктов термическим методом.The utility model relates to the oil industry and can be used for coupling joints of thermally insulated pipes used to inject high-temperature coolant into the formation, in particular when extracting high-viscosity products by the thermal method.

Известна изолирующая вставка в составе теплоизолированной трубы (патент РФ №121894, F16L 59/00, опубл. 10.11.2012), состоящая из наружной полимерной и внутренней металлической втулок. Наружная полимерная втулка изготовлена цельной из прочного материала и выполнена с чередующимися кольцевыми проточками П-образной формы на наружной и внутренних цилиндрических поверхностях. Внутренняя металлическая втулка разделена на две сопряженные части с наружными буртами, имеющими возможность перемещения относительно друг друга в осевом направлении.An insulating insert as part of a thermally insulated pipe is known (RF patent No. 121894, F16L 59/00, publ. November 10, 2012), consisting of an outer polymer and inner metal bushings. The outer polymer bushing is made of a solid material and is made with alternating U-shaped annular grooves on the outer and inner cylindrical surfaces. The inner metal sleeve is divided into two mating parts with outer collars that can move relative to each other in the axial direction.

Недостатком данной вставки является невозможность ее использования для прокачки высокотемпературных сред ввиду деформирования конструктивных элементов и изменения свойств полимерной втулки при температурах выше 350°С.The disadvantage of this insert is that it cannot be used for pumping high-temperature media due to deformation of structural elements and changes in the properties of the polymer bushing at temperatures above 350°C.

Известна изолирующая вставка в составе теплоизолированной трубы (патент РФ №2242667, F16L 59/06, опубл. 20.12.2004), принятая за прототип, которая состоит из наружной пластмассовой и внутренней металлической втулок. 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, при этом внутренняя втулка может быть выполнена из нержавеющей стали или может быть покрыта с внутренней и наружной сторон антикоррозийным теплоизолирующим слоем.An insulating insert as part of a thermally insulated pipe is known (RF patent No. 2242667, F16L 59/06, published on December 20, 2004), adopted as a prototype, which consists of an outer plastic and inner metal bushing. The outer plastic sleeve consists of two elements that form an interference fit with each other, and the inner metal sleeve is divided into two parts, interconnected by a persistent threaded connection made at the end in the form of a collet, while the inner sleeve can be made of stainless steel or can be coated on the inside and outside with an anti-corrosion heat-insulating layer.

Изолирующая вставка не обеспечивает полной компенсации зазоров между трубами и деталями изолирующей вставки по всем контактным поверхностям при периодическом режиме прокачки высокотемпературных сред, что не позволяют использовать теплоизолированные трубы для прокачки высокотемпературных сред в таком режиме. Кроме того, недостатком является сложность изготовления за счет большого количества конструктивных элементов деталей изолирующей вставки, а наличие пластмассовых элементов в конструкции ограничивает температуру эксплуатации изолирующей вставки (не более 350°С) ввиду изменения свойств и деформирования конструктивных элементов.The insulating insert does not provide full compensation of the gaps between the pipes and the parts of the insulating insert along all contact surfaces during periodic pumping of high-temperature media, which does not allow the use of thermally insulated pipes for pumping high-temperature media in this mode. In addition, the disadvantage is the complexity of manufacturing due to the large number of structural elements of the insulating insert parts, and the presence of plastic elements in the structure limits the operating temperature of the insulating insert (no more than 350°C) due to changes in the properties and deformation of the structural elements.

Техническая задача заключается в создании конструкции изолирующей вставки, используемой при муфтовом соединении теплоизолированных труб для прокачки высокотемпературных сред с температурами более 350°С, снижении тепловых потерь, защиты от проникновения высокотемпературных сред к внутренней поверхности муфты и подмуфтовому пространству и повышении эксплуатационной надежности изолирующей вставки и теплоизолированных труб.The technical problem is to create a design for an insulating insert used in the coupling connection of thermally insulated pipes for pumping high-temperature media with temperatures above 350°C, reducing heat losses, protecting against the penetration of high-temperature media to the inner surface of the coupling and the space under the coupling, and increasing the operational reliability of the insulating insert and thermally insulated pipes

Технический результат состоит в увеличении ресурса работы изолирующей вставки при прокачке высокотемпературных сред с температурой более 350°С за счет снижения тепловых потерь.The technical result consists in increasing the service life of the insulating insert when pumping high-temperature media with a temperature of more than 350°C by reducing heat losses.

Указанный технический результат достигается за счет того, что вставка изолирующая для теплоизолированной трубы состоит из двух сопряженных элементов. Согласно полезной модели, элементы вставки установлены с возможностью перемещения в осевом направлении при помощи пружины сжатия, при этом вставка выполнена из стойкого к воздействию высоких температур материала с низким коэффициентом теплопроводности.This technical result is achieved due to the fact that the insulating insert for a heat-insulated pipe consists of two mating elements. According to the utility model, the insert elements are installed with the ability to move in the axial direction using a compression spring, while the insert is made of a material resistant to high temperatures with a low thermal conductivity coefficient.

В частном случае выполнения элементы вставки выполнены из материала с градиентной структурой, при этом вставка по толщине имеет ячеистую структуру.In a particular case, the insert elements are made of a material with a gradient structure, while the thickness of the insert has a cellular structure.

В частном случае выполнения концевые участки вставки выполнены конической формы.In a particular case, the end sections of the insert are made of a conical shape.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1,а схематично изображена вставка изолирующая для теплоизолированных труб при сборке, на фиг. 1,б - с расположением элементов вставки в рабочем положении, на фиг. 2,а приведена термограмма распределения температуры по поверхности вставки, выполненной из силиката кальция и на фиг. 2,б - термограмма распределения температуры по поверхности вставки, выполненной из нержавеющей стали.The utility model is illustrated by drawings, where in Fig. 1a schematically shows an insulating insert for heat-insulated pipes during assembly; Fig. 1, b - with the arrangement of the insert elements in the working position, in Fig. 2a shows a thermogram of the temperature distribution over the surface of the insert made of calcium silicate and in Fig. 2b - thermogram of temperature distribution over the surface of the insert made of stainless steel.

Вставка изолирующая для теплоизолированной трубы состоит из элементов 1 и 2 и пружины сжатия 3. При этом элементы 1 и 2 выполнены плотно сопрягаемыми по охватываемой и охватывающей цилиндрическим поверхностям, имеют возможность перемещения относительно друг друга в осевом направлении. Пружина сжатия 3 установлена коаксиально между элементами вставок.The insulating insert for a heat-insulated pipe consists of elements 1 and 2 and a compression spring 3. In this case, elements 1 and 2 are made tightly mating along the male and female cylindrical surfaces, and are able to move relative to each other in the axial direction. Compression spring 3 is installed coaxially between the insert elements.

За счет выполнения элементов 1 и 2 вставки с возможностью перемещения в осевом направлении при помощи пружины сжатия 3 в рабочем положении при сжатии пружины обеспечивается плотное прилегание контактных поверхностей изолирующей вставки к ответным поверхностям теплоизолированных труб и снижение тепловых потерь.By making insert elements 1 and 2 capable of moving in the axial direction using a compression spring 3 in the operating position, when the spring is compressed, a tight fit of the contact surfaces of the insulating insert to the mating surfaces of the heat-insulated pipes and a reduction in heat losses is ensured.

Сопряжение элементов вставки выполнено при помощи пружины сжатия для компенсации допусков и отклонений размеров стыкуемых труб и обеспечивает плотное прилегание соответствующих контактных поверхностей вставки и теплоизолированных труб.The mating of the insert elements is made using a compression spring to compensate for tolerances and deviations in the dimensions of the pipes being joined and ensures a tight fit of the corresponding contact surfaces of the insert and the thermally insulated pipes.

Такое конструктивное исполнение изолирующей вставки позволяет в качестве материала вставки использовать стойкие к воздействию высоких температур материалы с низким коэффициентом теплопроводности, например, керамические, металлические, композиционные и др., а также позволяет компенсировать допуск на изготовление соединяемых элементов теплоизолированных труб.This design of the insulating insert allows the use of high-temperature resistant materials with a low thermal conductivity coefficient, for example, ceramic, metal, composite, etc., as the material of the insert, and also allows compensation for the manufacturing tolerance of the connected elements of thermally insulated pipes.

Выполнение вставки из стойкого к воздействию высоких температур материала с низким коэффициентом теплопроводности увеличивает эксплуатационную надежность и ресурс работы при прокачке высокотемпературных сред температурой более 350°С за счет обеспечения защиты от проникновения высокотемпературных сред к внутренней поверхности муфты и подмуфтовому пространству и снижения тепловых потерь.Making the insert from a material resistant to high temperatures with a low coefficient of thermal conductivity increases operational reliability and service life when pumping high-temperature media with a temperature of more than 350°C by providing protection against the penetration of high-temperature media to the inner surface of the coupling and the space under the coupling and reducing heat losses.

При выполнении элементов вставки из материала с градиентной структурой, который по толщине имеет ячеистую структуру, дополнительно обеспечивается снижение общей теплопроводности вставки и появляется возможность применения материалов с высоким коэффициентом теплопроводности, таких как нержавеющая сталь.When the insert elements are made from a material with a gradient structure, which has a cellular structure in thickness, it is additionally ensured that the overall thermal conductivity of the insert is reduced and it becomes possible to use materials with a high thermal conductivity coefficient, such as stainless steel.

А выполнение концевых участков вставки конической формы, плотно сопрягаемых с ответными поверхностями теплоизолированных труб, увеличивает площадь контакта, что повышает надежность защиты от проникновения высокотемпературных сред к внутренней поверхности муфты и подмуфтовому пространству и снижает тепловые потери.And making the end sections of the insert conical in shape, tightly mating with the mating surfaces of the heat-insulated pipes, increases the contact area, which increases the reliability of protection against the penetration of high-temperature media to the inner surface of the coupling and the space under the coupling and reduces heat losses.

В промышленных условиях были проведены испытания вставок из стойких к воздействию высоких температур различных материалов с низким коэффициентом теплопроводности, например из силиката кальция и нержавеющей стали с градиентной структурой. Методом селективного лазерного спекания металлического порошка были изготовлены элементы вставки с жестким поверхностным слоем и внутренней ячеистой структурой.Inserts made from various high-temperature-resistant materials with low thermal conductivity, such as calcium silicate and stainless steel with a gradient structure, have been tested under industrial conditions. Using selective laser sintering of metal powder, insert elements with a hard surface layer and an internal cellular structure were manufactured.

Для сборки муфтового соединения теплоизолированных труб использовали внутренние трубы диаметром 73,02 мм с толщиной стенки 5,51 мм, наружные трубы диаметром 114,3 мм с толщиной стенки 6,88 мм и изолирующие вставки предлагаемой конструкции. Сборку муфтового соединения теплоизолированных труб осуществляли с использованием сопряженных элементов вставки при помощи пружины сжатия, выполненной с поджатыми и зашлифованными опорными витками диаметром 5,5 мм с жесткостью до 0,55 кг/мм.To assemble the coupling connection of thermally insulated pipes, internal pipes with a diameter of 73.02 mm with a wall thickness of 5.51 mm, external pipes with a diameter of 114.3 mm with a wall thickness of 6.88 mm and insulating inserts of the proposed design were used. The assembly of the coupling connection of thermally insulated pipes was carried out using mating elements of the insert using a compression spring made with preloaded and ground support turns with a diameter of 5.5 mm with a rigidity of up to 0.55 kg/mm.

После сборки труб на испытательном стенде внутрь соединения теплоизолированных труб был установлен электрический нагреватель, который поддерживал температуру внутренней стенки труб на уровне 425±3°С и затем - на уровне 450±5°С. Измерение температуры поверхности осуществляли ручным тепловизором Hikmicro G60, а перед измерением осуществляли выдержку при установленных температурах в течение двух часов.After assembling the pipes on the test bench, an electric heater was installed inside the connection of thermally insulated pipes, which maintained the temperature of the inner wall of the pipes at 425 ± 3 ° C and then at 450 ± 5 ° C. The surface temperature was measured with a Hikmicro G60 hand-held thermal imager, and before the measurement, the surface was kept at the set temperatures for two hours.

При испытании вставки из силиката кальция температура снаружи муфты составила 88°С при температуре внутри трубы 450°С. При испытании вставки из нержавеющей стали температура снаружи муфты составила 86°С при температуре внутри трубы 425°С.When testing a calcium silicate insert, the temperature outside the coupling was 88°C at a temperature inside the pipe of 450°C. When testing a stainless steel insert, the temperature outside the coupling was 86°C at a temperature inside the pipe of 425°C.

Последующая разборка соединения теплоизолированных труб показала, что вставка с элементами из нержавеющей стали и вставка с элементами из силиката кальция при эксплуатации выдержали температуру прокачиваемой среды более 350°С. При этом на элементах вставки, выполненной из нержавеющей стали, после эксперимента не было выявлено повреждений и дефектов, а элементы вставки, выполненные из силиката кальция, из-за частичного разрушения отличались меньшей эксплуатационной надежностью.Subsequent disassembly of the connection of thermally insulated pipes showed that the insert with elements made of stainless steel and the insert with elements made of calcium silicate during operation withstood a temperature of the pumped medium of more than 350°C. At the same time, after the experiment, no damage or defects were detected on the elements of the insert made of stainless steel, while the elements of the insert made of calcium silicate were characterized by lower operational reliability due to partial destruction.

Применение предлагаемой конструкции изолирующей вставки из стойкого к воздействию высоких температур материала с низким коэффициентом теплопроводности обеспечивает плотное прилегание контактных поверхностей изолирующей вставки к соответствующим поверхностям теплоизолированных труб, что увеличивает ресурс работы и эксплуатационную надежность вставки при прокачке высокотемпературных сред с температурой более 350°С и позволяет прокачивать флюиды с сохранением свойств, формы и характеристик материалов элементов вставки и минимальными теплопотерями в процессе нагнетания теплоносителя в пласт.The use of the proposed design of an insulating insert made of a material resistant to high temperatures with a low coefficient of thermal conductivity ensures a tight fit of the contact surfaces of the insulating insert to the corresponding surfaces of thermally insulated pipes, which increases the service life and operational reliability of the insert when pumping high-temperature media with temperatures above 350°C and allows pumping fluids with preservation of the properties, shape and characteristics of the materials of the insert elements and minimal heat loss during the injection of coolant into the formation.

Claims (3)

1. Вставка изолирующая для теплоизолированной трубы, состоящая из двух сопряженных элементов, отличающаяся тем, что элементы вставки установлены с возможностью перемещения в осевом направлении при помощи пружины сжатия, при этом вставка выполнена из стойкого к воздействию высоких температур материала с низким коэффициентом теплопроводности.1. An insulating insert for a thermally insulated pipe, consisting of two mating elements, characterized in that the insert elements are installed with the ability to move in the axial direction using a compression spring, while the insert is made of a material resistant to high temperatures with a low thermal conductivity coefficient. 2. Вставка по п. 1, отличающаяся тем, что элементы вставки выполнены из материала с градиентной структурой, при этом вставка по толщине имеет ячеистую структуру.2. The insert according to claim 1, characterized in that the elements of the insert are made of a material with a gradient structure, and the insert has a cellular structure in thickness. 3. Вставка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что концевые участки вставки выполнены конической формы.3. Insert according to claim 1 or 2, characterized in that the end sections of the insert are made of a conical shape.