Способ соединения труб, выполненных из плавкого материала

 

Способ соединения труб, выполненных из плавкого материала например полиэтилена , м.б. использован при оборудовании скважин подаваемого выщелачивания. На концах труб формируют соответственно внешний и внутренний посадочные конуса. Осуществляют посадку внутреннего конуса одной трубы на внешний конус другой. В интервале посадки на трубы воздействуют сварными проволоками, нагретыми выше температуры плавления материала труб, перемещением их в направлении, перпендикулярном оси труб, навстречу друг другу с двух противоположных сторон труб. Количество проволок для воздействия с каждой стороны принимают равным. Воздействие производят до выхода проволок со стороны, противоположной их исходному положению в начале воздействия. Общее число проволок принимают, исходя из соответствующей зависимости. 3 ил.

СОЮЗ COBETCKV Х

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4842264! 03 (22) 14.02.90 (46) 23.11.92. Бюл, М 43 (71) Киргизский горнорудный комбинат (72) А.Г, Иванов, В,А. Кравцов, И.К. Кухаренко, H,to. Лебедев, А.Я, Беляков, В.Ю. Толмачев, В.В. Гнеушев и В.В. Гаркушко (56) Сергиенко И.А. и др. Бурение и оборудование геотехнологических скважин. — M.:

Недра, 1984.

Заявка Франции М 2611024, кл. Е 21 F 13/11, 1987.

Корецкая Л.С. и др. Пути повышения долговечности трубопроводных систем на основе полиэтилена. Сер. "Горнометаллургическое производство", 1985, вь.п. 2, с. 4751. (54) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ТРУБ, ВЫПОЛНЕННЫХ ИЗ ПЛАВСКОГО МАТЕРИАЛА (57) Способ соединения труб, выполненных из плавкого материала например полиэтиИзобретение относится к горному делу и может быть использовано для,добычи металлов методом подземного выщелачивания через эксплуатационные кважины, оборудованные полиэтиленовымл обсадными колоннами.

Известен способ сооружен я эксплуатационных скважин, включающий бурение ствола и спуск в него полиэтиленовой эксплуатационной колонны с фильтром, причем соединение обсадны:: труб в эксплуатационную колонну осуществляется по резьбе с применением герметиков на основе полиизобутилена (1). Но этот способ

ЫД„„1776775 А1 (я)з Е21 В 43/28,,F 16 L 13/11 лена, м.б, использован при оборудовании скважин подаваемого выщелачивания, На концах труб формируют соответственно внешний и внутренний посадочные конуса.

Осуществляют посадку внутреннего конуса одной трубы на внешний конус другой. В интервале посадки на трубы воздействуют сварными проволоками, нагретыми выше температуры плавления материала труб, перемещением их в направлении, перпендикулярном оси труб, навстречу друг другу с двух противоположных сторон труб. Количество проволок для воздействия с каждой стороны принимают равным, Воздействие производят до выхода проволок со стороны, противоположной их исходному положению в начале воздействия. Общее число проволок принимают, исходя из соответствующей зависимости. 3 ил. трудоемок, поскольку требует значительных трудозатрат на нарезание резьб и свинчивание их в процессе спуска в скважину.

Известен способ сооружения скважин, включающий бурение ствола и спуск полиэтиленовой эксплуатационной колойны с фильтром, причем соединение обсадных труб — сварное с предварительным разогревом и оплавлением торцов свариваемых труб и последующим охлаждением стыка под давлением Щ Недостатком этого способа является необходимость предварительной обработки торцов свариваемых труб(зачистка и обезжиривание), сложность

1776775 макс а 1.р

30

PìÂêÑ ч 1ср

55 конструкции установки для сварки труб, необходимость точного выдерживания температурного режима оплавления, большая продолжительность охлаждения стыка под давлением и большая величина валика расплава. уменьшающая внутреннее сечение эксплуатационной колонны в местах соединения труб.

Известен способ соединения трубопроводов с применением клеевых материалов (2), Недостатком способа является отсутствие быстросхватывающихся клеев для полиэтилена.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ термомеханического соединения пластмассовых труб в трубопровод с герметизацией локально-термической сваркой (3J. Недостатком способа является необходимость применения термоуплотняющих муфт, что приводит к увеличению продолжительности сварочных работ, Это объясняется тем. что выбранный в качестве прототипа способ соединения полиэтиленовых труб с испол ьзованием термоусаживающихся муфт и струн но-термической сварки требует подготовки термоусаживающихся муфт. Их изготовление включает нагревание до 90—

95 С расширение на прессе путем заправки на дорне с последующим охлаждением в проточной воде. После охлаждения муфта снимается с дорна. Для соединения полиэтиленовых труб соединяемых концы вставляются в муфту, после чего муфта нагревается

80 — 90 С в результате термоусадок плотно облегчает трубы. Затем тело трубы и тело муфты проваривается раскаленной проволокой из нихрома, т.е., трудозатраты на подготовку термоусаживающихся муфт и их установку на соединяемые трубы достаточно велики и требуют специального оборудования, помимо сварочного. для объемного нагрева муфт на буровой установке.

Целью изобретения является повышение прочности и герметичности соединения, а также снижение трудозатрат при оборудовании трубами скважин.

Поставленная цель достигае)ся тем, что перед воздействием сварными проволоками на трубы на концах последних формируют, соответственно, внешний и внутренний посадочный конуса и осуществляют посадку внутреннего конуса одной трубы на внешний конус другой, а указанное воздействие на трубы осуществляют в интервале посадки конусов перемещением в направлении, перпендикулярном оси труб, навстречу друг другу с противоположных сторон труб равного числа проволок, соответственно, смещенных относительно друг друга вдоль

20 интервала посадки, до выхода проволок со стороны. противоположный их исходному положению в начале воздействия, при этом общее число проволок для указанного воздействия принимают не менее ближайшего большего четного числа к полученному иэ зависимости где К вЂ” число, определяющее количество сварочных проволок, воздействующих на трубы, Рмакс максимальная осевая нагрузка, действующая на колонну при спуске труб в скважину, Н; о — удельная нагрузка, выдерживаемая единицей длины сварного шва, Н/м;

1ср — средняя длина сварного шва по контакту между свариваемыми трубами, м.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что способ отличается наличием на сопрягаемых участках труб внешнего и внутреннего посадочного конусов, осуществлением посадки внутреннего конуса одной трубы на внешний конус другой, а воздействие на трубы осуществляют е интервале посадки конусов перемещением в направлении, перпендикулярном оси труб, навстречу друг другу с двух противоположных сторон труб равного числа проволок, общее число которых не менее ближайшего четного числа к полученному из зависимости:

Таким образом, способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Сопоставление способа не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить е них признаки, отличающие способ от прототипа, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию

"существенные отличия".

На чертеже фиг. 1 показана конструкция сварного соединения, на чертежах фиг.

2 — устройство для сварки обсадных труб; на фиг, 3 — то же, вид сверху.

Представленное на фиг. 1 соединение состоит из верхней 1 и нижней 2 свариваемых труб, имеющих конусные посадочные места 3. Сварные швы 4 имеют наружные 5 и внутренние 6 валики расплава, Соединение труб осуществляется по кольцевым сварочным швам 7.

1776775

40 бы свариваются. Сварка происходит с 45

Приведенное на фиг. 2, 3 устройство для сваривания труб устанавливается на ротор или труборазворот буровой установки 8. Устройство состоит из опорной плиты 9, имеющей отверстие 10 для спуска соединяемых верхней 1 и нижней 2 труб обсадной колонны. На опорной плите закреплены две вертикальные пластины 11, имеющие отверстия 12 для установки направляющих стержней 12, закрепляемых с помощью гаек

14. Направляющие стержни имеют пазы 15, в которых размещены изоляторы-толкатели

16 с закрепленной между ними сварочной проволокой 17. Для подачи толкателей на направляющих стержнях размещены подающие шайбы 18, снабженные пружинами сжатия 19. Не задействованные в цикле сварки шайбы фиксируются в направляющих стержнях шкворнями 20. Соединение сварочной проволоки с клеммными колодками 21 осуществляется с использованием изолированных проводов 22. Установка обсадных труб в процессе спуска в скважину производится на хомуте 23.

Сварные проволоки смещены относительно друг друга вдоль интервала посадки соединяемых концов труб. а смежные на высоте проволоки при взаимодействии с трубами при их сваривании движутся во взаимно противоположных направлениях.

Сущность сварки с применением сварочной проволоки заключается в следующем. При подаче электрического напряжения на сварочную (нихромовую) проволоку диаметром 0,5 — 1,5 мм происходит ее разогрев, При перемещении разогретой проволоки к телу полиэтиленовой трубы вследствие того, что температура проволоки превышает температуру плавления полиэтилена, происходит разогрев и внедрение (под действием усилия пружин или других сил) проволоки в трубу. При этом труба по ходу проволоки разрезается и, одновременно, эа проволокой оплавленные участки труобразованием сварных швов и валиков. При наличии по ходу п роволоки сопрягаемых поверхностей полиэтиленовых труб, вследствие температурного расширения расплавленный полиэтилен частично заполняет межконтактную область, формируя таким образом сварочные швы с валиками T.

Аналогичные валики обращаются также на внутренней и внешней поверхности соединяемых участков полиэтиленовых труб.

Последовательность выполнения приемов сварки с использованием настоящего способа следующая.

В исходном состоянии. когда происходит непосредственно спуск обсадных труб

35 вскважину,,устройство установлено на роторе буровой установки. При этом все пружины 19 находятся s сжатом состоянии, обеспечивая беспрепятственный спуск обсадных труб в скважину. В этом положении устройства электроэнергия на сварочную нихромовую проволоку не подается.

После спуска обсадной колонны в скважину на длину очередной обсадной трубы 2 обсадная колонна устанавливается на хомуту 23, При этом соединительная конусная поверхность трубы 2 располагается в интервале сварочных проволок, На следующем этапе производится совмещение конусной поверхности очередной наращиваемой трубы 1 с конусной поверхностью трубы 2. После этого производится извлечение шкворней 20 и освобождение части пружин

19. При этом по высоте производится освобождение пружин последовательно через один пояс; как это показано на фиг. 2а. Это приводит к тому, что боковое давление на соединяемые участки обсадных труб будет одинаково, причем при четном количестве сварочных проволок, участвующих в процессе сварки, исключается частичный перекос свариваемого соединения в сторону меньшего бокового давления 7, Под действием пружин 19 участвующие в процессе сварки сварочные проволоки 17 через подающие шайбы 18 и изоляторы-толкатели 16 подаются к участку соединяемых полиэтиленовых труб, после чего на сварочные трубы подается напряжение. После этого процесс сварки полиэтиленовых труб 1 и 2 производится разогретым выше температуры плавления полиэтилена нихромовыми сварочными проволоками. После выхода сварочных проволок из тела соединяемых труб со стороны, противоположной их исходному положению относительно труб, напряжение со сварочных проволок отключается, а все пружины 19 приводятся в сжатое положение, фиксируясь шкворнями 20, На следующем этапе после освобождения осадной колонны с хомута 23 колонна спускается в скважину на длину обсадной трубы 1. В дальнейшем приведенная последовательность выполнения приемов сварки выполняется для каждого последующего соединения полиэтиленовых труб.

При проведении работ число сварочных проволок определяется следующим образом

Рмакс а 1, 1776775

20 макс

4q Icp

Р1 = q Icp (3)

N=

Р1 Ц Icp

Использование предлагаемой зависимости поясняется следующим образом:

В процессе выполнения технологических операций по спуску в скважину обсадной колонны на нее действует растягивающая нагрузка от утяжелителя, прикладываемая к нижней трубе обсадной колоннь1, В формуле (1) эта нагрузка обозначена РМВх. При спуске обсадных труб в скважину эта нагрузка воспринимается кольцевыми сварочными швами 7 (фиг, 1).

Для приведенного на рисунке фиг, 1 случая средняя длина сварочного шва асср может быть определена следующим образам;

Icp — (вн + )p ()

Он 0вн где DH, D» — соответственно наружный и внутренний диаметры свариваемых полиэтиленовых обсадных труб, м, Каждая единица длины сварочного шва имеет предельную прочность по отношению к растягивающей нагрузке. Эта величина обозначена 8 формуле (1) как р — удельная нагрузка, выдерживаемая единицей длины шва.

Осевая растягивающая нагрузка, выдерживаемая одним сварочным швом 7 (фиг, 1) Длиной Icp, составит, где Р1 — осевая растягивающая нагрузка, выдерживаемая одним сварочным швом длиной lcp, Н .

Исходя из приведенных рассуждений. имеем:

Число проволок (или сварочных швов) является минимальна необходимым, так как при меньшем количестве швов и постоянных удельной нагрузки на разрыв q, выдерживаемой единицы длины шва и средней длины одного сварочного шва Icр, получаемой от сваривания соединения одной проволокой установки, сварочное соединение разрушится при приложении осевой нагруз: ки т.е. будет иметь место условие N> q lcp< т Рмакс, где Nse — число сварочных проволок (сварочных швов) меньше расчетного количества й» (NГаким образом, при NM (N цель изобретения — повышение надежности и герметичности соединения обсадных труб из полиэтилена не будет достигнута, Увеличение количества сварочных проволок (сварочных швов) более расчетного количества N приведет к увеличению прочности предлагаемого соединения. При этом максимальное количество сварочных швов может быть определено иэ равенства на разрыв полученного соединения тела трубы макс I-cp 4 Гф (Он О вн )

2 2 где 1Чмакс максимальное количество сварочных проволок;, астр — предел прочности материала труб на разрыв (или предел текучести труб на разрыв) или предел текучести для полимерных материалов при долговременных осевых нагрузках

Отсюда имеем;

Однако в качестве существенного параметра авторами выбрано четное количество сварочных проволок (сварочных швов), при-, чем это количество является ближайшим большим к Nчислом,,но меньшим Ммакс для уменьшения размеров заявляемого устройства.

Для создания одинакового бокового давления на противоположные стороны свариваемых участков труб число проволок принимается четным, первым большим к полученной расчетной величине. Например, каждой проволокой под действием пружин

19 создается усилие 200 Н на участок соединения труб. При нечетном количестве проволок. например 11 шт„на одну сторону

40 соединяемых труб будут воздействовать при сварке N< = 5, а на другую сторону участка N2 = 6 проволок. Соответственно давление на соединяемый участок составит с одной стороны (М1) 1000 Н (5шт, х 200 Н), а с

45 другой стороны (N2) 1200Н (6 шт, х 200H), Разность в боковых давлениях может приводить к смещению соединяемых концов труб относительно друг друга и устройства, приводя к искривлению участков в обсадной колонне в области сварочного соединения.

Величины Рмакс, q, Icp, могут быть полУЧЕНЫ СЛЕДУЮЩИМИ ПУТЯМИ. ВЕЛИЧИНа Рмакс может быть получена расчетным путем на основании известных значений плотностей материала обсадных труб и промывочной жидкости в скважине, длины и типоразмеров обсадных труб, спускаемым в скважину и веса применяемого утяжелителя. Величина q определяется на стенде опытным пу1776775

Рмакс р Icp

Рмакс 15000 р Icp 5000 Х 0,29

25 тем. Величина Icp определяется расчетным путем по формуле (2).

Способ соединения труб, выполненных из плавкого материала, может быть использован для оборудования скважин обсадными колоннами с применением известных типов буровых установок; 1БА — 15В, УРБ—

2,5А, УРБ — 2А — 2 и других, обладающих необходимой грузоподьемностью, Пример, Сооружение буровым агрегатом 1БА — 158 с грузоподъемностью

125000Н скважины глубиной 300 м, оборудуемой эксплуатационной колонной иэ обсадных труб ПНД 11ОСТ (Он = 0,110 мм, 0»

= 0,074 мм), Максимальный вес утяжелителя при спуске обсадных труб Рмах = 15000Н.

Удельная нагрузка, выдерживаемая единицей длины сварочного шва q = 5000Н/м.

Для приведенных условий имеем

Он 0вн

Icp — г(0вн + 2 ) =0,29.м

Исходя из этого, принимаем число сварочных проволок равным 12.

Формула изобретения

Способ соединения труб, выполненных из плавкого материала, например полиэтилена, включающий воздействие на указанные трубы сварными проволоками, нагретыми выше температуры плавления материала труб, отличающийся тем что, с целью повышения прочности и герметичности соединения, а также снижения трудозатрат при оборудовании трубами скважин, перед воздействием сварными

5 проволоками на трубы на концах последних формируют соответственно внешний и внутренний посадочные конусы и осуществляют посадку внутреннего конуса одной трубы на внешний конус другой, а указанное воэдей10 ствие на трубы осуществляют в интервале посадки конусов перемещением в направлении, перпендикулярном оси труб, навстречу друг другу с двух противоположных сторон труб равного числа проволок соот15 ветственно, смещенныхотносительнодругдру-. га вдоль интервала посадки, до выхода проволок со стороны. противоположной их исходному положению в начале воздействия, при этом общее число проволок для

20 указанного воздействия принимают не менее ближайшего большего четного числа к полученному из зависимости где N — число. определяющее количество сварочных проволок, воздействующих на трубы;

Рмакс максимальная осевая нагрузка, действующая на колонну при спуске труб в скважину, Н; р — удельная нагрузка, выдерживаемая единицей длины сварочного шва, Н/м;

Icp средняя длина сварного шва по контакту между свариваемыми трубами, и.

1776775

1776775

В сеть

Составитель А.Иванов

Техред M.Ìoðãåíòàë

Редактор

Корректор А.Мотыль

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10t

Заказ 4105 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5