Способ изготовления термоизолированной трубы

Изобретение относится к добыче углеводородов и может быть использовано при изготовлении колонн для нагнетания теплоносителя в нефтяной пласт. Способ включает коаксиальное размещение внутренней трубы с изоляцией, газопоглотителями и центраторами в наружной трубе. Помещение собранной на прихватках с одного торца конструкции в вакуумную камеру. Нагрев внутренней и наружной труб осуществляют в вакууме 10-4-10-3 мм рт.ст. до конечной температуры 400°С. Откачку межтрубного пространства ведут через кольцевые зазоры между втулкой и наружной трубой до давления 10-4-10-3 мм рт.ст. Скорость нагрева труб в процессе вакуумной откачки задают таким образом, чтобы давление в межтрубном пространстве не превышало 0,1 мм рт.ст. Наружную и внутреннюю трубы соединяют через стальные втулки путем приваривания их к трубам вакуумно-плотными швами с помощью электронно-лучевой сварки в вакууме. Термообработку сварных швов проводят после развакуумирования для повышения пластичности сварных швов путем снятия термических напряжений в сварных швах и околошовной зоне. Выполнение внешней резьбы на концах наружной трубы осуществляют после механической обработки вакуумно-плотных швов. Обеспечивается снижение тепловых потерь при прохождении теплоносителя через колонну, повышение эксплуатационной надежности колонны и производительности сборки секции колонны. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к добыче нефти и газа, и может быть использовано при строительстве термоизолированных колонн для нагнетания теплоносителя в пласт при добыче тяжелой (вязкой) нефти, а также для теплоизоляции других трубопроводов, используемых для транспортировки теплоносителей, в том числе в зоне мерзлоты.

Известен способ изготовления секции теплоизолированной колонны (RU 2221963 С2, 20.01.2004, F16L 59/00), включающий коаксиальную относительно друг друга установку внутренней и наружной труб, размещение между ними теплоизолирующего материала и направляющих люнетов. Данный способ изготовления осуществляют при сквозном продвижении внутренней трубы в наружной трубе на протяжении всей длины колонны.

Вышеописанный способ изготовления секции теплоизолированной колонны не предусматривает вакуумирование межтрубного пространства, что приводит к большим тепловым потерям при закачивании теплоносителя в пласт, связанным с тем, что в межтрубном пространстве по всей длине колонны теплопроводящей средой является воздух, обладающий относительно большой теплопроводностью.

Известна теплоизолированная колонна (RU 2129202 С1, 20.04.1999, Е21В 17/00, 36/00), включающая внутреннюю трубу с расположенной на ней многослойной экранной изоляцией, наружную трубу и муфту, отличающаяся тем, что 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 10-4-10-3 мм рт.ст., при этом муфта навернута на наружные трубы, а уплотнительная втулка снабжена канавкой и поджимает профилированные концы внутренней трубы к наружной трубе.

Недостатком способа, применяемого для изготовления данной трубы, является длительная откачка воздуха, связанная с малой пропускной способностью клапана в области молекулярного течения газа, и невысокая стабильность сохранения вакуума в откачанной трубе в процессе заварки заглушки седла, проводимой на воздухе при атмосферном давлении.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ изготовления секции теплоизолированной колонны (RU 2500874 С2 02.02.2012, Е21В 17/00), взятый за прототип и включающий коаксиальное размещение внутренней трубы с расположенными на ней экранной изоляцией, газопоглотителями и центраторами в наружной трубе, снабженной герметичным клапаном, обеспечивающим создание в межтрубном пространстве вакуума 10-4-10-3 мм рт.ст., соединение наружной и внутренней труб и выполнение внешней резьбы на концах наружной трубы, при этом в межтрубном пространстве размещают стальные вкладыши и осуществляют соединение наружной и внутренней труб путем приваривания стальных вкладышей к трубам вакуумно-плотными швами, затем выполняют термическую обработку вакуумно-плотных швов, обеспечивающую повышение их пластичности, и осуществляют совместный поэтапный нагрев внутренней и наружной труб до конечной температуры 350-450°С с созданием в межтрубном пространстве вакуума 10-4-10-3 мм рт.ст. на каждом этапе нагрева.

Недостатком вышеуказанного способа является длительная откачка воздуха из межтрубного пространства, связанная с невысокой проводимостью герметичного клапана, ограничивающего скорость откачки, особенно в режиме молекулярного течения газа, через который ведется откачка, невысокая стабильность сохранения вакуума в откачанной трубе в процессе заварки заглушки седла, проводимой на воздухе при атмосферном давлении и нежелательное окисление сварных швов и околошовной зоны, происходящее при сварке наружной и внутренней труб.

Задачей, на которую направлено заявленное изобретение, является разработка производительного способа изготовления секции теплоизолированной колонны, позволяющего достичь высоких теплоизолирующих свойств и надежности работы колонны.

Техническим результатом, обеспечиваемым изобретением, является снижение тепловых потерь при прохождении теплоносителя через колонну, повышение эксплуатационной надежности колонны и производительностей изготовления термоизолированной трубы и сборки секций колонны.

Способ изготовления термоизолированной трубы, входящей в состав термоизолированной колонны, включает в себя проведение пескоструйной или дробеструйной обработки для очистки внутренних и наружных поверхностей труб, коаксиальное размещение внутренней трубы с приваренными на концах втулками и с расположенными на ней экранной изоляцией, газопоглотителями и центраторами, создание в камере и в межтрубном пространстве вакуума 10-2-10-1 Па на этапе совместного нагрева труб до 400°С, выполнение соединения наружной и внутренней труб и выполнение конусно-упорной резьбы на концах наружной трубы, причем термоизолированную трубу, собранную на прихватках с одного торца, помещают в вакуумную камеру, откачку межтрубного пространства ведут через заданные кольцевые зазоры 1-1,5 мм между внутренней и наружной трубами, соединение труб проводят методом электронно-лучевой сварки поочередно с каждого торца при высоком вакууме 10-2-10-1 Па в камере, причем сварку второго торца проводят после перемещения трубы в холодильник и охлаждения внешней трубы до разницы температур внешней и внутренней трубы в 200°С при контроле взаимного перемещения свободных концов труб на расстояние 9-12 мм, после сварки проводят косметический проход расфокусированным электронным лучом для устранения подрезов, вызванных сваркой острофокусированным электронным лучом, скорость нагрева труб в процессе вакуумной откачки задают таким образом, чтобы давление в межтрубном пространстве не превышало 10 Па, термическую обработку сварных швов выполняют после развакуумирования камеры, а выполнение внешней конусно-упорной резьбы на наружной трубе осуществляют после охлаждения на спокойном воздухе термообработанных сварных вакуумно-плотных швов.

Кроме того, сварку втулок к внутренней и наружной трубам проводят электронным лучом в нижнем положении изнутри трубы при наклоне электронного луча 30-45°.

Для обеспечения заданных линейных размеров труб секции колонны, механических характеристик сварных вакуумно-плотных швов, получения более точных геометрических размеров профиля резьбы и необходимых теплофизических свойств колонны, в межтрубном пространстве размещают стальные втулки и осуществляют вначале соединение втулок с внутренней трубой, а затем с наружной трубой, затем выполняют термическую обработку сварных швов для снятия сварочных напряжений и распада возможных закалочных структур в сварном шве. Применение электронно-лучевой сварки в вакууме позволяет гарантированно получить вакуумно-плотные швы, обеспечить сохранение вакуума в межтрубном пространстве в процессе сварки исключить окисление сварных швов и околошовной зоны и повысить эксплуатационную надежность термоизолированных труб.

Для обеспечения более высокой скорости откачки межтрубного пространства и повышения производительности изготовления термоизолированной трубы откачку ведут с обоих торцов труб через заданные кольцевые зазоры шириной 1-1,5 мм. Совместный нагрев труб до 400°С в процессе откачки способствует удалению адсорбированного газа с поверхности металла, увеличению скорости откачки и сохранению вакуума в межтрубном пространстве. Повышенная температура в процессе сварки способствует лучшему формированию сварного шва, минимизирует образование хрупких закалочных структур.

Термическая обработка сварных швов снимает внутренние напряжения, возникающие при образовании мартенситно-подобных структур, в результате закалки сварного шва. Примером такой термической обработки является отпуск при температуре 500-650°С. Пластичность сварных швов также необходима для облегчения их дальнейшей механической обработки (чистовой обработки), обеспечивающей надежное сопряжение швов с муфтовым вкладышем и, как следствие, герметичность секции колонны.

Совместный нагрев внутренней и наружной труб осуществляют до конечной температуры 400°С с созданием в межтрубном пространстве вакуума 10-2-10-1 Па при контроле вакуума в процессе нагрева, причем скорость нагрева задают такой, чтобы не допустить повышения давления выше 10 Па. Ограничение скорости нагрева обусловлено интенсивным газоотделением со стенок труб, поверхностей экранов и скоростью откачки выбранных насосов. Нагрев до 400°С необходим как для обезгаживания поверхностей труб и элементов экранной арматуры, так и для проведения процесса активации геттера. Рабочая температура геттера составляет 300-350°С. При данной температуре геттер поглощает остаточные газы и способствует поддержанию высокого вакуума в межтрубном пространстве, обеспечивая при этом хорошие теплоизолирующие свойства. Нагрев до более высокой температуры нецелесообразен из-за повышенных энергозатрат. Нагрев до температуры менее 400°С не обеспечит необходимую полноту обезгаживания поверхностей межтрубного пространства, включая экранную изоляцию.

Изобретение поясняется чертежом, где на фигуре показан общий вид секции теплоизолированной колонны в собранном виде.

Секция теплоизолированной колонны содержит внутреннюю трубу 1, расположенные на ней экранную изоляцию 2, газопоглотители 3, центраторы 4, установленные на отдельной изоляции, и наружную трубу 5 с внешней конусно-упорной резьбой на концах, соединенную с внутренней трубой 1 путем приваривания стальных втулок 7 к трубам 1, 5 вакуумно-плотными швами 6 методом электронно-лучевой сварки. Для создания вакуума в межтрубном пространстве 9 используются заданные зазоры 8 от 1 до 1,5 мм между втулками и наружной трубой. Для нагрева наружной 5 и внутренней 1 труб используют специальные нагревательные устройства, размещенные в вакуумной среде снаружи и внутри термоизолированной трубы.

Пример осуществления изобретения

В качестве внутренней трубы 1 использовали трубу диаметром 73 мм с толщиной стенки 5,5 мм. В качестве наружной трубы 5 использовали трубу диаметром 114 мм с толщиной стенки 7 мм, у которых пескоструйным методом обработаны все поверхности. Материал внутренней и наружной труб, стальных втулок - сталь 32Г2.

На внутреннюю трубу 1 приваривали стальные втулки, на отдельную изоляцию, состоящую из стеклосетки, устанавливали центраторы 4, необходимые для фиксации экранной изоляции. Затем на внутреннюю трубу 1 наматывали экранную изоляцию 2, состоящую из алюминиевой фольги, под слоями которой на наружной поверхности внутренней трубы размещали газопоглотители 3 (геттеры) марки ГП-ТЦЮ диаметром 12 мм и толщиной 2,5 мм. После этого внутреннюю трубу 1 с центраторами 4 вставляли в наружную трубу 5 и проводили фиксацию втулки к наружной трубе методом сварки в трех точках на расстоянии 30 мм от конца внешней трубы, так чтобы остался зазор для вакуумной откачки межтрубного промежутка.

Затем собранную секцию помещали в установку вакуумной электронно-лучевой сварки ЭЛУ-5, к которой пристыкованы дополнительные секции длиной по 9 м, в одной из которых установлены нагреватели наружной и внутренней труб.

Совместный нагрев внутренней 1 и наружной 5 труб осуществляли до конечной температуры 400°С с созданием в межтрубном пространстве 9 вакуума 10-4-10-3 мм рт.ст. и выдерживали 2 часа до полного обезгаживания. Вакуум 10-4-10-3 мм рт.ст. в межтрубном пространстве 9 создавали путем откачивания газов через зазоры 8 между втулками 7 и внешней трубой 5, создавая в нем сначала форвакуум не более 0,113 мм рт.ст., а затем высокий вакуум 10-4-10-3 мм рт.ст.

Сварку электронным лучом проводили в первую очередь наружной трубы и зафиксированной на ней втулки путем проплавления электронным лучом всей толщины наружной трубы и части втулки на общую глубину сварного шва 9-10 мм, используя эффект кинжального проплавления. Затем перемещали трубу вдоль под сварку второго стыка, охлаждали наружную трубу и проводили сварку электронным лучом второго стыка при контроле видеокамерой взаимного перемещения концов труб в зоне сварки на расстояние 9-12 мм.

Затем после выемки трубы из вакуумной камеры поочередно выполняли термическую обработку (отпуск) сварных швов на обоих концах труб с помощью индукционного нагрева, заключающегося в нагреве индуктором до температуры 600°С для снятия термических напряжений. Охлаждение проводили на спокойном воздухе.

После охлаждения термообработанных сварных швов проводили нарезание внешней конусно-упорной резьбы на наружной трубе.

Секции в колонну собирали на скважине путем соединения наружных труб соединительной муфтой, накручиваемой на внешнюю резьбу на концах наружных труб через муфтовый вкладыш. Колонну опускали в нагнетательную скважину и закачивали по ней теплоноситель.

Вышеуказанные режимы нагрева и вакуумирования и сварки электронным лучом в вакуумной среде обеспечивали наиболее полное удаление газов с поверхности труб в межтрубном пространстве секции колонны и быструю активацию газопоглотителей, исключающих накопление газов в межтрубном пространстве колонны во время ее эксплуатации. Это повышает теплофизические характеристики секции колонны и ее эксплуатационную надежность.

Применение теплоизолированной колоны, собранной в соответствии с заявленным способом, обеспечивает увеличение длительности периода эксплуатации такой колонны на 25-30% при условии отсутствия существенного роста тепловых потерь.

Применение предлагаемого способа сборки секции теплоизолированной колонны позволит:

- снизить тепловые потери колонны и вероятность разгерметизации секций и колонны в целом;

- повысить эксплуатационную надежность колонны;

- повысить производительность и качество изготовления секций теплоизолированной колонны.

1. Способ изготовления термоизолированной трубы, входящей в состав термоизолированной колонны, включающий коаксиальное размещение внутренней трубы с приваренными на концах втулками и с расположенными на ней экранной изоляцией, газопоглотителями и центраторами, проведение пескоструйной или дробеструйной обработки внутренних и наружных поверхностей труб, создание в межтрубном пространстве вакуума 10-4-10-3 мм рт.ст. на этапе нагрева труб до 400°С, выполнение соединения наружной и внутренней труб и выполнение конусно-упорной резьбы на концах наружной трубы, отличающийся тем, что термоизолированную трубу, собранную на прихватках с одного торца, помещают в вакуумную камеру и проводят откачку ее межтрубного пространства через торцевые части несваренных труб, соединение труб проводят методом электронно-лучевой сварки поочередно с каждого торца при высоком вакууме в камере, причем сварку второго торца проводят после перемещения трубы в холодильник и охлаждения внешней трубы до разницы температур внешней и внутренней трубы в 200°С при контроле взаимного перемещения свободных концов труб на расстояние 9-12 мм, после сварки проводят косметический проход расфокусированным электронным лучом для устранения подрезов, вызванных сваркой острофокусированным электронным лучом, скорость нагрева труб в процессе высоковакуумной откачки задают таким образом, чтобы давление в межтрубном пространстве не превышало 10 Па, термическую обработку сварных швов выполняют после развакуумирования камеры, а выполнение внешней конусно-упорной резьбы на наружной трубе осуществляют после охлаждения на спокойном воздухе термообработанных сварных вакуумно-плотных швов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сварку втулок к внутренней и наружной трубам проводят электронным лучом в нижнем положении изнутри трубы при наклоне электронного луча 30-45°.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области эксплуатации магистральных трубопроводов, в частности к отбраковке сварных косых стыков. Задачей изобретения является упрощение процесса замера косины стыка и определение критерия допустимости косины кольцевого стыка стальных трубопроводов в зависимости от параметров стыка и участков трубопроводов.

Изобретение относится к области строительства высоконапорных трубопроводов из металлических труб, включая нефтедобывающую промышленность. Технический результат - упрощение изготовления труб для их соединения муфтой и снижение себестоимости соединения труб с одновременным сохранением прочности соединения труб при строительстве нефтепромысловых трубопроводов высокого давления.

Изобретение относится к соединению металлических труб. Соединение состоит из двух сваренных между собой труб и размещенной внутри них металлической втулки с цилиндрической проточкой в центральной части и кольцевыми канавками в торцевых зонах и антикоррозионным покрытием на поверхности за исключением цилиндрической проточки, с теплоизоляционным материалом и установочными упорами в цилиндрической проточке, с уплотнительными элементами в кольцевых канавках и герметизирующим материалом в зазоре между трубами и втулкой.

Изобретение относится к технологии прокладки, монтажа и ремонта трубопроводов различного назначения из труб с любым видом внутреннего антикоррозионного покрытия или без него.

Изобретение относится к трубному устройству. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в неразъемных соединениях металлических законцовок труб и труб из композиционных материалов, например в трубопроводах и топливных баках ракеты-носителя.

Изобретение относится к металлургии, в частности к сварке и пайке металлов, и может быть использовано для изготовления различных изделий в ядерной энергетике и других отраслях машиностроения.

Изобретение относится к металлургии, в частности к сварке и пайке металлов, и может быть использовано для изготовления различных изделий в ядерной энергетике и других отраслях машиностроения.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для неразъемного соединения стальных труб с внутренним полимерным покрытием методом обкатки.

Изобретение относится к способам и устройствам для выравнивания неповоротных и поворотных кромок, при сварке стыков труб, и может быть использовано во внутреннем центраторе, при строительстве трубопроводов.

Изобретение относится к изготовлению труб для формирования трубных колонн с заложенным проводником для использования в скважинах. Техническим результатом является обеспечение свободного прохода скважинных средств, таких как, например, кабельные измерительные средства или оборудование для цементирования, за счет сохранения полного сечения внутреннего канала трубных сегментов при сохранении надежного крепления и защиты проводника внутри трубных сегментов.

Изобретение относится к горному делу, а именно к штанге буровой для перфораторного бурения шпуров. Штанга буровая содержит стержень, хвостовик и высаженный бурт.

Изобретение относится к шнековому бурению. Техническим результатом является надежное и безопасное выполнение подъема рабочего инструмента из горизонтального в рабочее положение, а также быстрое соединение (разъединение) секций рабочего инструмента, исключающее осевое перемещение секции относительно патрона.

Способ и устройство для обслуживания секций колонны труб, расположенных на подсвечнике в вертикальном положении. Техническим результатом является уменьшение затрат времени при операции разборки колонны труб.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для крепления электрического кабеля и его защиты от механических повреждений при спускоподъемных операциях на гидрозащитах.

Изобретение относится к устройствам для крепления и защиты кабельных линий питания электродвигателей погружных насосных агрегатов для добычи нефти. Технический результат устройства заключается в универсализации протектолайзера созданием посадочных мест, взаимодействующих с опорными поверхностями элементов насосных секций, входных модулей и газосепараторов различных изготовителей.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности. Техническим результатом является предотвращение смятия обсадных колонн при обратном промерзании многолетнемерзлых пород в условиях простоя или консервации скважин.

Буровой инструмент для высокооборотного бурения в твердых горных породах. Техническим результатом является снижение силы трения между буровой штангой и стенкой скважины.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при производстве длинномерных насосных штанг, которые являются составным элементом колонны штанг глубинного насоса, используемого при добыче нефти.

Изобретение относится к насосным штангам, используемым в установках для добычи жидкости из скважин штанговыми скважинными насосами и штанговыми винтовыми насосами, и может быть применена для добычи нефти из нефтяных наклонно-направленных скважин, скважин с боковыми стволами, а также при добыче высоковязких нефтей.
Наверх