1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) B (11) 28867
(51) E21B 43/08 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
(21) 2011/1637.1
(22) 17.05.2010
(45) 15.08.2014, бюл. №8
(31) 61/216,260
(32) 15.05.2009
(33) US
(85) 12.12.2011
(86) PCT/US2010/035161, 17.05.2010
(72) ХЕЙДЖЕН, Дейвид, Л. (US)
(73) ВАСТ ПАУЭР ПОРТФОУЛИОУ, ЛЛК (US)
(74) Шабалина Галина Ивановна; Шабалин
Владимир Иванович; Кучаева Ирина Гафиятовна;
Тусупова Меруерт Кырыкбаевна
(56) US 2009/0014174 A1, 15.01.2009
US 5413175 A, 09.05.1995
US 2005/0028658 A1, 10.02.2005
US 6382318 B1, 07.05.2002
US 5642781 A, 01.07.1997
US 2007/0044957 A1, 01.03.2007
US 2004/0253058 A1, 16.12.2004
(54) НАГРЕВАЕМЫЙ ХВОСТОВИК ДЛЯ
ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ И
СПОСОБ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ
(57) Изобретение относится к формированию
нагреваемых хвостовиков с компенсацией
деформаций для извлечения или подачи текучих
сред из подвергаемых нагреву месторождений.
Способ формирования перфорированного
хвостовика, имеющего стенку, содержащую
множество не осевых изгибных элементов,
разделенных в осевом направлении не осевыми
пазами, и чередующихся с основаниями, для
обеспечения компенсации деформаций,
содержащий: формирование изгибных элементов и
не осевых пазов одним из следующих способов:
вырезание не осевых пазов и навивку стержня;
подбор окружных длин множества не осевых пазов
и оснований относительно периметра хвостовика;
расположения первого основания рядом в осевом
направлении с не осевым пазом; задание окружной
длины не осевого паза большей, чем окружная
длина первого основания; и расположения второго
основания рядом в осевом направлении с первым
основанием; создание связей между парой
основании или оставление не прорезанной стенки
между парой оснований; задания конфигурации
множества не осевых пазов и соседних пар
оснований. Полученный указанным способом
перфорированный хвостовик обеспечивает
возможность снятия части тепловых напряжений
путем формирования изгибных элементов,
воспринимающих осевую термическую деформацию
труб.
(19)KZ(13)B(11)28867
2. 28867
2
Данное изобретение относится к формированию
нагреваемых хвостовиков с компенсацией
деформаций для извлечения или подачи текучих
сред из подвергаемых нагреву месторождений.
Уровень техники
Месторождения углеводородов, такие как
нефтеносные пески и месторождения тяжелой нефти
обычно подвергают нагреву для уменьшения
вязкости и повышения добычи, в особенности, в
районах умеренного или полярного климата.
Например, обычный хвостовик с продольными
пазами, нагреваемый с 20°С до 350°С, претерпевает
повышение температуры на 330°С, как это
происходит при выполнении циклической паровой
стимуляции месторождения тяжелой нефти. Это
обычно приводит к возникновению относительного
теплового расширения или сжатия величиной 0,43%
для стандартных металлов с коэффициентом
расширения около 0,0013% /1К. Для
эксплуатационных хвостовиков длиной 600-1000 м с
продольными пазами это приводит к расширению
2,6-4,3 м в отсутствие закрепления или к
эквивалентному сжатию после закрепления по
месту.
Аналогичным образом при гравитационном
осушении с использованием пара эксплуатационные
хвостовики с продольными пазами при нагреве с
20°С до 290°С повышают свою температуру на
270°С. Это обычно приводит к тепловому
расширению величиной около 0,38% или
эквивалентной деформации сжатия за счет местного
воздействия со стороны резервуара. Например, для
эксплуатационных хвостовиков длиной 600-1000 м с
продольными пазами величины деформации
составляют 2,3-3,8 м.
В более холодных районах тепловое расширение
и повышение температуры может быть еще больше.
Например, при температурах ниже нуля в районе
Форт Макмаррей, провинция Альберта, Канада.
При установке хвостовиков со стандартными
пазами, подвергаемых сжатию углеводородами,
подобная разница температур вызывает
соответствующее тепловое напряжение сжатия
эквивалентное деформации 0,38% - 0,43%. Это
напряжение сжатия при проектировании по
существу превышает типичное расчетное
напряжение упругого сжатия (например, превышает
типичное расчетное напряжение на 0,2%-0,3% в
зависимости от материала). Нагрев сжатых
перфорированных хвостовиков на такую разницу
температур обычно приводит существенной
пластической деформации.
Если данное осевое напряжение сжатия в сумме
с напряжением сжатия со стороны резервуара
превышает критическое напряжение, может
возникнуть продольный изгиб и/или потеря
устойчивости закрепленных нагретых
перфорированных хвостовиков.
Поперечные и гравитационные сжимающие
геомеханические нагрузки вносят дополнительный
вклад в напряженно-деформированное состояние
перфорированного хвостовика. В установках с
гравитационным осушением с использованием пара
и в установках с циклической паровой стимуляцией
имели место поломки нагреваемых хвостовиков,
определение причин которых является
затруднительным. Одной из вероятных причин
данных поломок считается вызываемое изменением
температуры высокое напряжение, приводящее к
пластическим деформациям.
В стандартных “перфорированных хвостовиках”
обычно используются фильтрующие пазы,
ориентированные вдоль оси хвостовика. За счет
этого сохраняются размеры пазов и фильтрующие
свойства. Однако подобные хвостовики с
продольными пазами обеспечивают малое снижение
осевого напряжения при добыче подвергнутых
нагреву углеводородов. Для обеспечения
фильтрации при подаче через эксплуатационный
хвостовик тяжелых углеводородов и задержания
основного количества песка в круговые отверстия
хвостовиков вставлялись диски из спрессованной
проволочной сетки. Однако подобные
эксплуатационные хвостовики не обеспечивают
существенного уменьшения высоких тепловых
деформаций в закрепленных эксплуатационных
хвостовиках.
Разнонаправленные перемещения в окружающем
резервуаре в направлении поперечном хвостовику
вызывают изгиб, продавливание и/или потерю
устойчивости хвостовиков. Изгибная жесткость
хвостовика при наличии разнонаправленных
перемещений грунта является еще одной вероятной
причиной выхода из строя хвостовиков.
Гофрированные участки для снятия напряжений
с гофрами, проходящими в азимутальном
направлении по периметру трубы, выполнялись
таким образом, чтобы снижать осевые деформации в
нагреваемых эксплуатационных хвостовиках для
добычи тяжелых углеводородов или битумов.
Однако подобные гофры имеют высокую стоимость
и не обеспечивают отбор текучей среды, и поэтому
не получили широкого применения.
Для отделения текучей среды от суспензии
твёрдых частиц, таких как угольные частицы и
растительная пульпа, применялись задерживающие
экраны с клиновидными отверстиями из
цилиндрической проволоки. Однако проволочные
экраны с клиновидными отверстиями обычно
прикрепляются к ориентированным в осевом
направлении усилительным стержням. Они не
предназначены для больших сжимающих нагрузок
или для высоких тепловых напряжений, которые
имеют место при добыче углеводородов с нагревом
при помощи гравитационного осушения с
использованием пара или циклической паровой
стимуляции. Предлагались различные расширяемые
трубчатые нагреваемые хвостовики, снабженные
экранами.
Но и они не получили широкого
распространения.
Формирование соединений хвостовиков для
термического нагрева серьезно затруднено
наличием высоких тепловых пластических
деформаций. Высокие деформации могут вызвать
повреждение уплотнений в стояках, приводящих к
3. 28867
3
утечкам пара из обводного трубопровода и к
тепловым потерям, приводящим к высокому
относительному содержанию пара в нефти.
Деформация трубы хвостовика может вызвать
серьезное повреждение соединений хвостовика в
случае, если они обладают меньшей прочность в
осевом направлении, чем труба хвостовика.
Раскрытие изобретения
В изобретении разработаны способы и аппарат
для снятия части высоких тепловых напряжений в
нагреваемых хвостовиках, содержащих фильтры для
сбора (или ввода) текучих сред, не допускающие
прохождения через фильтры песка заданной
зернистости, твердых частиц или других
загрязняющих веществ. В некоторых вариантах
осуществления изобретения формирование
компенсационных пазов в трубах хвостовика
производится путем удаления материала труб. В
других вариантах осуществления изобретения
формирование компенсационных пазов в трубах
хвостовика производится путем установки
продолговатых компонентов внутрь труб.
Подобные не осевые пазы выполняются таким
образом, что они формируют изгибные элементы в
трубе нагреваемого хвостовика, рассредоточенные
на различных базовых участках. Базовые участки
имеют смещение в окружном направлении
достаточное для восприятия изгибными элементами
осевой деформации труб, вызываемой изменениями
температуры.
Компенсационные пазы могут выполняться в
виде фильтрующих элементов путем перекрытия
отверстий для текучей среды сетчатыми или
пористыми элементами или путем подбора ширины
пазов, обеспечивающей удерживание частиц песка
или других загрязняющих веществ от перемещения
вдоль фильтрующих элементов. В хвостовике могут
устанавливаться дополнительные фильтрующие
элементы. Например, могут выполняться отверстия
с сетчатыми или пористыми элементами или узкие
отверстия, такие как расположенные вдоль оси пазы
заданной ширины.
Текучая среда может извлекаться или подаваться
через эти фильтрующие не осевые
компенсационные пазы и/или через другие
фильтрующие элементы с обеспечением стойкости к
сжатию под землей.
Например, текучая среда может содержать
водную текучую среду, серную текучую среду и/или
углеводород, один или комбинацию таких
углеводородов, как сырая нефть, сырая нефть
высокой концентрации, битум из нефтеносных
песков, сланцевое масло и/или синтезированная
нефть, например, получаемая в результате нагрева,
пиролиза, крекинга, повышения качества и/или
газификации и синтеза текучей среды в подземном
резервуаре углеводородов.
Краткое описание чертежей
Эти и прочие признаки и преимущества
настоящего изобретения станут очевидны из
нижеследующего описания и прилагаемой формулы
изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи,
на которых на нескольких видах подобные элементы
обозначены подобными цифрами, и на которых:
фиг.1 - пространственный вид хвостовика с
компенсацией напряжений с не осевыми
компенсационными пазами и смещенными
параллельными оси фильтрующими пазами;
фиг.2 - вид с торца в разрезе хвостовика с
компенсацией напряжений в плоскости нормальной
направлению снятия напряжений.
фиг.3 - вид в плане хвостовика с компенсацией
напряжений с окружными компенсационными
пазами и расположенными друг напротив друга
фильтрующими пазами.
фиг.4 - местный вид в плане (или в плоскости)
окружных компенсационных пазов нагреваемого
хвостовика;
фиг.5 - схематический вид в плане нагреваемого
хвостовика с шевронными компенсационными и
сетчатыми фильтрующими секциями;
фиг.6 - вид с торца трубы направленного внутрь
отверстия трапециевидного фильтрующего паза;
фиг.7 - вид в сечении хвостовика с компенсацией
напряжений, на котором показано прямоугольный
не осевой компенсационный паз;
фиг. 8 -пазы, полученные лазерной резкой;
фиг.9 - пространственный вид полученного
спиральной намоткой хвостовика с компенсацией
напряжений, имеющего проставки;
фиг.10 -вид в плане спиральной
компенсационной секции;
фиг.11 - местный вид спиральной секции
хвостовика с компенсацией напряжений, имеющего
проставки;
фиг.12 -поперечные компенсационные стержни с
проставкой в проходящей через ось радиальной
плоскости.
фиг.13 -пространственный местный вид
трапециевидных компенсационных стержней, к
которым прикреплены выступающие наружу
элементы;
фиг.14 -пространственный местный вид
хвостовика с компенсацией напряжений при
помощи компенсационных размещения в заданном
порядке стержней, имеющего выступающие внутрь
и наружу элементы.
фиг.15 -местный вид сечения хвостовика с
компенсацией напряжений, на котором показаны
выступающие внутрь и наружу элементы
расположенных в заданном порядке стержней.
фиг.16 -пространственный местный вид
компенсационных стержней двутаврового сечения в
сборе с калиброванным фильтрующим элементом.
фиг.17 -схематический вид в плане хвостовика с
компенсацией напряжений при помощи стержней с
поперечными гофрами.
фиг.18 -пространственный местный вид
компенсационных стержней двутаврового сечения в
сборе с пробочным фильтрующим элементом.
фиг.19 -напряженно деформированные
состояния вариантов осуществления изобретения с
компенсацией напряжений и вариантов известного
уровня техники.
4. 28867
4
фиг.20 - схематический вид участка хвостовика с
компенсацией напряжений, имеющего изгибы;
фиг.21 - схематический вид сечения стенки
хвостовика с компенсацией напряжений, имеющей
сочленения.
Осуществление изобретения
В вариантах осуществления изобретения
подвергаемые нагреву хвостовики с компенсацией
напряжений снабжены множеством
перекрывающихся не осевых пазов для снятия
напряжений. Эти не осевые компенсационные пазы
могут быть расположены по азимуту или в
окружном направлении по периметру хвостовика.
Они могут также быть расположены под углом, по
спирали или иметь другую не осевую ориентацию.
Эти не осевые пазы обеспечивают перемещение
текучей среды вдоль хвостовика. Ширина этих не
осевых пазов может быть подобрана таким образом,
чтобы обеспечивать фильтрацию твердых частиц,
размер которых превышает заданную величину. В
подвергаемом нагреву хвостовике могут
устанавливаться дополнительные фильтрующие
элементы. Например, это могут быть осевые пазы
или фильтрующие элементы, содержащие сетчатый
или пористый фильтрующий материал.
В варианте осуществления изобретения,
показанном на фиг.1, труба с компенсацией
напряжений или подвергаемый нагреву хвостовик
10 может быть выполнен таким образом, что
компенсационная лента 30 содержит множество не
осевых компенсационных пазов, проходящих сквозь
стенку трубы 20 для снятия напряжений. Например,
в некоторых вариантах осуществления изобретения
множество не осевых компенсационных пазов могут
быть выполнены в виде расположенных по азимуту
сквозных компенсационных пазов 32, прорезанных в
стенке хвостовика и ориентированных по азимуту
по периметру трубы 20 относительно оси Z
хвостовика. В группе 36 ленточных или
фильтрующих пазов по длине хвостовика 10 могут
быть установлены фильтрующие элементы.
Например, такие фильтрующие элементы могут
содержать продольные пазы 38, фильтрующие сетки
или другие элементы, обеспечивающие
перемещение текучей среды с фильтрацией твердых
частиц.
На фиг.3 показан местный вид в плане периметра
(спроецированного на плоскость XZ) участка ленты
с компенсационными пазами 30 хвостовика 10 с
компенсацией напряжений, показанного на фиг.1.
Хвостовик 10 может включать ленту 36 с
продольными пазами 38. Продольные пазы 38 могут
быть смещены, как показано на фиг. 1 или
выровнены в осевом направлении, как показано на
фиг.3. На фиг.3 и 1 показано, что подвергаемый
нагреву хвостовик 10, имеющий длину L и внешний
диаметр Do, может быть снабжен множеством
компенсационных лент 30, содержащих множество
рядов не осевых компенсационных пазов. Например,
показанных на фиг.1 и 3 в виде окружных или
расположенных по азимутам компенсационных
пазов 32. Подвергаемый нагреву хвостовик 10
может содержать одну ленту или группу 36 или
большее число лент или групп фильтрующих
элементов. Например, показанных на фиг.1 и 3 в
виде параллельных оси фильтрующих пазов 38.
Материалы: В некоторых вариантах
осуществления хвостовиков с компенсацией
напряжений могут применяться стальные сплавы,
как малой, так и высокой прочности, содержащие
сплавы Н-40, K-55, L-80, С-95, J55, PIO или PS80.
На фиг.2 приведен вид в сечении трубы 10 по
линии А-А', соответствующий сечению А-А' на виде
в плане варианта подвергаемого нагреву хвостовика,
показанного на фиг. 3. Подвергаемый нагреву
хвостовик в данной конфигурации имеет толщину
W стенки, внутренний радиус Ri и внешний радиус
Ro, первую поперечную или горизонтальную ось X
и вторую поперечную или вертикальную ось Y.
Пазы 32 показаны в виде пазов, расположенных под
углом Theta S к оси трубы.
Пазы 32 разделены сепараторными или
перемычными участками 60, расположенными под
Theta S к оси трубы.
На фиг.4 показан местный вид в разрезе фиг.3,
расположенных по азимутам пазов 32 не осевой
ленты 30 пазов. На фигуре показано, что данная
лента 30 содержит пазы 32 с окружной длиной CS и
осевой шириной ZS чередующихся с
проставочными или перемычными участками 60,
окружная длина которых равна длине СВ основания,
а осевая ширина равна ZS. Эти перемычки 60 и пазы
32 могут разделять множество рядов 50 изгибных
элементов 44 и оснований 40, расположенных по
длине хвостовика в осевом направлении, Паз 32
длиной CS и перемычка 60 с окружной длиной СВ
образуют повторяющуюся длину CL. Множество
пазов 32 образуют продолговатые изгибные
элементы 44, примыкающие к основаниям 40 и
опирающиеся на них, формируя эквивалентный
продолговатый элемент или стержень 50.
Продолговатые изгибные элементы 44 и участки 40
оснований имеют осевую ширину ZB равную
осевому расстоянию между пазами 32.
Проставки или перемычки 60 расположены
между соседними в осевом направлении
основаниями 40.
Соседние перемычки 60 могут иметь смещение и
окружном направлении большее, чем окружная
длина перемычек или эквивалентная длина СВ
основания, за счет чего отсутствует перекрытие
соседних перемычек. Аналогичным образом, пазы
32 в одном ряду могут быть смещены в окружном
направлении от следующего ряда на окружное
расстояние или смещение СО паза равное сумме
окружной длины СВ перемычки 60 или основания
40 и окружной длины СМ примыкающего
продолговатого изгибного элемента 44.
В некоторых вариантах смещение СО пазов
может составлять от 10 до 90% от окружной длины
CL повторяемости. В некоторых вариантах
смещение СО пазов может составлять от 25 до 75%
от окружной длины CL, повторяемости. В других
вариантах смешение СО пазов может составлять от
40 до 60% от окружной длины CL повторяемости.
Смещение СО может быть примерно равно длине
5. 28867
5
основания 40 сумме в сумме с длиной СМ изгибного
элемента 44. Например, смешение паза может
составлять около 50% от окружной длины CL
повторяемости.
Для обеспечения снятия осевых напряжений
окружная длина CS паза может быть больше длины
СВ основания. В некоторых вариантах длина СВ
основания 40 и длина перемычки 60 могут
составлять от 2 до 98% от длины СМ изгибного
элемента. В других вариантах длина СВ основания
40 может составлять от 5 до 90% от окружной
длины СМ изгибного элемента. В других вариантах
длина СВ основания может составлять от 10 до 70%
от окружной длины СМ изгибного элемента.
Осевая ширина ZS расположенного по азимуту
компенсационного паза 32 может быть меньше, чем
заданная ширина (ZSP) паза для контроля над
частицами песка, соответствующими малой
величине вероятности интегрального
распределения, или твердыми частицами из
окружающего подземном резервуаре.
В некоторых вариантах число (NS)
компенсационных пазов по линии в стенке
параллельной оси может быть подобрано таким
образом, чтобы итоговая относительная
компенсация (FR) или отношение (SZSL) суммы
(SZS) ширин ZS пазов к длине (NL) сплошного
материала хвостовика длиной L были больше чем
заданная относительная компенсация. Здесь под
длиной (NL) сплошного материала подразумевается
сумма осевых ширин оснований и перемычек по
линии стенки параллельной оси. В вариантах с
пазами постоянного сечения сумма (SZS) ширин
пазов вдоль продольной линии стенки параллельной
оси может быть равна произведению числа (NS)
пазов на осевую ширину (ZS) паза. (Общая
относительная компенсация равна отношению
осевых ширин пазов к обшей длине хвостовика).
В некоторых вариантах относительное снижение
нагрузки (FR) может быть больше, чем полное
свободное тепловое расширение или деформация
(EsT) при максимальном расчетном увеличении
температуры, которое меньше, чем заданная
расчетная предельная деформация (EsD). В
некоторых вариантах данная предельная упругая
деформация (EsD) не должна превышать значения,
соответствующего предельному расчетному
упругому напряжению (EsE). Т.е. относительная
компенсация (FR) может снимать напряжение,
которое могло бы вызвать возникновение
существенных пластических деформаций.
Принцип компенсации напряжений: На фиг.19 и
в таблице 1 показаны схематические кривые
зависимости напряжения от деформации для
нескольких вариантов S1, S2, S3, S4 и S5
осуществления хвостовика с компенсацией
напряжений. Эти кривые демонстрируют значения
комбинированного осевого и радиального
сжимающего напряжения и деформаций за счет
воздействия резервуара для нагреваемых по месту
хвостовиков с компенсацией напряжений в
сравнении со схематическим вариантом S0
перфорированного хвостовика известного уровня
техники. В типовом примере S0 известного уровня
техники величина напряжения от деформации
увеличивается примерно по линейной зависимости
до расчетного упругого напряжения SEO при
достижении деформацией расчетного значения
DEO. Например, у варианта S0 расчетная
деформация DEO составляет около 0.2% при
расчетном упругом напряжении SEO около 60% от
максимального длительного напряжения SX (100%).
Дальнейшее деформирование может вызвать
существенную нелинейную пластическую
деформацию. Например, до получения критического
или максимально допустимого длительного
напряжения SX при критической деформации DXO.
Как показано на фиг. 19, типичная величина
деформации DXO может составлять 1,2%.
Таблица 1
Соотношение между напряжениями и деформации для некоторых вариантов конструкции
Вариант Напряжение
SB при
смыкании
зазора
Деформация DB
при смыкании
зазора
Расчетная
упругая
деформация
DE
Относительная
компенсация FR
деформации
Удлинение*/
зазор
Деформация
DX при
разрушении
S0 - - 0,20% - - 1,2%
S1 20% 0,2% 0,33% 0,13% 294% 1,4%
S2 17% 0,5% 0,64% 0,44% 134% 1,6%
S3 14% 0,9% 1,06% 0,86% 58% 2%
S4 12% 1,5% 1,65% 1,45% 34%
S5 10% 2,5% 2,7% 2,5% 20%
*Удлинение = упругое тепловое расширение при расчетном увеличении температуры.
В варианте S1 изгибные элементы, образующие
компенсационные пазы, сначала изгибаются до
получения расчетной величины SB1 изгибного
напряжения при упругой расчетной деформации
DB1, как показано на фиг. 19. Например, в одном
примере реализации варианта S1 расчетная изгибная
деформация DB1 в районе закрытия зазора может
иметь место при расчетном изгибном напряжении
SB1, составляющем около 20% от максимального
длительного напряжения SX для данного варианта.
При дальнейшем тепловом расширении и осевом
сжатии компенсационный паз смыкается, и
компенсационная изгибная деформация переходит в
осевую деформацию сжатия. На фиг.19
6. 28867
6
схематически показано, что кривая зависимости
напряжения от деформации для варианта S1 идет
вверх до расчетного напряжения аналогичного SE0
при осевой расчетной деформации DE1. Например,
в показанном варианте S1 расчетная деформация
DE1 может составлять около 0,33% по сравнению с
величиной около 0,2% для DE0 при аналогичном
упругом расчетном напряжении. Сумма всех
перемещений при смыкании зазоров за счет изгиба
элементов по линии стенки параллельной оси
хвостовика обеспечивает относительную
компенсацию деформации величиной 0,13% от
общей длины сплошных участков хвостовика.
Например, суммы осевых ширин базовых элементов
и перемычек. Деформация DX1 при критическом
напряжении SX может быть существенно выше.
Например, критическая деформация DX1 может
составлять около 1,7% или выше, в то время как у
конструкций известного уровня техники величина
DX0 составляет около 1,5%.
Некоторые варианты могут обеспечивать
компенсацию деформаций равных или
превышающих 0,4% от суммарной длины сплошных
участков хвостовика. В некоторых вариантах может
обеспечиваться компенсация деформаций равных
суммарной величине свободного теплового
расширения сплошных участков хвостовика или
больших этой величины. Например, в варианте S2
конструкции с компенсацией напряжений,
показанной на Фиг.19, расчетная изгибная
деформация DB2 компенсационных пазов может
составлять около 250% от расчетной деформации
DE0 сжатия конструкции без компенсационных
пазов при заданном расчетном изгибном
напряжении SB2. Например, расчетная изгибная
деформация DB2 величиной около 0,5% при
изгибном напряжении SB2, составляющем 17% от
критического напряжения SX. В этом варианте
компенсационные пазы смыкаются при величине
деформации около 0,5%, что обычно имеет место в
нефтеносных песках для хвостовиков при
гравитационном осушению с применением пара или
при циклической паровой стимуляции
месторождения. Повышение напряжения до SE0,
составляющего 60% от критического напряжения
SX, может повысить расчетную деформацию еще на
величину 0,14%-64% от расчетной деформации DE,
в то время как у стандартных хвостовиков величина
расчетного напряжения DE0 составляет 0,2%, при
относительной компенсации (FR) 0,44%. Вариант S2
может компенсировать тепловую деформацию 0,4%
меньшее расчетного упругого напряжения SE0,
имеющего места при гравитационном осушению с
применением пара. Вариант S2 может обеспечить
упругую компенсацию большей части тепловой
деформации величиной 0,5% при малых величинах
пластических деформаций.
В еще одном варианте S3 расчетная изгибная
деформация DB3 может составлять около 450% от
расчетной свободной деформации конструкции без
компенсационных пазов, например изгибная
деформация DB3 может составлять около 0,9% при
изгибном напряжении SB3 около 13% от
критического напряжения SX, в то время как у
конструкций без компенсационных пазов упругая
деформация DE0 равна 0,2%. Это дает расчетную
деформацию DE3 равную 1,06% при расчетном
напряжении SE0 в случае относительной
компенсации (FR) деформаций равной 0,86 от
ширины осевого зазора к ширине сплошных
участков. Например, в данном варианте
компенсационные пазы при сжатии трубы
величиной 0,5% могут уменьшаться за счет изгиба
элементов на осевую ширину около 54% от ширины
компенсационного паза в свободном состоянии.
В другом варианте, обозначенном S4, расчетная
изгибная деформация может составлять около 750%
от расчетной деформации конструкции без
компенсационных пазов, например, изгибная
деформация DB4 составляет величину 1,5% при
изгибном напряжении SB4 около 12% от
критического напряжения SX при смыкании паза. В
результате расчетная упругая деформация DE4 при
расчетном напряжении SE0, составляющем 60% от
максимального напряжения, может иметь
номинальное значение около 1,65%, в то время как в
конструкции без компенсационных пазов упругая
деформация DE0 составляет 0,2%. В этом варианте
для компенсации тепловой деформации величиной
0,5% от компенсационных пазов, составляющих
1,5% от общей осевой длины, при смыкании
потребуется сжатие за счет изгиба всего на
величину около 33% от размера компенсационного
паза в свободном состоянии. Это позволяет
создавать множество пазов, имеющих ширину,
обеспечивающую фильтрацию твердых частиц.
Например, подобные ширины пазов могут
варьироваться в диапазоне 100-67% от ширины
фильтрующего паза в холодном состоянии при
обеспечении компенсации (FR) осевых деформаций
величиной 0,5%.
В другом варианте, обозначенном S5, расчетная
изгибная деформация может составлять около
1250% от расчетной деформации конструкции без
компенсационных пазов, например, изгибная
деформация DB5 составляет величину 2,5% при
изгибном напряжении SB4 около 10% от
критического напряжения SX при смыкании паза. В
результате расчетная упругая деформация DE5 при
расчетном напряжении, составляющем 60% от
максимального напряжения SX, может иметь
номинальное значение около 2,7% или 1350% от
упругой деформация DE0 величиной 0,2% для
конструкции без компенсационных пазов. В этом
варианте для компенсации тепловой деформации
величиной 0,5% от компенсационных пазов,
составляющих 2,5% от общей осевой длины, при
смыкании (или компенсации FR) потребуется
сжатие за счет изгиба всего на величину около 20%
от размера компенсационного паза в свободном
состоянии. Это позволяет создавать множество
пазов, имеющих ширину, обеспечивающую
фильтрацию твердых частиц. Например, подобные
ширины пазов могут варьироваться в диапазоне от
100% ширины фильтрующего паза в холодном
7. 28867
7
состоянии до величины около 80% в нагретом
состоянии.
В вариантах SB2, SB3, SB4 и SB5 могут быть
обеспечены более высокие соответствующие
деформации DX2, DX3, DX4 и DX5 при
критическом относительном напряжении SX, чем
деформации DX0 и DX1 вариантов S0 and S1.
На фиг.19 и в таблице 1 показан еще один
вариант, в котором изгибные элементы и пазы могут
обеспечивать различную степень компенсации
деформаций. Эти варианты подобраны таким
образом, чтобы обеспечить закрытие зазора паза за
счет изгиба элемента при напряжении SB величиной
20% для S1, 17% для S2, 14% для S3, 12% для S4 и
10% для S5, выбранных в качестве примеров. Эти
варианты имеют деформацию (DB) при смыкании
зазора, показанную как изгиб на кривой
зависимости напряжения от деформации. Например,
вариант S1 при смыкании зазора имеет расчетный
изгиб DB1=0,33%; остальные варианты
обеспечивают следующую компенсацию
деформации при расчетном изгибе: S2 - 0,5%, S3 -
0,9%, S4 - 1,5%, a S5 - 2,5%. Расчетная деформация
составляет 0,33% в варианте S1, 0,64% в варианте
S2, 1,06% в варианте S3, 1,65% в варианте S4 и 2,7%
в варианте S5, в то время как в варианте S0
известного уровня техники без компенсации
деформаций эта величина составляет 0,20%.
Варианты S3, S4 и S5 обеспечивают итоговую
относительную компенсацию (FR) деформаций,
равную отношению суммы осевых ширин не осевых
пазов к сумме участков без пазов (оснований и
перемычек) в направлении линии стенки
параллельной оси большую, чем относительное
тепловое расширение участков стенки без пазов
вдоль той же линии при заданном изменении
температуры. Например, отношение расширения к
величине зазора в варианте S3 представляет собой
пример конструкции изгибных элементов,
обеспечивающей суммарное осевое смыкание не
осевых пазов при расчетной температуре меньшее,
чем 58% от суммарной осевой ширины пазов в
холодном состоянии до нагрева хвостовика.
В другом варианте изгибные элементы могут
обеспечивать компенсацию деформаций при
расчетном изгибе, составляющую 0,20%. Это может
обеспечить относительную компенсацию (FR)
деформаций, составляющую 50% от общей
деформации равной 0,4%. Это может обеспечить
компенсацию деформации величиной 10% от общей
деформации 0,5%. Эта компенсация деформации
величиной 0,2% может обеспечить повышение
деформации на 100% по отношению к расчетной
упругой деформации 0,2% в вариантах с суммарной
деформацией 0,4%. В хвостовике с суммарной
тепловой деформацией 0,5% такая компенсация
деформаций аналогичным образом обеспечит
деформации величиной 0,3%, превышающие на 67%
расчетные напряжения величиной 0,2%.
В других вариантах изгибные элементы могут
обеспечивать компенсацию тепловой деформации
величиной 0,15%. Например, эти варианты могут
обеспечивать относительную компенсацию (FR),
составляющую 38% от общей тепловой деформации
0,4%. При расчетной упругой деформации
величиной 0,2% конструкция с такой компенсацией
деформаций позволит компенсировать деформацию
величиной до 0,35% или 75% от тепловой
деформации в дополнение к упругому расчетному
значению DE0 при SE0.
На фиг.5 в некоторых вариантах лента 30
компенсационных элементов с не осевыми пазами
может содержать множество расположенных под
углом компенсационных пазов 33, обеспечивающих
дополнительную компенсацию деформаций.
Расположенные под углом компенсационные пазы
33 могут перекрываться, обеспечивая компенсацию
осевых деформаций при тепловом сжатии.
Подвергаемый нагреву хвостовик может
дополнительно содержать фильтрующие элементы.
Фильтрующие элементы: Как показано на фиг. 5,
хвостовик с компенсацией деформаций может
содержать фильтрующую ленту 6, имеющую
множество фильтрующих элементов 39.Эти
фильтрующие элементы выполнены в форме
круговых или эллиптических дисков. Фильтрующие
элементы могут содержать сетчатые или пористые
фильтрующие элементы 39, имеющие гибкие сетки,
спрессованные сетки или пористые материалы для
фильтрации частиц на входе в хвостовик с
компенсацией напряжений.
Как показано на фиг.6, некоторые варианты
содержат не осевые пазы 31, которые могут иметь
зазор во внутренней шириной G1 и внешней
шириной GO. В вариантах конструкции могут
применяться пазы, имеющие форму перевернутого
замкового камня, у которых внутренняя ширина 01
паза больше, чем внешняя ширина паза, а наклон
внешней кромки зазора описывается половинным
углом В. Например, внутренняя ширина G1 паза
может составлять более 105%, 110% или более 120%
от внешней ширины GO паза. Не осевые
фильтрующие пазы 31 могут иметь аналогичную
форму. Толщина W стенки 20 трубы или
гофрированной обмотки от внутреннего радиуса Ri
до внешнего радиуса Ro может обеспечивать
прочность на сжатие, необходимую для
выдерживания направленного внутрь сжимающего
давления подземного резервуара. (См. также
толщину W стенки на фиг.7 и 8). Как показано на
фиг.7, в некоторых вариантах не осевые пазы 31
могут быть выполнены в стенке 20 толщиной W в
виде прямоугольного компенсационного паза 31.
Например, не осевые пазы могут включать
расположенные под углом пазы 33, показанные на
фиг.5 и ориентированные по азимутам пазы 32 на
фиг.1. В других вариантах компенсационный паз 31
может быть выполнен в форме перевернутого
замкового камня, расширяющегося внутрь.
Например, в виде паза, у которого внутренняя
ширина составляет более 110% от наружной
ширины.
Хвостовик со стержнями и проставками: Как
показано на фиг.9, в другом варианте
осуществления нагреваемого хвостовика изгибные
элементы и чередующиеся с ними участки
8. 28867
8
основания могут быть сформированы путем
намотки продолговатого элемента или стержня 50
внутри хвостовика 10 с компенсацией деформаций с
установкой перемычек или проставок 62 между
соседними витками по периметру окружности. Эти
элементы образуют имеющий пазы хвостовик 10 с
компенсацией деформаций, содержащий не осевые
спиральные пазы 34, образованные соседними
витками 50, разделенными проставками 62.
Аналогичным образом в некоторых вариантах
может проводиться формирование круговых секций
и их разделение проставками. Как описано выше,
проставки могут закрепляться между соседними
витками.
Например, проставки могут закрепляться
периодически вдоль удлиненного материала. После
этого может производиться закрепление соседних
витков вдоль проставок на внешнем и/или
внутреннем радиусе. На фиг.10 показан вид в плане
спиральной трубы 10 с компенсацией напряжений,
имеющей диаметр Do, длину L и группу 30
спиральных не осевых компенсационных пазов 34.
Хвостовик со спиральными пазами: Как показано
на фиг.9, в одном из вариантов не осевой паз 34
может быть сформирован в трубе 20 путем
формирования спирального продолговатого паза 34
в стенке 20 трубы. Например, спиральный паз 34
может быть сформирован путем спиральной резки
трубы 20. Как показано на фиг.8, для фокусировки
лазерного луча R1-R2 с фокальной длиной FX и
половинным углом В в фокусную точку FP на
расстоянии Е от стенки 20 толщиной W может
применяться лазерная система 100, имеющая
лазерное фокусирующее устройство 102. Фокальная
длина FX и расстояние Е могут быть подобраны
таким образом, чтобы обеспечить получение паза
31, на параллельного оси с требуемой величиной
внешней ширины GO зазора и внутренней ширины
GI зазора.
На фиг.11 показан местный вид трубы со
спиральными зазорами с фиг.9, имеющей
множество витых стержневых секций 50,
разделенных множеством чередующихся с ними
перемычек или проставок 62. Каждая проставка 62
может крепиться к одному или обеим участкам
основания 40 стержня 50 при помощи одного
соединения или нескольких соединений 92.
Например, при помощи сварки,
низкотемпературной пайки, высокотемпературной
пайки, клеевого соединения. В некоторых вариантах
имеется множество соединений 92, крепящих
проставки 62 к базовым секциям 40 и между ними.
Эти проставки 62 и базовые секции 40 образуют
средние изгибные элементы 44.
На фиг.12 показано сечение В-В' трубы со
спиральными пазами в плоскости Z-Y, показанной
на фиг.11. Трапециевидная проставка 62 может
крепиться между трапецеидальными стержнями 20
при помощи соединений 92 и образовывать
компенсационных паз 34. Эти соединения могут
выполняться в направлении азимутов, как показано
на фиг.11 и 12. Проставки 62 могут крепиться
соединениями 92, которые номинально могут быть
расположены в радиальном направлении. Возможно
применение, как азимутальных соединений 92, так и
номинально радиальных соединений 94.
Витой хвостовик с поперечными гофрами: На
фиг. 17 показан вид в плане одного из вариантов
осуществления гофрированного хвостовика, в
котором гофрированные компенсационные пазы 35
и компенсационные изгибные элементы 45 между
базовыми секциями 42 формируются путем изгиба в
поперечном направлении продолговатого элемента
или стержня и получения из него стержня с
поперечными гофрами или витка 55. В некоторых
вариантах основные гофры могут формироваться на
левой и на правой стороне гофрированного стержня
55, если смотреть в направлении азимутального
витка, касательном хвостовику 10 с компенсацией
деформаций (нормальном к радиусу и оси
хвостовика). В одном из вариантов набор основных
левых гофров CRP или гофров CRS с правой
стороны гофрированного стержня 55А могут
отклоняться в одну сторону величиной 25-75% от
длины стержня. Дополнительный набор правых
гофров CRS или левых гофров CRP образуют
дополнительный участок гофрированного стержня
55В. Еще один дополнительный гофрированный
стержень 55С показан рядом со стержнем 55В.
Участок стержня 55 может быть прямым между
левым гофром CRP и правым гофром CRS.
На фиг.17 показано, что в дополнительных
вариантах гофрированный виток или стержень 55
после формирования может иметь малые гофры
CRP с левой стороны витка или гофры CRP с правой
стороны витка. (Например, левые гофры или правые
гофры составляют менее 25% от длины стержня).
Виток может наматываться и формировать
трубчатый хвостовик с компенсацией деформаций,
снабженный не осевыми пазами. Например,
гофрированными компенсационными пазами 35. В
некоторых вариантах витки могут наматываться по
спирали и формировать трубчатый хвостовик с
компенсацией деформаций, снабженный
спиральными гофрированными компенсационными
пазами 35. В других вариантах витки 55 могут
прорезаться для формирования параллельных
окружных азимутальных компенсационных
кольцевых секций, содержащих изгибные элементы
45. Из них затем может формироваться трубчатый
хвостовик 10 с компенсацией деформаций, в
котором кольца образую гофрированные
компенсационные пазы 35. Размер гофрированного
участка стержня и ширина паза могут подбираться
для обеспечения заданной величины компенсации
тепловых деформаций.
В одном варианте осуществления изобретения
гофрированный виток или стержень 55 содержит
нецелое число гофров, образующих периметр
трубчатого хвостовика с компенсацией деформаций.
В некоторых вариантах гофры могут быть
размещены по длине витка 55 гофрированного
стержня таким образом, что гофры одного витка
55А гофрированного стержня в основном не
совпадают по фазе с гофрами соседнего витка 55В
гофрированного стержня. Третий виток 55С может
9. 28867
9
также не совпадать по фазе со вторым витком 55В
гофрированного стержня. Таким образом левый
гофр CRP (или правый гофр CRS) в одном витке
может быть расположен напротив и контактировать
с одним из следующих элементов: не
гофрированным участком и противоположным
правым гофром CRS (или левым гофром CRP)
соседнего витка.
Например, в варианте, показанном на фиг.17,
правый гофр CRS первого витка 55А
гофрированного стержня может контактировать с
левым гофром CRP второго витка 55В
гофрированного стержня. Соответственно, левый
гофр CRP первого витка 55А гофрированного
стержня может находиться напротив правого гофра
CRS второго витка гофрированного стержня 55В,
образуя гофрированный компенсационный паз 35. В
другом варианте правый гофр CRS первого витка
гофрированного стержня может контактировать с не
гофрированным участком соседнего витка.
Подобная разница в фазах расположения
левого/правого гофров соседних витков
гофрированных стержней 55А, 55В, и/или 55С
позволяет установить промежуточный виток между
гофрами и сформировать из него изгибные
элементы, разделенные пазами, что обеспечивает
компенсацию осевых деформаций.
Соприкасающиеся участки соседних витков могут
связываться и образовывать состоящий из витков
хвостовик с компенсацией деформаций. Это может
осуществляться при помощи сварки,
высокотемпературной пайки или
низкотемпературной пайки соединений или при
помощи высокотемпературного клеевого
соединения, как это известно в данной области
техники. Например, при помощи сварки вдоль
соседних витков по внутреннему и наружному
радиусам при помощи волоконного лазера.
Фасонные стержни с прикрепленными
проставками: Как показано на фиг.13, в некоторых
вариантах фасонные выступающие проставки 64
могут быть прикреплены при помощи по существу
радиальных соединений 94 к соответствующим
базовым участкам 42 первой в осевом направлении
стороны первого стержня 53А и соответствующим
базовым участкам 42 второго стержня 53В и т.д.
Стержни 53А и 53В могут образовывать спиральный
или круговой виток спиральные или круговые
витки). Выступающие наружу проставки 64 могут
располагаться вдоль загнутых стержней 53А и 53В и
т.д., образуя группы из нецелого числа элементов по
периметру хвостовика. Т.е., когда виток стержня
53А проходит рядом со стержнем 53В, выступы на
стержне 53А могут быть выполнены таким образом,
что они располагаются со смещением и не
находятся напротив выступов на соседнем стержне
53В. Выступающие проставки 64 и
соответствующие базовые участки 42 стержня 53В
могут быть расположены со смещением между
соответствующими внешними проставками 64 и
базовыми участками 42 стержня 53А.
Это смещение внешних проставок 64 образует
изгибные элементы 44 на стержне 53А между
базовыми участками 42. Размещение внешних
проставок 64 аналогичным образом формирует
изгибный элемент 44 между базовыми участками 42
на соседнем витке стержня 53В. Этот способ может
применяться, как для цилиндрических стержней, так
и для свитых в спирали стержней 53А и 53В.
Вогнутые впадины и выравнивание стержней:
Как показано на фиг.13, в некоторых вариантах
выпуклые внешние проставки 64 на стрежне 53 А
могут располагаться напротив одного или большего
числа вогнутых впадин 65, сформированных в
соседнем стержне 53В. В некоторых вариантах
впадины 65 могут быть получены путем формовки
или проката одной из сторон стержня 53В до
получения вогнутой формы, основном сопрягаемой
с выпуклой формой выступающей проставки 64,
прикрепленной к стержню 53А.
В некоторых вариантах стержни 53А и 53В и т.д.
свиваются в хвостовик с компенсацией деформаций,
имеющий выступы 64 и примыкающие впадины 65
для обеспечения самоустановки в радиальном
направлении под действием сжимающего
напряжения на хвостовик с компенсацией
деформаций в результате теплового расширения.
В некоторых вариантах впадины 65,
формируемые в стержнях 53В, могут иметь форму
сопрягаемую с выступами 64 стержня 53А.
Например, достаточно обеспечить выравнивание по
азимуту и обеспечить прочность на кручение
относительно оси хвостовика за счет сдвиговой
прочности перекрытия между выступами 64 и
впадинами 65. В других вариантах впадины 65
могут иметь вогнутую форму в двух направлениях
для обеспечения, как радиального, так и
азимутального выравнивания с выпуклыми
выступами 64.
В некоторых вариантах выступы 64 на первом
стержне 53А могут крепиться к соседнему стержню
53В. Например, при помощи азимутальных связей
92 или аналогичных радиальных связей 94,
расположенный вдоль соседних поверхностей
между выступом 64 и стержнем 53В. Другие
спиральные или цилиндрические витки могут
аналогичным образом содержать прикрепленные
выступы 64 и крепиться к соответствующим виткам.
Выравнивание по заданной схеме: Как показано
на фиг.14, в некоторых вариантах хвостовик с
компенсацией напряжений может формироваться
путем цилиндрической или спиральной навивки
стержня 54 с заданным рисунком, содержащим
выпуклые выступы 66 и ответные вогнутые впадины
67. Например, выступы 66 и впадины 67 могут
иметь такую форму, что имеющие заданный
рисунок стержни 54 соседних витков имеют
ответные углубления или впадины 67 и выступы 66
с левой или с правой стороны, если смотреть в
азимутальном направлении вниз по витку.
Этот рисунок или эти впадины и выступы могут
быть выполнены на одном участке или на большем
числе участков по периметру хвостовика с
компенсацией напряжений. Эти впадины и выступы
могут обеспечивать признак самоустановки в
радиальном направлении для радиального
10. 28867
10
выравнивания соседних витков 54А и 54В. В
некоторых вариантах впадины и выступы могут
обеспечивать азимутальное (тангенциальное)
выравнивание соседних витков 54А и 54В.
В некоторых вариантах выступы и впадины
могут быть выполнены в виде язычка 66 в канавке
67 между соседними витками на участках установки
проставок.
В некоторых вариантах выступы и впадины
могут быть выполнены в виде эллиптических
выступа 66 и впадины 67. В других примерах
зубчатые выступы 66 на одной стороне витка могут
сопрягаться с гнездовыми впадинами 67 на другой
стороне витка.
В некоторых вариантах выступы 66 на стержне
54А могут крепиться к стержню 54В при помощи
связей или сварных швов 92.
Хвостовик с имеющими заданный рисунок
стержнями трапециевидной формы: На фиг.15
показано сечение по линии С-С' стержней 54А, 54В
и 54С трапециевидной формы, приведенных на
фиг.14. Первый стержень 54А с заданным рисунком
может иметь выступ 66, входящих во впадину 68 на
соседнем втором стержне 54В с заданным рисунком.
Выступ 66 стержня 54А может крепиться к стержню
54В в районе впадины 67 при помощи связи 92.
Например, при помощи сварки, низкотемпературной
пайки, высокотемпературной пайки или при
помощи клеевого соединения. Выступы 66 могут
обеспечивать опорные базовые участки 42 для
промежуточных изгибных элементов фиг.14.
Выступы 66 и впадины 67 могут обеспечивать
радиальное выравнивание соседних стержней 54А и
54В с заданным рисунком. Выступы 66 и впадины
67 могут обеспечивать выравнивание и восприятие
крутильного напряжения в окружном или
азимутальном направлении X вдоль стержней 54А и
54В. Как показано на фиг. 15, азимутальные
стороны стержней 54А и 54В могут иметь
скошенные стороны и совместно образовывать
трапециевидный или выполненный в форме
замкового камня паз 32, который имеет меньшую
ширину снаружи в радиальном направлении и
большую ширину внутри в радиальном
направлении. Например, для способствования
фильтрации песка без заполнения фильтрующего
паза.
Управление размером фильтра паза: В
некоторых вариантах перфорированные участки
одной или обеих сторон соседних витков могут
образовывать расширяющийся внутрь клиновой паз,
у которого более узкое отверстие находится на
внешнем радиусе Ro, а более широкое отверстие
расположено на внутреннем радиусе Ri. Внешнее
отверстие паза может обеспечивать задержку
заданного основного количества песка резервуара на
входе в хвостовик с компенсацией деформаций.
Например, он может задерживать частицы на 90%
большие, чем 80 мкм, 200 мкм или 500 мкм.
Обмотка из двутавровых стержней с
калиброванным фильтрующим материалом: Как
показано на фиг.16, в одном варианте
осуществления изобретения хвостовик 10 с
компенсацией деформаций может быть получен
путем намотки двутавровых композитных
фильтрующих стержней, содержащих внешний
фланцевый элемент 56, сформированный или к
прикрепленный к радиальному перемычному
элементу 58, который сформирован или прикреплен
к внутреннему фланцевому элементу 57. Эти
композитные фильтрующие стержни могут
наматываться в азимутальном направлении и
образовывать хвостовик с компенсацией
деформаций при помощи спиральных или круговых
витков. Соседние композитные фильтрующие
стержни могут соединяться через проставки 62
пазов. Проставки 62 пазов могут удерживаться на
месте при помощи трения или крепиться связями 92
к внешнему и/или внутреннему фланцевым
элементам 56 и 57.
Управление размером фильтра: Как показано на
фиг.16, проставки 62 паза могут иметь такие
размеры относительно ширин внешних фланцев 56,
которые обеспечивают формирование азимутальных
компенсационных пазов 32. Проставки 62 пазов
могут иметь размеры, обеспечивающие контроль
ширины компенсационных пазов 32 для удержания
частиц, размер которых превышает размер заданной
малой части суммарного распределения размеров
частиц. Например, частиц, размеры которых больше
чем размеры 0.3%, либо 1%, либо 3% или 10%
частиц из суммарного распределения размеров. В
некоторых вариантах фильтрующий материал 72
может располагаться в фильтрующих полостях 71,
образованных между соседними стенками 58,
соседними проставками 62 и внутренними
фланцами 57 и внешними фланцами 56 и образует
хвостовик 10 с компенсацией деформаций. В
некоторых вариантах фильтрующий материал 72
может содержать множество фильтрующих
сетчатых слоев, которые могут быть калиброваны
по размерам фильтруемых частиц. Размер сетки
фильтрующих сетчатых слоев 72 может
обеспечивать задержку либо частиц, размер которых
превышает первый размер (D1) во внешнем
фильтрующем слое 73, либо задержку частиц,
размер которых больше, чем второй размер (D2) в
среднем фильтрующем слое 74, либо задержку
частиц больших, чем третий размер (D3) частиц во
внутреннем фильтрующем слое 75. Например,
сетчатый фильтр 73 грубой очистки может
располагаться на внешнем радиусе, за ним
расположен фильтр 74 средней очистки, а затем на
внутреннем радиусе находится фильтрующая сетка
75 тонкой очистки. Например, фильтрующие слои
могут быть выполнены таким образом, что размер
(D1) больше, чем размер D2), который, в свою
очередь, больше чем размер (D3).
Фильтрующий хвостовик с компенсацией
деформаций, имеющий заданный рисунок: Как
показано на фиг.18, в некоторых вариантах
осуществления изобретения на продолговатом
элементе может быть выдавлен рисунок,
формирующий стержень 59 с фильтрующим
рисунком, содержащий запрессованный в паз зуб
или выступающую наружу проставку 66,
11. 28867
11
образующую компенсационные изгибные элементы
44 между выступающими проставками 66, и
множество фильтрующих полостей 71 для
удержания пористого фильтрующего материала 76 и
формирования фильтрующей секции 77.
Поперечное сечение стержня 59 с фильтрующим
рисунком может иметь в основном форму песочных
часов или двутавра. Двутавровая форма может быть
получена при помощи внешнего фланцевого участка
56, имеющего большую ширину, чем внутренний
фланцевый участок 57, к которым примыкает
участок 58 радиальной стенки. Ширина проставки
66 относительно фланцевых участков 56 соседних
стержней 59 определяет внешнюю ширину GO паза
34.
Аналогичным образом ширина проставки 66
относительно внутренних фланцевых участков 57
соседних стержней 59 определяет внутреннюю
ширину GI спирального фильтрующего паза 34.
Проставка 66 может содержать внешнюю проставку,
отделяющую верхние фланцевые участки 56, и
внутреннюю проставку, отделяющую внутренние
фланцевые участки 57.
Множество стержней 59 могут иметь
конфигурацию, обеспечивающую формирование
соседними стержнями 59 с фильтрующим рисунком
фильтрующей полости, расположенной между
ними, имеющей достаточные размеры для установки
пористого фильтрующего материала 76. Этот
пористый фильтр 76 может содержать шерстяное
волокно, проволочную сетку, грубые частицы или
песок, либо спрессованный материал, в котором
пористый фильтр может быть выполнен из металла,
стекла или керамики. Размеры фильтрующего
материала или пористость могут иметь
конфигурацию, обеспечивающую фильтрацию
частиц, размеры которых превышают минимальную
заданную часть суммарного распределения размеров
частиц резервуара с углеводородами.
Осевой участок (GZ) компенсационного паза
представляет собой осевой участок меньший из
внутреннего участка шириной GI и внешнего
участка шириной GO. Возможно проведение оценки
суммарной или общей ширины (GZT) осевого паза.
Например, для пазов постоянного сечения GZT
может быть определена, как произведение числа
компенсационных осевых участков (GZ) и ширины
компенсационного паза. В некоторых вариантах
компенсационные пазы могут иметь такую
конфигурацию, при которой суммарная или общая
ширина участка (GZT) больше, чем заданная
суммарная функция длины L перфорированного
хвостовика с компенсацией напряжений.
Поперечный изгиб хвостовика: Как показано на
фиг.20, хвостовик 10 с компенсацией деформаций
может обеспечивать компенсацию изгибных
деформаций. Например, при разнонаправленных
поперечных перемещениях окружающего
резервуара. Варианты осуществления нагреваемого
хвостовика, описанные в данном документе могут
быть выполнены с множеством перекрывающихся
не осевых пазов. Например, в виде одного или
нескольких вариантов хвостовика с компенсацией
деформаций, показанных на фиг.1, 5, 9, 13, 14, 16, 17
и 18. Подобные не осевые перекрывающиеся пазы
могут обеспечивать компенсацию изгиба трубы
хвостовика.
Как показано на фиг.20, изгиб может
компенсироваться в хвостовике с компенсацией
деформаций при помощи не осевых пазов 31 между
изгибными элементами 44, раскрывающимися на
внешнем радиусе изгиба хвостовика с компенсацией
деформаций при сжатии на внутреннем радиусе
изгиба хвостовика с компенсацией деформаций. В
вариантах, имеющих изгибную деформацию в
сочетании с тепловой деформацией тепловая осевая
деформация может вызывать частичное смыкание
не осевых пазов 31 на внешнем радиусе изгиба,
приводя к меньшему раскрытию при нагреве по
отношению к не подвергнутому нагреву хвостовику
с компенсацией изгибных деформаций.
Соответственно не осевые компенсационные пазы
на внутреннем радиусе изгиба хвостовика с
компенсацией деформаций могут смыкаться в
большей степени или смыкаться и претерпевать
деформации сжатия при повышении тепловой
деформации хвостовика. Как показано на фиг. 20,
хвостовик с компенсацией деформаций может
компенсировать множество изгибов, вызываемых
перемещениями в резервуаре.
Расположение и число не осевых пазов может
быть подобрано таким образом, чтобы обеспечить
изгиб оси трубы на угол В с радиусом RB. В
некоторых вариантах хвостовик с компенсацией
деформаций может компенсировать изгиб на угол
около пяти градусов. В других вариантах хвостовик
с компенсацией деформаций может сгибаться на
угол около 10 градусов, 20 градусов или 30
градусов. Хвостовик может обеспечивать
компенсацию изгиба хвостовика с осевой
деформацией стенок более 120% от расчетной
упругой деформации растяжения или сжатия на
внешних и внутренних стенках. Ширина не осевого
паза может обеспечивать при изгибе сохранение
ширины, меньшей чем заданная ширина
фильтрующего паза.
Сочленения: Как показано на фиг.21, хвостовик
10 с компенсацией деформаций, имеющий участок с
не осевыми пазами 31 может содержать или
соединяться при помощи сочленений 132
хвостовика. Сочленение 132 может содержать
внутреннее сочленение 130 и внешнее сочленение
131. В некоторых вариантах хвостовик 10 с
компенсацией напряжений может иметь базовые
элементы 40, соединенные с внешними
сочленениями 131. В других вариантах базовые
элементы 40 могут крепиться к внутреннему
сочленению 130. В некоторых вариантах один край
внутреннего сочленения 130 и внешнего сочленения
131 сочленения 132 может крепиться к
эксплуатационной трубе 134.
В некоторых вариантах толщина W стенки,
окружная длина СВ и ширина ZS перемычки 60 и
число перемычек по периметру хвостовика 10 могут
быть подобраны таким образом, что они
обеспечивают прочность на кручение относительно
