Устройство и способ тепловой и/или акустической изоляции трубопровода - RU2154228C2
Код документа: RU2154228C2
Описание
Настоящее изобретение относится к устройству и способу тепловой и/или акустической изоляции трубопровода, предназначенного для подачи жидкостей, например углеводородов, поступающих из какого-либо источника, которым может быть нефтяное месторождение.
Что касается акустической изоляции, то эта проблема вызывает интерес главным образом по отношению к трубопроводам, которые проходят поблизости от населенных пунктов, независимо от того, являются эти трубопроводы воздушными, проходящими под водой или закопанными в землю. Дело в том, что при достаточно больших скоростях течения жидкости по таким трубопроводам, особенно жидкости, содержащей то или иное количество газа, эти трубопроводы и их местные гидравлические сопротивления типа угольников, тройников, вентилей и т.п. порождают такие уровни акустического шума, которые уже являются вредными для человека и окружающей среды. Хотя и мало практикуемая в настоящее время акустическая изоляция таких трубопроводов способствует повышению комфорта для человека, повышению безопасности проводимых в окрестности таких трубопроводов работ и защите окружающей среды.
В процессе пуска в эксплуатацию того или иного нефтяного месторождения добываемые углеводороды попадают в так называемую эксплуатационную колонну в донной части скважины и движутся по ней до поверхности земли. Обычно в донной части нефтяных скважин давление и температура имеют относительно высокие значения, например, давление может достигать 300 бар и температура может достигать 100oC. В процессе подъема добываемых углеводородов из недр на поверхность их давление и температура снижаются и на поверхности, на выходе из скважины, температура углеводородов может составлять, например, 30oC.
Это понижение температуры добываемых углеводородов в эксплуатационной колонне имеет следствием повышение динамической вязкости и удельного веса этих углеводородов, что может повлечь за собой замедление их течения в эксплуатационной колонне. Кроме того, снижение температуры в ряде случаев может стать причиной отложения на стенках эксплуатационной колонны гидратов или парафинов. Если эти отложения накапливаются в трубопроводе, они в конечном счете могут вызвать серьезные проблемы эксплуатации данной скважины, например, замедление выхода добываемых углеводородов и даже полную закупорку трубопровода. Обычно, для того, чтобы избежать такой опасности, эксплуатант данной нефтедобывающей скважины вынужден бороться с этим явлением отложения либо превентивными методами при помощи закачивания в эксплуатационную колонну специальных химических веществ, являющихся ингибиторами упомянутого осаждения, либо поддерживающими методами, которые заключаются в проскабливании внутренней поверхности трубопровода с использованием специального оборудования. Еще одним способом избежания нежелательных отложений является подогрев добываемых углеводородов при помощи тех или иных имеющихся средств. Во всех этих случаях упомянутые операции являются достаточно дорогостоящими. И следует отметить, что упомянутые выше проблемы возникают также в трубопроводах, которые связывают верхнюю часть или головку скважины с достаточно удаленным от нее центром переработки добывающего углеводорода.
В отдельных случаях также может оказаться необходимым, чтобы протекающая по трубопроводу жидкость оставалась холодной. Так может быть, например, в случае закачивания воды с поверхности в нефтеносный пласт. Иногда бывает выгодно, чтобы подаваемая в недра вода не подвергалась нагреванию земным теплом в процессе своего прохождения по трубам до месторождения нефти, например, для того, чтобы поддержать на заданном уровне ее удельный вес или вызвать некоторые термические явления, благоприятные для ее закачивания в нефтеносный пласт /охрупчивание данной горной породы при помощи охлаждения путем термического разрушения/. В этом случае теплоизоляция трубопровода позволяет обеспечить выигрыш во времени в случае упомянутого термического преобразования, а также наилучшее поддержание или защиту вокруг трубопровода оборудования, которое может быть чувствительно к изменениям температуры /усадка обсадных труб, трещины цементирования и т.п./.
Некоторые нефтедобывающие скважины располагаются в регионах, где температура грунта на поверхности является очень низкой. Уже было предложено в таких случаях оборудовать эксплуатационную колонну специальным электрическим подогревом для того, чтобы поддерживать на необходимом уровне температуру добываемых углеводородов. Однако, монтаж, эксплуатация и энергопотребление установок такого типа оказывается весьма дорогостоящим, что существенно ограничивает возможности их использования.
Установка теплоизоляции вокруг трубопровода или эксплуатационной колонны, связанной в случае необходимости с системой электрического подогрева, позволяет поддерживать на достаточно высоком уровне температуру текучих жидкостей по траектории их движения, способствуя таким образом уменьшению нежелательных отложений на стенках соответствующего трубопровода или эксплуатационной колонны, а также помогая решать другие проблемы, связанные с температурой текучей жидкости.
Известно техническое решение, использующее трубопроводы с двойной оболочкой и нагнетание в пространство между двумя стенками такого трубопровода с одного его конца жидкости с наполнителем в виде твердых частиц или даже жидкого геля. В случае нефтяной скважины одна из таких стенок может быть образована обсадными трубами, а другая - собственно эксплуатационной колонной.
Такая конструкция теплоизоляции предназначена для блокировки теплопередачи путем естественной конвекции в толще жидкости, которая занимает пространство, разделяющее две упомянутых выше стенки, и является относительно экономичной в использовании, поскольку в этом случае обычно нет необходимости в тяжелой операции извлечения из скважины трубчатых конструкций. Однако, такой способ теплоизоляции характеризуется пониженным качеством изоляции из-за достаточно высокой остаточной теплопроводности заполняющей межстенное пространство среды. Эта остаточная теплопроводность может составлять примерно 0,6 Вт/м/oC в том случае, когда упомянутая среда имеет водную основу, и может иметь величину порядка 0,13 Вт/м/oC в том случае, когда эта среда имеет нефтяную основу /минеральное масло, газойль или дизельное топливо и т.п. /. Кроме того, достаточно трудно обеспечить стабильность таких конструкций во времени в том случае, когда температура превышает 85oC /седиментация или осаждение частиц в случае использования жидкостей с наполнителем, потеря вязкости для используемых жидких гелеобразных материалов/.
Известен также способ использования трубопроводов или эксплуатационных колонн с двойной стенкой, собранных из отдельных элементов заводского изготовления, в котором между двумя трубчатыми стенками создается достаточно глубокий вакуум или располагаются инертные газы при пониженном давлении (такие, например, как аргон, ксенон и пр.). Трубопроводы такого типа характеризуются очень хорошей теплоизоляцией, однако их изготовление на заводе оказывается весьма дорогостоящим и их значительный наружный диаметр существенно ограничивает возможности их использования в существующих скважинах. Кроме того, их монтаж в системе, которая уже находится в эксплуатации, требует замены существующих трубопроводов, что существенно повышает стоимость такой теплоизоляции.
В авторском свидетельстве СССР N 646026 от 5.02.1979, кл. E 21 B 17/00 раскрыто использование трубопровода, охваченного оболочкой по его длине, при этом межтрубное кольцевое пространство заполнено теплоизоляционным материалом.
Техническим результатом настоящего изобретения является разработка тепловой и/или акустической изоляции для трубопроводов, имеющей очень хорошие изоляционные характеристики и возможность установки на существующие трубопроводы без их демонтажа.
Этот технический результат достигается тем, что в устройстве для тепловой и/или акустической изоляции трубопровода, выполненном в виде муфты, охватывающей трубопровод на, по меньшей мере, части его длины, согласно изобретению муфта образована аэрогелем.
Целесообразно, чтобы аэрозоль был образован первичными частицами, содержащими тетраэтилортосиликат.
Вышеуказанный технический результат достигается также и тем, что в способе тепловой и/или акустической изоляции трубопровода, включающем заполнение изоляцией кольцевого пространства между трубопроводом и охватывающей его оболочкой, согласно изобретению готовят жидкий гель на основе первичных частиц и жидкости, замещают жидкую фазу геля более летучим растворителем и удаляют растворитель, содержащийся в геле, для образования аэрогеля.
Можно в качестве первичных частиц использовать силикат едкого натра, а в качестве жидкости - воду.
Возможно также в качестве первичных частиц использовать тетраэтилортосиликат, а в качестве жидкости - спирт.
Наличие слоя аэрогеля вокруг трубопровода препятствует образованию в окружающей данный трубопровод среде конвекционных потоков теплопередачи, в результате чего существенно снижается теплообмен со стенками данного трубопровода. В то же время ячейки аэрогеля образуют многоуровневый тепловой буфер и буфер распространения акустических колебаний, который амортизирует проходящие сквозь него акустические колебания, что обеспечивает затухание передаваемых наружу акустических шумов (акустическая изоляция).
Выполняемая в случае необходимости вентиляция или продувание полученного аэрогеля, которая обеспечивает замещение паров растворителя, используемого для ускорения просушки данного геля, неконденсируемыми газами, обладающими более высокими изоляционными характеристиками (например, инертными газами типа аргона, ксенона и т.п.), также способствует повышению эксплуатационных характеристик изоляционного слоя в соответствии с предлагаемым изобретением в предпочтительном варианте его реализации.
Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения будут более понятны из приведенного ниже описания примера его практического выполнения со ссылкой на чертеж, представляющий схематический вид в продольном разрезе трубопровода, снабженного устройством для теплоизоляции в соответствии с изобретением при его использовании для теплоизоляции эксплуатационной колонны нефтедобывающей скважины.
Как показано на приведенном чертеже, трубопровод, который в проиллюстрированном здесь варианте выполнения представляет собой эксплуатационную колонну 10, проходит в вертикальном направлении в скважине 12 между головной или верхней частью скважины 14, расположенной на поверхности 16 земли, и слоем 18 нефтеносной породы. Со стороны своего нижнего конца, в точке, расположенной немного выше стыка или затвора 20, установленного в скважине 12, эксплуатационная колонна содержит устройство 22, обеспечивающее возможность циркуляции или движения добываемых жидких материалов. Кольцевое пространство 24, образованное колонной 26 обсадных труб, которые формируют стенку данной скважины, и эксплуатационной колонной 10, ограничивается головной или верхней частью скважины 14 и стыком или затвором 20. Это пространство обычно заполнено жидкостью, которая может представлять собой мягкую воду, или газойлем или дизельным топливом, а также в этом пространстве может содержаться газ.
Поступающие из недр земли в данной скважине жидкости, например жидкие углеводороды, выходящие из источника, который может быть образован нефтеносным пластом 18 горной породы, поднимаются по эксплуатационной колонне 10 в направлении выхода данной скважины 28, расположенной на поверхности земли. В данном примере реализации предлагаемого изобретения нефтеносный слой 18 располагается на глубине, которая в данном случае составляет 3000 м. Как правило, на такой глубине углеводороды в жидком состоянии находятся под давлением 300 бар при температуре порядка 100oC. В обычной нефтяной скважине в процессе подъема на поверхность добываемых жидких углеводородов их температура, измененная на выходе 28 из скважины, уже может составлять примерно 30o C.
В соответствии с предлагаемым изобретением для того, чтобы исключить упомянутое снижение температуры добываемых жидких углеводородов в процессе их подъема на поверхность по трубе эксплуатационной колонны 10, которое может стать причиной нежелательного осаждения тех или иных материалов на стенках этой колонны, специальное устройство тепловой и/или акустической изоляции располагается в кольцевом пространстве 24. Эта тепловая или акустическая изоляция обеспечивается аэрогелем, вводимым в кольцевое межстеночное пространство непосредственно с поверхности земли.
Способ тепловой и/или акустической изоляции трубопровода осуществляется следующим образом.
Приготовление аэрогеля начинается с приготовления жидкого геля на основе первичных частиц и жидкости в зависимости от характера первичных частиц.
В качестве первичных частиц можно использовать силикат едкого натра, а в качестве жидкости - обычную воду. Однако, применение этих первичных частиц может быть замедленным, поскольку они требуют весьма тщательной промывки солей и остаточной воды спиртом.
В предпочтительном варианте выполнения предлагаемого изобретения жидкий гель приготавливается не в водной среде, а, например, в спирте, в частности в метаноле или в этаноле. В этом случае используемыми первичными частицами является вещество типа тетраэтилортосиликата (TEOS), в случае необходимости, частично гидролизованного или полимеризованного. Этот тип геля характеризуется более простым и более быстрым приготовлением по сравнению с гелями, приготовленными на водной основе.
Затем производится замещение жидкой фазы используемого геля соответствующим растворителем, приспособленным для высушивания этого геля. В предпочтительном варианте выполнения предлагаемого изобретения в качестве растворителя используется двуокись углерода CO2 в жидком виде. Эта операция удаления одного жидкого растворителя при помощи другого жидкого растворителя осуществляется путем фильтрации и диффузии второго растворителя в толщу используемого геля.
Технологический этап, непосредственно следующий за приготовлением аэрогеля, представляет собой этап просушивания легколетучего растворителя, содержащегося в данном жидком геле. Для того, чтобы получить аэрогель в соответствии с предлагаемым изобретением, полученный жидкий гель должен поддерживаться под давлением, обеспечивающим жидкое или суперкритическое состояние упомянутого растворителя, причем это давление зависит от эффективной температуры текучей жидкости. Всякое субкритическое испарение упомянутого растворителя будет разрушать структуру геля, которая должна быть предохранена от всевозможных разрушающих воздействий для получения аэрогеля с заданными характеристиками. При этом следует отметить, что субкритическое испарение приводит к получению ксерогеля.
Давление может быть понижено только в том случае, когда температура протекающей по данному трубопроводу жидкости достигнет или будет установлена на уровне, адекватном величине, превышающей критическую температуру растворителя, содержащегося в данном геле. Например, в том случае, если растворитель просушки представляет собой жидкий CO2, его суперкритическое состояние /или гиперкритическое состояние/ будет достигнуто при температуре выше 31oC.
В том случае, когда упомянутая выше температура будет превышена, будут предприняты меры для постепенного уменьшения предполагаемого объема используемого в данном случае геля с тем, чтобы извлечь из него постепенно упомянутый растворитель в его суперкритической форме, обеспечивающие полную непрерывность между жидким состоянием и газообразным состоянием.
Вплоть до окончания расширения температура должна поддерживаться за пределами некоторой критической точки, иначе, в противном случае, окончательная структура высушенного альвеолярного слоя будет по меньшей мере частично разрушена, что повлечет за собой существенную усадку и последующее разрушение этого слоя /в данном случае можно говорить о ксерогеле/. После того, как расширение и извлечение растворителя завершено, применяемые в случае необходимости системы подогрева могут быть остановлены при том, однако, условии, что равновесная температура, которая является результатом теплового состояния упомянутого аэрогеля, будет такой, что, принимая во внимание существующее давление, весь растворитель, который находится в аэрогеле в виде остаточного продукта после его просушки, постоянно остается в газообразном виде без всякой конденсации.
Дополнительный этап может оказаться необходимым в соответствии с предлагаемым способом и он зависит от условий и привнесенных ограничений использования упомянутого аэрогеля. В том случае, если, например, по механическим или гидравлическим соображениям этот аэрогель должен поддерживаться при высоком давлении газа и локально находиться в контакте с холодными стенками, неконденсируемый газ, например аргон, ксенон, криптон, азот или какой-либо другой газ, может оказаться необходимым для замещения в альвеолах или ячейках данного аэрогеля остаточного газа после просушки, который представляет собой пары растворителя, например газообразную двуокись углевода CO2. В противном случае эти пары в таких условиях могут конденсироваться локально, разрушая при этом аэрогель.
Для того, чтобы осуществить такое замещение, можно либо организовать циркуляцию и выдувание паров растворителя нужным в конечном счете газом, либо резко создать разрежение паров растворителя, а затем снова сжать рассматриваемый объем, но уже с необходимым газом и до требуемого давления.
Можно также осуществить несколько последовательных разрежений, сопровождаемых всякий раз повторным сжатием при помощи заполнения пространства неконденсируемым газом с целью постепенного повышения пропорции содержания этого неконденсируемого газа и удаления таким образом основной части паров растворителя.
Можно также прибегнуть к использованию вакуумной технологии либо для осуществления упомянутого замещения, либо для непосредственного обеспечения в толще данного аэрогеля такого давления паров растворителя или других паров, чтобы ни при каких условиях, в частности, в зонах охлаждения не могла произойти конденсация паров, о которых идет речь.
В частности, эти системы вакуумирования могут быть использованы в тех случаях, когда имеется опасность утечек за пределы данного объема, которые могли бы вызвать образование жидкостей.
Таким образом гарантируется постоянное удаление входов утечек в газообразной форме без нежелательных влияний на состояние данного аэрогеля. Однако, такая технология предполагает, что данный объем в состоянии выдерживать пребывание в состоянии требуемого разрежения, которое зависит от наиболее низкой температуры, возможной для этого объема, и от упругости или давления паров того вещества, паразитного присутствия которого опасаются в данном случае /пример: течение воды в результате влажности/.
При осуществлении нескольких этапов способа в соответствии с предлагаемым изобретением необходим подвод тепловой энергии к материалам, о которых идет речь в данном случае. Такая необходимость возникает, например, на этапах гелеобразования и сушки.
В тех вариантах описываемого здесь способа в соответствии с предлагаемым изобретением, для которых осуществление упомянутых этапов предусматривается непосредственно на месте использования создаваемой тепловой изоляции в кольцевом пространстве 24, данное изобретение предлагает, например, возможность использования систем электрического подогрева, в ряде случаев предусматриваемого в конструкции трубопровода, или способ создания циркуляции некоторой жидкости при соответствующей температуре, то есть холодной или горячей жидкости в зависимости от конкретных потребностей данного случая применения, внутри упомянутого трубопровода. В проиллюстрированном здесь примере, где рассматривается эксплуатационная колонна нефтедобывающей скважины, тепло геотермического происхождения из недр, окружающих данную скважину, будет первым источником необходимой тепловой энергии, и эксплуатация скважины, то есть движение горячих углеводородов внутри эксплуатационной колонны, будет вторым источником этой тепловой энергии. Закачивание в противоположном направлении более горячей или более холодной жидкости в данный трубопровод дает возможность в случае необходимости регулировать температуру в кольцевом пространстве 24 и доводить ее до требуемой величины.
Размещение используемого материала в кольцевом пространстве 24, предназначенном для содержания упомянутого аэрогеля, который представляет собой конечный продукт способа изоляции в соответствии с предлагаемым изобретением, может осуществляться по выбору на различных стадиях получения этого аэрогеля. Это выбор делается в зависимости от характеристик его предназначения: механическое состояние стенок, температура стенок, возможность подогрева, доступность, возможности закачивания жидкостей или вдувания газа, материально-техническое обеспечение и средства транспортировки на место размещения и т.д.
Этот выбор может быть сделан с точки зрения обеспечения максимальной экономичности в отношении стоимости конечного результата или в соответствии с критериями получения наилучших технических характеристик, а также по критериям наибольшей безопасности использования.
Какова бы ни была выбранная для размещения на месте изоляции стадия производства аэрогеля, размещение продукта завершается после полного заполнения всего пространства, предназначенного для размещения аэрогеля, обеспечивающего упомянутую изоляцию. Затем осуществляется выполнение следующего этапа процесса приготовления и вентиляции аэрогеля. Этот этап зависит от той стадии, которая была выбрана для размещения данного продукта на месте его последующего использования.
Более полно особенности стадии приготовления аэрогеля, выбранные для его размещения на месте использования, будут выявлены в приведенном ниже описании.
Первый возможный метод состоит в размещении вокруг защищаемого трубопровода муфт предварительно подготовленного аэрогеля участками требуемых размеров. Однако, этот метод применим только в случае защиты трубопроводов, к которым возможен непосредственный доступ. Это касается трубопроводов без оболочки или трубопроводов, точно позиционированных по всей своей длине относительно их внешних оболочек.
Второй возможный метод состоит в проталкивании путем продувки фрагментов предварительно приготовленного аэрогеля, размеры которых позволяют им перемещаться таким образом в кольцевом пространстве, для которого они предназначены. В этом случае можно, например, создать предварительно в этом кольцевом пространстве вакуум, который затем позволит обеспечить всасывание этих фрагментов аэрогеля самим кольцевым пространством.
Недостаток двух этих первых методов заключается главным образом в хрупкости и ломкости при транспортировке и погрузочно-разгрузочных манипуляциях с предварительно изготовленными фрагментами аэрогеля, в частичном разрушении аэрогеля, которое может иметь место в процессе выполнения этих операций, и в негибкости этих материалов, которая уменьшает их способность плотно облегать форму пространства, для которого они предназначены.
Перечисленные выше недостатки представляют собой некоторые из соображений, по которым предлагаемое изобретение предусматривает также возможность реализации или завершения приготовления аэрогеля непосредственно на месте его использования, то есть в кольцевом пространстве 24, где предусматривается его размещение. С этой точки зрения этап просушки аэрогеля представляет собой переходный этап, определяющий физическое состояние /твердое, гелеобразное или, возможно, жидкое без гелеобразования/, в котором находится данный продукт в процессе его переноса в предусмотренное для этого место вокруг трубопровода. Таким образом, все способы действий по переносу продукта, которые описаны ниже, предусматривают в отличие от двух предыдущих способов размещение этого продукта перед его просушкой. Это означает, что упомянутая просушка должна быть выполнена прямо на месте, предусмотренном для аэрогеля вокруг трубопровода, которое в данном случае будет представлять собой кольцевое пространство между двумя стенками.
Таким образом, в процессе своего размещения вокруг трубопровода в зависимости от варианта реализации упомянутый продукт представлен теперь в виде жидкой смеси или более или менее вязкого геля. При этом во всех случаях осуществляется закачивание упомянутого продукта из емкости, в которой он находится, в кольцевое пространство 24, предназначенное для размещения изолирующего аэрогеля. В случае необходимости при этом происходит одновременное удаление жидкости, занимавшей до начала упомянутой операции закачивания продукта это кольцевое пространство 24, используя при этом в случае необходимости устройство 22 циркуляции, если оно предусмотрено в данном трубопроводе, которое обеспечивает гидравлическое сообщение пространства 25 с внутренней полостью трубопровода 10. Это позволяет установить циркуляцию от одного конца кольцевого пространства 24 до его другого конца, причем в любом направлении. Это направление определяется, например, в зависимости от плотности подлежащей удалению жидкости по сравнению с плотностью размещаемого в кольцевом пространстве 24 продукта или в соответствии с поведением при повышенном давлении стенок, сопоставленным с величинами давления, необходимого для проталкивания жидкостей в процессе выполнения упомянутой операции для преодоления создаваемых потерь давления.
В отсутствии упомянутого устройства 22 гидравлического сообщения или для исключения привлечения трубопровода 10 к выполнению этой операции переноса можно также, например, действовать при помощи предварительного вакуумирования кольцевого пространства 24, которое в случае необходимости предполагает осушение этого кольцевого пространства путем выпаривания тех жидкостей, которые первоначально располагаются в нем. Это предварительное условие позволяет также гарантировать весьма эффективное заполнение кольцевого пространства 24 упомянутым продуктом в процессе его закачивания в это пространство, обеспечивая тем самым оптимальные характеристики изоляции трубопровода окончательно сформированным аэрогелем.
Кроме того, предварительное вакуумирование пространства, предназначенного для размещения упомянутого материала или продукта, позволяет облегчить его извлечение из питающего резервуара и подачу в кольцевое пространство 24. В некоторых случаях такое предварительное вакуумирование позволяет отказаться от использования циркуляционного или подкачивающего насоса в процессе переноса упомянутого продукта.
Можно также указать третий метод, в соответствии с которым упомянутый продукт размещается на месте использования в состоянии геля, уже готового к просушке, причем этап промывки уже завершен предварительно. Это означает, что весь растворитель, содержащийся в данном геле, представляет собой летучий растворитель, например двуокись углерода CO2 или адаптированную соответствующим образом смесь спирта и CO2, определяемую в зависимости от условий просушки, которые практически могут быть использованы на месте размещения во всем кольцевом пространстве 24, где предусматривается наличие изолирующего аэрогеля.
Этот метод является весьма привлекательным, поскольку он гарантирует необходимое качество геля и его растворителя перед размещением на месте использования, причем само это размещение осуществляется более легко и удобно по сравнению с размещением продукта в твердом состоянии и может непосредственно продолжаться суперкритической сушкой после возможного подогрева размещенного на месте геля.
Однако, недостатками этого метода могут быть некоторые технические трудности и стоимость приготовления, хранения, транспортировки и размещения на предназначенном для него месте геля, готового к просушке, для которого необходимо гарантировать специфические условия по температуре и давлению. Например, если растворитель просушки представляет собой двуокись углерода CO2, то такой гель /"карбогель"/ должен в случае необходимости транспортироваться и храниться в баллоне под давлением 20 бар охлажденным до температуры минус 20oC.
Кроме того, для сохранения целостности геля может оказаться предпочтительным поддерживание его в виде субкритической жидкости, то есть при температуре ниже критической температуры и при давлении, достаточном для того, чтобы исключить появление пузырьков газа, вплоть до завершения его размещения на месте использования. Это может оказаться весьма затруднительным, например, в горячих скважинах, что оправдывает осуществление полного замещения жидкости летучим растворителем только после размещения геля в кольцевом пространстве 24 данного трубопровода.
Таким образом, предлагаемое изобретение предусматривает четвертый способ реализации, в соответствии с которым гель размещается вокруг подлежащего изоляции трубопровода таким же образом, как это было описано выше, тогда как состояние его приготовления является менее продвинутым с тем, чтобы упростить и сделать менее дорогостоящим его предварительное приготовление, хранение, транспортировку к месту использования и размещение в кольцевом пространстве 24 подлежащего изоляции трубопровода. Вследствие этого описанный выше этап замещения жидкости, содержащейся в данном геле, на растворитель, адаптированный к операциям сушки, полностью или частично должен осуществляться по месту применения в кольцевом пространстве 24. Для этого можно, как и в случае переноса геля в кольцевое пространство 24, действовать различными способами: либо с использованием данного трубопровода и устройства 22 для того, чтобы установить циркуляцию, позволяющую обеспечить постепенное извлечение подлежащей замещению жидкости, либо действуя путем нагрева геля выше критической точки жидкости, которую он содержит, а затем сжатием, принудительно вводя в данный гель растворитель сушки, который представляет собой, например, двуокись углерода CO2, после чего осуществляется частичное разрежение таким образом, чтобы смесь в данном геле ни в коем случае не была в газообразном субкритическом состоянии. Затем последовательно осуществляются циклы сжатия-разрежения выше критической точки.
В обоих описанных выше случаях этот этап замещения растворителя завершается в том случае, когда анализ жидкости, получаемой на выходе кольцевого пространства 24, показывает, что состав жидкотекучей среды, содержащейся в данном геле, соответствует желаемому растворителю сушки.
Могут также возникнуть трудности, связанные с транспортировкой, хранением и закачиванием геля в предназначенное для него кольцевое пространство. Поэтому данное изобретение предлагает пятый способ реализации, в соответствии с которым гелеобразование осуществляется на месте использования, то есть непосредственно в кольцевом пространстве 24, предусмотренном для данного аэрогеля. Преимущество этого метода основывается на простоте и легкости закачивания и извлечения невязких продуктов из питающего резервуара, который служит для их подачи на место размещения.
Преимущество данного метода может также основываться на технических условиях термического или механического характера /например, поведение при воздействии тепла и/или давления и системы подвода тепла и/или формирования давления/, которые могут быть затребованы для замкнутого пространства, где производится гелеобразование, и обеспечение которых может оказаться менее дорогостоящим для конечного замкнутого пространства, предусмотренного между стенками изолируемого трубопровода, чем для резервуара, служащего только для приготовления геля и его транспортировки.
В этом случае компоненты, которые позволяют обеспечить приготовление геля, смешиваются непосредственно в момент их закачивания в объем, где должен быть размещен аэрогель. Введение предшественника для некоторых добавок в случае необходимости осуществляется либо перед, либо после насоса в зависимости от того, рассматривается ли предпочтительным первый или второй вариант с точки зрения, например, безопасности выполнения данной операции или качества осуществляемого таким образом смешивания. После окончания размещения смеси в кольцевом пространстве 24 при помощи одного из описанных выше способов дается выдержка на некоторое время, необходимое для гелеобразования с использованием в случае необходимости специально предусмотренных средств подогрева.
Здесь следует отметить, что можно также реализовать перекондиционирование по месту расположения данного аэрогеля путем последовательной реализации дважды описанного выше этапа суперкритической сушки, причем первый раз этот этап осуществляется в обратном порядке с целью повторного растворения или повторного смачивания аэрогеля для того, чтобы сделать его таким образом более гибким и податливым, и второй раз этот этап выполняется в нормальном порядке для того, чтобы снова просушить этот гель после возможной добавки подобного геля.
Эта операция позволяет более или менее полно восстановить монолитную структуру аэрогеля, то есть получить удовлетворительные характеристики тепловой и акустической изоляции в том случае, если они по тем или иным причинам ухудшились в процессе эксплуатации данного трубопровода.
Эта процедура предлагает также возможность извлечения аэрогеля из скважины для его переноса в другое вместилище или транспортировки этого аэрогеля в другое место для его использования или хранения в другом месте.
Этот аэрогель может, таким образом, быть восстановлен и снова размещен на месте после проведения работ, требующих его извлечения из скважины.
Реферат
Изобретение относится к тепловой и акустической изоляции трубопровода. Устройство выполнено в виде муфты, охватывающей этот трубопровод на, по меньшей мере, части его длины, причем муфта образована аэрогелем. Способ тепловой и/или акустической изоляции включает заполнение изоляцией кольцевого пространства между трубопроводом и охватывающей его оболочкой, приготовление жидкого геля на основе первичных частиц и жидкости, замещение жидкой фазы геля более летучим растворителем и удаление растворителя, содержащегося в геле, для образования геля. Техническим результатом изобретения является снижение стоимости изготовления и упрощение монтажа изоляции. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
