СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР
BOREHOLE FILTER

Изобретение относится к скважинным фильтрам, применяемым для защиты погружного насоса от воздействия частиц породы.
Известен скважинный фильтр, содержащий опорную трубу с перфорациями, фильтрующие слои с зернистым наполнителем и покрытие из ворсистого абразивостойкого материала (а.с.  №587242 Е21В 43/08, 1978).
К недостаткам скважинного фильтра относятся низкая проницаемость, обусловливающая повышенные потери напора фильтруемой жидкости, а также трудоемкость изготовления.
Известен скважинный фильтр, включающий опорную трубу с перфорациями, дренажный слой в виде продольных стержней, фильтрующие трубчатые элементы из спрессованной проволочной спирали и защитный кожух с отверстиями (пат. на ПМ №51664 Е21В 43/08, 2006; пат. на ПМ №89188 F04D 29/00, 2009).
Скважинный фильтр при высокой улавливающей способности имеет невысокий ресурс работы, поскольку фильтрующие элементы характеризуются низкой пористостью, поверхностным механизмом фильтрации и преимущественно одним типичным размером пор.
Известен скважинный фильтр, содержащий опорную трубу с перфорациями и концентрично установленные на ней в чередующемся порядке диски из металлической сетки и волокнистого фильтрационного материала (пат. №2468189 Е21В 43/08, 2012).
Недостатком скважинного фильтра является высокая стоимость и трудоемкость изготовления, поскольку диски для него получают вырубкой из листов соответствующих материалов, после которой остается большое количество отходов.
Известен скважинный фильтр, включающий опорную трубу с перфорациями, на концах которой расположены конические втулки со спиральными поверхностями, обращенными друг к другу, не менее, чем один фильтрующий слой из спеченного пористого материала, намотанный на спиральные поверхности между коническими втулками, и защитный кожух с перфорациями (пат. №6991030, США, Е21В 43/00, 2006).
Недостатком скважинного фильтра является небольшая длина, которая ограничена шириной наматываемого на втулки фильтровального слоя, а также сложность намотки слоя переменной ширины.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является скважинный фильтр, содержащий опорную трубу с перфорациями, фильтрующую насадку из нескольких слоев спирально намотанных волокон нержавеющей стали и защитный корпус с отверстиями (пат. №5833853, США, В01D 29/21, 1998; скважинный фильтр MeshRite компании Schlumberger, www.slb.com/transcend).
Недостатком принятого за прототип скважинного фильтра является высокая стоимость фильтрующей насадки из волокон нержавеющей стали.
Задачей настоящего изобретения является создание скважинного фильтра с фильтрующей насадкой из волокон, полученных из дешевого сырья по хорошо освоенной технологии.
Указанный технический результат достигается тем, что в скважинном фильтре, содержащем перфорированную трубу, фильтрующую насадку из спирально намотанных слоев волокнистого материала и защитный корпус с отверстиями, согласно изобретению слои волокнистого материала выполнены из волокон базальта и чередуются со слоями рукавной плетеной сетки из нержавеющей стали.
На чертеже схематично изображен скважинный фильтр.
Скважинный фильтр содержит опорную трубу 1 с перфорациями 2, фильтрующую насадку 3 и защитный корпус 4 с отверстиями 5. Фильтрующая насадка 3 состоит из слоев волокнистого материала из волокон базальта 6, чередующихся со слоями рукавной плетеной сетки из нержавеющей стали 7 (см. чертеж).
Волокнистый материал представляет собой нетканый или тканый холст из волокон базальта, который характеризуется высокой сообщающейся пористостью, пропускной способностью и грязеемкостью. Кроме того, он обладает высокой химической и термической стойкостью (Базальтовое волокно и базальтовые материалы //www.pzki59.ru).
2
Рукавная плетеная сетка образована непрерывным рядом петель из проволоки нержавеющей стали диаметром 0,2-0,3 мм (ТУ 26-02-1099-89). Рукавная плетеная сетка обладает высокой упругостью, гибкостью и прочностью на растяжение, при этом ее гидравлическое сопротивление за счет большой площади ячеек в свету 60-100 мм на несколько порядков меньше, чем у волокнистого материала из волокон базальта.
Фильтрующую насадку 3 получают спиральной намоткой на опорную трубу 1 двухслойной полосы, состоящей из скрепленных между собой слоев волокнистого материала из волокон базальта 6 и рукавной плетеной сетки 7, при этом сетка прилегает к опорной трубе и перекрывает перфорации 2 проволоками, а волокнистый материал опирается на нее. Рукавная плетеная сетка 7 компенсирует низкую механическую прочность волокнистого материала из волокон базальта 6 и обеспечивает натяжение двухслойной полосы при намотке на опорную трубу 1. При намотке происходит радиальное уплотнение волокнистого материала из волокон базальта 6, изменяющее расстояние между волокнами и их ориентацию, и как следствие - размер и форму пор в материале. Рукавная плетеная сетка 7 образует между слоями волокнистого материала из волокон базальта 6 продольные и окружные микрощели для движения жидкости, что улучшает сообщение между наружной и внутренней поверхностью фильтрующей насадки 3. В волокнистом материале из волокон базальта 6, зажатом между слоями рукавной плетеной сетки 7, форма и размер пор изменяются в широких пределах. Благодаря этому скважинный фильтр характеризуется низкой чувствительностью к вариации размера твердых частиц, например, песка и наилучшим образом подходит для очистки пластовой жидкости с неоднородными по гранулометрическому составу частицами породы.
Заявляемый скважинный фильтр работает следующим образом.
При работе погружного насоса откачиваемая пластовая жидкость, содержащая частицы породы, поступает в скважинный фильтр через отверстия 5 в защитном кожухе 4 и распределяется по поверхности фильтрующей насадки 3. Пластовая жидкость фильтруется сквозь насадку 3, а частицы породы застревают в поровом пространстве волокнистого материала из волокон базальта 6. Наиболее крупные частицы задерживаются в наружном слое волокнистого материала из волокон базальта 6, а частицы меньшего размера проникают в нижележащие слои и застревают в них после многократных столкновений с волокнами. Глубина проникновения частиц в фильтрующую насадку 3 зависит от соотношения между размерами частиц породы и структурными параметрами волокнистого материала из волокон базальта 6. Первоначально пластовая жидкость течет преимущественно в радиальном направлении через участки фильтрующей насадки 3, которые расположены над перфорациями 2 в опорной трубе 1. Когда эти участки насадки 3 оказываются забитыми частицами породы, пластовая жидкость течет к перфорациям 2 по извилистым траекториям, проходящим через волокнистый материал из волокон базальта 6 и между проволоками рукавной плетеной сетки 7 в окружном и продольном направлении. Рукавная плетеная сетка 7 благодаря высоким механическим свойствам препятствует проваливанию в перфорации 2 загрязненной фильтрующей насадки 3 под действием возросшего перепада давления между ее наружной и внутренней поверхностью. Очищенная от частиц, представляющих наибольшую опасность для работы погружного насоса, пластовая жидкость покидает фильтрующую насадку 3 через рукавную плетеную сетку 7, примыкающую к опорной трубе 1, попадает в перфорации 2 и оказывается, в конечном счете, на приеме погружного насоса.