СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована при добыче жидкости и газов из недр в составе обсадной или эксплуатационной колонны.
Известен скважинный фильтр, представляющий собой стальную трубу с отверстиями, на которую намотана профилированная проволока (Гаврилко В.М. Фильтры буровых скважин. М., «Недра», 1985, с.7-9).
Основным недостатком такой конструкции является изменение межвитковых промежутков при установке фильтра в скважину, отсутствие защиты фильтрующей сетки от механических воздействий в процессе транспортировки и установки фильтра, что отрицательно сказывается на качестве фильтрации.
Известен скважинный фильтр, состоящий из несущего трубчатого перфорированного каркаса и волокнистого фильтрующего покрытия, выполненного в виде отдельных пластин из проволочного нетканого материала, жестко закрепленных внахлест при помощи сварки и пайки на трубчатом каркасе фильтра против перфорационных отверстий (авт. Свидетельство СССР №941548, МКИ 3 Е21В 43/08, опубл. 1982 г.).
Основным недостатком данной конструкции является наличие сварных зон, что со временем активизирует процессы коррозии металла. Плотное прилегание фильтрующего элемента к перфорированной трубе существенно уменьшает зону фильтрации, которая ограничена площадью отверстия в трубе. Отсутствует защита фильтрующего элемента от механических воздействий в процессе транспортировки и установки фильтра.
Известно скважинное фильтрующее устройство по св. РФ на полезную модель №16758, прототип. Это скважинное фильтрующее устройство содержит перфорированную трубу, муфту и ниппель, фильтрующее устройство, защищенное защитным кожухом с отверстиями круглой формы и дренажный слой, расположенный между фильтрующим элементом и трубой. Защитный кожух предотвращает повреждение фильтрующего элемента при его спуске в скважину.
Недостатками этого фильтра являются низкая пропускная способность фильтра, связанная с тем, что площадь отверстий в защитном кожухе невелика. Увеличение диаметра отверстий и их количества приведет к большей вероятности повреждения фильтрующего элемента или попаданию породы при его спуске в скважину, а также к ослаблению защитного кожуха.
Скважинное фильтрующее устройство выполнено неразборным, т.е. оно не очищается и не ремонтируется в процессе эксплуатации. Такие фильтры используются преимущественно в составе обсадной колонны. Если эти фильтры применить в составе НКТ, то при регламентных работах их меняют, т.к. они не подлежат ремонту.
Задачи создания полезной модели: предотвращение прихвата скважинного фильтра при спуске в скважину и увеличение пропускной способности фильтра.
Решение указанных задач достигнуто за счет того, что скважинный фильтр, содержащий муфту и ниппель, несущий каркас, выполненный из перфорированной трубы, фильтрующий элемент, установленный на несущем каркасе, закрытый снаружи защитным кожухом с отверстиями, при этом защитный кожух выполнен из металлического листа с просечкой в нем отверстий некруглой формой, выполненной не по всему периметру отверстий, с отгибом просеченных элементов, причем отогнутая часть просечных элементов формирует дренажный слой. Между перфорированной трубой и кожухом может быть установлен фильтрующий элемент. Отогнутая часть просечных элементов может быть отогнута вниз к ниппелю и внутрь к перфорированной трубе. Отогнутая часть просечных элементов одновременно может быть отогнута вбок. В отверстиях перфорированной трубы могут быть герметично установлены срезаемые пробки. Отверстия в защитном кожухе выполнены в виде ромба. Отверстия в защитном кожухе выполнены в виде треугольника. Фильтрующий элемент выполнен из проволочной сетки. Фильтрующий элемент выполнен из спрессованной металлической проволоки. Фильтрующий элемент выполнен из нержавеющей стали. Защитный кожух выполнен из нержавеющей стали. Защитный кожух выполнен из нескольких секций.
Сущность полезной модели поясняется на чертежах фиг.1…21:
- на фиг.1 представлен скважинный фильтр без фильтрующего элемента,
- на фиг.2 приведен разрез А-А скважинного фильтра,
- на фиг.3 представлен скважинный фильтр с внутренним дренажным слоем и фильтрующим элементом.
- на фиг.4 представлен разрез В-В скважинного фильтра,
- на фиг.5 представлен разрез А-А скважинного фильтра, просечные элементы защитного кожуха отогнуты вбок,
- на фиг.6 представлен разрез А-А варианта скважинного фильтра с пробками,
- на фиг.7 представлен вид Б, вариант скважинного фильтра с фильтрующей и внутренней дренажной сетками,
- на фиг.8 приведен вид Б скважинного фильтра с фильтрующим элементом из «металлорезины», а внутренний дренажный слой - из проволоки.
- на фиг.9 приведен внешний вид защитного кожуха,
- на фиг.10 приведен фрагмент первого варианта защитного кожуха,
- на фиг.11 приведен вид Г для первого варианта защитного кожуха,
- на фиг.12 приведен фрагмент второго варианта защитного кожуха,
- на фиг.13 приведен фрагмент третьего варианта защитного кожуха,
- на фиг.14 приведен фрагмент четвертого варианта защитного кожуха,
- на фиг.15 приведен фрагмент пятого варианта защитного кожуха,
- на фиг.16 приведен фрагмент шестого варианта защитного кожуха,
- на фиг.17 приведен фрагмент седьмого варианта защитного кожуха,
- на фиг.18 приведен фрагмент восьмого варианта защитного кожуха,
- на фиг.19 приведен фрагмент девятого варианта защитного кожуха,
- на фиг.20 приведен фрагмент десятого варианта защитного кожуха,
- на фиг.21 приведен фрагмент одиннадцатого варианта защитного кожуха.
Скважинный фильтр (фиг.1 и 2) содержит перфорированную трубу 1 с отверстиями «Д», муфту 2, ниппель 3, Снаружи установлен защитный кожух 4 с отверстиями «Е» и отгибными элементами 5, образующими наружный дренажный слой.
Скважинный фильтр может содержать дополнительный фильтрующий элемент 6 (фиг.3 и 4) и внутренний дренажный слой 7.
Фильтрующий элемент 6 может состоять из нескольких трубчатых фильтрующих элементов, размещенных вдоль оси перфорированной трубы 1 концентрично ей.
Конструкция фильтрующего элемента 6 может быть любой, например, он может быть выполнен из проволоки методом ее навивки (щелевой фильтр), или из проволочной сетки с размером ячейки от 0,1 до 0,5 мм, или из сплетенной и спрессованной в виде полого цилиндра металлической проволоки (металлорезина). Металлорезина разработана в Самарском государственном аэрокосмическом университете (ранее Куйбышевский авиационный институт, см. Приложение 1) и применялась преимущественно для демпферов опор двигателей (см. сайт Интернет). При изготовлении металлорезины применяется проволока из нержавеющей стали диаметром от 0,1 до 0,5 мм, при этом она сплетается и спрессовывается.
На фиг.1, 3 приведен вариант скважинного фильтра с защитным кожухом 4 выполненным из просечного металлического листа с отверстиями некруглой формы «Е», и отгибными элементами 5, выполненными не по всему периметру отверстий, Отгибные элементы 5 отогнуты вниз и внутрь в сторону перфорированной трубы 1 на высоту h, создавая тем самым внешний дренажный слой. Отогнутая часть просечных элементов может быть отогнута вбок (фиг.5). На фиг.6 приведен вариант скважинного фильтра с пробками 8. На фиг.7 приведен вариант скважинного фильтра, у которого фильтрующий элемент 6 выполнен из фильтрующей сетки, внутренний дренажный слой 7 выполнен из сетки, но большего диаметра и с большей ячейкой, чем фильтрующая сетка. На фиг.8 приведен вариант, где фильтрующий элемента 6 выполнен из прессованной проволоки (металлорезины). Предпочтительно проволоку, сетки и металлорезину изготавливать из нержавеющей стали.
Внешний вид защитного кожуха 4 представлен на фиг.9. Он может иметь отгибные элементы 5 или углубления 9, предотвращающие попадание породы внутрь фильтра при его спуске в скважину.
Первый вариант защитного кожуха 4 (фиг.10 и 11) содержит отгибные элементы 5, вытянутые внутрь после просечки штамповкой, и за счет этого образующие сквозные отверстия «Е».
Второй вариант исполнения защитного кожуха 4 приведен на (фиг.12) и отличается тем, что просечки перед штамповкой выполняют с одной стороны отгибного элемента 5.
По третьему варианту (фиг.13) и четвертому варианту (фиг.14) на защитном кожухе 4 выполнены углубления 9, соответственно прямоугольной или круглой формы. В углублениях 9 выполнены отверстия «Е». Углубления 9 могут быть любой другой формы.
По пятому варианту (фиг.15) на защитном кожухе 4 выполнены отгибные элементы 5 прямоугольной формы. По шестому варианту (фиг.16) отверстия «Е» и отгибные элементы 5 выполнены треугольными. По седьмому варианту (фиг.17) отверстия «Е» выполнены прямоугольными со скругленными углами, отгибные элементы 5 выполнены по всему периметру отверстий «Е». По восьмому варианту (фиг.18) отверстия «Е» выполнены треугольной формы со скруглениями по углам. По девятому, десятому и одиннадцатому вариантам (фиг.19…21) отверстия «Е» выполнены прямоугольными, а отгибные элементы 5 выполнены не по всему периметру отверстий. Отогнутые внутрь в сторону перфорированной трубы 1 на высоту «h» отгибные элементы 5 или углубления 9 образуют внешний дренажный слой со строго регламентированной толщиной.
Скважинный фильтр работает следующим образом.
При работе через отверстия «Е» в защитном кожухе 4 жидкость (вода или нефть) поступает на фильтрацию. Защитный кожух 4 из просечно-вытяжного листа имеет размер ячеек 3-60 мм, а общая площадь отверстий защитного экрана составляет не менее 50% от общей площади защитного кожуха 4. Указанный защитный кожух 4 предотвращает попадание крупных механических частиц на поверхность фильтрующего элемента, предохраняя его от деформации и повреждения и обеспечивает значительно больший срок эксплуатации фильтра. За счет большой площади отверстий «Е» защитного кожуха 4 обеспечивается свободное поступление жидкости к фильтрующему элементу с низким коэффициентом сопротивления. Защитный кожух 4 также выполняет функцию защиты скважинного фильтрующего устройства от механических повреждений в процессе транспортировки и установки. Дренажные слои предотвращают соприкосновение защитного кожуха 4 с фильтрующих элементом 6 и фильтрующего элемента 6 с перфорированной трубой 1.
Особенностью предложенного фильтра является то, что наружный дренажный слой не предусмотрен, а его роль выполняют отгибные элементы 5, формирующие зазор h (фиг.11). Зазор h между защитным кожухом 4 и фильтрующим элементом 6 обеспечивает использование всей фильтрующей поверхности скважинного фильтра, а не только участков, расположенных над отверстиями «Е» в защитном кожухе 4. Попавшая на фильтрующий элемент 6 жидкость растекается по внутреннему дренажному слою 7, между фильтрующим элементом 6 и перфорированной трубой 1 и далее движется к отверстиям «Д» в перфорированной трубе 1. Внутренний дренажный слой 7, выполненный из проволоки со спиралевидной намоткой или сетки, предотвращает соприкосновение фильтрующего элемента 6 и перфорированной трубы 1, что значительно увеличивает пропускную способность скважинного фильтра и обеспечивает равномерное поступление жидкости к отверстиям «Д» в перфорированной трубе 1.
Защитный кожух 4 целесообразно выполнять из нержавеющей стали толщиной от 0,6 до 1,2 мм. Общая площадь отверстий «Е» защитного кожуха 4 составляет не менее 50% от общей площади защитного кожуха 4, это значительно увеличивает пропускную способность скважинного фильтра. Конкретный размер ячеек в защитном кожухе определяется исходя из условий эксплуатации фильтра (гранулометрического состава грунта).
При спуске в скважину, особенно горизонтальную, фильтр большого диаметра может прихватить, например, на радиусном участке скважины. Отсутствие специального дренажного слоя и совмещение функции защитного кожуха и дренажного слоя позволяет при прочих равных условиях спроектировать скважинный фильтр, имеющий внешний диаметр на несколько миллиметров меньше. Это предотвратит прихват колонны труб при спуске в скважину.
Если применяется вариант скважинного фильтра со срезаемыми пробками 8 (фиг.6), то после установки скважинного фильтра в скважину его цементируют, спрессовывают, а потом срезают пробки 8.
Применение полезной модели позволило:
1. Создать фильтр, имеющий небольшой диаметр, что предотвращает его прихват при спуске в скважину, большую пропускную способность и обладающий хорошими фильтрующими и эксплуатационными свойствами за счет применения просечек некруглой формы с большой площадью просеченных отверстий и эффективного применения внутреннего и наружного дренажных слоев.
2. Предотвратить засорение фильтра при его спуске в скважину.
3. Упростить конструкцию фильтра.
4. Снизить себестоимость фильтра.
5. Автоматизировать и механизировать производство фильтра.
6. Обеспечить длительную эксплуатацию фильтра без засорения.
Скважинный фильтр прошел стендовые и промышленные испытания и показал высокую фильтрующую способность и надежность в эксплуатации.