ФИЛЬТРОЭЛЕМЕНТ

Предлагаемая полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована в устройствах очистки жидкостей, добываемых из скважин или закачиваемых в пласт.
Известен фильтроэлемент, включающий перфорированную опорную трубу и установленные на ее поверхности фильтрующие слои из пенометалла с пространственным ячеистым каркасом с уменьшающимся размером пор от наружного к внутреннему слою (патент №2258131 РФ, Е 21 В 43/08, 2004).
Недостаток указанного фильтроэлемента заключается в том, что объемы внутреннего пенометаллического слоя, контактирующие с перфорированной опорной трубой, но не находящиеся над перфорациями, практически не участвуют в процессе фильтрации. В этих объемах пенометалла жидкость движется к перфорациям вдоль поверхности опорной трубы, испытывая пропорциональное длине траектории движения гидравлическое сопротивление. Следствием является снижение удельного расхода загрязненной жидкости и уменьшение эффективной грязеемкости внутреннего слоя и лежащего над ним слоя, хотя благодаря высокой сообщающейся пористости пенометалла грязееемкость может достигать практически 91-93% от объема каждого слоя фильтроэлемента. Кроме того, фильтроэлемент с пенометаллическими слоями обладает недостаточной тонкостью очистки, так как исходный размер пор пенометалла не может быть меньше 200 мкм.
Известен фильтроэлемент, состоящий из перфорированной опорной трубы, фильтрующего слоя из металлического войлока, окружающего поверхность опорной трубы и находящегося на пространственном удалении от нее с образованием радиального зазора, пружины, спирально навитой вокруг опорной трубы и расположенной в радиальном зазоре, витки которой
находятся в механическом контакте с опорной трубой и металлическим войлоком (патент №6715544 US, E 21 В 43/08, 2004).
В известной конструкции фильтроэлемента пружина образует дренажный слой в виде спирального канала, соединяющего перфорации на опорной трубе. Пластовая жидкость, пройдя через фильтрующий слой из металлического войлока, оказывается в спиральном канале вокруг опорной трубы, свободно движется по каналу и попадает в перфорации на трубе. Этим достигается увеличение потока жидкости между фильтрующим слоем и перфорациями на трубе.
Недостаток данного фильтроэлемента заключается в том, что пружина не обеспечивает структурную опору для фильтрующего слоя с низкой изгибной жесткостью. При прохождении жидкости через фильтроэлемент на нежесткий фильтрующий слой действует давление, которое при достаточно удаленных друг от друга витках спирали деформирует его вплоть до соприкосновения с перфорированной опорной трубой. Если при этом фильтрующий слой забит механическими примесями, то возможно полное перекрытие полное перекрытие им перфораций на опорной трубе.
В сочетании с таким дренажным слоем невозможно использование мягкого фильтрующего материала, например из нетканого иглопробивного полотна, которое характеризуется прекрасными эксплуатационными свойствами: высокой тонкостью очистки, низким гидравлическим сопротивлением, химической стойкостью и, что немало важно - дешевизной.
Настоящая полезная модель решает задачу повышения эксплуатационной надежности и расширения технологических возможностей фильтроэлемента за счет оптимизации структуры и материала дренажного и фильтрующего слоев.
Предлагаемый фильтроэлемент, состоящий из перфорированной опорной трубы, дренажного и фильтрующего слоев, последовательно размещенных на поверхности трубы, отличается тем, что дренажный слой
выполнен из открытоячеистого пенометалла с размером пор 0,65-2,2 мм и пористостью 88-93%, а фильтрующий слой изготовлен из нетканого иглопробивного полотна с размером пор 5-50 мкм.
Пенометалл имеет трехмерный сетчато-ячеистый каркас, структурные элементы которого в виде призматических микростержней стохастически ориентированы в пространстве. Микростержни равномерно выходят на цилиндрическую поверхность, при этом расстояние между ними зависит от размера ячейки используемого пенометалла. Количество микростержней, приходящих на единицу площади поверхности, тем больше, чем меньше размер ячейки.
Размер ячейки пенометалла для дренажного слоя выбирается исходя из механических свойств и толщины размещаемого на нем фильтрующего слоя, размера перфораций на опорной трубе и допустимого перепада давления на фильтроэлементе.
Пористость пенометалла определяет размеры сечения призматических микростержней и соответственно их прочностные и упругие свойства. От последних напрямую зависит несущая способность пенометаллического дренажного слоя, которая подбирается под конкретные условия эксплуатации фильтроэлемента.
На фиг.1 схематично показан фильтроэлемент заявляемой конструкции, продольный разрез.
Фильтроэлемент состоит из опорной трубы 1 с перфорациями 2, дренажного слоя 3 из открытоячеистого пенометалла и фильтрующего слоя 4 из нетканого иглопробивного полотна.
Фильтроэлемент работает следующим образом. Жидкость с механическими частицами примесей поступает к фильтрующему слою 4 из нетканого полотна, имеющего ворсистую структуру. На наружной поверхности фильтрующего слоя 4 задерживаются наиболее крупные частицы, а средние и мелкие фракции частиц осаждаются в глубине нетканого полотна.
Очищенная жидкость попадает в пенометаллический дренажный слой 3, разбивается на множество потоков и движется по лабиринтообразным траекториям в поровом пространстве пенометалла к перфорациям 2 на опорной трубе 1, проходит через них и оказывается в цилиндрическом канале опорной трубы 1.
Дренажный слой из пенометалла обладает чрезвычайно высокой проницаемостью по сравнению с проницаемостью фильтрующего слоя и практически не оказывает сопротивления движению жидкости.
По мере накапливания загрязнений перепад давления на фильтровальном полотне возрастает. Однако будучи установленным на дренажном слое из пенометалла, мягкое фильтровальное полотно опирается на множество жестких призматических микростержней, расположенных на незначительном расстоянии друг от друга, и способно выдерживать большие перепады давления без нарушения целостностигеометрической конфигурации.
Для увеличения срока службы фильтроэлемента фильтровальное полотно может быть покрыто слоем грубой очистки, выполненным, например, из пенометалла с меньшим, чем в дренажном слое размером пор - 0,25-0, 30 мм.
Фильтроэлементы предложенной конструкции могут применяться в скважинных фильтрах, а также в фильтрах, используемых в системах поддержания пластового давления для тонкой очистки воды, закачиваемой в нагнетательные скважины.