Модуль фильтра погружной насосной установки

Полезная модель относится к области нефтяного машиностроению, в частности к конструкции фильтров погружных скважинных насосных установок и служит для очистки пластовой жидкости на входе насоса от крупных и мелких механических примесей.
На сегодняшний день в нефтяной промышленности применяются съемные  фильтры различной конструкции, в зависимость от условий эксплуатации насосного  оборудования. Широко применяются фильтры,  содержащие перфорированный корпус с расположенным на нем многосекционным щелевым фильтрующим элементом и дополнительными пропускными каналами, формирующими байпасную линию пропуска жидкости в случае существенного снижения пропускной способности фильтра.
Из патента на полезную модель RU 117967 от 16.03.2012 известен скважинный щелевой фильтр штангового глубинного насоса, предназначенный для установки на входе штанговых глубинных насосов для добычи воды и нефти и содержащий корпус с отверстиями для прохода пластовой жидкости, накрученные на корпус основание и головку, фильтрующий щелевой элемент, установленный снаружи от корпуса, герметизирующие наружные кольца верхнее и нижнее, с вмонтированным в полости основания золотниковым клапаном с каналами осевыми. Содержит напорные отверстия в нижней части основания и приемные отверстия в средней части основания, также в установленной в нижней части основания заглушке предусмотрены дренажные отверстия.
К недостаткам описанного технического решения, можно отнести неполное использование пропускной способности фильтра.
Также из патента на полезную модель CN206035457U от 14.09.2016 известно фильтрующему устройству для нефтедобычи, где  верхний торец корпуса устройства снабжен поворотной головкой с переходной втулкой, на нижнем конце корпуса устройства, реализован маслопровод. Устройство для фильтрования песка включает в себя кожух, сетчатую поверхность, спиральный дефлектор потока, который перекрывает отверстие в верхней части кожуха.
К недостаткам описанного технического решения можно отнести неполное использование пропускной способности фильтра.
Из патентной заявки на изобретение США US2021025260A1 28.01.2021  известен  скважинный фильтр с байпасирующим элементом. Описанное устройство включает в себя внутреннюю трубу, имеющую проточный канал, проходящий в продольном направлении через внутреннюю трубу, внешнюю трубу, которая окружает внутреннюю трубу, формируя кольцевое пространство. Причем труба перфорирована для обеспечения сообщения по текучей среде между кольцевым пространством и внешней частью трубы, а также содержит перепускной клапан, имеющий закрытую и открытую конфигурации. В закрытой конфигурации перепускной клапан блокирует поток жидкости из кольцевого пространства в проточный канал. В открытой конфигурации перепускной клапан позволяет текучей среде течь из кольцевого пространства в проточный канал. Перепускной клапан выполнен с возможностью открывания в ответ на заданный перепад давления от кольцевого пространства к проточному каналу. Смещающий элемент клапана содержит пружину сжатия.
К недостаткам известного технического решения, можно отнести сложность конструкции, в частности пружина запирающего элемента под воздействие агрессивных факторов может утратить свои свойства, что может привести к несвоевременному срабатыванию клапана и утрате контроля над процессом байпасирования фильтра.
Принимаем техническое решение, описанное в патентной заявке на изобретение США US2021025260A1 за ближайший аналог.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является обеспечение высокой продуктивности и непрерывности работы погружной насосной установки, за счет конструктивного усовершенствования модуля фильтра.
Технический результат, полученный от реализации полезной модели, заключается повышении наработки на отказ погружной насосной установки.
Сущность заявленного технического решения, заключается в том, что модуль фильтра погружной насосной установки, содержащий корпусную трубу с пропускными отверстиями в стенке, торцевые съемные головки, фильтрующий щелевой элемент, установленный снаружи корпуса, при этом одна из торцевых головок содержит пропускной канал. Указанный пропускной канал перекрыт съемным элементом с регулируемыми фиксаторами, выполненными с возможностью открывания от превышения номинального давления в затрубном пространстве, при этом пропускные отверстия в стенке корпусной трубы фильтра выполнены с переменным диаметром.
Указанные пропускные отверстия в стенке корпусной трубы фильтра, в преимущественном варианте реализации имеют конической форму, зауженную от внешней к внутренней поверхности стенки корпусной трубы.
Усилие на снятие регулируемых фиксаторов не превышает граничное усилие разрушения фильтра.
Также в одном из возможных вариантов реализации изобретения, по  меньшей мере, одна из торцевых съемных головок содержит фланец, для соединения с другими модулями насосной установки.
Также в приведенном варианте реализации полезной модели, фильтрующий щелевой элемент выполнен из витой проволоки с треугольным поперечным сечением.
Сущность заявленной полезной модели поясняется, но не ограничивается приведенными графическими материалами:
фиг.1 - схема погружной насосной установки;
фиг.2 - схема модуля фильтра погружной насосной установки;
фиг.3 - эпюра использования пропускной способности фильтра.
Заявленная полезная модель может быть реализована в конструкции фильтров погружных насосных установок различных типов, частности штангового глубинного насоса, насосной установки с приводом от электродвигателя.
Рассмотрим пример с реализацией заявленного технического решения в конструкции насосной установки с приводом от линейного вентильного электродвигателя, описанного в патенте  RU182645 от 13.02.2018 “Модульная погружная насосная установка”.
Погружная насосная установка 1 (фиг.1), содержит модуль плунжерного насоса, на входе которого установлен модуль фильтра 2. Возвратно поступательное движение плунжеров насосного модуля 3, обеспечивается посредством связи плунжеров с подвижной частью линейного вентильного электродвигателя 4. Указанная насосная установки управляется посредством  наземного частотно регулируемого привода (ЧРП) 5.
Указанный модуль фильтра 2 содержит корпусную трубу 6 (фиг.2) с пропускными отверстиями 7 в стенке 8, торцовые съемные головки 9; 10, фильтрующий щелевой элемент 11, установленный снаружи корпусной трубы 6 , при этом одна из торцевых головок 9 содержит пропускной канал 12, а вторая 10, оснащена фланцем 13.  Указанная съемная головка 10, обеспечивает связь модуля фильтра 2 с насосным модулем 3. Съемная головка 9 также может содержать фланец, в зависимости от места установки модуля фильтра в систем погруженной насосной установки.
Пропускной канал 12 в съемной торцевой головке 9 перекрыт съемным элементом 14 с регулируемыми фиксаторами 15, выполненными с возможностью открывания от превышения номинального давления Рн в затрубном пространстве. Превышение номинального давления Рн, возможно при существенном снижении пропускного сечения щелевого фильтрующего элемента 11, например при засорении парафинами. Указанный съемный элемент 14 может быть выполнен в форме пластины удерживаемой регулируемыми фиксаторами 15 с цанговыми зажимами 16. Усилие затяжки цанг регулируется исходя из прочностных характеристики модуля фильтра 2, таким образом, что усилие Рсф на снятие регулируемых фиксаторов 15 не превышает граничное усилие разрушения модуля фильтра. Граничное усилие разрушения модуля фильтра 2 регламентируется давлением Рр от разрежения внутри полости модуля фильтра, при возвратно поступательном движении плунжеров насосного модуля 3 в период существенного снижения пропускной способности щелевого фильтрующего элемента 11. А также учитывают ограничения по максимально допустимому повышению напряжения Uм  на обмотках электродвигателя 4. Для обеспечения надежной фиксации съемного элемента (пластины) 15,  регулируемые фиксаторы могут быть защищены путем изоляции от воздействия окружающей среды, например, за счет помещения в герметичную полость или за счет покрытия слоем защитного полимерного материала.
Своевременное удаление съемного элемента (пластины) 15 при достижении критического значений давления Рр и создании необходимого усилия Рсф, позволяет обеспечить пропуск скважинной жидкости через пропускной канал 12, повышая срок наработки на отказ погружной насосной установки.
Согласно преимущественному варианту реализации полезной модели, фильтрующий щелевой элемент 11 может быть выполнен из витой проволоки 17 с треугольным поперечным сечением. Такое выполнение обеспечивает высокую пропускную способность фильтрующего элемента при небольших габаритах, за счет переменного сечения щелевого отверстия.
Еще одним важным аспектом заявляемого технического решения является выполнение перфорации корпусной трубы 6 в виде пропускных отверстий 7 переменного диаметра. Указанные пропускные отверстия 7 в стенке 8 корпусной трубы 6 модуля фильтра 2, имеют конической форму, зауженную от внешней к внутренней поверхности стенки корпусной трубы. Такое выполнение позволяет распределить поток отбираемой  жидкости по всей длине, и выровнять эпюру 18 (фиг. 3) использования пропускного сечения Q  модуля фильтра.
Пропуск жидкости по всему сечению модуля фильтра обеспечивает постоянную циркуляцию жидкости и очистку фильтра от накоплений. Также при возвратно поступательном движении плунжеров насоса часть жидкости остается в полости фильтра и выталкивается наружу, обеспечивает дополнительную очистку пропускного сечения фильтра.
Реализация описанного технического позволяет обеспечить достижение заявленного технического результат, за счет упрощения конструкции фильтра с повышением рабочих параметров, таких как полное использование пропускного сечений фильтра с увеличение срока эксплуатации.