СКВАЖИННЫЙ ЩЕЛЕВОЙ ФИЛЬТР

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в качестве устройства для предотвращения выноса из скважин механических примесей вместе с извлекаемой пластовой жидкостью.
Известен скважинный фильтр с низким гидравлическим сопротивлением, содержащий ниппельную и муфтовую части и приваренный к ним щелевой фильтрующий элемент, выполненный из продольных ребер и намотанной и приваренной к ним вкруговую профилированной проволоки со скругленными углами (Патент №2374433 РФ, Е21В 43/08, 2009).
Недостатком известного фильтра является то, что на его единственной фильтрующей поверхности задерживаются все фракции механических примесей, находящиеся в пластовой жидкости, и при малом размере щели кольматация фильтра может наступить достаточно быстро. Скругленные углы у профилированной проволоки также способствует более раннему закупориванию щелей и снижению пропускной способности. Кроме того, фильтр имеет ограниченную ремонтопригодность вследствие применения сварки для соединения его частей друг с другом.
Известен скважинный фильтр, содержащий перфорированный каркас, концентрично установленные на каркасе внутренние и наружные диски одинаковой и переменной толщины, образующие вертикальные каналы и щели переменной ширины, отстойник, соединенный с вертикальными каналами, верхний патрубок, связанный с приемом насоса (А.с. №1530759 СССР, Е21В 43/08, 1989).
Недостатками скважинного фильтра являются высокое отношение длины внутренних и наружных щелей к их ширине, обусловливающее повышенную потерю напора, низкая технологичность сборки из нескольких наборов дисков, неудовлетворительная жесткость и возможность изменения ширины щелей.
Известен проволочный многослойный фильтр, содержащий перфорированный каркас, слои продольных опорных металлических лент на каркасе, толщина которых уменьшается от наружного к внутреннему слою, и обмотки проволоки круглого сечения, навитые вокруг каждого слоя лент, причем витки каждой последующей обмотки расположены между витками предыдущей обмотки (А.с. №927058 СССР, Е21В 43/08, 1982).
Недостатками фильтра являются непродолжительный ресурс работы вследствие быстрой кольматации зазоров между витками проволоки круглого сечения, нестабильность размеров щелей из-за невысокой жесткости, а также сложность и трудоемкость изготовления.
В качестве прототипа принят скважинный щелевой трубчатый фильтр, содержащий многослойный фильтрующий элемент с патрубками по концам, соединительный элемент в виде штанги квадратного или круглого сечения, вставки на верхнем и нижнем концах штанги, соединенные с патрубками (А.с. №1116144 СССР, Е21В 43/08, 1984).
Недостатком фильтра является то, что применяемое крепление слоев фильтрующих элементов к каркасным элементам не обеспечивает требуемую жесткость фильтра, что может привести к нарушению геометрии конструкции и изменению рабочих характеристик фильтра. Ненадежным является соединение штанги с патрубками с помощью вставок, так как в процессе спуска в интервал продуктивного пласта фильтр подвергается действию механических нагрузок, что может привести к нарушению указанного соединения.
Настоящая полезная модель решает задачу создания надежного в эксплуатации и технологичного в изготовлении скважинного фильтра с гарантированной тонкостью фильтрации и высокой долговечностью.
Поставленная задача решается тем, что в скважинном щелевом фильтре, содержащем, по крайней мере, два коаксиально установленных щелевых фильтрующих элемента, верхний и нижний патрубки, соединительный элемент с концами, пригодными для присоединения к патрубкам, согласно полезной модели, в качестве соединительного элемента использован металлический трос, а щелевые фильтрующие элементы выполнены в виде цельнометаллической конструкции из продольных призматических стержней и соединенного с ними навитого призматического профиля.
Пространство между фильтрующими элементами может быть дополнительно заполнено нетканым или тканым неметаллическим или металлическим материалом. При этом ширина щели между витками навитого призматического профиля в наружном щелевом фильтрующем элементе выполняется большей, чем во внутреннем.
Наружный и внутренний фильтрующие элементы могут быть выполнены односекционными или многосекционными, при этом их суммарную длину определяют исходя из требуемой пропускной способности фильтра.
Для удобства сборки скважинного щелевого фильтра каждый из патрубков выполняется разборным, состоящим из деталей преимущественно дискообразной и цилиндроконической формы.
На фиг.1 изображен продольный разрез заявляемого скважинного щелевого фильтра; на фиг.2 - поперечный разрез фильтра по А-А, фиг.1.
Скважинный щелевой фильтр содержит наружный 1 и внутренний 2 щелевые фильтрующие элементы (фиг.2), состоящие из продольных призматических стержней 3, 4 и навитых призматических профилей 5 и 6, между витками которых образуются непрерывные спиралевидные щели 7 и 8, причем ширина щели 7 превышает ширину щели 8. Щелевые фильтрующие элементы 1 и 2 отделены друг от друга кольцевым пространством 9, которое может быть заполнено фильтрующим нетканым или тканым неметаллическим или металлическим материалом 10 (фиг.1).
Соосно и с зазором относительно внутреннего щелевого фильтрующего элемента 2 расположен трос 11. Торцевые поверхности щелевых фильтрующих элементов 1, 2 закрыты верхним и нижним дисками 12. В обоих дисках выполнены центральные отверстия 13 для троса 11, в верхнем диске имеются перфорации 14 для прохода жидкости. На тросе 11 установлены крепежные элементы 15, стягивающие щелевые фильтрующие элементы 1, 2 между дисками 12 в единую жесткую конструкцию. На наружной поверхности дисков 12 выполнена резьба для соединения с верхним и нижним патрубками 16.
При сборке фильтра, состоящего из нескольких секций щелевых фильтрующих элементов, между секциями дополнительно устанавливаются втулки (не показаны).
В случае присоединения к нижнему патрубку дополнительного фильтра в нижнем диске выполняются перфорации для прохода жидкости.
Скважинный щелевой фильтр работает следующим образом.
Под действием создаваемого погружным насосом (не показан) перепада давления пластовая жидкость, содержащая песок и проппант, фильтруется через щель 7 между витками навитого профиля 5 наружного фильтроэлемента 1. Продольные призматические стержни 3, приваренные к навитому призматическому профилю 5 в точках контакта, обеспечивают высокую точность и стабильность размера щели 7 и соответственно требуемую степень очистки пластовой жидкости. Частицы, размер которых превышает ширину щели 7, задерживаются между витками профиля 5 с образованием проницаемых структур, становящихся естественным песчаным фильтром. В процессе работы фильтра происходит укрупнение и образование из задержанных частиц конгломератов на поверхности навитого профиля 5, которые по мере утяжеления отделяются от нее и оседают в зумпф скважины. Расширяющаяся по направлению движения жидкости щель 7 не удерживает частицы, что способствует ее очистке и восстановлению пропускной способности наружного щелевого фильтрующего элемента 1. Благодаря этому наработка фильтра в целом возрастает.
Жидкость, очищенная от крупнодисперсных частиц, достигает внутреннего щелевого фильтрующего элемента 2. При фильтрации через более узкую щель 8 между витками профиля 6 происходит окончательная очистка пластовой жидкости. Продольные призматические стержни 4 выполняют несущую функцию для навитого профиля 6.
Трос 11, пропущенный через центральные отверстия 13 в верхнем и нижнем диске 12, при стягивании с помощью крепежных элементов 15 обеспечивает стабильную величину щелей 7, 8 и гарантированную тонкость фильтрации скважинного щелевого фильтра.
В кольцевом пространстве 9 на нетканом или тканом материале 10 происходит дополнительная очистка жидкости перед тем, как она достигнет внутреннего щелевого фильтрующего элемента 2. Этим обеспечивается повышение грязеемкости скважинного фильтра.
Далее очищенная жидкость оказывается в кольцевом зазоре между внутренним щелевым фильтрующим элементом 2 и тросом 11, течет через отверстия 14, попадает в отводящее отверстие патрубка 16 и подается на прием насоса.