БЕСКАРКАСНЫЙ СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР
FRAMELESS BOREHOLE FILTER

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при добыче газа и нефти.
Известен щелевой скважинный фильтр по патенту РФ на полезную модель №71694. Фильтр содержит перфорированную трубу, на которой установлены продольные опорные элементы, на внешней поверхности которых намотана проволока с образованием зазоров между витками, отличается тем, что проволока приварена или припаяна к продольным элементам, а соотношение шага установки продольных элементов к их высоте выполнено в диапазоне от 1,0 до 10. Между трубой и продольными опорными элементами установлена фильтрующая сетка. Между опорными продольными элементами и фильтрующей сеткой намотана проволока, выполняющая роль дренажного слоя. Между трубой и фильтрующей сеткой установлена дренажная сетка. Между продольными опорными элементами и фильтрующей сеткой установлена дренажная сетка.
Недостатком фильтра является низкая надежность и быстрый абразивный износ фильтрующего элемента.
Известен скважинный фильтр по патенту РФ на изобретение №2507384, МПК Е21В 43/08, опубл. 20.02.2014 г., прототип.
Этот щелевой скважинный фильтр содержит перфорированную несущую трубу и щелевой фильтрующий элемент, выполненный из проволоки, намотанной на продольные элементы по спирали, причем поперечное сечение проволоки, намотанной по спирали выполнено пятиграненным, одна из граней проволоки выполнена параллельно продольной оси фильтра и образует его наружную поверхность, а каждая боковая сторона выполнена с двумя гранями, верхние образуют фильтрующий зазор, а нижние сходятся, образуя острый угол.
Недостатки - низкая прочность проволоки фильтрующего элемента, что приводит к изменению зазоров при спуске скважинного фильтра, и быстрый абразивный износ «самого узкого места» фильтрующего элемента.
Решение указанных задач достигнуто в бескаркасном скважинном фильтре, включающем два ниппеля и, по меньшей мере, один фильтрующий элемент, закрытый защитным кожухом, имеющим отверстия, и выполненным между ограничительными кольцами, тем, что каждый фильтрующий элемент уложен на продольные элементы, а оба ниппеля приварены к крайним ограничительным кольцам, внутри фильтра без кольцевого зазора установлен кольцевой кожух, внутри которого с кольцевым зазором установлено средство закрутки добываемого продукта.
Фильтрующий элемент может быть выполнен сетчатым. Сетчатый фильтрующий элемент может быть выполнен в виде одной фильтрующей сетки, уложенной на продольные элементы. Сетчатый фильтрующий элемент может быть выполнен в виде нескольких фильтрующих сеток, уложенных концентрично на продольные элементы.
Фильтрующий элемент может быть выполнен в виде одной фильтрующей сетки и одной дренажной сетки, уложенных концентрично. Фильтрующий элемент может быть выполнен в виде одной фильтрующей сетки и двух дренажных сеток, уложенных концентрично.
Фильтрующий элемент может быть выполнен щелевым в виде проволоки, намотанной на продольные элементы по спирали. Поперечное сечение проволоки, намотанной по спирали, выполнено круглым. Поперечное сечение проволоки, намотанной по спирали, может быть выполнено шестигранным, одна из граней проволоки может быть выполнена параллельно продольной оси фильтра и образует его наружную поверхность, а два боковых угла образуют калиброванный зазор, применена проволока, имеющая в поперечном сечении форму правильного шестиугольника, угол, соединяющий грани проволоки, скруглен. Поперечное сечение проволоки, намотанной по спирали, может быть выполнено треугольным, причем одна из граней проволоки выполнена параллельно продольной оси фильтра и образует его наружную поверхность, а два боковых угла образуют калиброванный зазор. Поперечное сечение проволоки, намотанной по спирали, может быть выполнено треугольным, причем одна из граней проволоки выполнена параллельно продольной оси фильтра и соединена с продольными элементами, а два боковых угла образуют калиброванный зазор. Поперечное сечение проволоки, намотанной по спирали, может быть выполнено трапециевидным. Поперечное сечение проволоки, намотанной по спирали, может быть выполнено прямоугольным. Поперечное сечение продольных элементов может быть выполнено треугольным. Поперечное сечение продольных элементов может быть выполнено круглым. Поперечное сечение продольных элементов может быть выполнено прямоугольным. Продольные элементы могут быть уложены меньшей стороной прямоугольника их сечения по радиусу перпендикулярного сечения фильтра. Продольные элементы могут быть уложены большей стороной прямоугольника их сечения по радиусу перпендикулярного сечения фильтра. Продольные элементы могут быть уложены большей стороной прямоугольника их сечения под углом к радиусу перпендикулярного сечения фильтра. Защитный кожух может быть выполнен в виде листа с отверстиями. Отверстия в защитном кожухе могут быть выполнены круглыми. Отверстия в защитном кожухе могут быть выполнены прямоугольными. Прямоугольные отверстия в защитном кожухе могут быть частично закрыты отбортовками. На проволоку может быть нанесено покрытие. Покрытие может быть выполнено корозионностойким. Покрытие может быть выполнено гидрофобным.
Сущность изобретения поясняется на фиг. , где:
на фиг. 1 приведен скважинный фильтр,
на фиг. 2 приведен вид А, первый вариант,
на фиг. 3 приведен вид А, второй вариант,
на фиг. 4 приведен вид А третий вариант,
на фиг. 5 приведен кольцевой кожух с устройством закрутки,
на фиг. 6 приведено устройство закрутки, вид с торца,
на фиг. 7 приведены закручивающие лопатки,
на фиг. 8 приведена проволока треугольного поперечного сечения, первый вариант,
на фиг. 9 приведена проволока треугольного поперечного сечения, второй вариант,
на фиг. 10 приведена проволока прямоугольного поперечного сечения, первый вариант,
на фиг. 11 приведена проволока прямоугольного поперечного сечения, второй вариант,
на фиг. 12 приведена проволока трапециевидного поперечного сечения, зазор между витками уменьшается по радиусу,
на фиг. 13 приведена проволока трапециевидного поперечного сечения, зазор между витками имеет постоянную величину,
на фиг. 14 приведена проволока трапециевидного поперечного сечения, зазор между витками увеличивается по радиусу, меньшая сторона трапеции выполнена снаружи,
на фиг. 15 приведена проволока трапециевидного поперечного сечения, оптимальный вариант,
на фиг. 16 показан разрез В-В, первый вариант,
на фиг. 17 показан разрез В-В, второй вариант,
на фиг. 18 показан разрез В-В, третий вариант,
на фиг. 19 показан разрез В-В, четвертый вариант,
на фиг. 20 показан разрез В-В, пятый вариант,
на фиг. 21 показан разрез В-В, шестой вариант,
на фиг. 22 представлен скважинный фильтр с двумя фильтрующими элементами,
на фиг. 23 приведен разрез С-С,
на фиг. 24 приведено ограничительное кольцо,
на фиг. 25 приведен вид D,
на фиг. 26 - приварка продольного элемента к ограничительному кольцу, 1 вариант,
на фиг. 27 - приварка продольного элемента к ограничительному кольцу, 2 вариант,
на фиг. 28 приведен внешний вид защитного кожуха с прямоугольными отверстиями,
на фиг. 29 приведен защитный кожух с прямоугольными отверстиями, частично закрытыми отбортовками,
на фиг. 30 приведен защитный кожух с прямоугольными отверстиями, частично закрытыми отбортовками, внешний вид.
Бескаркасный скважинный фильтр (фиг. 1…30) включает два ниппеля 1 и 2 и муфту 3 для установки в состав обсадной колонны или колонны НКТ и по меньшей мере один фильтрующий элемент 4, установленный между ограничительными кольцами 5 и приваренный к ниппелям 1 и 2 сварочным швом 6. Фильтрующие элементы 4 установлены на продольные элементы 7. Снаружи фильтрующие элементы закрыты защитным кожухом 8 с отверстиями 9.
Труба для изготовления ниппелей 1 и 2 поставляется по ГОСТ 633-80. Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним. Технические условия.
Фильтрующий элемент 4 может быть выполнен либо сетчатым фиг. 2 и 3, либо щелевым (фиг. 4).
Сетчатый фильтрующий элемент 4 может быть выполнен в виде одного слоя фильтрующей сетки 10, уложенной между продольными элементами 7 и защитным кожухом 8 (фиг. 2). Может быть применено несколько слоев фильтрующей сетки 10.
Может быть применен вариант с одной фильтрующей сеткой 10 и одной дренажной сеткой 11, установленных концентрично (фиг. 4).
Может быть применено две дренажные сетки 11.
Щелевой фильтрующий элемент 4 может быть выполнен из намотанной на продольные элементы 7 по спирали проволоки 12 (фиг. 4 и 5) с зазором между рядами δ1 и соединенной с продольными элементами 7 точечной сваркой 13.
На проволоку 12 может быть нанесено покрытие. Покрытие может быть выполнено корозионностойким, например хром или никель. Покрытие может быть выполнено гидрофобным, например фторопласт.
Рекомендуемая величина зазора δ1
.
Внутри скважинного фильтра (фиг. 5 и …7) установлен без кольцевого зазора между ним и продольными элементами 7 кольцевой кожух 14, внутри которого с кольцевым зазором 15 установлено устройство закрутки добываемого продукта 16. Устройство закрутки добываемого продукта 16 содержит корпус 17, аппарат закрутки 18 с закручивающими лопатками 19 (фиг. 7). На корпусе 17 снаружи выполнены ребра 20 (фиг. 6) для образования кольцевого зазора 15.
Поперечное сечение проволоки 12, намотанной по спирали, может быть выполнено круглым или шестигранным, при этом углы шестигранника могут быть скруглены радиусом. Такие варианты на фиг. 1…30 не показаны.
Возможно выполнение проволоки 12 треугольного поперечного сечения (фиг. 8 и 9), при этом одна из сторон треугольника 21 может быть выполнена параллельно оси фильтра OO и снаружи (фиг. 5) или внутри. Грани 22 образуют канал для прохождения добываемого продукта.
Возможно выполнение проволоки 8 прямоугольного поперечного сечения (фиг. 10 и 11). При этом возможны два варианта: большая сторона 23 поперечного сечения проволоки 12 расположена параллельно продольной оси фильтра OO (фиг. 10) или перпендикулярно (фиг. 11).
Проволока 12 может быть выполнена из углеродистой стали из проволоки круглого сечения методом холодной прокатки. Диаметр исходной проволоки от 2 до 4 мм. Зазор δ1 от 0,1 мм до 2 мм.
Возможно выполнение продольных элементов 7 трапециевидными (фиг. 12…15).
Зазор δ2 между рядами должен быть выполнен больше, чем δ2, для того, чтобы повысить проницаемость фильтрующего элемента 4.
При этом зазор δ2 между рядами может уменьшаться по радиусу (фиг. 12) или иметь постоянную величину (фиг. 13) или увеличиваться (фиг. 14).
Большее основание трапеции может быть выполнено по радиусу и обращено наружу (фиг. 10 и 13) или внутрь (фиг. 14).
На фиг. 15 приведен оптимальный вариант приварки продольного элемента. При этом необходимо соблюсти следующие соотношения:
Радиус большей стороны трапеции сечения должен быть равен внешнему радиусу фильтра
Радиус меньшей стороны трапеции сечения должен быть равен радиусу канавки ограничительного кольца
В этом случае можно провести более качественную приварку продольных элементов 7 к ограничительным кольцам 5 и проволоки 12 фильтрующего элемента 4 к продольным элементам 7.
Возможные различные варианты исполнения продольных элементов 7 приведены на фиг. 15…21.
Скважинный фильтр может иметь несколько фильтрующих элементов 4 (фиг. 22), при этом они ограничены с обеих сторон ограничительными кольцами 5, присоединенными к ним при помощи сварочных швов 6, и соединены между собой сварочным швом 24. Продольные элементы 7 крепятся к ограничительным кольцам 4 сварочным швом 25 (фиг. 23).
На фиг. 24 и 25 приведено дистанционное кольцо 5, которое содержит с обеих сторон канавки 26 и 27 и прорези 28 под канавкой 26, в которые укладываются продольные элементы 7 и сваривают сварочным швом 25 (фиг. 26 или 27).
Вариант, приведенный на фиг. 27, наиболее оптимальный с точки зрения прочности фильтра и его технологичности, так как D3=D4, то при контактной сварке не будет наблюдаться прогиба продольных элементов 7.
Дистанционное кольцо 5 выполнено в виде цилиндрической втулки, на которой, как уже упоминалось, с обеих сторон снаружи выполнены канавки 26 и 27, ниже канавки 27 выполнены прорези 28 для укладки продольных элементов 7 (фиг. 26). С одной стороны ограничительного кольца 5 выполнена внутренняя канавка 28 с центрирующим поясом 29, а с этого же торца - фаска 30 для сварки (фиг. 23).
При этом диаметр расположения продольных элементов 7 равен внутреннему диаметру ограничительного кольца 5
На фиг. 28…3 - приведены варианты защитного кожуха 8.
Защитный кожух 8 может содержать круглые отверстия 9 (фиг. 1) или прямоугольные 31 (фиг. 24) или прямоугольные отверстия 31, частично закрытые отбортовками 32 для предотвращения засорения фильтрующего элемента 4 (фиг. 29 и 30).
РАБОТА СКВАЖИННОГО ФИЛЬТРА
Бескаркасный скважинный фильтр работает следующим образом (фиг. 1…30).
1
1
Отдельные скважинные фильтры собирают в колонну на обсадных трубах или в составе подвески хвостовика, спускают в продуктивный горизонт. Газ или нефть проходят сначала через зазоры между продольными элементами δ2 (фиг. 19…21), потом через фильтрующий зазор δ (фиг. 2) фильтрующего элемента 4. Механические частицы больше фильтрующего зазора δ остаются снаружи фильтрующего элемента 4, а более мелкие или равные проходят внутрь него и с газом или с нефтью поднимаются на поверхность. Бескаркасный фильтр имеет меньший вес по сравнению с другими фильтрами. По сравнению с каркасным фильтром, имеющим перфорированный каркас, проницаемость через щели δ2 на порядок выше. Это позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление скважинного фильтра и увеличить дебит нефти или газа.
Отсутствие застойных полостей в фильтрующих элементах 4 приводит к тому, что фильтр засоряется медленнее и легко промывается. Для обратной промывки наиболее оптимален вариант с увеличением зазора δ1 (фиг. 5) и δ2 (фиг. 13) по радиусу. Это способствует выносу посторонних частиц в отличие от традиционно применяющихся вариантов скважинных фильтров, например каркасных щелевых или сетчатых.
Применение устройства закрутки добываемого продукта 15 не только позволит сепарировать твердые частицы примесей, но и сбрасывать их в забой, обеспечить прочность и жесткость фильтров за счет установки внутри них без кольцевого зазора кольцевого кожуха и устройства закрутки добываемого продукта, имеющего большую жесткость.
При промывке щелевого скважинного фильтра посторонние частицы выходят через зазор δ1 и δ2 наружу.
Применение изобретения позволило:
1. Повысить пропускную способность фильтра на порядок.
2. Снизить вес фильтра в 2…3 раза, при этом обеспечить прочность и жескость фильтров за счет установки внутри них без кольцевого зазора кольцевого кожуха и устройства закрутки добываемого продукта, имеющего большую жесткость.
3. Повысить надежность и долговечность скважинного фильтра по сравнению с прототипом.
4. Обеспечить в течение длительного времени необходимый уровень фильтрации за счет стабильного зазора и сепарации твердых частиц примесей.
5. Обеспечить фильтрацию газа и нефти от механических примесей.
6. Повысить устойчивость фильтрующего элемента к абразивному износу.
7. Уменьшить деформацию щелевого фильтрующего элемента при спуске фильтра в скважину.