СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
WELL FILTER AND PROCEDURE FOR ITS FABRICATION (VERSIONS)

Изобретения относятся к нефтегазовой отрасли, преимущественно к добычному оборудованию, а именно к конструкции скважинных фильтров и способам их изготовления.
Известны скважинные фильтры, представляющие стальную трубу с намотанной на ее перфорированную часть профилированной проволокой (Гаврилко В.М. Фильтры буровых скважин. М.: Недра, 1985 г., с.7-9).
По а.с. СССР №941548, E21B 43/08 за 1982 год известен скважинный фильтр, состоящий из несущего трубчатого перфорированного каркаса и волокнистого фильтрующего покрытия из отдельных пластин проволочного нетканого материала, жестко закрепленных внахлест пайкой или сваркой на перфорированной части каркаса.
Из патентов на полезные модели РФ №57807, E21B 43/08 известен скважинный фильтр с соосными отверстиями в стенке трубы и кожуха, с продольными пазами в кожухе ПМ 57808 или с фильтроэлементом из металлорезины или прессованной проволочной путанки на дополнительном коаксиальном трубном каркасе с отверстиями в его стенке и пазовыми отверстиями в кожухе ПМ 51664. А ПМ 59706 содержит кожух из нескольких секций. Кожух ПМ 66416, E21B 43/08 за 2007 год выполнен с просечными некруглыми отверстиями и отгибами просеченной части отверстий. Как правило, соединение фильтрующих элементов с каркасом выполняют посредством сварки или обжимных колец, а дополнительные перфорированные трубы фильтроэлементов соединяют с каркасом резьбой. Недостаточная технологичность намотанного фильтра и нестабильность фиксации пластин от смещения при установке фильтра в скважину, а также термические изменения структуры материала в зонах сварочных швов снижают эксплуатационные возможности этих фильтров.
В нефтегазодобыче известен способ изготовления цилиндрического фильтрующего элемента с подачей композитного материала на вращающуюся оправку, описанный в а.с. СССР №972056, Е21В 43/08 за 1982 год. Известны также способы изготовления фильтров, описанные в патентах РФ №№2147676 за 1998 г., 2245995 за 2003 г. и 2209299 за 2001 г. По способу пат. 2147676 изготавливают фильтрующую рубашку из фильтрующих секций посредством крепления на параллельно разложенном наборе стержней перпендикулярного проволочного набора с последующим изгибанием полученной решетки вокруг перфорированного участка трубы, и соединяют концы рубашки с трубой. По пат. №2245995 выполняют на наружной поверхности ниппельного конца трубы винтовые пазы, а на внутренней ее поверхности продольные с последующим деформированием выступов одной из сторон винтовых пазов. По способу патента №2209299, выполнив перфорирование трубчатого каркаса, устанавливают фильтрующий элемент на его внешней поверхности с закреплением его продольных опорных стержней, после чего выполняют продольные щели в стенке между стержнями с образованием технологического зазора для последующего изгиба проволоки, фиксирующей фильтрующий элемент на поверхности фильтра вокруг дополнительного стержня. Наиболее близким по технической сути к заявляемому скважинному фильтру является скважинный фильтр, описанный в заявке РФ на полезную модель №2006131256/03, Е21В 43/08 за 2006 год. Он содержит стальную трубу с перфорированным участком на ниппельном конце, муфту на другом, фильтрующий пакет из одного, по крайней мере, дренажного и одного, по крайней мере, фильтрующего слоя. Фильтропакет предохраняется от механических воздействий при транспортировке и установке в скважину защитным кожухом из металлического листа.
Этот фильтр имеет недостаточную пропускную способность перфорации из-за того, что эффективность перфорации отверстий защитного кожуха ухудшается расположением большей части из них над сплошной стенкой трубы, у которой перфорированная площадь в целом и особенно суммарная площадь перфорационных отверстий заметно меньше. Увеличение их количества или размеров ограничивается пластовым давлением и прочностными характеристиками материала трубы, а также зависимостью фильтрационных качеств от гранулометрических свойств скважины с ее профилем и геометрией. Технологичность скважинных фильтров в значительной степени определяется способностью обеспечивать сохранность фильтропакета и защитного кожуха в процессе установки фильтра в скважину, особенно на участке перехода от вертикального участка скважины к горизонтальному.
Изобретения решают задачи улучшения технологичности изготовления скважинных фильтров с одновременным снижением трудоемкости и металлоемкости фильтра, а также облегчения установки фильтра в скважину и последующего увеличения срока надежности фильтра с улучшением фильтрации продукта.
Суть изобретения скважинного фильтра, включающего стальную трубу с муфтой и ниппелем на концах, перфорацией части трубы на ее ниппельном конце и закрепленными на этой части дренажным и фильтрующим элементами с кожухом из металлического листа над ними, состоит в том, что фильтрующий пакет выполнен из кольцевых групповых и продольных индивидуальных или групповых сеточных сегментов с взаимно перпендикулярным направлением длинных проволок сетки в каждом, при этом в каждом групповом сегменте выполнены отгибы или гибочные выштамповки с шагом, равным шагу в рядах расположения перфорационных отверстий трубы, а каждый индивидуальный или групповой сегмент имеют на продольных концах фиксирующие проволоки для закрепления их со сторон противолежащих секторов, по крайней мере, крайних перфорационных отверстий, стенки которых снабжены крепежными отверстиями или пазами для размещения отгибов фиксирующих проволок или прихватки их, при этом защитный кожух имеет щелевые просечки с одновременным прогибом одной из сторон просечки к поверхности трубы на величину, обеспечивающую максимальный размер щели, не превышающей гранулометрический размер частиц грунта в месте предстоящей установки фильтра в скважину, и фиксированием этого размера щелей проволокой, при этом между кожухом и набором из дренажного и фильтрующего сегментов размещены фильтрующие элементы из пенометалла, фильтрующей сетки, стеклоткани и/или металлорезины, а, по крайней мере, верхняя - задняя по направлению потока кромка защитного кожуха выполнена с гофрами.
Скважинный фильтр имеет групповые продольные сегменты с отгибами участков полосы сетки, расположенными на них с шагом, соответствующим расстоянию между отверстиями перфорации трубы в ряду, а фиксирующие проволоки фильтрующих сегментов, например, через одну закреплены загибами в крепежных отверстиях или в пазах кромок перфорационных отверстий, при этом нижняя - передняя по направлению потока кромка каждого кольцевого кожуха закреплены прихваткой точек кромки с шагом меньшим, чем шаг прихватки верхней кромки, а на верхней - задней по направлению потока и боковых кромках отштампованы гофры для образования каналов между кожухом и внешней поверхностью трубы.
Скважинный фильтр, у которого внутренние и внешние стороны стенок и торцы стенок каждого перфорационного отверстия снабжены пазами на противолежащих секторах отверстий для размещения загибов и скруток фиксирующих проволок или их групп, с проведением их концов через крепежные отверстия сегментов кожуха.
Скважинный фильтр, у которого концы фиксирующих проволок дренажной сетки закреплены в пазах торца или в крепежных отверстиях стенки перфорационного отверстия, а фильтрующие элементы - стеклотканевый саржевого плетения и/или из металлорезины - закреплены на стороне выштамповки, расположенной внутри трубы.
Скважинный фильтр имеет групповые отгибы или выштамповки кольцевых сеточных полос, расположенные в канале трубы, а полосы зафиксированы на ее перфорированном участке загибами группы концов проволок, сплетенных между собой в одном общем крепежном отверстии, а отгибы или гибочные выштамповки продольных групповых или индивидуальных сегментов расположены над отгибами или выштамповками кольцевых, размещенных в перфорационном отверстии, и зафиксированы загибами концов проволок или их групп в отверстиях противоположных секторов отверстия трубы.
Скважинный фильтр, у которого каждый фильтрующий пакет в каждом отверстии перфорации выполнен из набора отгибов или гибочных выштамповок продольных сегментов групповых из дренажной сетки и поперечных индивидуальных сегментов из фильтрующей сетки с одним, по крайней мере, фильтрующим элементом из пенометалла, фильтрующей сетки, стеклоткани или металлорезины между набором и кожухом, защитный кольцевой просечно-щелевой кожух прихвачен к внешней поверхности трубы на участках его кромки, контактирующих с поверхностью трубы между продольными полосами сегментов, причем нижняя - передняя по направлению потока кромка имеет суммарную длину прихватки больше в 1,5-2 раза, чем прихватка верхней - задней по направлению потока кромки кожуха, имеющей гофры на половине длины участка контактирования ее с трубой или отгибы кромки на 0,3-0,7 мм, а прогиб имеет верхняя - задняя по направлению потока сторона просечки защитного кожуха.
Способ изготовления скважинного фильтра, включающий перфорирование участка трубы на ее ниппельной концевой части, изготовление полос дренажных и фильтрующих сеток и металлического листа с закреплением их на перфорированном участке трубы, состоит в том, что на вырубленных из листа полосах выполняют просечкой ориентированные вдоль продольной стороны щели с одновременным смещением путем прогиба верхней - задней по направлению потока кромки в каждой просечке на величину щели между кромками, не превышающей минимальный размер частиц гранулометрического состава грунта в месте расположения скважин, и фиксируют его, проведя через щели ряда проволоку с диаметром, равным размеру упомянутых частиц, а для установки фильтрующих пакетов на трубу последовательно устанавливают на отверстия отгиб группового-кольцевого сегмента дренажной сетки и фиксируют его от произвольного смещения из отверстия перфорации продольным сегментом фиксирующей сетки, для чего концы фиксирующих проволок одного ее конца закрепляют в крепежных отверстиях первого сектора перфорационного отверстия, а концы проволок второго конца продольного сегмента фильтрующей сетки проводят в зазор между его боковой стороной и торцом стенки отверстия под стенку трубы и затем совмещают их с крепежными отверстиями на этом секторе у кромок стенки отверстия и загибают конец каждой проволоки в пазы торца и скручивают их, а затем на зафиксированные в отверстии выштамповки дренажной и фильтрующей сеток устанавливают в фильтрующие элементы из пенометалла, фильтрующей сетки, стеклоткани и/или металлорезины, после чего повторяют закрепление сегментов в остальных отверстиях перфорации ряда описанным образом, а после установки фильтрующего пакета в последнее отверстие перфорации закрепляют над каждым пакетом сегмент индивидуального кожуха или соответствующую часть кольцевого кожуха, выполняя «длинную» прихватку их нижней - передней по направлению потока кромки и «короткую» верхней - задней по направлению потока его кромки или креплением фиксирующими проволоками в соосных крепежных отверстиях пакета и кожуха.
Для выполнения способа в каждое перфорационное отверстие трубы устанавливают фильтрующий пакет из последовательно устанавливаемых гибочной выштамповки или отгиба продольной полосы из дренажной сетки, затем, по крайней мере, одного фильтрующего элемента из стеклоткани, металлорезины, пенометалла, фильтрующей сетки или набор их в различной комбинации, после чего выштамповку или отгиб кольцевой полосы из фильтрующей сетки с креплением этого ее сегмента пазах или крепежных отверстиях трубы, после чего повторяют установку фильтрующего пакета в следующем отверстии кольцевого ряда начиная с установки в него выштамповки или отгиба соседней продольной полосы, а после установки аналогичным образом фильтрующего пакета в последнее отверстие кольцевого ряда, повторяют установку последовательно в следующих рядах и после этого устанавливают на каждый ряд полосу просечно-щелевого кожуха с прихваткой нижней - передней по направлению потока и верхней-задней по направлению потока кромок или креплением каждой полосы фиксирующими проволоками в соосных крепежных отверстиях.
Способ по которому, фильтрующий пакет в последнее отверстие каждого кольцевого ряда трубы устанавливают между первой и последней выштамповкой или отгибом кольцевой полосы из фильтрующей сетки фиксацией петлей фиксирующей проволоки, при этом крепление индивидуальных сегментов или кольцевых полос кожуха выполняют в крепежных отверстиях трубы фиксирующей проволокой или прихваткой передней и задней кромок к трубе.
Способ изготовления скважинного фильтра, включающий перфорирование участка трубы на ее ниппельной концевой части, изготовление полос дренажных и фильтрующих сеток и металлического листа с закреплением их на перфорированном участке трубы, состоит в том, что на вырубленных из листа полосах выполняют просечкой ориентированные вдоль продольной стороны щели с одновременным смещением путем прогиба верхней - задней по направлению потока кромки ниже нижней - передней по направлению потока кромки в каждой просечке на величину щели между кромками, не превышающей минимальный размер частиц гранулометрического состава грунта в месте расположения скважин, и фиксируют его, проведя через щели ряда просечек проволоку с диаметром, равным размеру упомянутых частиц, выполняют установку на трубу групповой продольной полосы из дренажной сетки и индивидуального сегмента из фильтрующей сетки, закрепляя концы фиксирующих проволок дренажной сетки на периферийном окружном секторе стенки отверстия продольного ряда, а концы фиксирующих проволок фильтрующей сетки в крепежных отверстиях одного из секторов, расположенных по образующей трубы, правом или левом, после чего размещают гибочную выштамповку дренажной полосы в отверстие ряда, а над ней - сегмент фильтрующей сетки посредством проведения концов ее фиксирующих проволок через зазор между кромкой дренажной сетки и нижней кромкой торца стенки отверстия, крепежные отверстия этого противолежащего сектора со скруткой проволок и загибом их концов в кромки сегмента под стенкой трубы, затем укладывают на закрепленные в отверстиях сегменты упомянутых сеток фильтрующие элементы из стеклоткани, металлорезины, пенометалла, фильтрующей сетки, после чего предварительно подготовленный индивидуальный просечно-щелевой сегмент кожуха размещают над отверстием с фильтрующим пакетом в нем и фиксируют его на трубе прихваткой со сплошным швом на нижней - передней по направлению потока кромке и точечным на верхней - задней по направлению потока кромке.
Выполнение скважинного фильтра с фильтропакетами в канале трубчатого перфорированного каркаса из групповых полос и индивидуальных сегментов, кожухами со щелями фиксированного размера и креплением их загибом концов проволоки сеток и фиксирующей проволоки в отверстиях или пазах противоположных секторов перфорационных отверстий обеспечивает решение поставленных задач - минимальные металлоемкость фильтра, диаметр с максимальными надежностью, производительностью и ресурсом.
На фиг.1 изображен заявляемый скважинный фильтр с видом с боку на одной половине и продольным сечением стенки на другой, на фиг.2 - групповая полоса сетки дренажной, фильтрующей или кожуха просечного с условно показанными на одной ее половине выштамповками и отгибами на другой соответственно диаметру перфорационных отверстий трубы, на фиг.3 - сечение полосы на фиг.2 продольной плоскостью А-А, на фиг. 4 - элемент Б с сечением перфорационного отверстия с фильтропакетом в нем, на фиг.5 - вид в плане на индивидуальный кожух или фрагмент группового с просечками, на фиг.6 - расположение фиксирующей проволоки в ряду щелей кожуха и на фиг.7 - вид С на заднюю по потоку кромку кожуха с гофрами или отгибами на ней.
Скважинный фильтр на фиг.1 состоит из стальной трубы 1 с перфорационными отверстиями 2 в стенке, расположенными поперечными рядами на ниппельном конце 3, и муфтой 4. В каждом отверстии 2 установлен фильтропакет 5, состоящий из групповой дренажной сетки 6 с выштамповками 7 или отгибами 8 на ней (фиг.2, 3) и фильтрующих сеток, например - из металлорезины 9 и стеклоткани 10 (фиг.4). Над каждым рядом отверстий или над каждым отверстием трубы установлены групповая полоса 11, например кольцевая, или индивидуальный кожух соответственно с просечными щелями. Каждая дренажная сетка 6 закреплена в отверстии 2 загибом концов 12 проволок сетки в крепежных отверстиях 13, выполненных на противолежащих друг другу секторах на кромках отверстия 2, соответствующих им отверстиях 14 фильтропакета 5 и кожуха 11. Величина отгиба задней кромки в каждой просечке 16 кожуха 15 при выполнении просечек стабилизируется проволокой 17(фиг.5, 6), проведенной и зафиксированной в каждом ряду просечек. А каждая задняя кромка 18 кожухов снабжена гофрами 19 (фиг.7) или аналогичными им по размеру отгибами кромки (не показаны). Индивидуальные сегменты кожуха могут быть дополнительно снабжены аналогичными гофрами на боковых сторонах сегмента, а для закрепления на трубе каждая кромка его может выполняться с отверстиями крепежными, соосными с крепежными отверстиями трубы.
Заявленный способ осуществляют следующим образом.
Пример 1
Для изготовления скважинного фильтра с групповыми полосами - поперечными, продольными или спиральными кольцевыми - дренажные и/или фильтрующие сетки и металлический лист разделяют на полосы 6. Затем на каждой дренажной полосе выполняют выштамповки 7 или отгибы 8. Для облегчения установки полос на трубу дренажные полосы выполняют с шириной
t<D-2d,
где d - диаметр проволоки дренажной сетки, t - ширина полосы, D - диаметр перфорационного отверстия 2 трубы. С таким же диаметром выполняют фильтрующие элементы из металлорезины или путанки из нержавеющей стали и полосы фильтрующей сетки. На полосах 15 из металлического листа шириной, превышающей диаметр отверстия 2, просечкой выполняют ряды щелей 16 одновременно с отгибом каждой задней кромки 11 просечки (фиг.4, 6). Условно не показанная на фиг. 4 проволока 17 диаметром 0,5÷1 мм в щелях 16 стабилизирует размер щелей при установке фильтра в скважину и в эксплуатации. Перфорационные отверстия для выштамповок 7 выполняют круглыми, а для полос с отгибами 8 предпочтительнее прямоугольные. Проволочную полосу фильтрующей сетки разделяют на индивидуальные сегменты длиной, превышающей диаметр круглого или ширину прямоугольного, а к каждому концу ее присоединяют скруткой отрезки фиксирующей проволоки.
Для установки комплекта скважинного фильтра на его трубу закрепляют один конец фильтрующего индивидуального сегмента на боковом секторе первого в ряду отверстия 2 фиксирующей проволокой загибом ее в крепежных отверстиях 13 (фиг.4) его или прихваткой ее концов в торцевых пазах отверстия (не показаны). Отведя фильтрующий сегмент в сторону от отверстия, вставляют первую выштамповку 7 в первое отверстие 2 ряда, отжимают выштамповку к противоположной стороне отверстия и проводят через образовавшийся между нижним торцом отверстия и кромкой выштамповки зазор фиксирующие проволоки второго конца фильтрующего сегмента. Совместив последовательно конец проволок с соответствующим крепежным отверстием 13 выводят концы проволок на внешнюю сторону трубы, подводя второй конец этого фильтроэлемента под кромку торца отверстия 2, после чего закрепляют их скруткой концов между собой и располагают ее в отверстие ниже внешней поверхности трубы после размещения на выштамповке фильтроэлементов из металлорезины 9 и стеклоткани 10. После этого устанавливают над отверстием индивидуальный кожух 15 с проволоками 17 в каждом ряду щелей 16 и гофрами 19 на задней кромке 18, закрепив его прихваткой к трубе противолежащей передней(нижней) кромки электросваркой или пайкой с шагом меньшим, чем шаг прихватки задней (верхней) кромки. Повторив установку фильтропакетов и кожухов аналогичным описанному образом в последующих отверстиях ряда переходят на следующий ряд отверстий.
Пример 2
Для установки в отверстие 2 индивидуального дренажного сегмента вводят последовательно концы фиксирующих проволок его в крепежные отверстия 13 с нижней стороны стенки трубы до выхода концов из стенки и упора концов сегмента во внутреннюю поверхность трубы. Затем концы проволок каждой стороны сегмента проводят сверху через крепежные отверстия (не показаны) соответствующей стороны фильтроэлементов из металлорезины 9 и стеклоткани 10 и фиксируют каждую из них загибом и/или скруткой между этими элементами. После этого, приложив усилие к металлорезиновому элементу, перемещают фильтроэлемент в отверстие до упора пакета в дренажную сетку или контакта фиксирующих проволок с перемычками между отверстиями 2 и 13. Затем аналогичным образом устанавливают фильтропакеты последовательно в следующие отверстия ряда и переходят к установке их в следующих рядах и после завершения установки в последнее отверстие переходят к установке кольцевых полос кожуха начиная с верхнего ряда, например, затем на среднем и нижнем (фиг.1). При этом фиксацию полосы на поверхности трубы выполняют, например, сплошной прихваткой каждой передней кромки полосы с шагом, большим прихватки задней 18, которую прихватывают только между гофрами. Кольцевой кожух прихватывают к внешней поверхности трубы на участках его кромки, контактирующих с поверхностью трубы между продольными полосами сегментов.
Пример 3
Подготовку полос листовых, сеточных и сегментов из них выполняют аналогичным описанному в примерах 1, 2 образом. После установки дренажного индивидуального сегмента 6 в отверстие 2 на выштамповке 7 или отгибе 8 его закрепляют фиксирующие проволоки, располагая концы каждой из них в сторону внешней поверхности трубы (не показано). Затем в каждом отверстии 2 последовательно на концы проволок нанизывают стеклотканевый, металлорезиновый или мелкоячеистый сетчатый элементы и кожух. Аналогичным образом устанавливают фильтропакеты и сегменты кожуха в остальные отверстия трубы. Дополнительно каждый индивидуальный сегмент кожуха этого варианта выполнения фильтра может крепиться на трубе фиксирующей проволокой через соосные крепежные отверстия в кожухе и трубе (не показаны).
Описанные способы изготовления фильтра, применяемые для этого трубы, листы проката из нержавеющей стали и проволоки, фильтроэлементов, а также оборудование для выполнения отверстий в стенке трубы дополнительно подтверждают промышленную применимость заявленных решений.