СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована при добыче жидкости и газов из недр в составе обсадной или эксплуатационной колонны.
Известен скважинный фильтр, представляющий собой стальную трубу с отверстиями, на которую намотана профилированная проволока (Гаврилко В.М. Фильтры буровых скважин. М., «Недра», 1985, с.7-9).
Основным недостатком такой конструкции является изменение межвитковых промежутков при установке фильтра в скважину, отсутствие защиты фильтрующей сетки от механических воздействий в процессе транспортировке и установке фильтра, что отрицательно сказывается на качестве фильтрации.
Известен скважинный фильтр, состоящий из несущего трубчатого перфорированного каркаса и волокнистого фильтрующего покрытия, выполненного в виде отдельных пластин из проволочного нетканого материала, жестко закрепленных внахлест при помощи сварки и пайки на трубчатом каркасе фильтра против перфорационных отверстий (авт. Свидетельство СССР №941548, МКИ 3 Е21В 43/08, опубл. 1982 г.).
Основным недостатком данной конструкции является наличие сварных зон, что со временем активизирует процессы коррозии металла. Плотное прилегание фильтрующего элемента к перфорированной трубе существенно уменьшает зону фильтрации, которая ограничена площадью отверстия в трубе. Отсутствует защита фильтрующего элемента от механических воздействий в процессе транспортировки и установки фильтра.
Известно скважинное фильтрующее устройство по св. РФ на полезную модель №16758, прототип. Это скважинное фильтрующее устройство содержит перфорированную трубу, муфту и ниппель, фильтрующее устройство, защищенное защитным кожухом с отверстиями круглой формы и дренажный слой, расположенный между фильтрующим элементом и трубой. Защитный кожух предотвращает повреждение фильтрующего элемента при его спуске в скважину.
Недостатками этого фильтра являются низкая пропускная способность фильтра, связанная с тем, что площадь отверстий в защитном кожухе невелика. Увеличение диаметра отверстий и их количества приведет к большей вероятности повреждения фильтрующего элемента или попаданию в породы при его спуске в скважину, а также к ослаблению защитного кожуха.
Задачи создания полезной модели: увеличение пропускной способности фильтра и предотвращение попадания породы в фильтрующий элемент при спуске скважинного фильтра в скважину.
Решение указанных задач достигнуто в скважинном фильтре, содержащем муфту, ниппель и перфорированную трубу, снаружи которой установлен фильтрующий элемент с штампованными отверстиями некруглой формы с прорезями, образующими фильтрующий зазор, тем, что фильтрующий элемент выполнен из рулонной стали, намотанной по спирали с образованием стыка. Соединение стыка может быть выполнено сваркой кромок рулонной стали. Соединение стыка может быть выполнено в виде замка, образованного развальцовкой кромок рулонной стали, предварительно отогнутых навстречу друг другу и соединенных между собой. Между перфорированной трубой и фильтрующим элементом может быть установлен дополнительный фильтрующий элемент. Фильтрующий элемент выполняет роль наружного дренажного слоя. В отверстиях перфорированной трубы могут быть герметично установлены срезаемые пробки. Дополнительный фильтрующий элемент может быть выполнен из проволоки. Дополнительный фильтрующий элемент может быть выполнен из проволочной сетки. Дополнительный фильтрующий элемент может быть выполнен из спрессованной металлической проволоки. Фильтрующий элемент может быть выполнен из нержавеющей стали. Дополнительный фильтрующий элемент может быть выполнен из нержавеющей стали.
Сущность полезной модели поясняется на чертежах фиг.1…14, где:
- на фиг.1 представлен скважинный фильтр с штампованными отверстиями, сориентированными вдоль оси фильтра и прорезями, образующими фильтрующий зазор,
- на фиг.2 приведен вид А скважинного фильтра с фильтрующим элементом,
- на фиг.3 представлен вид А варианта скважинного фильтра с фильтрующим элементом и дополнительным фильтрующим элементом,
- на фиг.4 представлен внешний вид фильтрующего элемента,
- на фиг.5 приведен вид рулонной стали из которой изготовлен фильтрующий элемент,
- на фиг.6 представлен фрагмент фильтрующего элемента,
- на фиг.7 представлен вид Б фрагмента фильтрующего элемента,
- на фиг.8 показано соединение стыков, выполненное сваркой, первый вариант,
- на фиг.9 показано соединение стыков, выполненное сваркой второй вариант,
- на фиг.10 показано соединение стыков, выполненное развальцовкой,
- на фиг.11 приведена первая операция формирования внутреннего стыка, полученного развальцовкой,
- на фиг.12 приведена вторая операция формирования внутреннего стыка,
- на фиг.13 приведена первая операция формирования внешнего стыка,
- на фиг.14 приведена вторая операция формирования внешнего стыка.
Скважинный фильтр (фиг.1…14) содержит перфорированную трубу 1 с штампованными отверстиями 2, муфту 3, ниппель 4 и может содержать герметичные срезаемые пробки 5. На перфорированной трубе 1 установлен фильтрующий элемент 6 с штампованными отверстиями некруглой формы 7, имеющим прорези 8, которые формируют фильтрующий зазор h (фиг.7) и внешний дренажный слой 9, образованный фильтрующим элементом 6. Высота h прорезей 8, формирующих фильтрующий зазор, определяет качество фильтрации и может быть выбрана в диапазоне от 0,2 до 1,5 мм, в зависимости от требуемой степени фильтрации. Возможен вариант исполнения скважинного фильтра с дополнительным фильтрующим элементом 10 (фиг.3) для более тонкой фильтрации.
Дополнительный фильтрующий элемент 10 (фиг.2), предназначен для тонкой очистки и может быть выполнен сетчатым, щелевым, из пористой керамики, из «металлорезины» и др.
Металлорезина разработана в Самарском государственном аэрокосмическом университете (ранее Куйбышевский авиационный институт) и применялась преимущественно для демпферов опор двигателей. При изготовлении металлорезины применяется проволока из нержавеющей стали диаметром от 0,1 до 0,5 мм, при этом она сплетается и спрессовывается.
Фильтрующий элемент 6 выполнен из рулонной стали, намотанной по спирали со стыком 11 и фиксируется на перфорированной трубе 1 кольцами 12/
Стык 11 может быть выполнен в виде сварного шва 13, выполненного встык (фиг.8) или внахлест (фиг.9), или в виде замка 14, полученного развальцовкой кромок ленты, края которой предварительно отогнуты навстречу друг другу и соединены.
Сборка скважинного фильтра выполняется в следующем порядке. Отдельно изготавливают перфорированную трубу и фильтрующий элемент 6. Фильтрующий элемент 6 изготавливают из ленты с штампованными в ней отверстиями некруглой формы 7, для этого лента наматывается по спирали с образование стыка 11 (фиг.4), при этом отверстия 7 выполнены заранее под углом намотки спирали φ, чтобы после сборки отверстия 7 были сориентированы вдоль оси фильтра.
При намотке рулонной стали для изготовления фильтрующего элемента 6 образуется стык 11, соединение которого может быть выполнено сваркой с получением сварного шва 13 (фиг.8 и 9) или развальцовкой с образованием замка 14 (фиг.10). При этом сварное соединение может быть выполнено встык (фиг.8) или внахлест (фиг.9). Сварной шов 13 может быть непрерывным или прерывистым. Замок 14 может быть выполнен развальцовкой соседних кромок ленты предварительно отогнутых навстречу друг другу и соединенных между собой, например, как показано на фиг.11…14. На фиг.11 и 12 приведены операции развальцовки стыка 11 с внутренним расположением замка 14 при помощи роликов 15 и 16. На фиг.13 и 14 приведены операции развальцовки внешнего замка 14. Готовый фильтрующий элемент 6 устанавливают на перфорированную трубу 1 и фиксируют кольцами 12.
Скважинный фильтр работает следующим образом.
При опускании скважинного фильтра в скважину порода не попадает внутрь него из-за формы штампованных отверстий 7 и их правильной ориентации относительно оси фильтра и небольшого размера высоты h прорезей 8, формирующих фильтрующий зазор.
При работе через штампованные отверстия 7 и прорези 8 в фильтрующем элементе 6 жидкость (вода или нефть) поступает на фильтрацию. Фильтрующий 6, выполненный из рулонной стали, предотвращает попадание механических примесей внутрь (фиг.1) или на поверхность дополнительного фильтрующего элемента 10 при его наличии (фиг.3) и дополнительно предохраняет его от деформации и повреждения в процессе транспортировки и установки, обеспечивает значительно больший срок эксплуатации скважинного фильтра. За счет большой площади отверстий 7 и прорезей 8 фильтрующего элемента 6 жидкость поступает к дополнительному фильтрующему элементу 10 без гидравлических потерь. Дренажный слой 9 (фиг.2) предотвращает соприкосновение фильтрующего элемента 6 с перфорированной трубой 1 или с дополнительным фильтрующим элементом 10, при его наличии. Жидкость, попавшая на дополнительный фильтрующий элемент 10, предназначенный для тонкой фильтрации, дополнительно отфильтровывается и поступает в пространство между фильтрующим элементом 10 и перфорированной трубой 1 и далее движется к отверстиям 2 в перфорированной трубе 1.
Если применяется вариант фильтра с герметичными срезаемыми пробками 5 (фиг.1…3), то после установки скважинного фильтра в скважину его цементируют, опрессовывают, потом срезают пробки 5.
Применение полезной модели позволило:
1. Создать скважинный фильтр, имеющий большую пропускную способность и обладающий хорошими фильтрующими и эксплуатационными свойствами за счет применения в фильтрующем элементе штампованных отверстий некруглой формы, имеющих относительно большую площадь и эффективного применения наружного дренажного слоя, сформированного самим фильтрующим элементом.
2. Повысить жесткость и прочность фильтрующего элемента за счет применения замка, имеющего толщину в 4 раза превышающего толщину рулонной стали, из которого он изготовлен.
3. Предотвратить засорение скважинного фильтра при его спуске в скважину.
4. Упростить конструкцию скважинного фильтра за счет отказа от продольных сварных швов, или отсутствия сварных швов в случае применения варианта фильтрующего элемента с замком.
5. Снизить себестоимость скважинного фильтра.
6. Автоматизировать и механизировать производство скважинного фильтра.
7. Обеспечить длительную эксплуатацию скважинного фильтра без засорения.
Скважинный фильтр прошел стендовые и промышленные испытания и показал высокую фильтрующую способность и надежность в эксплуатации.