ФИЛЬТРОЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКОСТИ
FILTER ELEMENT FOR FILTRATION OF A LIQUID

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к фильтроэлементам, используемым в составе фильтров для очистки жидких сред.
Известен скважинный фильтр, включающий два ниппеля и фильтрующие элементы, выполненные между ограничительными кольцами. Все фильтрующие элементы выполнены из проволоки, намотанной на продольные элементы по спирали, на боковых гранях продольных элементов с одной или с обеих сторон выполнены дистанционные выступы. По варианту исполнения на проволоку нанесено гидрофобное покрытие. Как следует из описания, например, фторопласт (по патенту RU164013, МПК Е21В 43/08, опубл. 20.08.16).
Также известен топливный фильтр-сепаратор, включающий корпус, крышку, в которую ввернута заглушка, в заглушке имеются два отверстия: одно для подвода топлива, в другом отверстии установлен полый в верхней части стержень для отвода очищенного топлива, фильтрующий элемент, в качестве которого использован полиакриламидный полимер, расположенный внутри перфорированной обечайки, на которой закреплен сепаратор. К нижней части заглушки прикреплен перфорированный распределитель потока топлива, под ним установлен отражатель в форме полого усеченного конуса. В нижней части корпуса расположен отстойник коагулированной воды с резьбовым отверстием, к отстойнику сверху прикреплена воронка для сбора коагулированной воды, а сепаратор изготовлен из металлической сетки с гидрофобным покрытием из фторопласта (по патенту RU175970, МПК F02M 37/22, B01D 36/04, B01D 39/20, F23K 5/18 опубл. 25.12.17).
Недостатком этих фильтров являются недостаточно высокие гидрофобные свойства фторопласта и низкая адгезия при нанесении такого покрытия.
Наиболее близким техническим решением является фильтрующий модуль, содержащий несущий корпус, выполненный в виде перфорированной цилиндрической трубы с радиальными отверстиями, вал, размещенный в полости корпуса, и фильтрующий элемент, перекрывающий радиальные отверстия, установленный коаксиально с корпусом снаружи его с образованием между ними радиального зазора. Фильтрующий элемент состоит, по меньшей мере, из одного блока автономных сменных кольцевых фильтрующих втулок, снабженных торцевыми кольцевыми наконечниками, жестко с ними связанными, выполненными заподлицо с фильтрующей поверхностью, и последовательно установленными вдоль корпуса с плотным примыканием друг к другу кольцевыми торцами наконечников, выполненными с взаимносопряженным профилем. В качестве фильтрующего материала взят проволочный нетканый материал, или «металлорезина», или спрессованная металлическая путанка, или пористый проницаемый материал. По варианту исполнения пористая структура фильтрующего элемента выполнена с гидрофобным покрытием (по патенту RU120999, МПК Е21В 43/08, опубл. 10.10.12).
Недостатком известного фильтрующего модуля является то, что гидрофобное покрытие способно защитить только от солеотложения и не обладает олеофобными свойствами, что может привести к отложению асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО). В патенте не раскрыт тип покрытия. Не каждое покрытие имеет достаточные гидрофобные свойства для надежной защиты, например, скважинного оборудования. Кроме того, следует отметить, что в общем случае гидрофобные покрытия обладают низкой адгезией, поэтому их стойкость на поверхностях невелика.
Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в повышении надежности и ресурса работы фильтроэлемента за счет гидро-, олеофобного покрытия.
Указанный технический результат достигается тем, что фильтроэлемент для фильтрации жидкости, выполнен из металла и отличается тем, что на фильтроэлемент нанесено гидро-, олеофобное покрытие на основе фторорганических соединений.
Кроме того, покрытие может содержать связующее, например, кремнийорганическое.
3
2
5
2
3
2
5
3
6
Кроме того, покрытие может представлять собой фторсиланы состава — CF-(CF)-C(O)-HN-(CH)-Si(OCH); фторорганические соединения — сополимер 1,1 - дигидроперфторгептилакрилата, N-метилолметакриламида и метилсульфата N-триметиламмонийэтилметакрилата; фторполимер С.
Кроме того, фильтроэлемент может быть выполнен из проволочно-проницаемого  материала, сетки Джонсона, проволочной сетки.
Кроме того, фильтроэлемент может иметь металлический каркас, на который нанесено покрытие на основе фторорганических соединений.
Предлагаемое изобретение поясняется следующими чертежами, на которых изображены частные виды его реализации:
Фиг. 1 – фильтроэлемент с металлической пористой (проницаемой) фильтрующей структурой из проволочно-проницаемого  материала;
Фиг. 2 – фильтроэлемент с металлической пористой (проницаемой) фильтрующей структурой из сетки Джонсона.
Фиг. 3 – вариант фильтрующего модуля с фильтроэлементами;
Фиг. 4 – вариант фильтрующего модуля с фильтроэлементами;
Фиг. 5 – вариант фильтрующего модуля с фильтроэлементами;
Фиг. 6 – скважинная компоновка установки штангового глубинного насоса (УШГН) с фильтрующим модулем;
Фиг. 7 – скважинная компоновка установки электроцентробежного насоса (УЭЦН) с фильтрующим модулем и пакером;
Фиг. 8 – скважинная компоновка УЭЦН с фильтрующим модулем.
Фильтроэлемент с металлической пористой (проницаемой) фильтрующей структурой из проволочно-проницаемого материала (фиг. 1) состоит фильтрующего экрана 1, выполненного из проволочно-проницаемого материала внутреннего каркаса 2 и внешнего каркаса 3. На все составные элементы фильтроэлемента нанесено покрытие на основе фторорганических соединений.
Фильтроэлемент с металлической пористой (проницаемой) фильтрующей структурой из сетки Джонсона (фиг. 2) состоит каркаса в виде продольных опорных элементов 4, на поверхности которых намотана проволока 5 с образованием зазоров между витками. На все составные элементы фильтроэлемента нанесено покрытие на основе фторорганических соединений.
Использование изобретения не ограничивается вышеописанными конструкциями фильтроэлементов и может применяться в любых фильтроэлементах с металлической пористой (проницаемой) фильтрующей структурой.
Применение.
Один из возможных, но не единственный вариант использования описанных фильтроэлементов является их применение в составе скважинных фильтрующих модулей, где гидро-, олеофобные свойства покрытия нанесенного на фильтроэлементы позволяет предотвратить солеотложение и отложение асфальтосмолопарафинистых отложений (АСПО).
Первый вариант компоновки скважинного фильтрующего модуля представлен на фиг. 3. Фильтрующий модуль содержит перфорированный корпус 6 с резьбой 7 на концах, снаружи которого коаксиально установлены фильтроэлементы 8, закрепленные от осевого перемещения кольцами 9 и винтами 10.
Второй вариант компоновки скважинного фильтрующего модуля представлен на фиг. 4. Фильтрующий модуль содержит головку 11 и основание 12, соединенные корпусом 13, снаружи которого коаксиально установлены фильтроэлементы 8. Кольцевая полость 14 между корпусом 13 и фильтроэлементом 8 связана с выходной полостью 15 модуля посредством отверстий 16, 17 в головке 11 и основании 12 соответственно.
Третий вариант компоновки скважинного фильтрующего модуля представлен на фиг. 5. Фильтрующий модуль содержит головку 11 и основание 18, соединенные корпусом 13, снаружи которого коаксиально установлены фильтроэлементы 8. Кольцевая полость 14 между корпусом 13 и фильтроэлементом 8 связана с выходной полостью 15 модуля посредством отверстий 16 в головке 11. Внутри корпуса 13 на подшипниковых опорах 19 установлен вал 20.
Фильтрующий модуль по первому и второму варианту может применяться в составе УШГН (фиг. 6), в которую входят штанговый насос 21, установленный в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 22, колонна насосных штанг 23 и станок-качалка 24. Фильтрующий модуль 25 устанавливается в нижней части колонны НКТ 22, при этом нижний конец модуля заглушается пробкой 26.
Данная компоновка работает следующим образом. При использовании фильтрующего модуля по первому варианту пластовая жидкость проходит через фильтроэлементы 8 внутрь перфорированного корпуса 6 и далее поступает на вход штангового насоса 21. При использовании фильтрующего модуля по второму варианту пластовая жидкость проходит через фильтроэлементы 8, кольцевую 14 и выходную 15 полости и далее поступает на вход штангового насоса 21.
Также фильтрующий модуль по первому и второму варианту может применяться в составе УЭЦН (фиг. 7), в которую входят следующие основные узлы: погружной электродвигатель 27, гидрозащита 28, входной модуль 29, электроцентробежный насос 30. Установка подвешена на колонне НКТ 22. Питание электродвигателя 27 осуществляется по кабелю 31. Фильтрующий модуль 25 устанавливается на патрубке 32, который проходит через пакер 33. Нижний конец модуля 25 заглушается пробкой 26.
Данная компоновка работает следующим образом. При использовании фильтрующего модуля по первому варианту пластовая жидкость проходит через фильтроэлементы 8 внутрь перфорированного корпуса 6 и патрубка 32 и далее поступает пространство над пакером 33, а оттуда через входной модуль 29 поступает на вход электроцентробежного насоса 30. При использовании фильтрующего модуля по второму варианту пластовая жидкость проходит через фильтроэлементы 8, кольцевую 14 и выходную 15 и далее поступает пространство над пакером 33, а оттуда через входной модуль 29 поступает на вход электроцентробежного насоса 30.
Фильтрующий модуль по третьему варианту может применяться в составе УЭЦН (фиг. 8) вместо входного модуля. В этом случае установка содержит погружной электродвигатель 27, гидрозащиту 28, фильтрующий модуль 25, электроцентробежный насос 30. Установка подвешена на колонне НКТ 22. Питание электродвигателя 27 осуществляется по кабелю 31.
3
2
5
2
3
2
5
3
6
Для предотвращения солеотложения на фильтроэлементах, а также деталях фильтрующего модуля, контактирующих с пластовой жидкостью, на них наносят покрытие на основе фторорганических соединений, например,  фторсиланы состава — CF-(CF)-C(O)-HN-(CH)-Si(OCH); фторорганические соединения — сополимер 1,1-дигидроперфторгептилакрилата, N-метилолметакриламида и метилсульфата N-триметиламмонийэтилметакрилата; фторполимер С. Также  возможно использование и других покрытий на основе фторорганических соединений.
Так как соли являются водорастворимыми, то для оценки солеотложения (низкой адгезии поверхности к солям) можно использовать характеристику гидрофобности, чем выше гидрофобность, тем хуже соли закрепляются на поверхности изделия. Экспресс методом оценки низкой адгезии поверхности к солям является краевой угол смачивания, угол, который образуется между касательной, проведённой к поверхности фазы жидкость-газ и твёрдой поверхностью с вершиной, располагающейся в точке контакта трёх фаз. Гидрофобные покрытия должны обеспечивать краевой угол смачивания не менее 90°. Покрытие на основе фторорганических соединений позволяет получить краевой угол смачивания 118°, что говорит о его высоких гидрофобных свойствах, а, следовательно, низкой способности солей откладываться на поверхностях, на которые нанесено предложенное покрытие.
Также был отмечен тот факт, что обработанная поверхность была проверена на олеофобность, краевой угол смачивания в этом случае составил 84°, но смачивания поверхности маслом не происходило. В этом случае можно говорить о том, что покрытие может быть применимо и для предотвращения асфальтосмолопарафинистых отложений (АСПО).
Кроме того, покрытие согласно предложенному изобретению может быть использовано для сепарации нефтепродуктов из обводненной пластовой жидкости.
Еще одной областью применения предложенных фильтроэлементов с покрытием является использование их для очистки воды, например, в системах водоподготовки. Одной из проблем, которая возникает при использовании фильтров для очистки воды, является проблема биообрастания поверхности фильтроэлемента. Первоначально на поверхности фильтроэлемента закрепляются грибки и бактерии, которые, размножаясь, образуют тонкую пленку. Эта биопленка становится основой, на которой впоследствии закрепляются более крупные объекты – водоросли и моллюски. В результате фильтроэлемент забивается и нуждается в очистке или замене.
При использовании предложенного гидро-, олеофобного покрытия фильтроэлемента проблема биообрастания решается. Микроорганизмы не могут закрепиться на поверхности фильтроэлемента.
Технология нанесения покрытия содержит следующие этапы: подготовка поверхности делали, например, пескоструйной обработкой, нанесение покрытия окунанием, сушка и закрепление в печи. Сами по себе покрытия на основе фторорганических соединений обладают не очень хорошей адгезией к металлам, поэтому для устранения этого недостатка и обеспечения стойкости покрытия применяется связующее, например,  кремнийорганическое.
Таким образом, решения, используемые в изобретении, позволяют повысить надежность и ресурс фильтроэлемента за счет гидро-, олеофобного покрытия и тем самым способствуют достижению технического результата.