ЩЕЛЕВОЙ СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР
BOREHOLE APERTURE FILTER

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при добыче газа и нефти.
Известен щелевой фильтр по патенту РФ на изобретение №2445146. Изобретение относится к устройствам фильтрования жидких сред и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где требуется эффективная очистка маловязких жидких сред, например воды, керосина, бензина, ацетона, дизельного топлива и других, от механических примесей. Щелевой фильтр содержит трубу, фильтровальный участок которой имеет перфорацию в виде отверстий, фильтрующий элемент в виде навитой по спирали проволоки, пружину. Фильтрующий элемент установлен концентрично трубе между неподвижно закрепленным нижним опорным элементом в виде стакана и подвижным двусторонним упором в кольцевых зазорах между наружным диаметром трубы и внутренними диаметрами нижнего опорного элемента и подвижного двустороннего упора, с опорой на кольцевую площадку-каждого. Между подвижным двусторонним упором и верхним подвижным упором в кольцевые зазоры между наружным диаметром трубы и внутренними диаметрами упоров с опорой на кольцевую площадку каждого установлена пружина, первоначальное усилие которой превышает упругую деформацию пружины фильтрующего элемента, что обеспечивает плотное прилегание витков проволоки фильтрующего элемента. Недостатком щелевого фильтра является отсутствие нормированного фильтрующего зазора.
Известен щелевой скважинный фильтр по патенту РФ на полезную модель №68585. Фильтр включает несущий каркас, выполненный из перфорированной трубы, и щелевого фильтрующего элемента выполненного из проволоки, намотанной на продольные элементы по спирали, отличающийся тем, что под продольными элементами установлен сетчатый фильтрующий элемент в виде, по меньшей мере, одной фильтрующей сетки. Сетки закреплены фиксирующей проволокой, намотанной по спирали. Между фильтрующей сеткой и перфорированной трубой выполнен дренажный слой. Дренажный слой выполнен из проволоки, намотанной по спирали. Навивка проволоки в дренажном слое отличается по направлению от навивки фиксирующей проволоки. Дренажный слой выполнен из сетки. Диаметр проволоки дренажного слоя выполнен меньше, чем высота поперечного сечения проволоки щелевого фильтрующего элемента. Диаметр проволоки фильтрующей сетки выполнен меньше, чем диаметр проволоки дренажного слоя. Дренажный слой зафиксирован направляющими кольцами. Фильтрующие сетки, и фиксирующая проволока закреплены направляющими кольцами. Направляющие кольца выполнены из полосы стального листа. В начале и в конце щелевого фильтрующего элемента установлены ограничительные кольца. Недостатком фильтра является низкая надежность и быстрый износ фильтрующего элемента.
Известен скважинный фильтр по патенту РФ на полезную модель №70300. Фильтр содержит перфорированную трубу, на которой установлен щелевой фильтрующий элемент, содержащий, в свою очередь, продольные опорные элементы, на внешней поверхности которых намотана проволока с образованием зазоров между витками, отличающийся тем, что концентрично щелевому фильтрующему элементу установлен внешний щелевой фильтрующий элемент, имеющий аналогичную конструкцию, а зазор между ними заполнен фильтрующим наполнителем. Между щелевыми фильтрующими элементами установлены дистанционные кольца. Зазор между витками внешнего щелевого элемента не менее чем зазор между витками внутреннего щелевого элемента. Внешний щелевой элемент выполнен из проволоки большего поперечного сечения, чем внутренний щелевой элемент. Внешний щелевой элемент выполнен из проволоки большего поперечного сечения, чем внутренний щелевой элемент. Размер частиц гравийной набивки превышает зазор между витками фильтрующего элемента в 1, 2…10 раз. Фильтрующий наполнитель выполнен из шариков. Шарики выполнены из нержавеющей стали. Шарики выполнены из стекла. Шарики выполнены из полимерного материала. Фильтрующий наполнитель выполнен из песка. Недостатком фильтра является низкая надежность и быстрый износ фильтрующего элемента.
Известен щелевой фильтр с проволочным фильтрующим элементом по патенту РФ на изобретение №2378494 Изобретение относится к горной промышленности, а именно к нефтегазодобывающей, и может быть использовано при освоении нефтяных и газовых скважин. Щелевой фильтр с проволочным фильтрующим элементом содержит перфорированную трубу с ниппельной и муфтовой частями, концентрично которой выполнен фильтрующий элемент из намотанной по спирали проволоки, соединенной с проволочными продольными стрингерами. При этом проволока в спирали уложена виток к витку, как минимум, на одной из соприкасающихся сторон проволоки выполнена обеспечивающая фильтрующий зазор тангенциальная или пересекающаяся насечка. Техническим результатом является упрощение технологии изготовления и уменьшение кольматации фильтра при добыче нефти или газа. Недостатком фильтра является высокое гидравлическое сопротивление и низкая пропускная способность.
Известен щелевой скважинный фильтр по патенту РФ на полезную модель №71694 (прототип). Фильтр содержит перфорированную трубу, на которой установлены продольные опорные элементы, на внешней поверхности которых намотана проволока с образованием зазоров между витками, отличающийся 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 износ фильтрующего элемента.
Задачами создания изобретения являются: повышение устойчивости фильтра к абразивному износу, а также обеспечение необходимого уровня фильтрации в течении длительного времени.
Решение указанных задач достигнуто за счет того, что щелевой скважинный фильтр, включающий перфорированную несущую трубу и щелевой фильтрующий элемент, выполненный из проволоки, намотанной на продольные элементы по спирали, причем поперечное сечение проволоки намотанной по спирали выполнено пяти граненным, 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. Верхние грани выполнены перпендикулярно к продольной оси фильтра и параллельно верхним граням соседних витков. Угол наклона от поперечной оси верхних граней меньше чем нижних. Угол соединяющий нижние грани скруглен. Перфорация в несущей трубе выполнена отверстиями. Отверстия перфорации в несущей трубе закрыты срезаемыми пробками. Перфорация в несущей трубе выполнена щелями вдоль трубы. Перфорация в несущей трубе выполнена щелями поперек трубы. Перфорация в несущей трубе выполнена щелями под наклоном к продольной оси. В начале и в конце щелевого фильтрующего элемента установлены ограничительные кольца. На перфорированной трубе установлено два фильтрующих элемента, каждый из которых закреплен ограничительными кольцами.
Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, т.е всеми критериями изобретения. Новизна технического решения и изобретательский уровень подтверждается проведенными патентными исследованиями. Промышленная применимость обусловлена тем, что при изготовлении щелевого скважинного фильтра применяются недефицитные материалы и известные технологии.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1…11, где:
на фиг.1 приведено поперечное сечение проволоки намотанной по спирали,
на фиг.2 приведен поперечный разрез щелевого фильтрующего элемента,
на фиг.3 приведен продольный разрез щелевого фильтрующего элемента,
на фиг.4 показан вид А,
на фиг.5 показана перфорация в несущей трубе выполненная отверстиями,
на фиг.6 показана перфорация в несущей трубе выполненная щелями вдоль трубы,
на фиг.7 показана перфорация в несущей трубе выполненная щелями поперек трубы,
на фиг.8 показана перфорация в несущей трубе выполненная щелями под наклоном к продольной оси,
на фиг.9 показан разрез Б-Б с перфорацией в несущей трубе выполненной отверстиями, на фиг.10 показан разрез Б-Б с отверстиями перфорации закрытыми срезаемыми пробками.
на фиг.11 приведен фильтр с двумя фильтрующими элементами, закрепленными на одной перфорированной трубе.
1
2
Щелевой скважинный фильтр, включающий перфорированную несущую трубу 1 и щелевой фильтрующий элемент 2, выполненный из проволоки 3. намотанной на продольные элементы 4 по спирали, причем поперечное сечение проволоки 3. намотанной по спирали, выполнено пяти граненным, одна из граней проволоки 5 шириной h выполнена параллельно продольной оси фильтра и образует его наружную поверхность, а каждая боковая сторона выполнена с двумя гранями, верхние грани 6 образуют фильтрующий зазор δ, а нижние грани 7 сходятся образуя острый угол γ. Верхние грани 6 могут быть выполнены перпендикулярно продольной оси фильтра и параллельно верхним граням 6 соседних витков. Угол наклона β от поперечной оси верхних граней 6 меньше чем β нижних граней 7. Угол γ соединяющий нижние грани 7 может быть скруглен. Перфорация в несущей трубе 1 может быть выполнена отверстиями 8. Отверстия перфорации в несущей трубе 1 могут быть закрыты срезаемыми пробками 9. Перфорация в несущей трубе 1 может быть выполнена щелями 10 вдоль трубы. Перфорация в несущей трубе 1 может быть выполнена щелями поперек трубы 11. Перфорация в несущей трубе 1 может быть выполнена щелями 12 под наклоном к продольной оси. В начале и в конце щелевого фильтрующего элемента 2 установлены ограничительные кольца 13. На перфорированной несущей трубе 1 может быть установлено два фильтрующих элемента 2, каждый из которых закреплен ограничительными кольцами 13.
1
1
Щелевой скважинный фильтр работает следующим образом. Отдельные скважинные фильтры собирают в колонну на обсадных трубах или в составе подвески хвостовика, спускают в продуктивный горизонт. При наличии срезаемых пробок 9 установленных в перфорационных отверстиях 8 трубы 1, выполняется промывка забоя. После промывки пробки срезаются и добываемый продукт, через фильтрующий элемент 2, начинает поступать внутрь трубы. Газ или нефть проходят через фильтрующий зазор δ фильтрующего элемента 2. механические частицы больше фильтрующего зазора δ остаются снаружи трубы, а более мелкие или равные проходят внутрь трубы и с газом или с нефтью поднимаются на поверхность. При этом абразивные частицы, проходящие через фильтрующий зазор, истирают боковые стороны профиля проволоки, использованной для намотки фильтрующего элемента, увеличивают фильтрующий зазор и изменяют степень фильтрации. Наиболее интенсивно изнашиваются верхние углы проволоки с треугольным профилем, поэтому для снижения абразивного износа каждая боковая сторона профиля выполнена с двумя гранями 6 и 7. Причем, при уменьшении угла β верхней грани 6, увеличивается площадь с которой взаимодействуют абразивные частицы породы и увеличивается время, в течении которого уровень фильтрации остается неизменным. Наилучший результат по устойчивости к абразивному износу и долговечности фильтра, может быть получен в случае когда угол β=0, при этом верхние грани 6 выполнены перпендикулярно продольной оси фильтра и параллельно верхним граням 6 соседних витков.
Применение изобретения позволило:
1. Повысить надежность и долговечность фильтра.
2. Обеспечить в течении длительного времени необходимый уровень фильтрации.
3. Обеспечить фильтрацию газа и нефти от механических примесей.
4. Повысить устойчивость фильтрующего элемента к абразивному износу.