ЩЕЛЕВОЙ СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при эксплуатации нефтяных, газовых и водозаборных скважин для фильтрации добываемого продукта от механических примесей.
Известен фильтр скважинный по патенту РФ на изобретение №2514057. Устройство включает металлическую трубу с отверстиями, снабженную снизу заглушкой, а сверху муфтой, и размещенный внутри трубы соосно с ней цилиндрический фильтрующий элемент. Верхняя часть трубы с отверстиями, выполненная в виде отдельной секции, не имеющей внутри фильтрующего элемента, снаружи покрыта сеткой, а внутри содержит выполненную в виде рукава резиновую диафрагму, толщина которой уменьшена по вертикальной линии, параллельной оси металлической трубы и совпадающей с большой осью отверстий удлиненной формы, выполненных в верхней части металлической трубы. Фильтр выполнен в виде соединенных муфтами секций. Верхняя часть трубы с отверстиями соединена с одной стороны с насосом или хвостовиком муфтой, а с другой стороны с расположенной ниже секцией фильтра. Недостатком фильтра скважинного является расположение фильтрующего элемента внутри трубы, что уменьшает его проходное сечение.
Известен щелевой скважинный фильтр по патенту РФ на изобретение №2507384. Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при добыче газа и нефти. Устройство включает перфорированную несущую трубу и щелевой фильтрующий элемент, выполненный из проволоки, намотанной на продольные элементы по спирали. Поперечное сечение проволоки выполнено пятигранным. Одна из граней проволоки выполнена параллельно продольной оси фильтра и образует его наружную поверхность. Каждая боковая сторона выполнена с двумя гранями. Верхние грани 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. Недостатком щелевого скважинного фильтра является высокий профиль проволоки и незначительный зазор между трубой и фильтрующим элементом, что повышает гидравлическое сопротивление и снижает дебит скважины.
Известен скважинный фильтр по патенту РФ на изобретение №2499130. Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для фильтрации жидкости в нагнетательной скважине. Устройство содержит фильтрующие секции, каждая из которых включает фильтрующую рубашку, снабженную продольными стержнями с концевыми кольцами по торцам, жестко закрепленными на базовом элементе, выполненном в виде трубы с отверстиями. Фильтрующая рубашка выполнена из продольных стержней круглого сечения и ребер жесткости в виде колец. Продольные стержни жестко и соосно с зазором между собой закреплены на периферии ребер жесткости и концевых колец. Ребра жесткости установлены между концевыми кольцами исходя из длины каждой фильтрующей секции, причем каждая фильтрующая секция установлена на отдельном базовом элементе. В каждое отверстие в трубе жестко установлены металлические сетки, размеры ячеек которых увеличиваются снаружи внутрь трубы. Минимальный размер ячеек сетки больше зазора между продольными стержнями. Недостатком скважинного фильтра является сложность конструкции.
Известен скважинный фильтр по патенту РФ на изобретение №2439293. Изобретение относится к общему машиностроению и предназначено для защиты насосов от песка и других механических примесей в процессе эксплуатации скважин. Скважинный фильтр включает перфорированную трубу с муфтой, проволочную обмотку, ребра, расположенные по спирали, перфорированный защитный кожух и ловильную камеру. Ребра выполнены на внутренней поверхности защитного кожуха. Между кожухом и трубой в верхней и нижней частях установлены кольца. Причем нижнее кольцо выполнено с отверстиями, соединяющими пространство между трубой и защитным кожухом с ловильной камерой. Направление проволочной обмотки и рядов отверстий трубы противоположно направлению ребер и рядов отверстий на кожухе. Внутреннее пространство трубы отделено от ловильной камеры крышкой. Недостатком скважинного фильтра является сложность конструкции.
Известен универсальный скважинный фильтр по патенту РФ на изобретение №2364709. Изобретение относится к горной промышленности, а именно к нефтегазодобывающей, и может быть использовано при освоении нефтяных и газовых скважин. Универсальный скважинный фильтр содержит перфорированную трубу с ниппельной и муфтовой частями, концентрично которой установлен фильтрующий элемент. Фильтрующий элемент выполнен из колец, торцы которых соприкасаются. На одном или обоих торцах колец выполнена накатка. Накатка выполнена крестообразно или тангенциально. Недостатком универсального скважинного фильтра является низкая пропускная способность и высокое гидравлическое сопротивление.
Известен комбинированный скважинный фильтр по патенту РФ на изобретение №2359109. Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при добыче нефти и газа. Комбинированный скважинный фильтр включает несущий каркас, выполненный из перфорированной трубы и щелевого фильтрующего элемента, выполненного из проволоки, намотанной на продольные элементы по спирали. Под продольными элементами установлен сетчатый фильтрующий элемент в виде, по меньшей мере, одной фильтрующей сетки, закрепленной фиксирующей проволокой, намотанной по спирали. Между фильтрующей сеткой и перфорированной трубой установлен дренажный слой, выполненный из проволоки, намотанной по спирали. При этом навивка проволоки в дренажном слое отличается по направлению от навивки фиксирующей проволоки. Недостатком универсального скважинного фильтра является низкая пропускная способность и высокое гидравлическое сопротивление.
Известен скважинный фильтр по патенту РФ на изобретение №2334865. Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности. Скважинный фильтр включает трубу с выполненными на ее боковой поверхности спиральными рядами отверстий. В отверстия герметично установлены срезаемые пластмассовые пустотелые пробки. Концентрично трубе установлены, по меньшей мере, один слой опорно-дренажной сетки и три слоя фильтрующих сеток и наружный перфорированный защитный кожух. Фильтрующая сетка с мелкими ячейками установлена между двумя слоями фильтрующих сеток с крупными ячейками. Фильтр дополнительно содержит перекрывающую ленту, выполненную из нержавеющей стали. Ширина ленты равна удвоенному диаметру отверстий на трубе, толщина 0,1-1,0 мм. Лента располагается на трубе между наружным перфорированным защитным кожухом и фильтрующей сеткой с крупными ячейками над отверстиями по одной и той же спирали, что и отверстия на боковой поверхности трубы. Недостатком скважинного фильтра является сложность конструкции.
Известен скважинный фильтр с функцией очистки по патенту РФ на изобретение №2332560. Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при добыче газа и фильтрации воды от песка. Скважинный фильтр с функцией очистки выполнен в виде трубы с ниппельными резьбовыми участками, на одном из которых установлена соединительная муфта и с отверстиями на боковой поверхности трубы. Концентрично трубе установлен фильтрующий элемент. Фильтрующий элемент выполнен в виде двух электродов, изолированных друг от друга посредством сетки из неэлектропроводного материала. Электроды выполнены в виде металлической сетки и имеют возможность подключения к источнику электроэнергии. Источник энергии размещен на поверхности или выполнен автономным, например, в виде батареи элементов питания или электрогенератора и установлен внутри скважинного фильтра. Недостатком скважинного фильтра с функцией очистки является сложность конструкции.
Известен скважинный щелевой фильтр по патенту РФ на полезную модель №136851. Скважинный щелевой фильтр, содержит корпус в виде трубы из непроницаемого материала с щелевыми отверстиями, отличающийся тем, что щелевые отверстия в нем направлены вдоль образующей и их длина по меньшей мере в три раза больше ширины, а также тем, что по оси корпуса закреплен шток, на котором закреплены с возможностью вращения и перемещения вдоль штока крыльчатки, разделенные пружинами. Недостатком скважинного щелевого фильтра является низкая технологичность производства, связанная с высокой трудоемкостью выполнения щелевой перфорации.
2
2
Известен скважинный фильтр по патенту РФ на изобретение №2199652 (прототип). Изобретение относится к области добычи жидкого или газообразного продукта из скважин, а именно к фильтрам для фильтрации нефти, воды или газа для субгоризонтальных участков ствола. Техническим результатом является повышение эффективности работы скважины и обеспечение технологичности изготовления и надежности скважинного фильтра. Скважинный фильтр для субгоризонтального участка ствола, выполненный в виде щелевых отверстий, выполнен ниже пакера на колонне обсадных труб с пружинными центраторами на каждом муфтовом соединении, щелевые отверстия шириной 0,1-0,3 мм и длиной 100-150 мм выполнены плазменной резкой и расположены по дуге окружности рядами по длине трубы, равной 0,45-0,55 длины вскрытой продуктивной части. При этом щелевые отверстия могут быть расположены кольцевыми рядами по шесть щелевых отверстий в ряд со смещением рядов относительно друг друга на 30° при обеспечении площади сечения фильтровой части на единицу длины трубы, равной 900-1050 мм/м либо щелевые отверстия могут быть расположены рядами по 10-12 щелевых отверстий на погонный метр трубы при обеспечении суммарной площади их сечения 17000-19000 мм. Недостатком скважинного фильтра является низкая технологичность производства, связанная с высокой трудоемкостью выполнения щелевой перфорации в толстостенной трубе. Скорость реза плазмой при толщине трубы 8,6 мм составляет всего 720 мм в минуту, при этом в месте начала щели прожигается сквозное отверстие диаметром 4…5, которое в последствии нужно заварить. Плазменная резка не может обеспечить выполнение в трубе щелевой перфорации с необходимой точностью ±0,05 мм. Щель после плазменной резки сужается к внутренней поверхности трубы и образует клин, который будет быстро забиваться частицами породы и вызывать кольматацию фильтра. Перфорация трубы лазером обеспечивает необходимую точность и профиль щели, но ее производительность еще более низкая и составляет 50…60 мм в минуту, при толщине стенки трубы 5 мм. Обсадные и насосно-компрессорные трубы склонны к коррозии, что будет приводить к изменению ширины перфорационных щелей и менять степень фильтрации. Как показывает анализ, фильтрующие перфорационные щели целесообразно выполнять в листовом коррозионностойком материале, что повысит точность фильтрации и предотвратит изменение размеров щели от коррозии, а труба может быть отперфорирована крупными отверстиями или щелями для передачи отфильтрованного добываемого продукта внутрь трубы для подъема из скважины.
Задачей создания полезной модели является предотвращение изменения степени фильтрации во времени, снижение времени и повышение технологичности производства щелевого скважинного фильтра.
Решение указанных задач достигнуто за счет того, что щелевой скважинный фильтр содержит перфорированную трубу, на верхнем и нижнем торце которой нарезаны ниппельные резьбы, на одной из них установлена муфта для соединения между собой и с колонной обсадных труб, а на перфорированной трубе установлен один или несколько фильтрующих элементов, закрепленных стопорными кольцами, функции фильтрующего элемента выполняет кожух, в котором выполнены фильтрующие щели, ширина которых определяет степень фильтрации, а между перфорированной трубой и кожухом установлены опорные кольца, причем наружный диаметр опорных колец равен разности внутреннего диаметра стопорного кольца и двух толщин кожуха, а внутренний диаметр опорных колец равен наружному диаметру трубы. Кожух выполнен из коррозионностойкой стали. Кожух выполнен с шириной щелей 0,1…1,0 мм. Перфорационные отверстия в трубе выполнены круглой формы. Перфорационные отверстия в трубе выполнены прямоугольной формы. Суммарная площадь перфорационных отверстий в трубе больше суммарной площади фильтрующих щелей в кожухе. Кожух может быть выполнен из полосы, намотанной по спирали. Кожух может быть выполнен из согнутого листа с продольным сварным швом. Края прямоугольных, перфорационных отверстий в трубе скруглены. Круглые перфорационные отверстия в трубе могут быть закрыты пустотелыми пробками.
Предложенное техническое решение обладает новизной и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями полезной модели. Новизна технического решения подтверждается проведенными патентными исследованиями. Промышленная применимость обусловлена тем, что при изготовлении щелевого скважинного фильтра применяются известные технологии.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1…5, где:
на фиг. 1 показан продольный разрез щелевого скважинного фильтра, кожух которого намотан по спирали с перфорационными отверстиями в трубе круглой формы,
на фиг. 2 показан продольный разрез щелевого скважинного фильтра, кожух которого выполнен из согнутого листа с продольным сварным швом и перфорационными отверстиями в трубе прямоугольной формы,
на фиг. 3 показан выносной вид «А» фильтрующего элемента с открытыми перфорационными отверстиями в трубе,
на фиг. 4 показан выносной вид «А» фильтрующего элемента с перфорационными отверстиями в трубе закрытыми пустотелыми пробками,
на фиг. 5 показана фильтрующая щель кожуха фильтра, выносной вид «Б».
1
2
3
Щелевой скважинный фильтр состоит из перфорированной трубы 1, на верхнем 2 и нижнем 3 торце которой нарезаны ниппельные резьбы, на одной из них установлена муфта 4 для соединения между собой и с колонной обсадных труб, а на перфорированной трубе 1 установлен один или несколько фильтрующих элементов 5, закрепленных стопорными кольцами 6, функции фильтрующего элемента выполняет кожух 7, в котором выполнены фильтрующие щели 8, ширина «В» которых определяет степень фильтрации, а между перфорированной трубой 1 и кожухом 7 установлены опорные кольца 9, причем наружный диаметр «D» опорных колец 9 равен разности внутреннего диаметра «D» стопорного кольца 6 и двух толщин «S» кожуха 7, а внутренний диаметр «D» опорных колец равен наружному диаметру трубы «D». Кожух 7 выполнен из коррозионно-стойкой стали, например 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72. Кожух 7 выполнен с шириной щелей 0,1…1,0 мм. Перфорационные отверстия 10 в трубе 1 могут быть выполнены круглой формы. Перфорационные отверстия 10 в трубе 1 могут быть выполнены прямоугольной формы. Суммарная площадь перфорационных отверстий 10 в трубе 1 больше суммарной площади фильтрующих щелей 8 в кожухе 7. Кожух 7 может быть выполнен из полосы 11, намотанной по спирали. Кожух 7 может быть выполнен из согнутого листа 12 с продольным сварным швом 13. Края прямоугольных, перфорационных отверстий 10 в трубе 1 могут быть скруглены с радиусом «R». Круглые перфорационные отверстия 10 в трубе 1 могут быть закрыты пустотелыми пробками 14.
Щелевой скважинный фильтр работает следующим образом. Фильтр с помощью ниппельной резьбы и муфты соединяется с колонной фильтров и обсадными трубами, на которых скважинный фильтр спускается в интервал установки. При наличии в перфорационных отверстиях трубы пробок 14 выполняется промывка забоя, после чего выступающие внутрь трубы пустотелые пробки срезаются фрезером. Добываемый продукт проходит через фильтрующие щели 8 кожуха 7, ширина «В» которых определяет степень фильтрации. Частицы породы, размер которых больше размера «В» задерживаются перед кожухом 7. Очищенный от механических примесей добываемый продукт проходит через кольцевой зазор, образованный кожухом 7 и перфорированной трубой 1 к перфорационным отверстиям 10 или к отверстиям в срезанных пробках 14 внутрь трубы 1, откуда он поднимается на устье скважины. Опорные кольца 9 установленные между наружной поверхностью перфорированной трубы 1 и внутренним диаметром кожуха 7 с фильтрующими щелями 8 обеспечивают центровку кожуха 7 относительно перфорированной трубы 1 и предохраняют кожух 7 от смятия в горизонтальных скважинах. Выполнение фильтрующих щелей 8 в кожухе 7 из коррозионно-стойкой стали, толщина которого в 10…12 раз меньше толщины трубы и составляет 0,5…0,8 мм, позволяет снизить время производства, повысить точность изготовления фильтрующих щелей 8 и предотвратить изменение степени фильтрации во времени, вызванное коррозией металла трубы.
Применение полезной модели позволило:
1. Обеспечить фильтрацию добываемого продукта от механических примесей.
2. Повысить точность фильтрации.
3. Снизить кольматацию фильтра.
4. Повысить ресурс работы щелевого скважинного фильтра.
5. Повысить технологичность изготовления и снизить время производства.
6. Предотвратить изменение степени фильтрации во времени.
7. Повысить качество очистки жидкостей и газов, поступающих на фильтрацию.