ЩЕЛЕВОЙ СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР
SLOTTED BOREHOLE 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. 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 абразивный износ фильтрующего элемента.
Известен скважинный фильтр по патенту РФ на изобретение №2402675, МПК Е21В 43/08, опубл. 27.10.2010 г., прототип.
Этот щелевой скважинный фильтр содержит перфорированную несущую трубу и, по меньшей мере, один щелевой фильтрующий элемент, выполненный из проволоки, намотанной на продольные элементы по спирали, внутри несущей трубы с кольцевым зазором установлен кожух, внутри которого с кольцевым зазором установлено устройство для закрутки добываемого продукта.
Недостатком является низкая прочность проволоки фильтрующего элемента, что приводит к изменению зазоров при спуске скважинного фильтра и быстрому абразивному износу «самого узкого места» фильтрующего элемента.
Задачами создания изобретения являются:
- повышение устойчивости фильтра к абразивному износу,
- обеспечение необходимого уровня фильтрации в течение длительного времени и увеличение дебита добываемого продукта,
- увеличение жесткости и прочности фильтра.
Решение указанных задач достигнуто в щелевом скважинном фильтре, включающем перфорированную несущую трубу и, по меньшей мере, один щелевой фильтрующий элемент, выполненный из проволоки, намотанной на продольные элементы по спирали, отличающийся тем, что внутри несущей трубы с кольцевым зазором установлен кожух, внутри которого с кольцевым зазором установлено устройство для закрутки добываемого продукта, при этом щелевые фильтрующие элементы присоединены к несущей трубе приваркой одного ограничительного кольца.
Перфорация в несущей трубе может быть выполнена отверстиями. Отверстия перфорации в несущей трубе могут быть закрыты срезаемыми пробками.
Срезаемые пробки могут быть выполнены из алюминия.
Срезаемые пробки могут быть выполнены из пластмассы. Срезаемые пробки могут быть установлены по резьбе. Срезаемые пробки могут быть установлены на клею.
Перфорация в несущей трубе может быть выполнена щелями вдоль трубы. Перфорация в несущей трубе может быть выполнена щелями поперек трубы. Перфорация в несущей трубе может быть выполнена щелями под наклоном к продольной оси. В начале и в конце щелевого фильтрующего элемента могут быть установлены ограничительные кольца.
На перфорированной несущей трубе может быть установлено не менее двух щелевых фильтрующих элементов, каждый из которых закреплен ограничительными кольцами.
Щелевые фильтрующие элементы могут быть установлены без осевого зазора между ограничительными кольцами соседних щелевых фильтрующих элементов.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-24, где:
на фиг. 1 приведен скважинный фильтр,
на фиг 2 приведен вид А,
на фиг. 3 приведен вид А с устройством закрутки,
на фиг. 4 приведены направляющие лопатки,
на фиг. 5 приведен вид А с наклонными отверстиями,
на фиг. 6 приведен разрез В-В без срезаемых пробок,
на фиг. 7 приведен скважинный фильтр со срезаемыми пробками, разрез В-В,
на фиг. 8 приведен скважинный фильтр с несколькими фильтрующими элементами, установленными с осевым зазором между ними,
на фиг. 9 приведен скважинный фильтр с несколькими фильтрующими элементами, установленными без осевого зазора между ними,
на фиг. 10 приведен разрез С-С, первый вариант,
на фиг. 11 приведен разрез С-С, второй вариант, без приварки нижнего ограничительного кольца,
на фиг. 12 приведено дистанционное кольцо,
на фиг. 13 приведен вид D,
на фиг. 14 приведен процесс приварки продольных элементов,
на фиг. 15 - начало сборки фильтра,
на фиг. 16 - установка второго фильтрующего элемента,
на фиг. 17 - установка центратора,
на фиг. 18 - работа скважинного фильтра,
Щелевой скважинный фильтр (фиг. 1-18) включает перфорированную несущую трубу 1, с одной стороны которой выполнена муфта 2, а с другой - ниппель 3 для установки в состав колонны бурильных труб.
На наружной поверхности перфорированной несущей трубы 1 (фиг. 1) концентрично ей расположен щелевой фильтрующий элемент 4, с обеих сторон которого выполнены ограничительные кольца 5.
Фильтрующий элемент 4 выполнен из проволоки 6, намотанной на продольные элементы 7 по спирали, причем поперечное сечение проволоки 6, намотанной по спирали, выполнено преимущественно треугольного поперечного сечения.
Перфорация в перфорированной несущей трубе 1 может быть выполнена отверстиями 8. Перфорация может быть выполнена щелями (на фиг. 1-18 не показано).
Внутри несущей трубы 1 размещен кольцевой кожух 9 с кольцевым зазором 10 между ним и перфорировано несущей трубой 1. Внутри кольцевого кожуха 9 установлено устройство для закрутки добываемого продукта 11, которое установлено с кольцевым зазором 12 между ним и кольцевым кожухом 9 (фиг. 1 и 3).
Устройство для закрутки добываемого продукта 11 (фиг. 3) содержит корпус 13, аппарат закрутки 14, содержащий закручивающие лопатки 15 (фиг. 4).
Отверстия 8 могут быть выполнены под острым углом α к оси фильтра OO (фиг. 5) для уменьшения гидравлических потерь при добыче нефти или газа.
Отверстия 8 могут быть не закрыты (фиг. 7) или временно закрыты срезаемыми пробками 16 (фиг. 8) для опрессовки и промывки.
Материал пробок 13, или алюминий, или пластмасса.
Пробки 16 устанавливают в отверстиях 8 на резьбе или на клее.
Щелевой скважинный фильтр может иметь несколько фильтрующих элементов 4 (фиг. 8 и 9), при этом они ограничены с обеих сторон ограничительными кольцами 5 при помощи сварки. На фиг. 8 приведен скважинный фильтр с несколькими фильтрующими элементами, установленными с осевым зазором между ними.
На фиг. 9 приведен скважинный фильтр с несколькими фильтрующими элементами, установленными без осевого зазора между ними.
Продольные элементы 7 крепятся к ограничительным кольцам 4 сварочным швом 17, двух ограничительных колец 5 к перфорированной опорной трубе 1 - сварочным швом 18, а проволока 6 к продольным элементам 7 - контактной сваркой сварочным швом 19 (фиг. 10). Возможен вариант (фиг. 11), когда приварка к перфорированной опорной трубе 1 осуществлена только одного ограничительно кольца 5 фильтрующего элемента 4. Это позволит при колебаниях температуры и давления осуществлять продольные перемещения фильтрующих элементов 4 и их самоочистку.
Отверстия 8 могут быть выполнены на перфорированной несущей трубе 1 несколькими способами. Часть опорной перфорированной трубы не имеет перфорацию.
На фиг. 12 и 13 приведено дистанционное кольцо 5, которое содержит канавку 19 и прорези 20, в которые укладываются продольные элементы 7, и сваривают сварочным швом 17 (фиг. 14).
Процесс сборки фильтра приведен на фиг. 15…17.
На фиг. 15 показано начало сборки фильтра, на фиг. 16 - установка второго фильтрующего элемента, на фиг. 17 - установка центратора 21 при помощи винта 22.
На фиг. 18 приведен процесс очистки фильтрующими элементами 4 и устройством для закрутки добываемого продукта 9.
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 13, установленных в отверстиях 11 перфорированной несущей трубы 1, выполняется промывка забоя. После промывки пробки срезаются и добываемый продукт, через фильтрующий элемент 4, начинает поступать внутрь перфорированной несущей трубы 1. Газ или нефть проходят через фильтрующий зазор δ фильтрующего элемента 4. Механические частицы больше фильтрующего зазора δ остаются снаружи перфорированной несущей трубы 1, а более мелкие или равные проходят внутрь нее и с газом или с нефтью поднимаются на поверхность. При этом абразивные частицы, проходящие через фильтрующий зазор δ, закручиваются вместе с добываемым продуктом устройством для закрутки добываемого продукта 9 и отбрасываются на кольцевой кожух 11 и падают через кольцевой зазор 12 вниз в отстойник 23. Наличие кольцевого зазора 10 позволяет части отверстий 8, находящихся против кольцевого кожуха, участвовать в процессе фильтрации и существенно увеличит дебит добываемого продукта (нефти, газа).
Применение изобретения позволило:
1. Повысить надежность и долговечность скважинного фильтра за счет двойной очистки.
2. Обеспечить в течение длительного времени необходимый уровень фильтрации 3. Обеспечить фильтрацию газа и нефти от механических примесей.
3. Увеличить дебит скважинного фильтра за счет установки кольцевого кожуха с зазором между ним и перфорированной опорной трубой.