СКВАЖИННЫЙ РАСШИРЯЮЩИЙСЯ ФИЛЬТР

Излбретение относится к оборудованию для заканчивания скважин, а именно к скважинным расширяющимся фильтрам (СРФ), устанавливаемым в скважинах с открытым стволом для предотвращения выноса частиц породы с добываемым продуктом.
Известен СРФ, состоящий из перфорированного корпуса, пружины кручения и многослойного фильтрующего элемента из гофрированной сетки, выполненного с возможностью увеличения размера в радиальном направлении при раскрутке пружины (Пат. РФ №2244103, Е21В 43/08, 2005).
Недостатком данной конструкции СРФ является то, что из-за невысокой жесткости пружины кручения происходит неполное перекрытие стенки скважины гофрированной сеткой, в результате между ними остаются зазоры, которые заполняются выносимыми из призабойной зоны пласта частицами породы, способствуя его суффозии.
Известен СРФ, содержащий несущую трубу с множеством продольных прорезей, выполненную с возможностью расширения, и прямоугольные фильтровальные листы в форме ирисовой диаграммы, закрепленные на несущей трубе с перекрытием друг друга в осевом и окружном направлении (Пат. РФ №2197600, Е21В 43/08, 1998).
Недостаток известного СРФ заключается в возможности нарушения целостности фильтровальных листов при перемещении друг относительно друга в процессе расширения СРФ в скважине и ухудшении его фильтрационной способности.
Известен СРФ, включающий перфорированный корпус, цилиндрический кожух с вертикальными прорезями и фильтровальные лопасти криволинейной формы с закрепленным прямолинейным краем на корпусе и с выдвигающимся сквозь вертикальные прорези противоположным краем (Пат.РФ №2289680, Е21В 43/08, 2006).
Недостаток описанного СРФ состоит в ограниченной изгибной жесткости фильтровальных лопастей, вследствие чего возможно их отжатие пластовым давлением от стенки скважины и миграция частиц породы через открывающиеся зазоры.
Наиболее близким к заявляемому является СРФ, включающий опорную трубу с множеством перфораций, дренажную и фильтрующую оболочки из металлической сетки, проволоки основы и утка которых расположены под углом к продольной оси (Пат. US №6607032, Е21В 43/08, 2003).
Недостатком принятого за прототип СРФ является сложность монтирования в скважине из-за необходимости применения специальной технологической оснастки для расширения опорной трубы и расположенных снаружи нее дренажной и фильтрующей оболочек. Кроме того, при расширении СРФ, сопровождающемся деформацией металлической сетки за счет смещения и поворота проволок основы и утка друг относительно друга, возможно нарушение структурной однородности сетки и снижение ее способности к задержанию частиц.
Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции СРФ и технологии обустройства им скважины.
Указанный технический результат достигается тем, что в скважинном расширяющемся фильтре, содержащем опорную трубу с множеством перфораций и фильтрующую оболочку из проволоки, согласно изобретению, между опорной трубой и фильтрующей оболочкой размещена разбухающая эластомерная оболочка с множеством перфораций, каждая из которых является продолжением перфорации на опорной трубе.
Фильтрующая оболочка имеет в радиальном направлении пространственное строение.
Фильтрующая оболочка может быть изготовлена из спрессованной проволочной спирали, при этом толщина оболочки составляет не менее трех диаметров спирали. Кроме того, фильтрующая оболочка может быть выполнена из двух продольно гофрированных металлических сеток, размещенных вплотную друг к другу, причем периметр наружной сетки в поперечном сечении равен периметру необсаженного ствола скважины, в котором устанавливается СРФ.
Законцовки разбухающей эластомерной оболочки свободны от перфораций и фильтрующей оболочки и снабжены защитными кольцами, закрепленными на опорной трубе.
На фиг.1, 2 показан СРФ с фильтрующей оболочкой из спрессованной проволочной спирали до и после разбухания эластомерной оболочки, продольное сечение; на фиг.3, 4 - то же, но с фильтрующей оболочкой из двух продольно гофрированных металлических сеток, поперечное сечение; на фиг.5 - структура спрессованной проволочной спирали.
СРФ содержит опорную металлическую трубу 1 с множеством перфораций 2, эластомерную оболочку 3 с множеством перфораций 4, разбухающую при контакте со скважинной жидкостью, защитные кольца 6 на концах эластомерной оболочки, зафиксированные на опорной трубе 1, и фильтрующую оболочку из спрессованной проволочной спирали 5 (фиг.1, 2) или из двух продольно гофрированных металлических сеток 10 (фиг.3, 4). Перфорации 2 и 4 попарно сообщены друг с другом, и каждая пара сообщающихся перфораций снабжена общей заглушкой 7.
В фильтрующей оболочке 5 (фиг.5) между витками проволочной спирали 8 имеются сообщающиеся щелевидные поры 9 (Конструирование рабочих органов машин и оборудования из упругопористого материала МР: Уч. - спр. пособие. Ч.1 / Д.Е. Чегодаев, О.П. Мулюкин, Е.В. Колтыгин. - Самара: НПЦ «Авиатор», 1994. С.39-41).
Фильтрующая оболочка 10 состоит из внутренней дренажной сетки 11 с крупной ячейкой и наружной фильтрующей сетки 12 с мелкой ячейкой (фиг.3), причем периметр последней в поперечном сечении равен периметру скважины, обустраиваемой СРФ.
СРФ работает следующим образом.
СРФ спускается в продуктивный интервал необсаженной скважины с зазором 13 относительно стенки 14. Скважинная жидкость, содержащая углеводородные соединения и воду, проникает в щелевидные поры 9 фильтрующей оболочки 5 или в ячейки фильтрующей и дренажной сеток 12, 11 фильтрующей оболочки 10, вступает в контакт с эластомерной оболочкой 3, инициируя тем самым процесс ее разбухания. Поскольку разбухающая эластомерная оболочка 3 размещена на прочной металлической опорной трубе 1 и по концам ограничена защитными кольцами 6, то разбухание происходит в стесненных условиях и сопровождается увеличением только ее наружного диаметра. Заглушки 7 предотвращают смятие перфораций 4 в эластомерной оболочке 3 и их смещение относительно перфораций 2 в опорной трубе 1.
При разбухании эластомерная оболочка 3 оказывает изнутри давление на фильтрующую оболочку 5 или 10 и расширяет ее в радиальном направлении вплоть до устранения кольцевого зазора 13 и плотного прижатия к стенке необсаженной скважины 14 (фиг.3).
Расширение фильтрующей оболочки 5 происходит за счет равномерного смещения большого числа проволочных спиралей 8 относительно друг друга и раскрытия щелевидных пор 9 между ними. Благодаря пространственной структуре и упруго-эластичным свойствам спрессованной проволочной спирали эластомерная оболочка при разбухании проникает лишь в ограниченную внутреннюю область фильтрующей оболочки 5, тогда как ее основной объем, контактирующий с открытым стволом скважины, остается проницаемым и в дальнейшем участвует в фильтровании скважинной жидкости. Спрессованная проволочная спираль 8 может быть покрыта антифрикционным материалом для снижения усилия на расширение фильтрующей оболочки 5.
Расширение фильтрующей оболочки 10 происходит путем трансформации дренажной и фильтрующей продольно гофрированной металлической сетки 11, 12 в цилиндрические оболочки (фиг.4). Последние примыкают друг к другу и к стенке необсаженного ствола скважины благодаря выбранному соотношению между их периметрами поперечного сечения. Дренажная сетка 11 предотвращает вероятность закупоривания фильтрующей сетки 12 разбухающим эластомером, а также способствует в дальнейшем увеличению потока жидкости к перфорациям 4.
Законцовки разбухающей эластомерной оболочки 3, не занятые фильтрующей оболочкой 5 или 10, при разбухании герметизируют кольцевое пространство между опорной трубой 1 и стенкой скважины 14, выполняя функцию пакера. Фильтрующая оболочка 5 или 10 в сочетании с недеформирующейся в осевом направлении из-за защитных колец 6 разбухшей эластомерной оболочкой 3 способны противостоять возникающему при работе СРФ перепаду давления жидкости, а также обеспечить устойчивость и предотвратить разрушение пласта. По завершению процесса разбухания эластомерной оболочки 3 удаляют заглушки 7, обеспечивая тем самым сообщение фильтрующей оболочки 5 или 10 через перфорации 2 и 4 с полостью опорной трубы 1.
При включении электроцентробежного насоса (не показан) скважинная жидкость движется в радиальном направлении из продуктивного пласта 15 непосредственно к фильтрующей оболочке 5 или 10 и фильтруется сквозь щелевидные поры или ячейки соответственно. Отсутствие кольцевого зазора 13 вокруг фильтрующей оболочки 5 или 10 исключают вертикальную составляющую потока жидкости. Мигрирующие вместе с жидкостью частицы породы застревают между витками проволочной спирали 8 или проволоками фильтрующей сетки 12, а очищенная жидкость движется в радиальном направлении и через перфорации 4 эластомерной оболочки 3 и перфорации 2 попадает в опорную трубу 1. Жидкость поднимается вверх, покидает СРФ и оказывается, в конечном счете, на приеме электроцентробежного насоса, у которого при откачке очищенной жидкости уменьшается износ и увеличивается наработка.
Перекрытие предлагаемым СРФ продуктивного интервала необсаженной скважины максимально увеличивает область притока пластовой жидкости, благодаря чему уменьшается ее скорость и способность к транспортировке частиц породы в призабойную зону. Это сохраняет коллекторские свойства последней и производительность скважины в целом, а также удлиняет период между ее ремонтами.
Разбухающая в скважинной жидкости эластомерная оболочка заменяет в известных СРФ движущиеся части, с помощью которых осуществляется механическая активация фильтрующих оболочек. Применение заявляемого СРФ упрощает заканчивание скважины и сокращает время и расходы на его выполнение.