Фильтр вставного штангового насоса

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к скважинным фильтрам для фильтрации продукции нефтяных скважин, и предназначена для защиты вставного скважинного штангового насоса от попадания в него механических примесей в зависимости от производительности (типоразмера) насоса.
Известен фильтр скважинный регулируемый самоочищающийся (патент на ПМ RU № 92692, МПК Е21В 43/08, опубл. 27.03.2010 Бюл. № 9), содержащий корпус с отверстиями для прохода жидкости, в котором установлен фильтрующий элемент, выполненный в виде пружины, размещенной между опорно-регулирующими элементами, отличающийся тем, что пружина выполнена с неравномерными зазорами между витками, при этом наибольший межвитковый зазор выполнен меньшим, чем минимальный размер частиц механических примесей, присутствующих в скважинной жидкости, способных повредить рабочие органы при прохождении через насос.
Известное устройство обладает рядом недостатков, среди которых сложность конструкции, связанная с необходимостью применения настраиваемой пружины, а также сложность подготовки устройства к работе, связанная со сложностью настройки межвитковых зазоров при соблюдении условия, что наибольший размер зазора между витками пружины не должен превышать размер частиц примесей, которые при прохождении через насос способны нанести повреждения рабочим органам.
Известен самоочищающийся фильтр для предотвращения засорения насосов (патент на ПМ RU № 74956, МПК Е21В 43/08, опубл. 20.07.2008 Бюл. № 9), установленный на колонне НКТ и включающий в себя муфту, переводник для соединения с плунжером, несущим в своей полости нагнетательный клапан, и цилиндр, соединенный с фильтром, отличающийся тем, что фильтр представляет собой сборную конструкцию, оборудован принудительным клапаном, находящимся внутри, снабжен входными отверстиями с защищающей их сеткой и выполнен с возможностью возникновения вакуума на приеме насоса, вызывающего гидравлический удар для самоочищения сетки.
Недостатком данного технического решения является сложность конструкции, связанная с необходимостью применения нескольких клапанов, от которых зависит работоспособность устройства, а также недостаточная надежность, связанная с принципом работы устройства, основанным на гидравлическом ударе, воздействие которого помогает очистить сетку от загрязнений, но негативно сказывается на внутренних стенках сборной конструкции, создает дополнительную нагрузку на узлы их крепления и расположенные внутри клапаны.
Наиболее близким по технической сущности является составной фильтр вставного скважинного штангового насоса (патент RU № 199272, МПК E21B 43/08, опубл. 25.08.2020), включающий перфорированную трубу с круглыми отверстиями, заглушенную с нижнего конца, отличающийся тем, что перфорированная труба выполнена как минимум из двух секций перфорированных труб, имеющих внутренние резьбовые соединения с обоих концов, жестко и герметично соединенных друг с другом промежуточным переводником, выполненным с внутренним проходным сечением и наружной резьбой с обоих концов, количество секций перфорированных труб подобрано в соответствии с условием четырехкратного превышения суммарной площади фильтрационных отверстий над площадью сечения плунжера штангового насоса, самая нижняя секция в нижней части герметично соединена с заглушкой, имеющей наружную резьбу, а самая верхняя секция в верхней части герметично соединена с насосом через переводник, причем заглушка снизу выполнена под конус, сужающийся сверху вниз, на наружной поверхности заглушки выполнены четыре центратора в виде прямоугольных призм шириной не менее 3 мм, расположенных под углом 90°, с наружным диаметром центратора меньше проходного сечения замковой опоры на 2 мм.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции за счет необходимости использования нескольких секций с применением дополнительных промежуточных проводников на резьбовых соединениях, недостаточный ресурс межремонтного периода работы фильтра из-за отсутствия возможности самоочистки, а центраторы в виде прямоугольных призм шириной не менее 3 мм, расположенных под углом 90° осложняют спуск насоса в скважину за счет высокой вероятности зацепа об конструктивные выступы скважинной установки.
Технической задачей предлагаемого технического решения является создание простой надежной конструкции для защиты вставного штангового скважинного насоса от механических примесей, увеличение ресурса межремонтного периода работы фильтра за счет самоочистки и обеспечение беспрепятственной проводки насоса через конструктивные выступы скважинной установки.
Техническая задача реализуется фильтром вставного штангового насоса, включающего перфорированную трубу с отверстиями, снабженную креплением к насосу в верхней части и заглушкой снизу.
Новым является то, что заглушка выполнена в виде конуса, сужающегося сверху вниз, причем труба ниже перфорации но выше заглушки оснащена патрубком – сборником, внутренняя полость перфорированной трубы снабжена жестко закрепленными направляющими с верхними и нижними соответствующими ограничителями, между которыми с возможностью продольного перемещения в интервале перфорации трубы по направляющим вставлена как минимум одна поперечина с кольцевой обечайкой снаружи, оснащенной по наружному периметру как минимум одной кольцевой лопаткой и/или щеткой, взаимодействующей с внутренней поверхностью трубы с возможностью очистки при перемещении вдоль нее, при этом минимум одна поперечина снабжена поплавком, обеспечивающим всплытие обечайки в скважинной жидкости.
Также новым является то, что нижний ограничитель изготовлен с возможностью генерирования механических вибраций при взаимодействии с элементами обечайки.
Также новым является то, что как минимум одна поперечина и/или обечайка снабжена утяжелителями, имеющие симметричное относительно центра расположение для обеспечения необходимой суммарной плавучести поплавка для перемещения обечайки вдоль трубы.
На фиг. 1 изображен общий вид фильтра вставного штангового насоса – вид спереди.
На фиг. 2 изображен общий вид фильтра вставного штангового насоса – вид сверху.
На фиг. 3 изображен фильтр вставного штангового насоса без жидкости – вид спереди в разрезе.
На фиг. 4 изображен фильтр вставного штангового насоса при наполнении жидкости – вид спереди в разрезе.
Фильтр вставного штангового насоса 1 (фиг. 1-4) включает перфорированную трубу 2 с отверстиями 3, снабженную креплением к насосу 4 в верхней части 5 и заглушку 6 снизу 7. Перфорированная труба 2 может быть выполнена из любого известного материала, обеспечивающего необходимую надежность, например, различные марки стали, например, марки 25, 30, 35 и т.д. Крепление к насосу 4 может быть выполнено любым известным способом, например, резьбовым, разъемным и т.д. Заглушка 6 выполнена в виде конуса, сужающегося сверху вниз для исключения зацепа насоса (не показано) об различные конструктивные выступы (не показано). Заглушка 6 жестко зафиксирована снизу любым известным способом, например, прикручена, приварена, приклеена и т.д. Патрубок-сборник 8 расположен выше заглушки 6, выполняет функцию накопления отложений (не показано), скопившихся на внутренней поверхности перфорированной трубы 2, и может быть выполнен материалом, аналогичным перфорированной трубе 2 и крепиться к ней любым известным способом, например, прикручен, приварен и т.д. или вообще являться ее цельным продолжением. Внутренняя полость перфорированной трубы 2 снабжена жестко закрепленными направляющими 9 с верхними 10 и нижним 11 соответствующими ограничителями (фиг. 3, 4), между которыми с возможностью продольного перемещения в интервале перфорации трубы 2 по направляющим 9 вставлена как минимум одна поперечина 12 с кольцевой обечайкой 13 снаружи (фиг. 2, 3, 4). Направляющие 9 и верхние 10 и нижний 11 ограничители могут быть выполнены из любого известного материала, создающего жесткую форму и устойчивого к агрессивной среде и механическому воздействию, например, из различных марок стали, например, марки 25, 30, 35 и т.д. Направляющие 9 могут быть зафиксированы на верхних 10 и нижнем 11 ограничителях, которые в свою очередь могут быть закреплены на внутренней поверхности перфорированной трубы 2 любым известным способом, обеспечивающим достаточную надежность, например, приварены. Верхние ограничители 10 могут быть повторять форму направляющих или быть выполнены в виде пластин, перекладин и т.д. Нижний ограничитель 11 изготовлен с возможностью генерирования механических вибраций при взаимодействии с элементами обечайки 13 и может быть выполнен в виде полой трубы. Диаметр и количество отверстий 3 в перфорированной трубе 2 выбирают в зависимости от фракционного состава механических примесей, а также качественного состава продукции скважины, например, от вязкости, содержания парафина и т.д., от типоразмера скважинного насоса (не показано), с условием двукратного увеличения площади отверстий 3 над площадью сечения плунжера штангового насоса (на фигуре не показан), обеспечивающей общую пропускную способность фильтра вставного штангового насоса в зависимости от производительности, исключающую возникновение перепада давления при прохождении продукции через отверстия и дополнительного сопротивления потоку продукции скважины. Поперечина 12 жестко связывает обечайку 13 с поплавком 14 (фиг. 1-4) и может быть выполнена из любого известного материала, устойчивого к агрессивной среде и механическому воздействию, например, из различных марок стали, например, марки 25, 30, 35 и т.д., любой известной формы, например, в трубчатой, прямоугольной, квадратной и т.д. Обечайка 13 выполнена кольцевой из любого известного материала, устойчивого к агрессивной среде и механическому воздействию, например, из различных марок стали, например, марки 25, 30, 35 и т.д. Обечайка 13 оснащена по наружному периметру как минимум одной лопаткой и/или щеткой 15, взаимодействующей с внутренней поверхностью перфорированной трубы 2 с возможностью очистки при перемещении вдоль нее, при этом минимум одна поперечина 12 снабжена поплавком 14, обеспечивающим всплытие обечайки 13 в скважинной жидкости (не показано). Лопатка или щетка 15 фиксируется на обечайке 13 любым известным способом, например, приварена, приклеена, на болтах и т.д. и может быть выполнены из любых известных материалов, устойчивых к агрессивной среде и механическому воздействию, например, лопатка 15 из различных марок стали, например, марки 25, 30, 35 и т.д. или щетка 15 их металлического корпуса с металлической щетиной и т.д. Лопатка 15 может иметь любую известную форму, обеспечивающую очистку внутренней поверхности перфорированной трубы 2 при перемещении вдоль нее,  например клиновидную, заостренную ближе к стенке внутренней поверхности перфорированной трубы 2 и т.д. Поплавок 14 может быть выполнен в виде любой известной формы, из любых известных материалов таким образом, чтобы обеспечить всплытие обечайки 13 в скважинной жидкости, например, из резины, пластмассы или полистирола, при необходимости обернутого в резиновую оболочку и т.д. в форме шара, диска и т.д. Поплавок 14 жестко соединен к поперечине 12 в ее центральной части любым известным способом, например, приклеен, припаян, привинчен и т.д.
Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность устройства, на чертежах (фиг. 1, 2) не показаны или показаны условно.
Таким образом предлагаемая конструкция фильтра вставного штангового насоса является простой надежной конструкцией для защиты вставного штангового скважинного насоса от механических примесей, увеличивает ресурс межремонтного периода работы фильтра за счет самоочистки и обеспечивает беспрепятственную проводку насоса через конструктивные выступы скважинной установки.
Устройство работает следующим образом.
Фильтр вставного штангового насоса устанавливается на насосное оборудование и опускается в скважину. Заглушка 6, выполненная в виде конуса, сужающегося сверху вниз, позволяет исключить зацепа насоса (не показано) об различные конструктивные выступы (не показано).  После установки насоса в рабочее положение, полость фильтра вставного штангового насоса не содержит жидкости и поплавок 14, поперечина 12, обечайка 13 и лопатки и / или щетки 15 находятся в нижнем положении и опираются на нижний ограничитель 11 (фиг. 3). По мере готовности осуществляют запуск вставного штангового насоса и добываемая продукция скважины поступает в фильтр вставного штангового насоса 1 в полость перфорированной трубы 2 через отверстия 3. При увеличении уровня жидкости внутри фильтра вставного штангового насоса 1 (не показано) поплавок 14 всплывает, обеспечивая подъем поперечины 12, прикрепленной к ней обечайки 13 и лопаток 15, установленных на обечайке 13 (фиг. 4). Поднимаясь, лопатки 16 очищают механические преграды, скопившиеся на внутренней поверхности перфорированной трубы 2. После прекращения работы и подъема насоса (не показано) фильтр вставного штангового насоса 1 опустошается, уровень жидкости опускается, а поперечина 12, обечайка 13 и лопатки 15, под действием силы тяжести опускаются вниз, очищая механические примеси, оставшиеся на внутренней стенке перфорированный трубы 2, и ударяются об нижний ограничитель, который создает вибрации по телу фильтра вставного штангового насоса 1, обеспечивая дополнительное механическое воздействие на механические примеси, оставшиеся на внутренних стенках фильтра вставного штангового насоса 1. Опавшие механические примеси скапливаются в патрубке-сборнике 8, часть из которых вымывается следующим потоком жидкости. После полного снижения пропускной способности, фильтр вставного штангового насоса извлекается, прочищается и устанавливается на насос для следующего использования.
В предлагаемом фильтре вставного штангового насоса повышается эффективность защиты вставного штангового скважинного насоса от механических примесей при увеличении надежности и ресурса межремонтного периода работы фильтра и скважинной штанговой насосной установки, что предотвращает потери нефти, снижает затраты на подземный ремонт, за счет исключения перепада давления при поступлении добываемой продукции внутрь полости фильтра, обеспечения необходимой пропускной способности в зависимости от производительности скважинного насоса, повышения надежности при добыче нефтей и исключения преждевременной потери работоспособности фильтра за счет самоочистки, а также снижение трудозатрат за счет исключения зацепа насоса за конструктивные выступы скважинной установки при спуске.
Таким образом предлагаемая конструкция фильтра вставного штангового насоса является простой надежной конструкцией для защиты вставного штангового скважинного насоса от механических примесей, увеличивает ресурс межремонтного периода работы фильтра за счет самоочистки и обеспечивает беспрепятственную проводку насоса через конструктивные выступы скважинной установки.