САМООЧИЩАЮЩИЙСЯ СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР
SELF-CLEANING WELL 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 №2507384, МПК Е21В 43/08, опубл. 20.02.2014 г., прототип.
Этот щелевой скважинный фильтр содержит перфорированную несущую трубу и щелевой фильтрующий элемент, выполненный из проволоки, намотанной на продольные элементы по спирали, причем поперечное сечение проволоки, намотанной по спирали, выполнено пятиграненным, 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.
Недостатки - низкая прочность проволоки фильтрующего элемента, что приводит к изменению зазоров при спуске скважинного фильтра и быстрый абразивный износ «самого узкого места» фильтрующего элемента.
Известный самоочищающийся скважинный фильтр по патенту РФ №2485289 содержит корпус, фильтрующий элемент и ультразвуковой излучатель, соединенный через кабель с источником энергии, находящимся на поверхности земли.
Недостаток - наличие кабеля, который не только загромождает скважину, но и трудно спустить, особенно в глубокую и горизонтальную скважины.
Однако мощность этих средств очистки невелика и они не эффективны.
Задачи создания изобретения:
- повышение пропускной способности фильтра,
- уменьшение веса фильтра,
- улучшение очистки фильтра.
Решение указанных задач достигнуто в самоочищающемся скважинном фильтре, включающем два ниппеля, приваренные к переходным кольцам и по меньшей мере один фильтрующий элемент, выполненный между ограничительными кольцами из проволоки, продольные элементы по спирали, тем, что фильтрующий элемент включает проволоку, намотанную спирально на продольные элементы, а все фильтрующие элементы выполнены с возможностью вращения за счет того, что внутри каждого фильтрующего элемента установлена по меньшей мере одна турбина.
Внутри каждого фильтрующего элемента может быть установлено по две турбины. В качестве турбины может быть применена гидротурбина, работающая на протоке добываемой нефти. В качестве турбины может быть применена газовая турбина, работающая от скоростного напора добываемого газа. В качестве турбины может быть применена турбина, работающая на двухфазном потоке, например смеси нефти и газа. В качестве турбины может быть применена биротативная турбина.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-10, где:
на фиг. 1 приведен скважинный фильтр с одним фильтрующим элементом и одной турбиной,
на фиг. 2 приведен скважинный фильтр с одним фильтрующим элементом и с двумя турбинами,
на фиг. 3 приведен скважинный фильтр с двумя фильтрующим элементом и с двумя турбинами или с биротативной турбиной,
на фиг 4 приведен вид А,
на фиг. 5 приведен вид С,
на фиг. 6 приведен разрез В-В,
на фиг. 7 приведено ограничительное кольцо,
на фиг. 8 приведен вид D ограничительного кольца,
на фиг. 9 приведено ограничительное кольцо с приваренными продольными элементами, первый вариант,
на фиг. 10 приведено ограничительное кольцо с приваренными продольными элементами, второй вариант,
Самоочищающийся скважинный фильтр (фиг. 1-10) включает два ниппеля 1 и 2 и муфту 3 для установки в состав обсадной колонны или колонны НКТ и по меньшей мере один фильтрующий элемент 4, установленный между ограничительными кольцами 5.
Также скважинный фильтр содержит промежуточные кольца 6, приваренные к ниппелям 1 и 2 сварочным швом 7 (фиг. 1).
Труба для изготовления ниппелей 1 и 2 поставляется по ГОСТ 633-80 Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним. Технические условия. Или по ГОСТ 662-80 Трубы обсадные и муфты к ним. Технические условия.
Все фильтрующие элементы 4 выполнены с возможностью вращения вокруг продольной оси OO. При этом фильтрующих элементов 4 может быть один (фиг. 1 и 2) или несколько (фиг. 3).
Фильтрующий элемент 4 выполнен из намотанной на продольные элементы 8 по спирали проволоки 9 (фиг. 2) и соединенной с продольными элементами 8 точечной сваркой 10.
Поперечное сечение проволоки 9, намотанной по спирали, может быть выполнено круглым или шестигранным, при этом углы шестигранника могут быть скруглены радиусом. Возможно выполнение продольных элементов 8 трапециевидным. Возможно выполнение проволоки 8 прямоугольного поперечного сечения.
Проволока 8 может быть выполнена из углеродистой стали из проволоки круглого сечения методом холодной прокатки. Диаметр исходной проволоки от 2 до 4 мм. Зазор δ1 от 0,1 до 2 мм.
Скважинный фильтр может иметь несколько фильтрующих элементов 4. На фиг. 3 приведен вариант с двумя фильтрующими элементами 4. Продольные элементы 9 крепятся к ограничительным кольцам 4 сварочным швом 11 (фиг. 2).
Промежуточное кольцо 5 содержит на наружной поверхности канавку 12 и прорези 13 под канавкой 12, в которые укладываются продольные элементы 8 и сваривают сварочным швом 11 (фиг. 4). Ограничительное кольцо 5 выполнено в виде цилиндрической втулки, на которой, как уже упоминалось, снаружи выполнена канавка 12, ниже канавки 12 выполнены прорези 13 для укладки продольных элементов 8. С одной стороны ограничительного кольца 5 выполнен упор 14, с другой - центрирующий пояс 15 для сварки.
Ограничительное кольцо 5 содержит торцовый упор 16, канавку 17, внутри которой установлен подшипник скольжения 18.
Внутри каждого ограничительного кольца 5 установлена турбина 19 (фиг. 4), которая содержит рабочие лопатки 20 и ступицу 21, на которой они установлены.
Ступица 20 установлена внутри ограничительного кольца 5 и жестко на ней закреплена для передачи момента вращения фильтрующему элементу 4, чтобы радиально отбрасывать посторонние частицы 22.
Внутри каждого фильтрующего элемента 4 может быть установлено по две турбины 19 (фиг. 3). Возможен вариант, когда турбина 19 выполнена биротативной (фиг. 3), т.е. она обеспечивает возможность вращения фильтрующих элементов 4 в противоположные стороны. Это уменьшает абсолютную скорость вращения фильтрующих элементов 4, так как при их большом числе и вращении в одну сторону скорость вращения самых верхних фильтрующих элементов 4 будет очень большой.
На фиг. 6 приведен вид верхней турбины 19 (разрез В-В).
На фиг. 7 и 8 более детально показано ограничительное кольцо 5, а на фиг. 9 и 10 приведены варианты сборки фильтрующего элемента 4. При этом вариант (фиг. 10) предпочтительнее с точки зрения исключения деформации продольных элементов 8 при сварке. Для этого необходимо соблюсти условие
D1=D2.
РАБОТА САМООЧИЩАЮЩЕГОСЯ СКВАЖИННОГО ФИЛЬТРА
1
1
Самоочищающийся скважинный фильтр работает следующим образом (фиг. 1…10). Отдельные скважинные фильтры собирают в колонну на обсадных трубах или в составе подвески хвостовика, спускают в продуктивный горизонт. Газ или нефть проходят сначала через зазоры между продольными элементами δ1 (фиг. 4), потом через фильтрующий зазор δ фильтрующего элемента 4 (фиг. 5). Механические частицы больше фильтрующего зазора δ, остаются снаружи фильтрующего элемента 4, а более мелкие или равные - проходят внутрь него и с газом или с нефтью поднимаются на поверхность.
При прохождении через турбину 29 нефть или газ приводят ее во вращение и вращают все фильтрующие элементы 4. При этом посторонние частицы 33 отбрасываются от скважинного фильтра центробежными силами (фиг. 6).
Самоочищающийся скважинный фильтр имеет значительно больший срок службы и его фильтрующие элементы дольше не засоряются. Это снижает эксплуатационные затраты на очистку скважинного фильтра или его замену.
Применение изобретения позволило:
1. Повысить пропускную способность фильтра на порядок.
2. Повысить надежность и долговечность скважинного фильтра по сравнению с прототипом.
3. Обеспечить в течение длительного времени необходимый уровень фильтрации за счет стабильно зазора.
4. Обеспечить фильтрацию газа и нефти от механических примесей.
5. Повысить устойчивость фильтрующего элемента к абразивному износу.
6. Улучшить очистку фильтра.