ФИЛЬТР СКВАЖИННЫЙ ОЧИЩАЕМЫЙ
WELL CLEANING STRAINER

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для фильтрации нефти при добыче ее из скважин с помощью скважинных насосов.
Известен «Фильтр скважинный самоочищающийся Юмачикова» (патент RU №2305756, E21B 43/08, опубл. 10.09.2007 г.), состоящий из концентрически расположенных наружной, промежуточной и внутренней труб, при этом последние две снабжены отверстиями и в верхней части соединены между собой патрубком, при этом наружная труба по обоим ее торцам соединена с промежуточной трубой кольцевыми заглушками, отличающийся тем, что внутренняя труба снабжена фильтрующим элементом, размещенным в интервале отверстий, выполненных на данной трубе, эта же труба снабжена раструбом и соединена с ним продольными ребрами, при этом раструб расположен с зазором относительно промежуточной трубы и снабжен в нижней части соплом, в кольцевом зазоре между внутренней и промежуточной трубами соосно с ними размещен фильтрующий элемент, выполненный в виде обратного усеченного конуса и прикрепленный к данным трубам выше верхних отверстий, выполненных в них, при этом средние отверстия промежуточной трубы выполнены напротив раструба и снабжены фильтрующим элементом, раструб также снабжен центратором.
Недостатками данного фильтра являются:
- не может быть использован в скважинах малого диаметра, так как большое количество вставляемых друг в друга конструктивных элементов;
- не может быть использован в скважинах с высокой производительностью, так как большое количество вставляемых друг в друга конструктивных элементов и изменение направления в нем потока жидкости приводит к высоким сопротивлениям потоку жидкости и возможности ее срыва при высокой скорости откачки и выделяющегося газа на участках ижектирования;
- не может быть установлен между насосом и электродвигателем в погружных центробежных насосах;
- дорогостоящая конструкция из-за использования большого количества сложных конструктивных элементов.
Известен также «Скважинный фильтр» (патент RU №2334081, E21B 43/08, опубл. 20.09.2008 г.), включающий корпус в виде двух коаксиально расположенных труб с боковыми отверстиями для пропуска фильтруемой жидкости, фильтрующий элемент, закрепленный в пространстве между трубами корпуса, прикрепленные к корпусу с помощью резьбовых соединений верхний и нижний замки с центраторами, две конусные втулки, соединяющие концы фильтрующего элемента с концами труб, составляющих корпус фильтра, и расположенный в верхней части фильтра электроакустический преобразователь, снабженный устройством для его подключения к токоподводящему кабелю, при этом длина фильтра и длина фильтрующего элемента кратны длине полуволны упругих колебаний, возбуждаемых электроакустическим преобразователем.
Недостатками данного фильтра являются:
- не может быть использован совместно с плунжерными насосами;
- необходимы постоянные затраты электроэнергии для очистки фильтра;
- зависит от температуры продукции и скорости потока, что требует высококвалифицированных изготовителей и учета индивидуальных особенностей каждого насоса и скважины;
- использование дорогостоящих и сложных материалов в фильтрующем элементе, создающих электроакустические колебания.
Технической задачей является расширение функциональных возможностей скважинного фильтра за счет возможности его использования с любыми погружными насосами и в любом месте установки, а также снижение материальных затрат на изготовление и использование фильтра за счет использования дешевых и технически простых конструктивных элементов и простоты очистки без использования электрических источников питания.
Техническая задача решается фильтром скважинным очищаемым, включающим наружную трубу с соединительными элементами на концах для скважинного оборудования и с боковыми отверстиями, внутреннюю трубу с отверстиями, установленную коаксиально внутри наружной трубы с фиксацией вверху, фильтрующий элемент, закрепленный в пространстве между трубами и их отверстиями с фиксацией сверху и снизу в соответствующих верхнем и нижнем упорах, и волновой преобразователь.
Новым является то, что верхний конец внутренней трубы жестко соединен с наружной верхним упором, а нижний ее конец выполнен свободным, фильтрующий элемент выполнен в виде свитой по высоте проволоки с межвитковыми вставками для обеспечения равномерных щелей по всей длине и периметру фильтрующего элемента, а нижний упор выполнен в виде поршня, вставленного в наружную трубу ниже боковых отверстий с возможностью продольного перемещения, при этом волновой преобразователь выполнен в виде пружины сжатия, поджимающей нижний упор вверх от ограничителя, который размещен ниже нижнего упора внутри наружной трубы с возможностью продольного перемещения и фиксации.
Новым является также то, что нижний упор снабжен центральным отверстием с уплотнительными элементами для герметизации вала центробежного насоса.
На чертеже изображен упрощенный фильтр скважинный в продольном разрезе.
Фильтр скважинный очищаемый включает наружную трубу 1 с соединительными элементами на концах (например, резьбы или фланцы - на черт. не показаны) для скважинного оборудования (погружной насос сверху, хвостовик и/или электродвигатель снизу и т.п. - на черт. не показано) и с боковыми отверстиями 2, внутреннюю трубу 3 с отверстиями 4, установленную коаксиально внутри наружной трубы 1 с фиксацией вверху, фильтрующий элемент 5, закрепленный в пространстве 6 между трубами 1 и 3 и их отверстиями 2 и 4 с фиксацией сверху и снизу в соответствующих верхнем 7 и нижнем 8 упорах, и волновой преобразователь 9. Верхний конец внутренней трубы 3 жестко соединен с наружной верхним упором 7, а нижний ее конец выполнен свободным. Фильтрующий элемент 5 выполнен в виде свитой по высоте проволоки с межвитковыми вставками 10 для обеспечения равномерных щелей 11 по всей длине и периметру фильтрующего элемента 5. Нижний упор 8 выполнен в виде поршня, вставленного в наружную трубу 1 ниже боковых отверстий 2 с возможностью продольного перемещения. Волновой преобразователь 9 выполнен в виде пружины сжатия, поджимающей нижний упор 8 вверх от ограничителя 12, который размещен ниже нижнего упора 8 внутри наружной трубы 1 с возможностью продольного перемещения и фиксации (например, при помощи резьбы - на черт. не показана). Нижний упор 8 может быть снабжен центральным отверстием 13 с уплотнительными элементами 14 для герметизации вала 15 центробежного насоса при установке между насосом и электродвигателем для исключения несанкционированных перетоков жидкости в фильтре. Технологические сборочные соединения и уплотнения на чертеже не показаны.
Фильтр работает следующим образом.
Наружная труба 1 своими соединительными элементами присоединяется к погружному (центробежному, при этом вал 15 может проходить через отверстие 13 нижнего упора 8, или плунжерному) насосу (на черт. не показан) так, что вход насоса сообщен с внутренней трубой 3 сверху. Снизу наружная труба 1 при необходимости может быть соединена с хвостовиком (на черт. не показан), который могут оборудовать пакером (на черт. не показан). Фильтр со скважинным оборудованием (погружной насос, хвостовик, пакер и т.д.) спускается на колонне лифтовых труб (на черт. не показаны) в скважину в требуемый интервал установки (на черт. не показаны). После чего насос запускают в работу подачей электрического сигнала по кабелю, спускаемому в скважину совместно с насосом, для центробежного погружного насоса или придания штангами возвратно-поступательного движения плунжеру (например: штангами с устья скважины приводом - на черт. не показаны). В результате пластовая жидкость из скважины поступает через боковое 2 отверстие наружной трубы 1 в пространство 6 и, пройдя через фильтрующий элемент 5 отверстия 4, - вовнутрь внутренней трубы 3, откуда очищенная фильтрующим элементом 5 пластовая жидкость поступает на вход погружного насоса и откачивается по колонне лифтовых труб на поверхность.
Со временем фильтрующий элемент 5 может засоряться, что определяется повышением нагрузки на штангах плунжерного насоса или увеличением потребляемого тока центробежным насосом. Для очистки фильтрующего элемента 5 в нем создают обратный поток жидкости обратным (реверсивным) движением ротора в центробежном насосе или созданием избыточного давления в колонне лифтовых труб после открытия клапанов плунжерного насоса в нижнем положении плунжера (например: см. патент RU №2291952). Также для создания обратного потока жидкости может быть использован обводной канал (на черт. не показан) снаружи погружного насоса, сообщающий колонну лифтовых труб с внутренней трубой 3 фильтра и оснащенный клапаном (на черт. не показан), который удерживает давление, превосходящее столб жидкости в лифтовой колонне труб, а при повышении давления в колонне лифтовых труб открывается. При обратном токе избыточное давление жидкости отжимает нижний упор 8 вниз, сжимая пружину 9, а так как фильтрующий элемент 5 закреплен своими концами в соответствующих верхнем 7 и нижнем 8 упорах, то витки проволоки фильтрующего элемента 5 расходятся при этом, увеличивая щели 11. В результате поток жидкости из внутренней трубы 3, проходя через отверстия 4, фильтрующий элемент 5, боковые отверстия 2 наружной трубы 5 в скважину, очищает фильтрующий элемент 5. При этом из-за увеличения щелей 11 уменьшается перепад давлений в скважине и внутри фильтрующего элемента 5 и усилие пружины 9 возвращает нижний упор 8 в исходное состояние до взаимодействия витков проволоки фильтрующего элемента 5 со вставками 10, создавая для более быстрой очистки ударное встряхивающее воздействие на витки проволоки фильтрующего элемента 5, но перепад давления опять возрастает из-за уменьшения щелей 11 и нижний упор 8 опять перемещается вниз. Процесс волновых продольных колебаний вверх и вниз нижнего упора 8 за счет пружины 9 повторяется, убыстряя очистку фильтрующего элемента 5 (на практике было доказано, что достаточно 3÷5 ходов вверх - вниз нижнего упора 5 до практически полной очистки). После чего обратный ток жидкости прекращают, нижний упор 8 перемещается вверх, устанавливая требуемую величину щелей 11 за счет межвитковых вставок 10, и погружной насос запускают для дальнейшей добычи очищаемой фильтрующим элементом 5 скважинной жидкости до следующей очистки, которую периодически проводят после засорения фильтрующего элемента. При необходимости герметизации нижнего конца наружной трубы 1, в ней выполняют технологические отверстия 16, размещаемые между нижним упором 8 и ограничителем 12.
Величину амплитуды колебаний нижнего упора 8 при очистке фильтрующего элемента 5 регулируют силой предварительного сжатия пружины 9, которую устанавливают, перемещая ограничитель вверх или вниз относительно наружного корпуса 1 с последующей фиксацией после установки требуемого усилия сжатия пружины 9. Величину щелей 11 регулируют толщиной межвитковых вставок 10. При этом сечение проволоки фильтрующего элемента 5 может быть любым (треугольным - для высоковязких и битуминозных нефтей и/или с высоким содержанием песка, круглой - для вязких нефтей, прямоугольной - для нефтей и воды или для нефтей с обводненностью 90% и выше).
Предлагаемая конструкция фильтра скважинного очищаемого позволяет расширить его функциональные возможности за счет возможности использования с любыми погружными насосами и в любом месте установки, в том числе в составе хвостовика с пакером и скважинах малого диаметра, а также снизить материальные затраты на изготовление и использование фильтра за счет использования дешевых и технически простых конструктивных элементов и простоты очистки без использования электрических источников питания.