ФИЛЬТР ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ
HYDRO-DYNAMIC FILTER

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли и может быть использовано при освоении и эксплуатации нефтяных и нефтегазоконденсатных месторождений, осложненных повышенным выносом из разрабатываемых продуктивных горизонтов вместе с добываемыми углеводородами и пластовой водой песка и других механических примесей.
Наличие механических примесей приводит к быстрому выходу из строя насосного оборудования и образованию большого количества твердых нефтесодержащих отходов.
Известно в данной области техники много типов фильтровальных устройств, выполненных с возможностью предотвращения попадания песка и других твердых частиц в текучие среды и газы, добываемые из нефтяных, газовых, водяных скважин.
Известен фильтр, предназначенный для добычи нефти или газа, содержащий установленные на перфорированную трубу, выполняющую роль каркаса, кольцевые элементы. Кольцевые элементы установлены с зазором, выполняющим роль фильтрующих каналов. В качестве дренажного слоя предполагается использовать кольцевой зазор, при этом не ясно, как кольцевые элементы будут центрироваться на перфорированной трубе. При отсутствии центрирования кольцевых элементов по перфорированной трубе возможна деформация фильтрующего элемента при погрузке, транспортировке и установке в скважину (патент РФ №2254420, МПК E21B 43/08, опубл. 20.06.2005).
Известен фильтр, состоящий из концентрически расположенных наружной, промежуточной и внутренней труб, установленных относительно друг друга с кольцевым зазором [патент РФ №2158358, МПК E21B 43/08, опубл 27.10.2000]. Известен фильтр, содержащий перфорированную трубу и фильтрующую рубашку, выполненную в виде прокладочных элементов, размещенных в продольном направлении на наружной поверхности перфорированной трубы, проволоки, намотанной с зазором на прокладочных элементах и образующей с наружной поверхностью перфорированной трубы кольцевую полость. [US 4771829, МПК E21B 43/08, опубл. 20.09.1988].
Известен фильтр, содержащий концентрически расположенные наружную, промежуточную и внутреннюю трубы. Последние две снабжены отверстиями и в верхней части соединены между собой патрубком. Наружная труба по обоим ее торцам соединена с промежуточной трубой кольцевыми заглушками. Внутренняя труба снабжена фильтрующим элементом, размещенным в интервале отверстий, выполненных на данной трубе, снабженной раструбом и соединенной с ним продольными ребрами. Раструб расположен с зазором относительно промежуточной трубы и снабжен центратором и 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. Средние отверстия промежуточной трубы выполнены напротив раструба и снабжены фильтрующим элементом [Патент РФ №2305756, МПК E21B 43/08, опубл. 2007.09.10].
Недостатком этих конструкций является малая проходимость щелевых отверстий, в результате чего происходит быстрое забивание проходных отверстий частицами песка и гравия, что снижает продуктивность скважины.
Задачей изобретения является повышение эффективности очистки добываемых продуктов от механических примесей.
Поставленная задача решается тем, что в фильтре гидродинамическом, содержащем фильтрующий элемент трубчатой формы с наружной поверхностью фильтрования, концентрически расположенные наружную, промежуточную и внутреннюю трубы, фильтрующий элемент выполнен в форме цилиндрической спирали из высокоточного профиля треугольной формы, закрепленной с помощью сварки на опорных элементах, который создает жесткий экран с кольцевыми щелями, допуск которых расположен в диапазоне до ±15 мкм, в области расположения фильтрующего элемента наружная труба имеет перфорацию в виде равномерно расположенных отверстий, при этом на ее нижнем конце установлена на резьбе заглушка, имеющая обтекаемую форму, в промежуточной трубе выполнены окна, расположенные выше места расположения фильтрующего элемента на наружной трубе, на ее нижнем конце расположена заглушка, представляющая собой контейнер-накопитель для сбора механических примесей, нижний торец внутренней трубы расположен ниже окон промежуточной трубы.
Дополнительно наружная труба и промежуточная труба закреплены в двух концентрических кольцевых проточках крышки, через центральное отверстие которой проходит внутренняя труба.
Дополнительно ширина кольцевого зазора между промежуточной трубой и внутренней трубой меньше ширины кольцевого зазора между наружной трубой и промежуточной трубой.
Дополнительно конец внутренней трубы выполнен конусным.
Кроме того, в кольцевом зазоре между промежуточной трубой и внутренней трубой ниже окон может быть расположен завихритель потока.
Дополнительно завихритель потока может быть выполнен в виде двух винтовых лопастей.
На фиг.1 представлен продольный разрез фильтра гидродинамического.
На фиг.2 представлен продольный разрез фильтра гидродинамического с завихрителем потока.
Фильтр гидродинамический представляет собой фильтровальный блок, содержащий три концентрически расположенные трубы. На внешнюю поверхность наружной трубы 1 приварены два стопорных кольца 2, в них установлен фильтрующий элемент 3 трубчатой формы с наружной поверхностью фильтрования, выполненный в форме цилиндрической спирали из высокоточного профиля треугольной формы, закрепленной с помощью сварки на опорных элементах, который создает жесткий экран с кольцевыми щелями [щелевую решетку] определенного размера с допуском до ±15 мкм.
В области расположения фильтрующего элемента 3 наружная труба 1 имеет перфорацию в виде равномерно расположенных отверстий 4. На нижнем конце наружной трубы 1 установлена на резьбе заглушка 5, имеющая обтекаемую форму для уменьшения сопротивления потоку неочищенной жидкости. Концентрически с наружной трубой 1 расположена промежуточная труба 6, в которой выполнены окна 7, расположенные выше места расположения фильтрующего элемента 3 на наружной трубе 1. На нижнем конце промежуточной трубы 6 расположена заглушка, представляющая собой контейнер-накопитель 8 для сбора механических примесей. Наружная труба 1 и промежуточная труба 6 образуют кольцевой зазор и закреплены в двух концентрических кольцевых проточках крышки 9, через центральное отверстие которой проходит внутренняя труба 10, предназначенная для откачки очищенной жидкости, конец которой выполнен конусным для уменьшения сопротивления потоку жидкости, а нижний торец расположен ниже окон 7 промежуточной трубы 6, при этом между нижним торцем внутренней трубы 10 и контейнером-накопителем образована полость 11, объем которой определяется внутренним диаметром трубы 10. Ширина кольцевого зазора между промежуточной трубой 6 и внутренней трубой 10 меньше ширины кольцевого зазора между наружной трубой 1 и промежуточной трубой 6. Фильтр гидродинамический устанавливается внутри обсадной колонны 12. В варианте выполнения на фиг.2 в фильтре гидродинамическом в кольцевом зазоре между промежуточной трубой 6 и внутренней трубой 10 ниже окон 7 расположен завихритель потока 13 в виде двух винтовых лопастей.
Принцип работы фильтра гидродинамического противоточного заключается в следующем.
Жидкость, находящаяся в скважине внутри обсадной колонны 12, обтекает заглушку 5 фильтра, всасывается в фильтровальный блок через фильтрующий элемент 3. Проходя через щелевую решетку, жидкость очищается от механических примесей, размеры которых превышают или соизмеримы с размером щели решетки, и далее через отверстия 4 попадает в кольцевой зазор между наружной трубой 1 и промежуточной трубой 6, по которому поднимается вверх к расположенным на промежуточной трубе окнам 7. Через эти окна жидкость, меняя свое направление, попадает в кольцевой зазор между промежуточной трубой 6 и внутренней трубой 10. Так как этот зазор намного меньше предыдущего, скорость течения жидкости здесь возрастает. Затем осуществляется процесс дополнительной очистки жидкости за счет разной динамики движения жидкости и твердых частиц, который происходит в полости 11. Скорость течения жидкости резко падает, в то время как механические примеси, оставшиеся в жидкости после прохождения фильтрующего элемента 3, обладающие большей плотностью, чем плотность жидкости, в силу инерции продолжают движение и, теряя кинетическую энергию, оседают в контейнере-накопителе 8 для сбора механических примесей. Очищенная жидкость, меняя направление на противоположное, попадает в отверстие внутренней трубы 10, конец которой выполнен конусным для уменьшения сопротивления потоку жидкости.
В варианте выполнения на фиг.2 жидкость, попадая в кольцевой зазор между промежуточной трубой 6 и внутренней трубой 10, проходит через завихритель потока 13, при этом поток жидкости закручивается, механические примеси, имеющие большую плотность, чем жидкость, отбрасываются центробежными силами на периферию кольцевого зазора. Затем скорость потока резко падает, в то время как механические примеси в силу инерции продолжают винтообразное движение в периферийной области потока и, теряя кинетическую энергию, оседают в контейнере-накопителе 8.
Очищенная жидкость, которая находится в центральной части потока, попадает в отверстие внутренней трубы 10.
Данная конструкция позволяет осуществлять более тонкую очистку извлекаемой из пласта продукции от механических примесей.