РАСШИРЯЕМЫЙ СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР И СПОСОБ ЕГО УСТАНОВКИ
EXPANDABLE WELL FILTER AND METHOD OF ITS INSTALLATION

Изобретения относятся к нефтяной промышленности, в частности к скважинным расширяемым фильтрам для предотвращения выноса частиц породы из пласта и, как следствие, защиты УЭЦН от механических примесей: засорения и гидроабразивного износа, и может быть использовано для повышения надежности УЭЦН.
Известен расширяемый скважинный фильтр, содержащий опорную трубу с множеством продольных прорезей и размещенные на ней дренажную и фильтрующую металлические сетки, установленные с зазором между собой, заполненным гранульной набивкой, при этом в поперечном сечении периметр фильтрующей металлической сетки равен периметру ствола скважины [патент RU №2513929, 2013].
Недостатком такого устройства является расширение продольных прорезей опорной трубы во время протягивания расширительного конуса: такой способ не гарантирует равномерного расширения прорезей опорной трубы, в результате чего основная часть добываемой жидкости будет проходить через прорези большего размера ввиду их пониженного гидравлического сопротивления, что, в конечном счете, приведет к неравномерности радиального притока из пласта в скважину и кольматации или разрушению фильтрующей сетки.
Известен расширяемый скважинный фильтр, содержащий выполненную с возможностью расширения и снабженную осевыми прорезями несущую трубу, соосно с которой установлено множество фильтровальных листов в форме ирисовой диафрагмы так, что в результате расширения несущей трубы уменьшается величина перехлеста между смежными фильтровальными листами, причем фильтровальные листы содержат окружные прорези [патент RU №2197600, 2003]. Собранный фильтр спускают в скважину, где с помощью расширительного конуса несущую трубу расширяют так, что осевые прорези несущей трубы деформируются в форму вытянутого шестиугольника и позволяют наложенным друг на друга фильтровальным листам легко скользить относительно друг друга в процессе расширения.
Недостатком такого устройства является расширение продольных прорезей несущей трубы в форму вытянутого шестиугольника, что может привести к неравномерности распределения формы и площади проходного сечения прорезей, соответственно, к неравномерному притоку из пласта к скважине, приводящему к кольматации или разрушению фильтровальных листов. Кроме того, необходимо, чтобы периметр фильтровальных листов после расширения в точности совпадал с периметром скважины, иначе в местах перехлеста листов появятся зазоры и будет происходить интенсивный вынос потока с частицами пласта. Кроме того, в процессе скольжения листов относительно друг друга возможна их деформация, и нарушение целостности, приводящее к ухудшению фильтрационных свойств.
Известен расширяемый скважинный фильтр, содержащий продольно-гофрированные расширяемую несущую трубу с отверстиями и фильтрующий элемент, установленные концентрично с образованием зазора, который заполнен откалиброванными гранулами и в котором равномерно по периметру размещены соединенные с несущей трубой продольные ребра жесткости, при этом несущая труба выполнена с цилиндрическими концами с возможностью вскрытия после установки посредством среза заглушек либо перфорацией известными инструментами, а в нижней части фильтра установлен обратный клапан для возможности выправления несущей трубы давлением изнутри [патент RU №2408778, 2011].
К недостаткам устройства относится сложность ее изготовления и установки в скважину, что обусловлено необходимостью применения бурового насоса для выравнивания несущей трубы, а также необходимостью в привальцовывании раздвижным пуансоном и срезании множества заглушек для вскрытия несущей трубы, или же необходимостью перфорации несущей трубы специальным инструментом. В процессе эксплуатации фильтра возможен подсос жидкости через обратный клапан. Кроме того, гофрированная несущая труба имеет внешний размер по выступам незначительно меньший диаметра обсадной трубы, всего на 5-6% меньше, что может привести к повреждению фильтра в процессе спуска в скважину.
Известен способ установки расширяемого скважинного фильтра, включающий в себя спуск в ствол скважины к зоне перфорации несущей трубы с наружным слоем пористого податливого материала, способного увеличиваться в объеме и принимать форму в соответствии с прилегающими к нему объектами, перекрытие податливым материалом кольцевого зазора до стенки ствола скважины без расширения несущей трубы и обеспечение фильтрации пластовой жидкости флюидов через податливый материал к несущей трубе [Патент РФ №2404355, 2009].
Недостатком указанного способа являются сложности, связанные с изготовлением податливого материала, в качестве которого предлагается использовать пеноматериал, полимер с эффектом запоминания формы, термореактивный или термопластичный материал. Кроме того, такой материал будет расширяться только при повышении температуры, поэтому его использование ограничено и возможно только в высокотемпературных скважинах.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является расширяемый скважинный фильтр, содержащий расширяемую несущую трубу с прорезями, на поверхности которой размещен сетчатый фильтрующий элемент с ячейками, выполненный в виде трубы или ряда деформируемых чешуйчатых листов, и способ его установки, описанный в патенте ЕР 000332, МПК Е21В 43/08, 1998. Способ установки данного фильтра включает в себя сборку несущей трубы, имеющей прорези, с фильтрующим элементом на ее поверхности, спуск собранного фильтра в ствол скважины к зоне перфорации, расширение несущей трубы путем перемещения через нее в осевом направлении расширяющей оправки в форме конуса, сопровождающееся увеличением ее внутреннего диаметра как минимум на 5% и примыканием фильтрующего элемента к стенке ствола скважины, при этом изменения размеров ячеек сетчатого фильтра остаются в заданных пределах (до 50%).
Недостатком данных изобретений является сложность технологического изготовления фильтра и расширение продольных прорезей несущей трубы во время протягивания расширительного конуса: при таком способе, требующим значительного усилия для пластической деформации, имеет место отклонение ширины прорезей, что подтверждается описанным в тексте заявке экспериментом (стр. 15: ширина прорезей была 0.15 мм, стала от 0.3 до 0.4 мм), в результате чего основная часть добываемой жидкости будет проходить через прорези большего размера ввиду их пониженного гидравлического сопротивления, что, в конечном счете, приведет к неравномерности радиального притока из пласта в скважину и засорению или разрушению фильтрующего слоя. В случае выполнения фильтрующего элемента из чешуйчатых листов после расширения в местах перехлеста листов будет наблюдаться интенсивный вынос потока с частицами пласта, что также снижает надежность эксплуатации фильтра. Кроме того, диаметр фильтра до расширения лишь незначительно меньше диаметра обсадной колонны, что может привести к повреждению фильтра в процессе спуска в скважину.
Задачей настоящего изобретения является повышение надежности скважинного расширяемого фильтра, а также технологичности его изготовления и установки в скважине.
Указанный технический результат достигается тем, что в скважинном расширяемом фильтре, содержащем выполненную с возможностью расширения несущую трубу с прорезями и фильтрующий элемент на поверхности, согласно изобретению несущая труба и фильтрующий элемент выполнены в виде С-образного профиля, причем наружный периметр фильтрующего элемента в поперечном сечении равен внутреннему периметру обсадной колонны в месте установки фильтра.
Для установки данного расширяемого скважинного фильтра предлагается способ, включающий в себя размещение фильтрующего элемента на поверхности несущей трубы с прорезями, спуск фильтра в ствол скважины к зоне перфорации, расширение несущей трубы путем перемещения через нее в осевом направлении расширяющей оправки, сопровождающегося примыканием фильтрующего элемента к стенке ствола скважины, который отличается тем, что расширяющую оправку закрепляют на колонне штанг, проходящих внутри насосно-компрессорных труб (НКТ), и устанавливают ниже фильтра, а во время расширения фильтр удерживают с помощью колонны НТК, при этом в качестве расширяющей оправки используют усеченный конус, имеющий поперечное сечение, на верхнем торце повторяющее внутреннюю полость фильтра и плавно переходящее в цилиндрическую форму на нижнем торце.
Сущность изобретений поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема предлагаемого фильтра, на фиг. 2 - поперечное сечение фильтра с С-образным профилем до расширения, на фиг. 3 - поперечное сечение фильтра после расширения; на фиг. 4 - расширяющая оправка в виде усеченного конуса, на фиг. 5, 6 - протягивание через фильтр расширяющей оправки.
Расширяемый скважинный фильтр содержит несущую трубу 1 с продольными прорезями 2 и фильтрующим элементом 3, размещенным на поверхности трубы 1 (фиг. 1, 2). Несущая труба 1 и фильтрующий элемент 3 выполнены в виде С-образного профиля в поперечном сечении (фиг. 2). Наружный периметр фильтрующего элемента 3 в поперечном сечении равен внутреннему периметру колонны обсадных труб 8 в месте установки фильтра (фиг. 3). Устройство для установки расширяемого скважинного фильтра в скважине включает в себя колонну НКТ 4, колонну штанг 5, проходящую внутри НКТ 4, к нижней части которой прикреплена расширяющая оправка 6 (фиг. 1). При этом расширяемый скважинный фильтр располагается ниже колонны НКТ 4 и выше расширяющей оправки 6. Расширяющая оправка 6 выполнена в форме усеченного конуса и имеет на верхнем торце 9 поперечное сечение, повторяющее внутреннюю полость фильтра, за счет наличия в верхней части внутренней выемки 10, которая плавно уменьшается по направлению к нижнему торцу 11, где поперечное сечение приобретает цилиндрическую форму 12 (фиг. 4).
Расширяемый скважинный фильтр устанавливают следующим образом.
На несущую трубу 1 с прорезями 2, выполненную в форме С-образного профиля, натягивают фильтрующий элемент 3 так, что фильтрующий элемент повторяет форму несущей трубы. В качестве фильтрующего элемента 3 может быть использован проволочный проницаемый материал, фильтр галунного плетения или другой известный упругий фильтровальный материал. Полученный фильтр спускают в скважину на двух колоннах, состоящих из НКТ 4 снаружи и штанг 5 внутри, и размещают в интервале перфорации 7 обсадных труб 8 (фиг. 1). При этом предварительно закрепленная на конце штанг 5 расширяющая оправка 6 в форме усеченного конуса оказывается ниже фильтра. Для приведения фильтра в рабочее состояние колонну штанг 5 поднимают на длину фильтра. Во время подъема расширяющая оправка 6, имеющая на верхнем торце 9 поперечное сечение, сопрягаемое с внутренней полостью С-образного профиля, плотно входит внутрь фильтрующего элемента 3 и за счет плавного уменьшения внутренней выемки 10 постепенно расправляет С-образный профиль несущей трубы 1 и фильтрующего элемента 3 (фиг. 5) до придания им округлой формы (фиг. 4) при прохождении нижней цилиндрической части 12 и плотного прижатия фильтрующего элемента 3 к перфорированной стенке эксплуатационной колонны обсадных труб 8 (фиг. 6). После расширения фильтра колонны НКТ 4 и штанг 5 извлекают, а фильтр удерживается в расширенном состоянии за счет сил трения и упругого поджатия фильтрующего элемента 3.
Так, в отличие от прототипа, предлагаемый способ установки фильтра гарантирует плотное равномерное прижатие фильтрующих элементов к обсадной колонне, а следовательно, повышает надежность его эксплуатации. Кроме того, для перемещения расширяющей оправки требуется применение значительно меньшего усилия, поскольку при расширении несущей трубы изменяется только ее форма, а периметр остается неизменным и не происходит пластического деформирования несущей трубы.
Внешний размер фильтрующего элемента с несущей трубой в виде С-образного профиля может быть меньше внутреннего диаметра обсадной трубы как минимум на 10%, что увеличивает надежность целостности фильтра при спуске в скважину. Кроме того, простая С-образная форма фильтра предопределяет технологичность его изготовления.
Благодаря тому, что расширение сопровождается изменением только геометрической формы несущей трубы и фильтрующего элемента, без изменения структуры и размера прорезей, заявляемый расширяемый фильтр характеризуется высокой надежностью и стабильностью эксплуатационных характеристик, в том числе фильтрационных и гидравлических.