СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к скважинным фильтрам для очистки добываемого продукта от механических примесей и может найти применение при эксплуатации нефтяных и газовых скважин.
Известен фильтр скважинный наборный по патенту РФ на полезную модель №74957, содержащий перфорированную трубу с ниппельной и муфтовой частями, концентрично которой установлен фильтрующий элемент, выполненный из колец, отличающийся тем, что, торцы колец соприкасаются, а на торцах колец выполнены канавки, расширяющиеся от наружной поверхности к оси фильтра, причем кольца фильтрующего элемента выполнены с продольными выступами внутри, сцентрированными на трубе по внутреннему диаметру и обеспечивающими дренаж. Кольца фильтрующего элемента установлены между двумя упорами. Кольца фильтрующего элемента сгруппированы в пакеты, установленные между промежуточными кольцами. Торцы колец фильтрующего элемента могут быть выполнены коническими. Канавки могут быть выполнены пересекающимися. Канавки могут быть выполнены радиальными. Канавки могут быть выполнены тангенциально. Канавки на противолежащих торцах соседних колец могут быть выполнены противоположными по направлению. Профиль канавок выполнен прямоугольным или треугольным, или выполнен полукруглым. Канавки выполнены методом электрохимической или электроэрозионной обработки, или травлением в растворе кислоты с защитой необрабатываемых поверхностей. Кольца фильтрующего элемента могут быть выполнены из нержавеющей стали или из пластмассы. Недостатком фильтра скважинного наборного является высокая трудоемкость его изготовления и технического обслуживания.
Известен фильтрующий модуль по патенту РФ на полезную модель №147662. Заявляемое техническое решение относится к добыче жидких и газообразных текучих сред из буровых скважин, в частности к их подземному фильтрованию, а именно к конструкциям скважинных фильтров, и может найти применение при эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Задача предлагаемого изобретения состоит в повышении надежности и долговечности эксплуатации фильтрующего модуля путем упрочнения несущего корпуса, лишенного перфорации стенок, защиты подшипников скольжения от разрушения агрессивной рабочей средой и повышении производительности модуля путем ускорения процесса фильтрации оптимизацией радиального зазора сечения кольцевой полости между несущим корпусом и фильтрующим элементом для протекания рабочей среды. Предлагается фильтрующий модуль, который содержит несущий корпус, выполненный по всей его длине в виде цилиндрической трубы со сплошными стенками, по меньшей мере один центратор, выполненный в виде цилиндрической решетки «беличьего колеса» и содержащий в торцевых зонах последней две кольцевые втулки, жестко связанные между собой продольными дискретно установленными стержнями, и расположенные коаксиально между несущим корпусом и фильтрующим элементом с примыканием кольцевых втулок к внутренней цилиндрической поверхности фильтрующего элемента и с возможностью образования радиального зазора между несущим корпусом и фильтрующим элементом в промежутках между стержнями, при этом стержни выполнены в виде узких брусков и установлены с примыканием противолежащими длинными сторонами брусков к внутренней цилиндрической поверхности фильтрующего элемента и к наружной цилиндрической поверхности несущего корпуса, соответственно, по всей длине цилиндрической решетки, при этом толщина каждой кольцевой втулки «беличьего колеса» в радиальном направлении выполнена, предпочтительно, равной 0,30-0,40 от величины радиального зазора кольцевой полости между наружной цилиндрической поверхностью несущего корпуса и внутренней цилиндрической поверхностью фильтрующего элемента, с возможностью образования дополнительного радиального зазора между внутренней поверхностью торцевой кольцевой втулки и наружной цилиндрической поверхностью несущего корпуса, а толщина каждого стержня в радиальном направлении выполнена равной величине радиального зазора кольцевой полости между наружной цилиндрической поверхностью несущего корпуса и внутренней цилиндрической поверхностью фильтрующего элемента. Такое размещение торцевых кольцевых втулок и стержней в центраторе в виде «беличьего колеса» позволяет создать всегда гарантированно открытый канал для прохода рабочей среды, подвергаемой фильтрованию, причем стержни по всей длине фильтрующего элемента установлены с примыканием к последнему и с упором во внешнюю цилиндрическую поверхность несущего корпуса с возможностью образования радиального зазора между несущим корпусом и фильтрующим элементом в промежутках между стержнями. Кроме того предлагаемый фильтрующий модуль содержит вал, размещенный в полости этого корпуса, и фильтрующий элемент, состоящий по меньшей мере из одного блока автономных сменных кольцевых фильтрующих втулок и установленный коаксиально с несущим корпусом снаружи него с образованием между ними радиального зазора, подшипники скольжения, фиксировано установленные в осевом направлении между валом и внутренней цилиндрической поверхностью несущего корпуса с возможностью вращения в них вала и устройство для оптимального сжатия фильтрующего элемента в осевом направлении, снабженное по меньшей мере одним распорным кольцом, расположенным на стыке фильтрующего элемента с фланцем модуля. Верхний фланец модуля со стороны зоны входной полости погружного насоса снабжен цилиндрической полостью и продольными каналами, выполненными с возможностью сообщения этой цилиндрической полости с кольцевой полостью радиального зазора между несущим корпусом и фильтрующим элементом. В качестве фильтрующего материала взят проволочный нетканый материал или «металлорезина» или спрессованная металлическая путанка или пористый проницаемый материал. Недостатком фильтрующего модуля является сложность конструкции.
Известен скважинный фильтр по патенту РФ на полезную модель №67630 (прототип). Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при добыче нефти и газа. Задача создания полезной модели: повышение пропускной способности и качества очистки жидкостей и газов, поступающих на фильтрацию и увеличение срока службы скважинного фильтра. Решение указанных задач достигнуто за счет того, что в скважинном фильтре, включающем несущий каркас, выполненный из перфорированной трубы, и фильтрующих элементов из проволочного спрессованного материала, установленных на несущем каркасе в кольцевых пазах опорных колец, зафиксированных верхним и нижним переводниками, и между несущим каркасом и каждым фильтрующим элементом установлен дренажный слой, выполненный из проволоки, намотанной по спирали на несущий каркас, а снаружи закрыт защитным кожухом с отверстиями, отличающийся тем, что фильтр выполнен разборным, а фильтрующие элементы съемными, при этом каждый фильтрующий элемент выполнен многослойным, причем фильтрующие слои отделены друг от друга дренажными слоями, выполненными из проволоки намотанной по спирали. Навивка проволоки в каждом дренажном слое отличается по направлению. Диаметр проволоки дренажного слоя выполнен большего диаметра, чем проволока фильтрующего элемента. Диаметр проволоки дренажного слоя увеличивается по направлению от защитного кожуха к боковой поверхности трубы. В начале и в конце съемного фильтрующего элемента не менее одного витка в проволоке дренажного слоя расположено под углом 90 градусов к оси фильтра. Крайние витки дренажного слоя упираются в опорные кольца. Все дренажные слои в съемном фильтрующем элементе соединены между собой проволокой, диаметр которой меньше или равен диаметру проволоки фильтрующего слоя. Опорные кольца и съемные фильтрующие элементы прижаты к торцу ниппеля муфтой. Опорные кольца и сменные вставки прижаты к торцу ниппеля гайкой. Дренажные слои намотаны с различным шагом. Шаг навивки уменьшается с уменьшением диаметра проволоки. Сменные фильтрующие элементы соединены между собой промежуточными опорными кольцами, кольцевые пазы на торцевой поверхности которых выполнены с двух сторон. Верхнее опорное кольцо выполнено с внутренней резьбой. Нижнее опорное кольцо выполнено заодно с ниппелем. Каждый фильтрующий слой выполнен из проволоки разного размера. В каждом фильтрующем слое плотность прессования проволоки различна. Защитный кожух выполнен из просечно-вытяжного металлического листа. Защитный кожух выполнен из металлического листа толщиной от 0,6 до 1,2 мм. Фильтрующий элемент и защитный кожух выполнены из нержавеющей стали. Недостатком скважинного фильтра является высокая трудоемкость замены фильтрующего элемента.
Задачей создания полезной модели является снижение трудоемкости и времени технического обслуживания скважинного фильтра.
Решение указанных задач достигнуто за счет того, что скважинный фильтр включает несущий каркас, выполненный из перфорированной трубы, с одной стороны которой на резьбе установлена муфта, а с другой выполнена ниппельная резьба для соединения фильтра с колонной труб и съемного фильтрующего элемента, закрепленного в кольцевых проточках опорных колец, причем на одном из опорных колец выполнена внутренняя резьба, соединенная с наружной резьбой дополнительного кольца, закрепленного неподвижно на внешней поверхности трубы. Дополнительное кольцо выполнено ступенчатым с поверхностью для упора торца фильтрующего элемента. Наружный диаметр дополнительного кольца, не менее наружного диаметра опорного кольца с внутренней резьбой. Внутренний диаметр фильтрующего элемента, не менее внутреннего диаметра опорных колец. На боковой поверхности опорного кольца с внутренней резьбой выполнены пазы под ключ. На опорном кольце без внутренней резьбы могут быть установлены винты, входящие в кольцевую проточку, выполненную на перфорированной трубе для предотвращения отворота фильтрующего элемента. Фильтрующий элемент выполнен в виде листа, свернутого по спирали, перфорация которого выполнена просечкой и прямоугольной вытяжкой листа кожуха внутрь, с образованием фильтрующих зазоров вдоль длинной стороны прямоугольной вытяжки. Длинные стороны прямоугольной вытяжки параллельны оси перфорированной трубы. Фильтрующий элемент может быть выполнен многослойным, с дренажными и фильтрующими слоями, выполненными из сетки или проволоки.
Предложенное техническое решение обладает новизной и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями полезной модели. Новизна технического решения подтверждается проведенными патентными исследованиями. Промышленная применимость обусловлена тем, что при изготовлении скважинного фильтра применяются известные технологии и материалы.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1…5, где:
на фиг. 1 показан продольный разрез скважинного фильтра,
на фиг. 2 показан фильтрующий элемент,
на фиг. 3 приведен вид А соединение по резьбе опорного кольца фильтроэлемента и дополнительного кольца, закрепленного на трубе, например, сваркой,
на фиг. 4 приведен вид Б, на котором показано соединение фильтроэлемента с опорным кольцом без внутренней резьбы,
на фиг. 5 приведен вид Б, на котором показаны винты, входящие в кольцевую проточку, выполненную на перфорированной трубе для предотвращения отворота фильтрующего элемента.
Скважинный фильтр состоит из несущего каркаса, выполненного из перфорированной трубы 1, с одной стороны которой на резьбе установлена муфта 2, а с другой выполнена ниппельная резьба 3 для соединения фильтра с колонной труб и съемного фильтрующего элемента 4, закрепленного в кольцевых проточках 5 опорных колец 6 и 7 причем на кольце 6 выполнена внутренняя резьба 8, соединенная с наружной резьбой 9 дополнительного кольца 10, закрепленного неподвижно на внешней поверхности трубы 1. Дополнительное кольцо 10 выполнено ступенчатым с поверхностью 11 для упора торца 12 фильтрующего элемента 4. Наружный диаметр дополнительного кольца 10 не менее наружного диаметра опорного кольца 6 с внутренней резьбой 8. Внутренний диаметр фильтрующего элемента 4 не менее внутреннего диаметра опорных колец 6 и 7. На боковой поверхности опорного кольца 6 с внутренней резьбой 8 выполнены пазы 13 под ключ. На опорном кольце 7 без внутренней резьбы могут быть установлены винты 14, входящие в кольцевую проточку 15, выполненную на перфорированной трубе 1 для предотвращения отворота фильтрующего элемента 4. Фильтрующий элемент 4 выполнен в виде листа, свернутого по спирали, перфорация которого выполнена просечкой и прямоугольной вытяжкой листа кожуха внутрь, с образованием фильтрующих зазоров S вдоль длинной стороны прямоугольной вытяжки. Длинные стороны прямоугольной вытяжки параллельны оси перфорированной трубы. Фильтрующий элемент может быть выполнен многослойным, с дренажными и фильтрующими слоями, выполненными из сетки или проволоки.
Скважинный фильтр работает следующим образом. Фильтр с помощью ниппельной резьбы 3 и муфты 2 соединяется с колонной фильтров и обсадными трубами, на которых скважинный фильтр спускается в интервал установки. При наличии в перфорационных отверстиях трубы 1 пробок (на иллюстрациях не показаны) выполняется промывка забоя, после чего выступающие внутрь трубы 1 пустотелые пробки срезаются фрезером. Добываемый продукт проходит через фильтрующие зазоры фильтрующего элемента, ширина «S» которых определяет степень фильтрации. Частицы породы, размер которых больше размера «S» задерживаются перед фильтрующим элементом. Очищенный от механических примесей добываемый продукт проходит через кольцевой зазор, образованный фильтрующим элементом 4 и перфорированной трубой 1, к перфорационным отверстиям через которые поступает внутрь трубы, откуда он поднимается на устье скважины. Опорные кольца, обеспечивают центровку фильтрующего элемента 4 относительно перфорированной трубы 1. При снижении дебита скважины фильтр поднимается на поверхность. Отворачиваются установочные винты 14. За пазы 13, расположенные на опорном кольце 6, фильтрующий элемент 4 отворачивается от дополнительного кольца 10 для промывки или замены.
Применение полезной модели позволило:
1. Обеспечить фильтрацию добываемого продукта от механических примесей.
2. Снизить трудоемкость и время технического обслуживания скважинного фильтра.
3. Обеспечить возможность очистки фильтрующего элемента.
4. Использовать скважинный фильтр многократно.
5. Снизить затраты на замену скважинного фильтра.
6. Повысить надежность и ресурс работы скважинного фильтра.