ФИЛЬТР СКВАЖИННЫЙ ДЛЯ ЗАКАНЧИВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ КОЛОННЫ

1. Область техники.
Полезная модель относится к нефтяному машиностроению, предназначена для использования при строительстве и эксплуатации скважин для добычи нефти, воды и газа и служит для очистки пластовой жидкости и газа от крупных и мелких механических примесей на входе в скважинный насос.
2. Уровень техники.
Известен скважинный фильтр, состоящий из несущего каркаса, выполненного из перфорированной трубы, и проволочного фильтрующего элемента, установленного на несущем каркасе в пазах опорных колец, зафиксированных переводниками. Между фильтрующим элементом и несущим каркасом установлен дренажный слой, выполненный в виде спирали из проволоки, намотанной на несущий каркас. Эта спираль, образующая дренажный слой, может быть выполнена из пружинной проволоки (патент на полезную модель RU 51664U1 E21B 43/08, опубликовано: 27.02.2006).
Недостатком данного фильтра является быстрое засорение фильтрующего элемента механическими примесями. Защитный кожух с отверстиями (радиальными зазорами) не выполняет функцию защиты фильтрующего элемента от засорения крупными частицами механических примесей, выполняя функцию защиты фильтра от механических повреждений в процессе транспортировки и установки. Кроме этого, защитный кожух с радиальными зазорами создает повышенное сопротивление при прохождении жидкости через защитный кожух, что снижает скорость поступления жидкости к фильтрующему элементу и, соответственно, уменьшает пропускную способность скважинного фильтра.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является скважинный фильтр в составе эксплуатационной колонны, содержащий фильтрующие элементы, расположенные на корпусе, выполненном из трубы с перфорацией, имеющей переменную скважность по высоте, увеличивающуюся к ее нижней части за счет увеличения количества отверстий перфорации приходящихся на один погонный метр длины корпуса, защитный кожух, головку и основание, привернутые к корпусу соответственно в его верхней и нижней части, конический башмачок, герметизирующий нижнюю часть фильтра, и колпачки устанавливаемые в корпус (патент на полезную модель RU 77343U1, E21B 43/08, опубликовано: 20.10.2008). Однако он имеет следующие недостатки:
- возможность потери работоспособности фильтра вследствие повреждения защитного кожуха и фильтрующих элементов при транспортировке и спуске эксплуатационной колонны и фильтра в скважину;
- отсутствие возможности увеличения диаметра отверстий, выполненных по всей длине корпуса для прохода пластовой жидкости, с целью обеспечения возможности увеличения пропускной способности фильтра без извлечения его из скважины;
- засорение внутренней полости фильтра оседающими во время простоя скважины илом, содержащимся в пластовой жидкости, и механическим мусором (окалина, металлическая стружка), выпадаемым в колонну при выполнении различных технологических операций внутри колонны.
Применение заявляемой на регистрацию полезной модели позволит:
- уменьшить возможность повреждения фильтрующих элементов, потери их работоспособности при транспортировке и спуске фильтра и эксплуатационной колонны в скважину.
- обеспечить возможность увеличения диаметра отверстий, выполненных по всей длине корпуса для прохода пластовой жидкости, с целью обеспечения возможности увеличения пропускной способности фильтра.
- уменьшить засорение внутренней полости фильтра эксплуатационной колонны оседающими во время простоя скважины илом, содержащимся в пластовой жидкости, и механическим мусором (окалина, металлическая стружка), выпадаемым в колонну при выполнении различных технологических операций внутри колонны, увеличить рабочий ресурс фильтра.
Для достижения указанного технического результата заявляемая на регистрацию полезная модель фильтра скважинного для заканчивания эксплуатационной колонны имеет следующие особенности:
- для уменьшения возможности повреждения фильтрующих элементов при транспортировке и спуске фильтра и эксплуатационной колонны в скважину фильтр оснащен установленными на корпусе направляющими кольцами с выступающими ребрами, превышение наружного диаметра ребер которых к наружному диаметру установленных на корпусе фильтрующих элементов предотвращает воздействие на эти фильтрующие элементы инородных тел; направляющие кольца воспринимают на себя механические воздействия опорных призм, прижимов, стяжек и захватов при транспортировке, стенок оголовка, стенок и муфт трубной колонны при спуске в скважину.
- для обеспечения возможности увеличения диаметра отверстий, выполненных по всей длине корпуса для прохода пластовой жидкости, с целью обеспечения возможности увеличения пропускной способности фильтра без демонтажа эксплуатационной колонны, устанавливаемые перед монтажом эксплуатационной колонны в отверстия по всей длине корпуса резьбовые колпачки выполнены с двухступенчатыми внутренними полостями, что обеспечивает возможность ступенчатого увеличения пропускной способности фильтра, когда головки резьбовых колпачков срезаются буровым фрезером большего диаметра;
- для уменьшения засорения внутренней полости фильтра эксплуатационной колонны оседающими во время простоя скважины илом, содержащимся в пластовой жидкости, и механическим мусором (окалина, металлическая стружка), выпадаемым в колонну при выполнении различных технологических операций внутри колонны, заявляемый фильтр скважинный для заканчивания колонны оснащен трубным илоуловителем, устанавливаемым посредством резьбового соединения ниже зоны расположения фильтрующих элементов между основанием и башмаком коническим, в который оседают ил и механический мусор.
3. Раскрытие полезной модели.
Предлагаемый фильтр предназначен для установки на нижнем конце трубной эксплуатационной колонны скважины для добычи нефти, воды или газа содержит корпус, изготовленный из высокопрочной трубы с отверстиями для прохода пластовой жидкости по всей длине корпуса, привернутые к корпусу посредством резьбового соединения основание и головку, имеющую резьбовую нарезку для присоединения фильтра к эксплуатационной колонне труб скважины. На корпусе установлены фильтрующие элементы, зажатые сверху и снизу герметизирующими кольцами, между которыми установлены направляющие кольца, крайние (нижнее и верхнее) из которых поджаты к герметизирующим кольцам фиксирующими кольцами. В отверстиях корпуса установлены содержащие двухступенчатые внутренние полости резьбовые колпачки, головки которых срезаются буровым фрезером после завершения строительства скважины и испытания эксплуатационной скважины на герметичность методом гидравлического опрессования. Между основанием и коническим башмаком посредством резьбового соединения установлен трубный илоуловитель.
Установленные между герметизирующими кольцами направляющие кольца с выступающими ребрами, ориентирующие фильтр по отношению к эксплуатационной и обсадной колоннам скважины, снижают возможность повреждения фильтрующих элементов при транспортировке и спуске эксплуатационной колонны и фильтра в скважину, предотвращая воздействие на них инородных тел, воспринимают на себя механические воздействия опорных призм, прижимов, стяжек и захватов при транспортировке, и стенок оголовка, стенок и муфт трубной колонны при спуске в скважину за счет превышения наружного диаметра выступающих ребер направляющих колец к наружному диаметру установленных на корпусе фильтрующих элементов. Наружный диаметр и сечение выступающих ребер направляющих колец рассчитывается с учетом обеспечения спуска фильтра в скважину с минимальными отклонениями его оси от оси обсадной колонны и обеспечения минимального сопротивления протеканию пластовой жидкости в полости обсадной колонны. С целью обеспечения минимального усилия трения выступающих ребер направляющих колец и стенок обсадной колонны при спуске фильтра в скважину направляющие кольца изготавливаются из сплавов с антизадирными свойствами на основе алюминия.
Выполнение установленных в отверстиях корпуса для прохода пластовой жидкости резьбовых колпачков с двухступенчатыми внутренними полостями способствует обеспечению возможности увеличения диаметра отверстий, выполненных по всей длине корпуса для прохода пластовой жидкости, с целью обеспечения возможности увеличения пропускной способности фильтра без демонтажа эксплуатационной колонны, что обеспечивает ступенчатое увеличение по мере производственной необходимости пропускной способности фильтра, когда головки резьбовых колпачков срезаются буровым фрезером большего диаметра. С целью обеспечения минимального усилия срезания головок колпачков фрезерами колпачки изготавливаются из легкообрабатываемых сплавов на основе алюминия.
Установка трубного илоуловителя посредствам резьбового соединения между основанием и коническим башмаком ниже зоны расположения фильтрующих элементов создает нерабочую полость для оседания ила и механического мусора, способствуя уменьшению засорения внутренней полости фильтра эксплуатационной колонны оседающими во время простоя фильтра илом, содержащимся в пластовой жидкости, и механическим мусором (окалина, металлическая стружка), выпадаемым в эксплуатационную колонну при выполнении различных технологических операций внутри колонны.
4. Краткое описание чертежей.
Фильтр скважинный для заканчивания эксплуатационной колонны состоит из корпуса (1), изготовленного из высокопрочной трубы с отверстиями для прохода пластовой жидкости по всей длине, привернутых к корпусу (1) основания (2) и головки (3), имеющей резьбовую нарезку для присоединения фильтра к эксплуатационной колонне труб скважины. На корпусе (1) установлены фильтрующие элементы (4), зажатые сверху и снизу герметизирующими кольцами (5), между которыми установлены направляющие кольца (6), крайние (нижнее и верхнее) из которых поджаты к герметизирующим кольцам (5) фиксирующими кольцами (8). В отверстиях корпуса (1) установлены резьбовые колпачки (7) с двухступенчатыми внутренними полостями. Ниже зоны расположения фильтрующих элементов (4) к основанию (2) посредством резьбового соединения последовательно установлены трубный илоуловитель (9) и конический башмак (10).
На фиг.1 показана конструкция фильтра и его вид в разрезе по продольной оси.
На фиг.2 показан поперечный разрез фильтра.
Скважинный фильтр включает в себя следующие основные детали.
1 - корпус;
2 - основание;
3 - головка;
4 - фильтрующий элемент;
5 - герметизирующее кольцо;
6 - кольцо направляющее;
7 - резьбовой колпачок;
8 - кольцо фиксирующее;
9 - трубный илоуловитель;
10 - конический башмак;
5. Осуществление полезной модели.
Фильтр скважинный для заканчивания эксплуатационной колонны применяется при строительстве и эксплуатации скважин по добыче нефти, воды и газа. Будучи установленным в основании эксплуатационной колоны, фильтр очищает пластовую жидкость и газ при входе в эксплуатационную колонну скважины, защищает насосное оборудование и трубопроводы от воздействия крупных механических частиц содержащихся в пластовой жидкости, уменьшая износ и увеличивая срок их эксплуатации.
При включении в работу скважинного насоса пластовая жидкость, всасываемая насосом в эксплуатационную скважину, проходит во внутреннюю полость фильтра через фильтрующие элементы и отверстия резьбовых колпачков со срезанными головками, установленных в отверстиях для прохода пластовой жидкости в корпусе и далее в полость эксплуатационной колонны и во входное отверстие насоса. Механические частицы, взвешенные в пластовой жидкости размером более размера щели фильтрующего элемента, отделяются и оседают в полости скважины. Фильтрующие элементы (многослойные сетчатые с защитным кожухом или щелевые проволочные) монтируются на корпусе концентрично его наружной поверхности в зонах его перфорации.
Торцы фильтрующих элементов герметизируются и центрируются относительно корпуса герметизирующими кольцами.
С целью уменьшения сцепляемости с механическми примесями содержащимися в пластовой жидкости, обеспечения коррозионной стойкости к агрессивной пластовой жидкости, все детали фильтрующих элементов и их герметизирующие кольца изготовлены из нержавеющей стали.
Для предупреждения обводнения скважины от увеличенной скорости движения пластовой жидкости в зоне расположения фильтра, обеспечения равномерного распределения потока жидкости по всей площади фильтра, количество отверстий для прохода пластовой жидкости в расчете на погонный метр длины корпуса (плотность перфорации) в зависимости от расстояния положения фильтрующего элемента от головки фильтра выполнено различным.
Отверстия для прохода пластовой жидкости с целью обеспечения максимальной прочности корпуса фильтра выполнены по спиральной линии и таким образом, что в каждом поперечном сечении корпуса располагается только одно отверстие.
В выполненные по всей длине корпуса отверстия для прохода пластовой жидкости посредством резьбового соединения устанавливаются и герметизируются клеем резьбовые колпачки с двухступенчатыми внутренними полостями. Головки колпачков подлежат срезанию буровым инструментом (фрезером) после завершения строительства и перед запуском скважины в эксплуатацию.
С целью обеспечения более точного соответствия пропускной способности фильтра режиму добычи, внутренние полости резьбовых колпачков выполнены двухступенчатыми. Это позволяет обеспечить ступенчатое регулирование пропускной способности фильтра для обеспечения требуемого дебита скважинной жидкости без демонтажа фильтра из скважины. Для срезания головок колпачков используются буровые фрезеры определенного диаметра: в начале производится обработка фрезером диаметром ДФ1, а при необходимости обеспечения большего дебита скважины - фрезером большего диаметра ДФ2.
Длина корпуса В1 и число фильтрующих элементов выполняются с учетом величины дебита скважины, диаметра корпуса фильтра, заданной тонкостью фильтрации, качеством пластовой жидкости. Направляющие кольца устанавливаются на корпус между герметизирующими кольцами, зажимающими сверху и снизу фильтрующие элементы; крайние (нижнее и верхнее) направляющие кольца поджаты к герметизирующим кольцам фиксирующими кольцами. Направляющие кольца предохраняют фильтрующие элементы от повреждения при транспортировке и спуске фильтра в скважину и ориентируют фильтр по отношению к стенкам колонны скважины, обеспечивают соосное расположение между собой фильтра и обсадной колонны, обеспечивая равномерный зазор между наружной поверхностью фильтра и стенкой обсадной колонны, равномерное поступление жидкости ко всей поверхности фильтрующего элемента, обеспечивая заданный ресурс работы фильтра. Наружный диаметр выступающих ребер направляющих колец и их ширина выполнены с учетом внутреннего диаметра обсадной колонны и дебита скважины.
Устанавливаемый ниже зоны расположения фильтрующих элементов посредством резьбового соединения между основанием и коническим башмаком трубный илоуловитель в периоды простоя насосной установки обеспечивает сбор ила, содержащегося в пластовой жидкости, и механического мусора (окалина, металлическая стружка), выпадаемого в эксплуатационную колонну при выполнении различных технологических операций внутри колонны
Длина трубного илоуловителя В2 выполнена в зависимости от заданной тонкости фильтрации, качества пластовой жидкости и режима работы скважинной насосной установки (долей времени простоя насоса в общем фонде времени работы скважины).