ФИЛЬТР ЩЕЛЕВОЙ НАБОРНЫЙ

Полезная модель относится к горной промышленности, а именно к нефтегазодобывающей и может быть использовано при освоении нефтяных и газовых скважин.
Известен скважинный фильтр по А. Св. СССР №1645470, содержащий перфорированную трубу, на которую уложен проволочный фильтрующий элемент с выступами. Выступы, размещенные достаточно часто на проволоке, обеспечивают постоянный зазор между рядами.
Недостатком фильтра является возможность деформации проволоки при транспортировке фильтра или его установке в скважину. Это может привести к местному увеличению зазора между рядами проволоки и проходу в устье скважины крупных частиц посторонних примесей.
Известен гравийный скважинный фильтр по св. РФ на полезную модель №38830, содержащий перфорированную трубу с муфтовой и ниппельной частями и, фильтрующий элемент в виде фильтрующей сетки и защитный кожух. Размер ячеек сетки фильтрующего элемента 0,15...0,25 мм.
Недостаток: фильтр не приспособлен для добычи вязкой нефти по двум причинам: малый размер ячеек фильтрующей сетки и наложение фильтрующей сетки в стыках друг на друга, что приводит к дополнительному уменьшению проходного сечения в месте наложения слоев фильтрующей сетки.
Известен фильтр для водозаборных, водопонизительных и гидрогеологических скважин по А. Св. СССР №192125, содержащий кольцевые элементы с опорными площадками, образующие расположенные в радиальном направлении водоприемные каналы, при этом кольцевые элементы стянуты болтами в нескольких местах.
Недостатками этой конструкции являются:
- большие габариты и вес фильтра, обусловленные тем, что наружный диаметр кольцевых элементов при такой компоновке должен составлять 1,5...2,0 диаметра обсадной колонны, т.к. на кольцевых элементах необходимо разместить по окружности крепежные болты,
- низкая прочность по сравнению с фильтрами, в которых в качестве силового каркаса используется перфорированная труба, т.к. поперечное сечение трубы с учетом перфорации будет всегда больше, чем поперечное сечение нескольких болтов.
- нетехнологичность изготовления и трудности при сборке, обусловленные повышенными требованиями к точным совмещения отверстий под болты,
- возможность деформации фильтра по фильтрующим элементам при спуске в наклонно-направленные и горизонтальные скважины из-за низкой жесткости и отсутствия силового каркаса.
Кроме того, по фильтр А. Св. СССР №192125 не предназначен для использоваться в нефтегазодобывающей промышленности. Невозможность использования подобных фильтров в нефтегазодобывающей промышленности обусловлена, в первую очередь большим диаметральным габаритом фильтра, во-вторых, его низкой прочностью. Таким образом, этот фильтр имеет другое назначение.
Известен скважинный фильтр, предназначенный для добычи нефти или газа по патенту РФ на изобретение №2254420, прототип, содержащий установленные на перфорированную трубу, выполняющую роль каркаса, кольцевые элементы. Кольцевые элементы установлены с зазорам, выполняющим роль фильтрующих каналов. В описании не указано, за счет каких средств достигается установка кольцевых элементов с зазорами между ними. Кроме того, не предусмотрен дренажный слой между перфорированной трубой и кольцевыми элементами, поэтому такой фильтр будет иметь низкий дебит добываемого продукта и быстро забьется посторонними частицами.
Недостатком щелевых скважинных фильтров является низкая прочность и возможность прохода через фильтрующий элемент крупных частиц, имеющих некруглую форму, а недостатком сетчатых фильтров является быстрая кольматация фильтрующего элемента, связанная с профилем проходного сечения ячейки проволочной сетки.
Задача создания полезной модели: повышение прочности фильтрующего элемента, уменьшение кольматации скважинного фильтра и повышение степени очистки добываемого продукта от примесей некруглой формы.
Решение указанных задач достигнуто в фильтре щелевом наборном, содержащем перфорированную трубу с ниппельной и муфтовой частями концентрично которой установлен фильтрующий элемент, выполненный из отдельных колец, тем, что, на внешней поверхности трубы выполнена, по меньшей мере, одна канавка, расположена по спирали, выполняющая функцию подвода добываемого продукта к отверстиям перфорированной трубы. Канавки выполнены пересекающимися с правым и левым направлением спирали. Канавки выполнены треугольными, прямоугольными, или полукруглыми. Кольца фильтрующего элемента установлены между двумя упорами. Один из упоров выполнен в виде резьбового кольца, установленного с возможностью осевого перемещения на втулке, закрепленной неподвижно на перфорированной трубе. Кольца фильтрующего элемента выполнены с канавками на торцовых поверхностях, сгруппированы в пакеты, установленные между промежуточными кольцами. Торцы колец фильтрующего элемента выполнены коническими. Канавки на торцевой поверхности кольца выполнены пересекающимися. Канавки на торцевой поверхности кольца выполнены радиальными.
Канавки выполнены тангенциально. Канавки на противолежащих торцах соседних колец выполнены противоположно по направлению. Профиль канавок выполнен прямоугольным или треугольными. Профиль канавок выполнен полукруглым. Канавки на кольцах фильтрующих элементов выполнены методом электрохимической или электроэрозионной обработки, или травлением в растворе кислоты с защитой необратываемых поверхностей. Кольца фильтрующего элемента выполнены из нержавеющей стали или из пластмассы.
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 фильтра применяются недифицитные материалы и известные технологии.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1...15, где:
- на фиг.1 - приведен фильтр щелевой наборный в сборе,
- на фиг.2 - приведен фильтр щелевой наборный с промежуточными кольцами,
- на фиг.3 - приведен вид перфорированной трубы без фильтрующего элемента, где показаны канавки, расположенные по спирали,
- на фиг.4 - приведен вид перфорированной трубы без фильтрующего элемента, где канавки выполнены в виде спирали, направленной в одну сторону,
- на фиг.5 - приведен вид перфорированной трубы без фильтрующего элемента с пересекающимися канавками, имеющими правое и левое направление спирали,
- на фиг.6 - приведен вид А для первого варианта фильтрующего элемента,
- на фиг.7 - приведен вид Б для второго варианта фильтрующего элемента,
- на фиг.8 - приведен вид первого варианта кольца фильтрующего элемента,
- на фиг.9 - приведен вид второго варианта кольца фильтрующего элемента,
- на фиг.10 - приведен вид третьего варианта кольца фильтрующего элемента,
- на фиг.11 - приведен разрез В-В,
- на фиг.12 - приведен разрез В-В,
- на фиг.13 - также приведен разрез В-В,
- на фиг.14 - приведен вариант колец с канавками 6, выполненными с двух сторон,
- на фиг.15 - приведен разрез «Г-Г».
Предложенная конструкция фильтра щелевого наборного (фиг.1...15) содержит перфорированную трубу 1 с отверстиями «Д», ниппельную и муфтовую части, соответственно 2 и 3, фильтрующий элемент 4, установленный концентрично перфорированной трубе 1. На наружной поверхности перфорированной трубы 1 выполнена, по меньшей мере, одна канавка «Е», расположенная по спирали, выполняющая функцию подвода добываемого продукта к отверстиям, перфорированной трубы 1. Профиль канавок «Е» может быть либо треугольным, либо прямоугольным или полукруглым.
Фильтрующий элемент 4 выполнен из колец 5, контактирующих друг с другом по торцам и имеющих канавки 6 на одном или обеих торцах. Кольца 5 зажаты между упорами 7. Один из упоров 7 выполнен в виде резьбового кольца 8, установленного с возможностью осевого перемещения на втулке 9, закрепленной неподвижно на перфорированной трубе 1.
При большой длине фильтра между упорами 7 могут быть установлены промежуточные кольца 10, которые могут быть зафиксированы сваркой 11 (фиг.2). Промежуточные кольца 10 должны иметь диаметр больше, чем диаметр фильтрующего элемента Dф, это предохранит фильтрующий элемент 4 от повреждения и засорения при транспортировке. В отверстиях «Д» могут быть установлены срезаемые пробки 12. Канавки «Е» могут быть выполнены по спирали в одном направлении (фиг.4) или выполнены пересекающимися с правым и левым направлением спирали (фиг.5).
На торцах «Ж» колец 5 выполнены канавки 6, имеющие переменное сечение, увеличивающееся от наружной поверхности фильтра «И» к его оси O1-O2, т.е. h2>hl (фиг.6). Торцы «Ж» колец 5 могут быть выполнены коническими (фиг.7). Канавки 6 могут быть выполнена радиально (фиг.8) или тангенциально (фиг.9), или крестообразно (фиг.10).
Канавки 6 на противолежащих торцах соседних колец 5 могут быть выполнены противоположно по направлению (фиг.14). Толщина колец 5 равна 1,0...10,0 мм. Наружный диаметр колец 5 фильтрующего элемента Dф выполнен меньше или равным диаметру муфты Dм, что исключает возможность повреждения фильтрующего элемента 4 при транспортировке и при спуске в скважину.
Профиль углублений канавок 6 может быть выполнен треугольным (фиг.11) или радиусным (фиг.12) или прямоугольным (фиг.13). Кольца 5 выполнены из нержавеющей стали или из пластмассы. Для металлических колец 5 канаки 6 могут быть изготовлены электрохимической или электроэрозионной обработкой. Глубина канавок h1 определяет степень фильтрации скважинного фильтра и может быть равна 0,1...1,0 мм. Ширина канавок приблизительно равна их глубине.
После установки в скважину скважинного фильтра в пробками 12 (фиг.2 и 7) пробки 12 срезают.
При эксплуатации добываемый продукт, содержащий посторонние примеси проходит через канавки 6 на кольцах 5, по канавкам «Е», расположенным по спирали, добываемый продукт растекается вдоль перфорированной трубы 1, поступает через отверстия «Д» внутрь фильтра. За счет того, что размер канавок 6 колец 5 фильтрующего элемента 4 составляет на входе 0,1...1,0 мм частицы более крупных размеров отфильтровываются и не попадают к насосному оборудованию и арматуре, установленным на устье скважины, что предотвращает их преждевременный износ. Увеличение глубины канавок от боковой поверхности с оси фильтра уменьшает вероятность его кольматации.
Частицы, имеющие размер меньше, чем ширина канавки 6, проходят в нее и не забивают, потому, что она расширяется дальше по потоку. Крупные частицы падают вниз вне фильтра вдоль его наружной поверхности «И».
Применение полезной модели позволит получить ряд преимуществ по сравнению с использовавшимися ранее скважинными фильтрами, а именно:
1. Повысить прочность фильтрующего элемента
2. Уменьшить кольматацию скважинного фильтра
3. Повысить степень очистки добываемого продукта от примесей.
4. Обеспечить минимальное гидравлическое сопротивление прохождению вязкой нефти и за счет этого увеличить дебит нефти.
5. Упростить конструкцию фильтра.
6. Обеспечить высокую технологичность фильтра.
7. Уменьшить вес фильтра за счет упрощения конструкции.
8. Уменьшить затраты на изготовление фильтра.
9. Снизить экономические затраты на освоение скважины.