Самоочищающийся скважинный фильтр и способ его промывки без извлечения.
SELF-CLEANING DOWNHOLE FILTER AND METHOD OF WASHING IT WITHOUT EXTRACTION

Технические решения относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к самоочищающемуся скважинному фильтру и способу его промывки, и предназначены для повышения надежности работы штанговых скважинных насосов за счет обеспечения очистки фильтров добываемой пластовой жидкости.
Уровень техники.
Из уровня техники известен, см. патент РФ №2600224, самоочищающийся скважинный фильтр, который содержит два ниппеля, приваренные к переходным кольцам, фильтрующий элемент, выполненный между ограничительными кольцами, из проволоки, при этом фильтрующий элемент включает проволоку, намотанную спирально на продольные элементы, а все фильтрующие элементы выполнены с возможностью вращения за счет того, что внутри каждого фильтрующего элемента установлена турбина. Однако наличие турбины усложняет конструкцию и снижает надежность. Также конструкция такого фильтра не допускает возможности промывки фильтра без его извлечения.
Также из уровня техники патент РФ №134576, 20.11.2013 (прототип), известен скважинный фильтр. Такой фильтр имеет корпус с отверстиями для прохода пластовой жидкости, фильтрующий щелевой элемент, установленный снаружи от корпуса, герметизирующее верхнее наружное кольцо, золотниковый клапан с осевыми каналами, содержащий напорные отверстия, приемные отверстия и заглушку. При этом заглушка выполнена с проточкой в верхней части для установки фильтрующего элемента, с упором и напорными отверстиями в нижней ее части, а в полости заглушки вмонтирован золотниковый клапан и она снабжена контровочным винтом, при этом приемные отверстия расположены в нижней части корпуса, а герметизирующее верхнее наружное кольцо соединено с корпусом с помощью сварки.
Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, заключается в упрощении конструкции, увеличении надежности, обеспечение возможности промывки фильтра без его извлечения.
Технический результат повышение надежности самоочищающегося скважинного фильтра при одновременном упрощении его конструкции, а также обеспечение возможности его промывки без извлечения.
Технический результат достигается тем, что самоочищающийся скважинный фильтр выполнен с возможностью промывки без извлечения и содержит фильтрующий узел, сливной узел, соединительные патрубки, причем фильтрующий узел содержит фильтрующий щелевой элемент, корпус с приемными отверстиями и отверстиями для прохода пластовой жидкости, при этом корпус расположен внутри фильтрующего щелевого элемента, верхнее наружное кольцо, герметизирующее пространство между фильтрующим щелевым элементом и корпусом, заглушка, закрывающая корпус в нижней части и выполненная с проточкой в торцевой части для установки фильтрующего элемента, с упором и напорными отверстиями в нижней ее части, золотниковый клапан с осевыми каналами, сообщающимися со внутренней полостью корпуса, при этом золотниковый клапан установлен в полости заглушки, контровочный винт, установленный в заглушке и фиксирующий фильтрующий щелевой элемент, при этом приемные отверстия расположены в нижней части корпуса, а золотниковый клапан выполнен с возможностью перемещаться из нижнего рабочего положения, при котором клапан перекрывает приемные отверстия, в верхнее рабочее положение, при котором осевые каналы клапана совпадают с приемными отверстиями, и обратно, причем сливной узел выполнен в виде патрубка с отверстием, а соединительные патрубки содержат уплотнения, причем нижний соединительный патрубок соединяет фильтрующий и сливной узлы, а верхний соединительный патрубок соединенный со сливным узлом, выполнен с возможностью соединения с внешним скважинным насосом.
Сущность заявленного технического решения поясняется чертежами Фиг. 1-4, где
- на фиг. 1 показан общий вид самоочищающегося скважинного фильтра;
- на фиг. 2 показан общий вид фильтрующего узла;
- на фиг. 3 показан местный вид фильтрующего узла;
- на фиг. 4 показаны общие виды самоочищающегося скважинного фильтра в обычном режиме и режиме промывки.
На фигурах обозначены:
1 - фильтрующий узел;
2 - сливной узел;
3 - соединительные патрубки;
4 - стыковочная головка;
5 - корпус фильтрующего узла;
6 - фильтрующий щелевой элемент;
7 - герметизирующее верхнее наружное кольцо;
8 - золотниковый клапан;
9 - осевые каналы;
10 - напорные отверстия;
11 - приемные отверстия;
12 - заглушка;
13 - упор;
14 - контровочный винт.
Ниже приведен пример осуществления изобретения.
Самоочищающийся фильтр состоит из фильтрующего узла 1, сливного узла 2 и соединительных патрубков 3. Верхний соединительный патрубок 3 содержит стыковочную головку 4 для соединения с насосом, например, свинчиванием, а другим своим концом соединяется со сливным узлом 2. Насос (на фиг. не показан) вместе с самоочищающимся фильтром, закрепленным в нижней части насоса, вставляется внутрь колонны труб НКТ (Насосно-компрессорная труба).
Соединительные патрубки 3 на своей внешней части имеют уплотнения, соприкасающиеся со стенками НКТ в посадочных местах, и тем самым герметизируя пространство между тубой НКТ и самоочищающимся фильтром от пластовой жидкости. Т.е. уплотнения имеют такую форму и размер, чтобы осуществлять вышеописанную герметизацию в посадочных местах. Нижний соединительный патрубок 3 соединяет сливной узел 2 и фильтрующий узел 1.
Посадочное место состоит из переводников и трубы и спускается в скважину в составе компоновки НКТ на глубину установки штангового насоса.
Нижний соединительный патрубок также содержит уплотнение (самое нижнее, фиг. 1), в обычном режиме работы фильтра не находящееся в посадочном месте и не обеспечивающее герметизацию фильтра.
Фильтрующий узел 1 скрепляется с соединительным патрубком 3 и состоит из корпуса 5, изготовленного из высокопрочной трубы с отверстиями по всей длине для прохода пластовой жидкости, фильтрующего щелевого элемента 6, например, каркасно-проволочного сварного типа из нержавеющей стальной проволоки клинообразного профиля с жестким допуском на размер щели (не более 10 микрон), установленного снаружи от корпуса 1, герметизирующее верхнее наружное кольцо 7, золотниковый клапан 8 с осевыми каналами 9, сообщающимися с внутренней полостью корпуса 5. Фильтрующий узел 1 содержит напорные отверстия 10, приемные отверстия 11 и заглушку 12. Заглушка 12 выполнена с проточкой в верхней части для установки фильтрующего элемента 6, напорными отверстиями 10 в нижней ее части, а в полости заглушки 12 вмонтирован золотниковый клапан 8 и она снабжена контровочным винтом 14. Заглушка 12 соединена с корпусом 5 в нижней его части. Приемные отверстия 11 расположены в нижней части корпуса 5, а герметизирующее верхнее наружное кольцо 7 надето на фильтрующий щелевой элемент 6 и соединено с корпусом 5, например, с помощью сварки. Упор 13 закреплен в заглушке 12 с помощью сварки.
Фильтрующий узел 1 очищает от механических примесей и подает пластовую жидкость на вход насоса. При включении в работу штангового глубинного насоса пластовая жидкость, всасываемая плунжером насоса, проходит через фильтрующий щелевой элемент 6 и через фильтрующие отверстия в корпусе 5 во внутреннюю полость фильтрующего узла 1.
Торцы фильтрующих щелевых элементов 6 герметизируются для обеспечения работоспособности в скважинах большой кривизны и центрируются относительно корпуса 5 верхним наружным кольцом 7 и заглушкой 12. Механические примеси, размером более размера фильтрующего отверстия в корпусе 5, отделяются от пластовой жидкости. Для обеспечения бесперебойной работы при засорении фильтрующих отверстий корпуса 5, фильтрующий узел 1 имеет приемные отверстия 11 в нижней части корпуса 5. Подача пластовой жидкости через эти приемные отверстия 11 перекрыта, установленным в полости заглушки 12, золотниковым клапаном 8, под нижний торец, которого через напорные отверстия 10 под скважинным давлением подается пластовая жидкость, воздействуя на него снизу, в то время как на верхний торец золотникового клапана 8 воздействует давление жидкости, поступающей через фильтрующий элемент 6 и через фильтрующие отверстия в корпусе 5 во внутреннюю полость фильтра.
При нормальном перепаде давлений жидкости в полости скважины и во внутренней полости корпуса 5 фильтрующего узла, золотниковый клапан 8 находится в нижнем рабочем положении и перекрывает подачу пластовой жидкости через приемные отверстия 11 во внутреннюю полость корпуса 5 фильтрующего узла.
При засорении фильтрующих отверстий в корпусе 5 давление пластовой жидкости, поступающей через эти отверстия во внутреннюю полость корпуса 5 фильтрующего узла и воздействующий на верхний торец золотникового клапана 8 ослабевает, позволяя пластовой жидкости, подаваемой под скважинным давлением через напорные отверстия 10 в полость заглушки 12 и воздействующий на нижний торец золотникового клапана 8, переместить золотниковый клапан 8 вверх до уровня совпадения приемных отверстий 11 в корпусе 5 с осевыми каналами 9 в золотниковом клапане 8 (верхнее рабочее положение), по которым пластовая жидкость подается непосредственно во внутреннюю полость корпуса 5 фильтрующего узла в обход засоренных фильтрующих отверстий. Изменение направления потока через фильтрующие отверстия (не во внутреннюю полость корпуса, а из нее) способствует их самоочищению.
После попадания во внутреннюю полость корпуса очищенная пластовая жидкость движется дальше через соединительные патрубки 3 в сливной узел 2 и далее на вход насоса.
При этом когда золотниковый клапан 8 находится в верхнем рабочем положении, значительно изменяется степень очистки пластовой жидкости, что может быть использовано в качестве индикатора того (например, в случае если степень очистки пластовой жидкости не меняется в лучшую сторону в течение продолжительного времени), что фильтрующий узел сильно засорен, средства самоочистки не справляются и он нуждается в промывке.
Таким образом, такая конструкция самоочищающегося скважинного фильтра повышает его надежность при одновременном упрощении его конструкции.
Также для увеличения фильтрующей поверхности фильтра по желанию заказчика возможно к имеющемуся фильтру добавить несколько. Для этого перед спуском в скважину у первого фильтра удаляется золотниковый узел вместе с заглушкой. На корпус с приемными отверстиями (трубу) при помощи муфты навинчивается следующий фильтр. На последнем самом нижнем фильтре золотниковый узел и заглушка остаются.
Известно, что штанговый глубинный насос (ШГН), используемый для добычи пластовой жидкости из скважины, содержит два клапана - всасывающий и нагнетающий клапаны. Нагнетающий клапан открыт при движении плунжера вниз (т.е. когда давление на него осуществляется снизу), при этом при движении плунжера вверх (давление на нагнетающий клапан сверху) нагнетающий клапан закрыт.При подаче воды через запорную арматуру на поверхности у качалки для промывки давление на нагнетающий клапан будет оказываться сверху, тем самым нагнетающий клапан будет заперт, преграждая потоку воды путь ниже к фильтрующему узлу. В таком случае вода начинает течь в обход клапанов и проходит между плунжером и стенками трубы НКТ и далее между фильтром и стенками трубы НКТ, пока не будет остановлена уплотнением между фильтром и трубой НКТ, а не попадает во внутреннюю полость фильтра для его промывки. Данное препятствие не позволяет промывать фильтры из предшествующего уровня техники без его извлечения.
Включение в конструкцию заявляемого самоочищающегося фильтра сливного узла 2 позволяет обеспечить возможность его промывки без извлечения.
Сливной узел 2 с обеих сторон соединен с соединительными патрубками 3 и представляет собой патрубок с технологическим отверстием. За счет отверстия промывочная жидкость, например, вода, текущая между самоочищающимся фильтром и трубой НКТ имеет возможность попадать во внутреннюю полость фильтра для его промывки без извлечения (см. фиг. 4б).
При этом, при промывке самоочищающегося фильтра поднимают полированный шток, соединенный с плунжером насоса, выше рабочего хода насоса, тем самым поднимая самоочищающийся фильтр в трубе НКТ и смещая уплотнения относительно посадочных мест. При опускании полированного штока в исходное положение, уплотнения встают обратно в посадочные места, герметизируя пространство между тубой НКТ и самоочищающимся фильтром от пластовой жидкости.
Самоочищающийся фильтр работает следующим образом.
В обычном режиме пластовая жидкость движется через фильтрующий узел 1 к насосу как показано стрелками на фиг. 4а, золотниковый клапан 8 находится в нижнем рабочем положении, а в случае засорения фильтрующих отверстий в корпусе 5 золотниковый клапан 8 движется вверх до уровня совпадения приемных отверстий 11 в корпусе 5 с осевыми каналами 9 в золотниковом клапане 8 (верхнее рабочее положение), по которым пластовая жидкость подается непосредственно во внутреннюю полость корпуса 5 фильтрующего узла в обход засоренных фильтрующих отверстий. В случае несильного засорения, изменение направления потока очищает фильтрующие отверстия в корпусе, давления, воздействующие на нижний и верхний торец золотникового клапана 8, сравниваются и золотниковый клапан 8 перемещается в нижнее рабочее положение.
В случае если зафиксировано (например, посредством вышеописанного индикатора), что фильтрующий узел сильно засорен, то поднятием полированного штока самоочищающийся фильтр переводят в режим промывки. В таком режиме, в результате подъема полированного штока происходит подъем самоочищающегося фильтра относительно трубы НКТ и частичный выход уплотнений из посадочных мест тем самым давая возможность промывающий жидкости течь между трубой НКТ и самоочищающимся фильтром и далее через отверстие сливного узла 2 попадать во внутреннюю полость фильтрующего узла 1 для его очистки (фиг. 4б, стрелками показано движение промывающей жидкости). Таким образом, в режиме промывки при подъеме штока все уплотнения приподнимаются вверх. Два верхних уплотнения выходят из посадочных мест и перестают обеспечивать герметичность. При сдвиге вверх самое нижнее уплотнение перемещается в посадочное место и начинает обеспечивать герметичность, защищая фильтрующий узел. После прекращения подачи промывочной жидкости полированный шток опускается в исходное положение, при этом в исходное положение опускается и насос с закрепленным на нем самоочищающимся фильтром, а уплотнения встают обратно в посадочные места, герметизируя пространство между тубой НКТ и самоочищающимся фильтром от пластовой жидкости.
Тогда способ промывки заявленного фильтра содержит следующие действия.
- Подъем полированного штока больше рабочего хода насоса;
- Подача промывающей жидкости;
- Опускание полированного штока в исходное положение.
Плунжер насоса ШГН соединяется с колонной штанг. Последняя штанга - устьевой шток является особой, и необходима для соединения колонны штанг с канатной подвеской качалки. Она имеет полированную поверхность (поэтому ее называют еще полированный шток), и выпускается с резьбой без головки. Полированный шток за счет клиньев соединен с канатной подвеской качалки. При работе качалки полированный шток опускается и поднимается на величину рабочего хода. Путем переставления клинового зажима на полированном штоке можно добиться подъема штока насоса выше его рабочего хода.
Так как полированный шток через штанги соединяется с плунжером насоса, а насос в своей нижней части крепится со самоочищающимся фильтром, то когда происходит подъем полированного штока больше рабочего хода насоса, сам насос с закрепленным на нем самоочищающимся фильтром также поднимается относительно колонны труб НКТ. В результате подъема самоочищающегося фильтра относительно трубы НКТ происходит частичный выход уплотнений из посадочных мест, тем самым давая возможность промывающий жидкости течь между трубой НКТ и самоочищающимся фильтром и далее через отверстие сливного узла 2 попадать во внутреннюю полость фильтрующего узла 1 для его очистки.
После подъема полированного штока через запорную арматуру подается промывочная жидкость, например, вода. Время подачи промывающей жидкости для промывки самоочищающегося фильтра устанавливается ответственным лицом и может равняться, например, одному часу.
После прекращения подачи промывочной жидкости полированный шток опускается в исходное положение.