СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР

Полезная модель относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при эксплуатации скважины.
Известна компоновка скважины, в которой применен скважинный фильтр, состоящий из перфорированной трубы, в которой фильтрующие отверстия выполнены трапецеидальными по форме или с усеченным конусом в насадках, закрепленных на наружной поверхности перфорированной трубы, причем нижнее основание фильтрующих отверстий насадок направлены внутрь трубы и совмещены с ее отверстиями, а высота насадок не выступает за габариты муфты фильтра (патент РФ №2096589, опублик. 1997.11.20).
2
Насадки выполняются из твердых и антикоррозийных сталей. Фильтрующие отверстия насадок могут быть выполнены по форме в виде трапецеидальных пазов (щелей) или усеченных конусов. Причем верхнее основание фильтрующих отверстий насадок (меньший просвет) регулируется по величине (площади) в зависимости от технологических требований фильтрации продукта, добываемого из продуктивного пласта скважины, и может быть выполнено в щелевых отверстиях от 0,5 мм и больше, а в отверстиях с усеченным конусом - 0,25 мм и больше. Трапецеидальная или конусная форма фильтрующих отверстий в насадках предотвращает их закупорку. Насадки и перфорированные отверстия в трубе могут быть размещены в шахматном, прямоугольном, по спирали или другом порядке.
Недостатком известного технического решения является уменьшение диаметра перфорированной трубы за счет наружных насадок и за счет этого снижение пропускной способности фильтра.
Наиболее близким к предложенной полезной модели является скважинный фильтр, содержащий трубчатый перфорированный каркас из синтетического материала и фильтрующую поверхность. Фильтрующая поверхность с перфорированным каркасом выполнена в виде монолита, а температура плавления фильтрующей поверхности превышает температуру плавления каркаса. Перфорирование каркаса проводят с помощью лазерного излучения. Управляют скоростью перемещения пучка лазерного излучения по обрабатываемой поверхности для поддержания рабочей температуры, достаточной для испарения синтетического материала каркаса, но не более температуры плавления фильтрующей поверхности. Щели образуются с равными или конусными стенками. Щели могут быть как вертикальными, так и горизонтальными. Перфорирование щелей в монолитном каркасе проводят с помощью лазерного излучения мощностью от 100 вт и более и газовой струи под давлением от 0,05 МПа и более (Патент РФ №1665028, опублик. 23.07.1991 - прототип).
Известный скважинный фильтр не обладает достаточной прочностью, т.к. составлен из легкодеформируемых синтетических полимерных материалов. Фильтр не обеспечивает унификацию с прочим скважинным оборудованием, таким как эксплуатационная (обсадная) колонна, колонна насосно-компрессорных труб, насос и т.п. Для соединения с ними требуется применение специальных соединительных элементов типа переводников или специальных муфт.
В предложенной полезной модели решается задача увеличения прочности фильтра, увеличения его пропускной способности, унификации и возможности соединения со скважинным оборудованием стандартными соединительными элементами, а также обеспечение работы насоса при пескопроявлении в скважине практически любого размера твердых частиц при сохранении прочности фильтра и производительности насоса.
Задача решается тем, что в скважинном фильтре, включающем перфорированные трубы, соединенные в колонну, колонна труб выполнена из металлических обсадных или насосно-компрессорных труб, длина колонны труб назначена исходя из длины зоны продуктивного интервала, вскрытого скважиной в наклонном или горизонтальном стволе скважины.  Сама колонна труб размещена в наклонном или горизонтальном стволе скважины. Количество и длина отверстий на трубах назначены исходя из обеспечения необходимой производительности фильтра. А максимальная ширина щелевых отверстий фильтра составляет 0,2 мм. При этом щелевые отверстия перфорированы с помощью лазерного излучения и имеют параллельные или конусные стенки.
Сущность полезной модели
0
Скважинный фильтр, будучи предназначен для фильтрации скважинной жидкости, размещают в наклонной или горизонтальной части скважины, представляющей собой зону продуктивного интервала, вскрытого скважиной. Длина такой зоны в современных скважинах может достигать 500 м, а в некоторых случаях даже более того. При этом в зависимости от кривизны, диаметра скважины, профиля горизонтального или наклонного ствола скважины фильтр испытывает значительные механические нагрузки при спуске в скважину. Так, переход от вертикальной части скважины к горизонтальной сопровождается искривлением ствола скважины на 90 радиусом 10 м и даже меньше. При прохождении в горизонтальный ствол скважины фильтр испытывает все нагрузки, какие испытывает обсадная колонна или колонна насосно-компрессорных труб: изгибные, смятия, трения и т.п. Нагрузки на фильтр могут возникать также при эксплуатации скважины и при ремонтных работах. Естественным требованием к скважинному фильтру является его прочность. Фильтр из полимерных материалов по прототипу не способен выдержать такие нагрузки. Разрушение полимерного фильтра при размещении в горизонтальном или наклонном стволе скважины неизбежно. В предложенном фильтре прочность фильтра определяется прочностью обсадной колонны или колонны насосно-компрессорных труб, т.к. корпус фильтра выполнен из труб, составляющих эти колонны. Наличие щелевых отверстий в предложенном фильтре неизбежно ослабляет прочность отдельной трубы и колонны в целом. Поэтому для создания фильтра используют минимально необходимое количество щелей для максимального сохранения прочности. В каждом конкретном случает вопрос о количестве щелевых отверстий следует решать отдельно в зависимости от параметров скважины, радиуса закругления при переходе от вертикальной части скважины к горизонтальной, изгибных и прочих нагрузок на фильтр при его размещении в скважине. Оптимальнее всего этот вопрос решать по практике использования фильтра или экспериментальным данным. После решения вопроса о прочности фильтра количество и длину отверстий на каждой трубе, общую длину и диаметр фильтра назначают исходя из производительности фильтра, определяемой производительностью насоса. После решения вопроса о прочности фильтра определяют суммарную площадь щелевых отверстий, которая должна быть не менее площади поперечного сечения трубы на входе в насос.
Выбор для изготовления фильтра обсадных или насосно-компрессорных труб, т.е. тех же самых труб, которые применяются в скважине для обсаживания скважины или перекачки жидкостей, позволяет унифицировать конструкцию фильтра с трубами, применяемыми в скважине, позволяет соединять фильтр с колонной труб или с глубинным насосом на обычном для скважинного оборудования соединении, например, через муфты.
Максимальная ширина щелевых отверстий фильтра должна быть назначена исходя из максимального размера твердых частиц, которые способен пропускать через себя вместе с перекачиваемой жидкостью насос без ухудшения качества его работы. Появление твердых частиц в скважине из продуктивного пласта, иначе говоря, пескопроявление, индивидуально для каждой скважины. Размер частиц и их количество при пескопроявлении зависит от свойств породы, слагающей продуктивный пласт. Отфильтровать все частицы и получить чистую жидкость без твердых частиц в скважинных условиях невозможно, поэтому следует ограничиваться частичным фильтрованием. Скважинный насос способен работать при определенном размере твердых частиц (индивидуальное свойство насоса), поступающих на вход насоса со скважинной жидкостью (нефтью), например, при максимальном размере твердых частиц 0,2 мм. Следовательно и фильтр должен фильтровать (задерживать) все частицы более 0,2 мм. Отсюда и ширина щелевых отверстий в таком фильтре должна быть 0,2 мм. Все более крупные частицы будут располагаться в скважине вокруг фильтра и создавать дополнительный фильтр для твердых частиц. При этом размер щелей 0,2 мм и менее возможно получить только лазерной резкой. Никакие современные технологии не позволяют нарезать на металлических трубах с толщиной стенки порядка б - 10 мм такие тонкие щели. Кроме того, лазерной резкой образуют ровные гладкие боковые стенки щели с минимальными отклонениями по ширине. Именно такие щели способны обеспечить качественное фильтрование жидкости в скважине.
Минимальная ширина щелевых отверстий может быть равной 0,1 мм. Максимальная ширина щелевых отверстий более 4 мм нецелесообразна из-за условий сохранения прочности фильтра. Длина щелевых отверстий может быть от 2 мм до 500 мм. Отверстия с конусными стенками имеют меньшую ширину на внешней поверхности трубы. Торец последней трубы фильтра заглушен.
Таким образом, техническим результатом является обеспечение работы насоса при пескопроявлении в скважине практически любого размера твердых частиц при сохранении прочности фильтра и производительности насоса.
Вполне естественно использовать предложенный скважинный фильтр и скважинное оборудование одинакового условного диаметра.
На фиг.1 и 2 представлен предложенный скважинный фильтр.
Фильтр состоит из обсадных или насосно-компрессорных труб 1, перфорированных с помощью лазерного излучения щелевыми отверстиями 2 с параллельными 3 или конусными 4 стенками. Трубы в колонне соединены муфтами 5.
Пример конкретного выполнения
2
2
3
В нефтедобывающей скважине обсажена и зацементирована вертикальная часть и пробурена в продуктивном пласте и оставлена с открытым забоем горизонтальная часть длиной 200 м. В горизонтальной части нефтедобывающей скважины размещена колонна насосно-компрессорных труб условным диаметром 2,5 дюйма и длиной 200 м. Эта колонна составлена из труб длиной по 8-10 м, каждая из которых перфорирована лазерным излучением. Каждая труба имеет вертикальные конусные щели длиной 100 мм, шириной 0,20 мм на наружной поверхности и 0,22 мм на внутренней поверхности. Количество щелей составляет 10 шт. на погонный м. Общая площадь щелевых отверстий составляет 40000 мм, что превышает необходимую площадь 3000 мм. Трубы в фильтре соединены посредством муфт. Торец последней трубы фильтра заглушен. Колонная труб фильтра соединена муфтами с обычной (неперфорированной) колонной насосно-компрессорных труб, на которой размещен электроцентробежный насос, подающий нефть по колонне к устью скважины. Фильтр обеспечивает очистку нефти, поступающей на вход насоса, от механических примесей с максимальным размером до 0,2 мм. Фильтр прочен и унифицирован со скважинным оборудованием. Размеры щелей, их количество и длина фильтра обеспечивают фильтрацию нефти и ее очистку от механических примесей при дебите скважины 40 м/сут. Через 6 месяцев отмечается устойчивая работа насоса.
Применение предложенного скважинного фильтра позволит решить задачу увеличения прочности фильтра, унификации и возможности соединения со скважинным оборудованием.