СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР ТОНКОЙ ОЧИСТКИ
BOTTOM-HOLE FINE FILTER

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в эксплуатации нефтяных, газовых, водозаборных скважин.
Известен фильтр противопесочный, состоящий из концентрически расположенных наружной, промежуточной и внутренней труб, последняя снабжена отверстиями, и переводника, при этом внутренняя труба снабжена расположенной внутри нее фильтрующей сеткой, выполненной в виде шнека и прикрепленной напротив отверстий, расположенных по винтовой линии, кроме того, наружная и внутренняя трубы в верхней части соединены между собой тангенциальными патрубками, но противоположно ориентированными, при этом кольцевой зазор между промежуточной и внутренней трубами в верхней части, а также верхняя и нижняя части внутренней трубы снабжены заглушками, наружная труба в верхней части снабжена эластичными кольцами, а в нижней части - заглушкой (патент РФ №2158358, Е21В 43/08, 27.10.2000).
Недостатком данного фильтра является абразивный износ и разрушение фильтрующей сетки в связи с ее закупоркой и медленной очисткой от механических примесей, а также низкий коэффициент сепарации механических примесей.
Известен скважинный фильтр, содержащий, по меньшей мере, один фильтрующий элемент, установленный в секции насосно-компрессорных труб, в стенках которых выполнены продольные щелевые отверстия, причем секции насосно-компрессорных труб соединены между собой наружной резьбовой муфтой, а нижняя секция насосно-компрессорных труб с нижнего свободного конца снабжена наружным резьбовым наконечником (патент на полезную модель РФ №57356, кл. Е21В 43/08, 10.10.2006).
Однако данный фильтр не обеспечивает надежную фильтрацию откачиваемой из скважины среды, что связано с тем, что в качестве фильтрующего элемента используется металлическая сетка, которая не может задерживать мелкие частицы механических примесей, содержащиеся в добываемой из скважины жидкости. Кроме того, фильтр имеет сложную конструкцию, что усложняет его сборку и эксплуатацию.
Наиболее близким к изобретению по техническому результату и решаемой задаче является фильтр скважинный, состоящий из концентрически расположенных наружной и внутренней труб, при этом наружная снабжена отверстиями, в верхней части имеется клапан, а с нижней стороны расположена кольцевая заглушка (Патент РФ №2355876, Е21В 43/08, 20.05.2009).
В данном техническом решении внутри металлической трубы с зазором и соосно с ней расположен фильтрующий элемент, выполненный в виде цилиндрической трубы, соосность фильтрующего элемента обеспечивают центраторы, выполненные в виде сегментов тора и размещенные равномерно по длине металлической грубы, металлическая труба оснащена сверху муфтой, в которой установлен подпружиненный клапан, при этом в муфте имеются продольные пропускные отверстия и гидравлический канал, состоящий из двух половин, причем первая половина канала, снабженная шаром клапана, совпадает с осью скважинного фильтра, а вторая половина выполнена перпендикулярно к ней и не пересекает продольные пропускные отверстия, а выполнена в муфте сквозной, а в нижней части металлической перфорированной трубы имеется отверстие над заглушкой.
Однако данный фильтр недостаточно эффективен, так как пружина, работающая в агрессивной скважинной среде, является слабым звеном, снижающим межремонтный период работы насоса. Устройство-прототип имеет сложную конструкцию клапана, что увеличивает стоимость изготовления, а наличие шарика с пружиной требует использования дорогих антикоррозионных материалов, которые могли бы обеспечить безотказную работу клапанного узла на протяжении всего срока эксплуатации скважинного фильтра.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности скважинного фильтра за счет увеличения межремонтного периода работы насоса, оборудованного фильтром. Высокая продолжительность межремонтного периода обеспечивается тем, что фильтр выполнен большой длины за счет использования секционного коррозионно-стойкого полимерного волокнисто-пористого фильтрующего элемента, секции которого соединены между собой центраторами. Снижение трудозатрат при изготовлении фильтра и стоимости фильтра в целом обеспечено упрощением его конструкции.
Техническим результатом, достигаемым при использовании данного изобретения, является упрощение конструкции, повышение надежности работы устройства и увеличение межремонтного периода работы насоса на величину срока работы насоса без фильтра за счет возможности прохождения жидкости через клапанное устройство при засорении фильтрующего элемента.
Указанная задача решается тем, что фильтр скважинный, включающий металлическую трубу с отверстиями, в верхней части которой установлена муфта с клапанным элементом, и размещенный внутри металлической трубы с зазором и соосно с ней фильтрующий элемент, отличается тем, что фильтрующий элемент выполнен в виде отдельных секций, соединенных между собой цилиндрическими центраторами, а на концах собранных секций установлены упорные втулки; причем центраторы выполнены в виде ступенчатой втулки с пояском в средней части по оси втулки, цилиндрическая часть втулки меньшего диаметра сопрягается с внутренней поверхностью фильтрующего элемента, а поясок втулки, диаметр которого соответствует внутреннему диаметру металлической трубы, обеспечивает соосность фильтрующего элемента и металлической трубы; упорные втулки выполнены с буртом на наружной поверхности с диаметром, равным внутреннему диаметру металлической трубы.
Клапанный элемент выполнен на стенке муфты в виде сквозного отверстия в форме двух установленных один на другим цилиндров с разными диаметрами оснований, диаметр отверстия со стороны наружной поверхности муфты меньше диаметра отверстия, расположенного со стороны внутренней поверхности муфты, с установленным в нем запорным элементом, соответствующим по конфигурации отверстию, на цилиндре запорного элемента меньшего диаметра имеется проточка с установленным в ней уплотнительным резиновым кольцом.
На фиг.1 представлена общая схема заявляемого скважинного фильтра. Здесь:
1 - металлическая труба (с отверстиями 2, показанными на последующих чертежах)
3 - заглушка
4 - фильтрующий элемент
5 - цилиндрические центраторы
6 - упорные втулки
7 - муфта в верхней части трубы
8 - клапанный элемент (с резиновым кольцом 9 на запорном элементе, показаны на последующих чертежах)
10 - промежуточная муфта.
На фиг.2 представлена схема цилиндрического центратора 5 в виде ступенчатой втулки с пояском. Здесь:
11 - цилиндрическая поверхность меньшего диаметра цилиндрического центратора (меньшего диаметра ступенчатой втулки)
12 - поясок цилиндрического центратора (ступенчатой втулки).
По фиг.2 видно, что поясок 12, диаметр которого соответствует внутреннему диаметру металлической трубы 1, выполнен в средней части по оси цилиндрического центратора (по оси ступенчатой втулки), а цилиндрическая часть ступенчатой втулки меньшего диаметра сопрягается с внутренней поверхностью фильтрующего элемента 4; так что поясок 12 обеспечивает соосность фильтрующего элемента 4 и металлической трубы 1.
На фиг.3 представлена схема упорной втулки 6. Здесь:
2 - отверстия металлической трубы 1
13 - наружная цилиндрическая поверхность упорной втулки
14 - бурт упорной втулки.
Стрелкой показано направление движения жидкости.
По фиг.3 видно, что упорные втулки выполнены с буртом 14 на наружной поверхности 13, причем диаметр бурта 14 и, соответственно, упорной втулки по бурту 14 равен внутреннему диаметру металлической трубы 1. Указанная конструкция упорной втулки обеспечивает соосность металлической трубы 1 и расположенного внутри нее фильтрующего элемента 4, упирающегося в бурт 14.
На фиг.4 представлена схема клапанного элемента 8, выполненного на стенке муфты 7 в виде сквозного отверстия в форме двух установленных один на другом цилиндров с разными диаметрами оснований, диаметр отверстия со стороны наружной поверхности муфты 7 меньше диаметра отверстия, расположенного со стороны внутренней поверхности муфты 7, с установленным в нем запорным элементом, соответствующим по конфигурации отверстию, на цилиндре запорного элемента меньшего диаметра имеется проточка с установленным в ней уплотнительным резиновым кольцом 9.
На фиг.5 представлена общая схема скважинного фильтра в случае засорения фильтрующего элемента 4, когда клапанный элемент 8 открывается в результате выдавливания в полость фильтра пластовой жидкостью запорного элемента из отверстия клапанного элемента 8.
На фиг.6 представлена схема открытого клапанного элемента 8. Здесь:
15 - сквозное отверстие в муфте 7 в верхней части трубы 1
16 - запорный элемент.
Стрелками показано направление движения жидкости.
По фиг.6 видно, что открытый клапанный элемент 8 представляет собой сквозное отверстие 15 на стенке муфты 7; отверстие 15 в форме двух установленных один на другим цилиндров с разными диаметрами оснований, диаметр отверстия со стороны наружной поверхности муфты 7 меньше диаметра отверстия, расположенного со стороны внутренней поверхности муфты 7; запорный элемент 16 выдавлен из отверстия 15 пластовой жидкостью в полость фильтра в результате засорения фильтрующего элемента 4.
Работа устройства
Скважинный фильтр монтируется под установленным в скважине штанговым глубинным насосом или винтовым насосом с поверхностным приводом либо на конце хвостовика.
В процессе работы фильтра добываемая из скважины жидкость, проходя через отверстия 2 металлической трубы 1, попадает в зазор между металлической трубой 1 и фильтрующим элементом 4, состоящим из отдельных секций, соединенных между собой цилиндрическими центраторами 5, выполненными с пояском 12 в средней части по оси. Цилиндрические центраторы 5 с пояском 12 обеспечивают соосность фильтрующего элемента 4 и металлической трубы 1.
На концах собранных секций установлены упорные втулки 6, имеющие наружную цилиндрическую поверхность 13 с буртом 14, фиксирующие собранные секции и центрирующие их относительно металлической трубы 1. Собранные секции соединены промежуточной муфтой 10.
Проходя через поверхность фильтрующего элемента 4 скважинного фильтра, жидкость очищается от механических частиц и далее попадает на прием насоса. Заглушка 3 препятствует протеканию жидкости через незакрытый торец фильтрующего элемента 4.
В случае засорения фильтрующего элемента 4 давление между металлической трубой 1 и фильтрующим элементом 4 возрастает за счет продолжающегося притока жидкости из пласта через отверстия 2 в металлической трубе 1; кроме того, давление в верхней части металлической трубы 1 в полости над фильтрующим элементом 4 резко снижается из-за отсутствия поступления жидкости; за счет возрастания перепада давления до расчетного запорный элемент 16 клапанного элемента 8, снабженный резиновым кольцом 9, выдавливается в полость фильтра, и пластовая жидкость из затрубного пространства через открывшееся отверстие 15 муфты 7 в верхней части металлической трубы 1 поступает непосредственно к насосу в обход засорившегося фильтрующего элемента 4.
Данное изобретение может быть использовано в нефтегазовой, горной промышленности и других отраслях промышленности при откачке из скважин различного рода жидких сред с механическими примесями. Для изготовления фильтрующего элемента рекомендуется применение полимерного волокнисто-пористого материала.