СКВАЖИННОЕ ФИЛЬТРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
DOWNHOLE FILTERING DEVICE

Изобретение относится к погружному оборудованию для добычи пластовой жидкости, а именно к скважинным фильтрующим устройствам, предотвращающим попадание механических примесей на прием электроцентробежного насоса.
Известен скважинный фильтр, содержащий ниппельную и муфтовую части и приваренный к ним щелевой фильтрующий элемент, выполненный из продольных ребер и намотки из профилированной проволоки со скругленными углами для снижения гидравлического сопротивления (Пат. №2374433 РФ, Е21В 43/08, 2009).
Недостатком скважинного фильтра является непродолжительный ресурс работы из-за повышенной кольматации сужающихся внутрь зазоров между витками круглой проволоки, а также невысокая площадь фильтрации на погонный метр фильтра.
Известен скважинный фильтр, состоящий из корпуса с отверстиями, установленного на корпусе фильтрующего элемента в виде продольных ребер и навитого проволочного профиля, переводника, кожуха, образующего с корпусом и переводником кольцевую камеру, в которую помещена втулка с отверстиями и упорными элементами, часть которых установлена в отверстиях втулки, а часть - в отверстиях корпуса, при этом кожух и втулка соединены срезными элементами (Патент №2102585 РФ, Е21В 43/08, 1998).
Недостатком скважинного фильтра является ограниченная длительность работы из-за низкой удельной площади фильтрации и невозможность восстановления его пропускной способности в скважине.
Известно фильтрующее скважинное устройство, содержащее перфорированный трубчатый каркас, щелевые фильтры в виде продольных призматических стержней и навитого призматического профиля и предохранительные клапаны между смежными щелевыми фильтрами (Патент №133561 РФ, Е21В 43/08, 2013). Увеличение ресурса работы описанного устройства достигается за счет включения в очистку пластовой жидкости нижнего щелевого фильтра при засорении вышерасположенного щелевого фильтра, происходящего при открытии предохранительного клапана между ними.
Однако данное фильтрующее скважинное устройство имеет повышенную общую длину, что не позволяет его использовать в скважинах с ограниченной глубиной зумпфа. Кроме того, невозможно провести регенерацию устройства в скважине.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является скважинное фильтрующее устройство, содержащее трубчатый каркас, наружный и внутренний щелевые фильтры, состоящие из равномерно расположенных по окружности продольных призматических стержней и навитого на них призматического профиля, которые установлены продольными стержнями снаружи и внутри трубчатого каркаса с образованием наружных и внутренних продольных каналов между продольными стержнями и трубчатым каркасом и цилиндрической полости во внутреннем щелевом фильтре, шламосборник и верхний патрубок, причем наружные продольные каналы закрыты сверху и соединены со шламосборником в нижней части, а внутренние продольные каналы закрыты кольцевой перегородкой снизу и соединены сверху с верхним патрубком, цилиндрическая полость отделена от верхнего патрубка предохранительным клапаном и соединена со шламосборником (Пат. №2446274 РФ, Е21В 43/08, 2012).
Принятое за прототип скважинное фильтрующее устройство обладает увеличенной продолжительностью работы за счет последовательного отделения частиц породы сначала на наружном, а затем на внутреннем щелевом фильтре. Вместе с тем, такое скважинное фильтрующее устройство характеризуется повышенным гидравлическим сопротивлением из-за большой протяженности наружных и внутренних продольных каналов, имеющих малую площадь поперечного сечения. Кроме того, недостатком прототипа является невозможность восстановления пропускной способности щелевых фильтров после засорения частицами породы.
Задачей настоящего изобретения является увеличение ресурса работы скважинного фильтрующего устройства за счет самоочистки щелевых фильтров и повышение его компактности при сохранении площади фильтрующей поверхности.
Указанный технический результат достигается тем, что в скважинном фильтрующем устройстве, содержащем трубчатый каркас, верхний патрубок с отводящими отверстиями, наружный и внутренний щелевой фильтр из навитого профиля и продольных стержней, равномерно размещенных по окружности с образованием между собой продольных каналов, которые обращены друг к другу и сообщены сверху с отводящими отверстиями верхнего патрубка, кольцевую перегородку, перекрывающую продольные каналы снизу, и предохранительный клапан, согласно изобретению, продольные стержни наружного и внутреннего щелевого фильтра выполнены примыкающими друг к другу, продольные каналы обоих фильтров сообщены между собой, трубчатый каркас перфорирован, размещен во внутреннем щелевом фильтре и снабжен ниже него предохранительным клапаном.
На фиг. 1 схематично изображено скважинное фильтрующее устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - поперечный разрез по А-А на фиг. 1.
Скважинное фильтрующее устройство содержит наружный и внутренний щелевые фильтры 1 и 2, трубчатый каркас 3 с перфорациями 4, перекрытый снизу предохранительным клапаном 5, верхний патрубок 6 с отводящими отверстиями 7 и кольцевую перегородку 8 (фиг. 1). Щелевые фильтры 1 и 2 состоят соответственно из навитых профилей 9 и 10 и продольных стержней 11 и 12, которые примыкают друг к другу и размещены по окружности через равные промежутки, являющиеся наружными и внутренними продольными каналами 13 и 14 (фиг. 2). Продольные каналы 13 и 14 сообщены между собой в радиальном направлении, закрыты снизу кольцевой перегородкой 8 и вверху соединены с отводящими отверстиями 7 верхнего патрубка 6. Между витками профилей 9 и 10 образуются непрерывные спиралевидные щели 15 и 16 соответственно, открытая площадь каждой из которых сопоставима с площадью отводящих отверстий 7 верхнего патрубка 6 и с суммарной площадью поперечного сечения каналов 13 и 14.
В скважинном фильтрующем устройстве наружный 1 и внутренний 2 щелевые фильтры могут быть выполнены как единая конструкция, состоящая из одного окружного ряда продольных стержней и навитых на них снаружи и внутри профилей, при этом продольные стержни имеют увеличенные поперечные размеры (не показано).
Скважинное фильтрующее устройство работает следующим образом.
Под действием создаваемого погружным насосом разряжения пластовая жидкость фильтруется через наружный щелевой фильтр 1, при этом содержащиеся в ней частицы породы с размером более ширины щели 15 остаются снаружи и укрупняются со временем в конгломераты (фиг. 1). Далее очищенная жидкость увлекается в расширяющиеся щели 15 между витками профиля 9, а затем попадает в каналы 13 и сообщающиеся с ними каналы 14. Оказавшись в каналах 13, 14, жидкость изменяет направление движения на 90° и поднимается к отводящим отверстиям 7 в верхнем патрубке 6, после чего покидает скважинное фильтрующее устройство. В конечном счете на прием погружного насоса попадает жидкость, очищенная от частиц породы, благодаря чему создаются благоприятные условия для его безотказной работы.
При работе наружного щелевого фильтра 1 предохранительный клапан 5 находится в закрытом положении, поэтому жидкость не циркулирует через трубчатый каркас 3 и внутренний щелевой фильтр 2. По мере перекрытия сечения щели 15 частицами породы поток жидкости через наружный щелевой фильтр 1 снижается, что при работающем погружном насосе приводит к созданию разряжения в гидравлически связанных каналах 13, 14 и трубчатом каркасе 3 и возрастанию перепада давления на предохранительном клапане 5.
При последующем открытии клапана 5 пластовая жидкость попадает в трубчатый каркас 3, проходит через перфорации 4 к внутреннему щелевому фильтру 2, где фильтруется через щель 16. Частицы породы задерживаются между витками навитого профиля 10, а очищенная жидкость оказывается сначала во внутренних 14, а затем в наружных 13 продольных каналах и по ним движется к отводящим отверстиям 7 верхнего патрубка 6.
При движении по наружным каналам 13, имеющим переменное сечение по длине за счет навитого профиля 9, в жидкости возникают пульсации поля скоростей и поля давлений, которые передаются изнутри наружу непрерывной щели 15. Это порождает отделение налипших частиц от навитого профиля 9, открытие щели 15 и восстановление пропускной способности наружного щелевого фильтра 1. Отделению частиц способствует также гидравлический удар, возникающий в трубчатом каркасе 3 при открытии предохранительного клапана 5, который передается через перфорации 4, щель 16 и каналы 14, 13 в щель 15 наружного щелевого фильтра 1. По мере очистки щели 15 движение жидкости через наружный щелевой фильтр 1 возобновляется и клапан 5 закрывается. При этом описанным выше образом происходит отделение частиц от навитого профиля 10 внутреннего фильтра 2 и восстановление его пропускной способности.
При таком движении пластовой жидкости наружный и внутренний щелевой фильтр периодически очищаются и в меньшей степени подвержены необратимому загрязнению частицами породы, благодаря чему увеличивается ресурс работы скважинного фильтрующего устройства в целом.