СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР

Полезная модель относится к устройствам, применяемым при добыче пластовой жидкости, а именно, к скважинным фильтрам, предупреждающим вынос частиц породы преимущественно из горизонтальных скважин.
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 (Патент №2374433 РФ, E21B 43/08, 2009).
Недостатками скважинного фильтра являются ограниченный ресурс работы вследствие быстрой кольматации щели между витками круглой проволоки, низкая конструкционная прочность и ограниченная ремонтопригодность из-за применения сварки.
Известен скважинный фильтр, содержащий перфорированную трубу с ниппельной и муфтовой частями, и, по меньшей мере, с одной наружной спиралевидной проточкой, и концентрично установленный снаружи трубы фильтрующий пакет из отдельных колец с радиальными канавками на торцовых поверхностях (Патент №76966 РФ, E21B 43/08, 2008).
Недостатком известного скважинного фильтра является неравномерный приток жидкости по длине в сочетании с вероятностью быстрого засорения канавок механическими примесями, а также низкая конструкционная прочность.
Известен скважинный фильтр, содержащий трубчатый каркас, верхний конец которого соединен с патрубком, а нижний конец заглублен в отстойник, щелевые фильтроэлементы снаружи и внутри трубчатого каркаса, образующие вертикальные каналы, наружные из которых герметично закрыты сверху и соединены с отстойником снизу, а внутренние герметично закрыты внизу и соединены с патрубком вверху, и клапан, отделяющий полость внутреннего щелевого фильтроэлемента от патрубка (Пат. №2446274 РФ, E21B 43/08, 2012).
В таком скважинном фильтре невозможно обеспечить однородное распределение притока пластовой жидкости по его длине. Кроме того, он имеет ограниченные функциональные возможности, в частности, непригоден для заканчивания горизонтальных скважин.
В качестве прототипа принят скважинный фильтр, содержащий опорную трубу с равномерно расположенными отверстиями по длине и установленные на ней щелевые фильтроэлементы, состоящие из продольных стержней и навивки из призматического профиля, образующей непрерывную спиралевидную щель между витками, причем между торцами щелевых фильтроэлементов размещены проставки в виде пружин (Патент №2446275 РФ, E21B 43/08, 2012).
Недостатком данного скважинного фильтра является неравномерный приток пластовой жидкости по его длине, повышенная загрязняемость частицами верхних по ходу движения жидкости щелевых фильтроэлементов и ограниченный срок службы. Кроме того, применение такого фильтра в горизонтальных нефтяных скважинах снижает время образования водяного и газового конуса в призабойной зоне, что приводит к повышенной обводненности и газосодержанию в добываемой пластовой жидкости и уменьшению ее общего извлечения.
Задачей настоящей полезной модели является выравнивание притока по длине скважинного фильтра для увеличения объема выкачиваемой пластовой жидкости из горизонтальной скважины.
Указанный технический результат достигается тем, что в скважинном фильтре, содержащем опорную трубу с отверстиями, на которую поочередно насажены проставки и щелевые фильтроэлементы, состоящие из продольных стержней и навивки из призматического профиля, согласно полезной модели, в качестве проставок использованы толстостенные втулки, на внутренней стенке которых выполнены спиральные нарезы, сообщающиеся с каналами между продольными стержнями следующего щелевого фильтроэлемента по ходу движения жидкости в опорной трубе, и кольцевая проточка, соединяющая спиральные нарезы между собой и отделенная кольцевой перегородкой от каналов между продольными стержнями предыдущего щелевого фильтроэлемента, а отверстия на опорной трубе размещены группами, расположенными напротив кольцевой проточки каждой толстостенной втулки.
Наружный диаметр толстостенных втулок составляет не менее диаметра щелевого фильтроэлемента.
Глубина спиральных нарезов в толстостенной втулке сопоставима с размером продольных стержней в радиальном направлении.
Число щелевых фильтроэлементов и толстостенных втулок одинаково, при этом толстостенная втулка установлена первой по ходу движения жидкости в опорной трубе.
Количество, ширина и угол закрутки спиральных нарезов могут изменяться в толстостенных втулках в зависимости от их месторасположения на опорной трубе.
На фиг. 1 схематично изображен скважинный фильтр, продольный разрез; на фиг. 2 - поперечный разрез A-A фиг. 1; на фиг. 3 - поперечный разрез B-B фиг. 1.
Скважинный фильтр содержит опорную трубу 1 с распределенными по длине группами отверстий 2, на которую поочередно насажены в равных количествах толстостенные втулки 3 и щелевые фильтроэлементы 4, при этом первой по ходу движения жидкости в опорной трубе 1 насаживают толстостенную втулку 3 (фиг. 1). Наружный диаметр толстостенной втулки 3 составляет не менее диаметра щелевого фильтроэлемента 4, что исключает образование зазоров между ними. Суммарная площадь отверстий 2 на опорной трубе 1 приблизительно равняется площади ее проходного сечения. Отверстия 2 могут быть сосредоточены в кольцевых канавках (не показаны), сформированных на наружной поверхности опорной трубы 1. Кроме того, для выравнивания притока по длине скважинного фильтра диаметр отверстий 2 может уменьшаться от группы к группе по ходу движения жидкости в опорной трубе 1. Длина толстостенной втулки 3 определяется из гидравлических соображений и составляет 0,04…0,2 от длины щелевого фильтроэлемента 4.
Щелевые фильтроэлементы 4 состоят из продольных стержней 5 и навивки из призматического профиля 6, которые сварены в каждой точке контакта (фиг. 2). Между витками навивки 6 вдоль всего щелевого фильтроэлемента 4 идет непрерывная щель 7, через которую осуществляется фильтрация исходной пластовой жидкости (фиг. 1), а между продольными стержнями 5 и опорной трубой 1 образуются продольные каналы 8, по которым течет очищенная жидкость (фиг. 2). В каждом щелевом фильтроэлементе 4 суммарная площадь поперечного сечения продольных каналов 8 равняется приблизительно площади сечения непрерывной щели 7, что минимизирует потери напора жидкости. Поперечные размеры и количество продольных стержней 5 рассчитываются из условия обеспечения конструкционной прочности щелевых фильтроэлементов 4, испытывающих в горизонтальной скважине грунтовое давление.
На внутренней стенке толстостенных втулок 3 сформированы спиральные нарезы 9, отделенные друг от друга полями 10 (фиг. 3), и кольцевая проточка 11, связывающая вышеназванные нарезы в окружном направлении (фиг. 1). Глубина спиральных нарезов 9 сопоставима с размером продольных стержней 5 в радиальном направлении, что обеспечивает беспрепятственное течение жидкости из продольных каналов 8 в спиральные нарезы 9. Толстостенные втулки 3 в зависимости от их местоположения на опорной трубе 1 выполнены с отличающимися характеристиками спиральных нарезов 9 - шириной, углом закрутки, а также их количеством, за счет чего обладают различным гидравлическим сопротивлением и пропускной способностью. Внутренний диаметр толстостенных втулок 3 по полям 10 сопоставим с наружным диаметром опорной трубы 1, благодаря чему перетоки жидкости между ними практически исключаются.
Каждая группа отверстий 2 на опорной трубе 1 сориентирована напротив кольцевой проточки 11 соответствующей толстостенной втулки 3. Спиральные нарезы 9 в толстостенных втулках 3 соединяются с продольными каналами 8 следующих по ходу движения жидкости в опорной трубе 1 щелевых фильтроэлементов 4 и изолированы кольцевой перегородкой 12 от продольных каналов 8 предыдущих щелевых фильтроэлементов (фиг. 1).
Скважинный фильтр работает следующим образом.
Предварительно производят математическое моделирование работы скважины на приток. С учетом полученных расчетных данных и для достижения поставленной в заявке цели скважинный фильтр комплектуют толстостенными втулками 3 с изменяющимися характеристиками спиральных нарезов 9 в опорной трубе 1, обеспечивающими повышение гидравлического сопротивления и снижение пропускной способности у вышеназванных втулок по ходу движения жидкости в трубе 1.
Скважинный фильтр размещают в интервале продуктивного пласта и включают погружной насос (не показан). Пластовая жидкость втекает во все щелевые фильтроэлементы 4 скважинного фильтра. Жидкость фильтруется через непрерывную щель 7 каждого щелевого фильтроэлемента 4 и освобождается от частиц примесей размером более ширины щели. Далее жидкость оказывается в продольных каналах 8 и течет по ним в осевом направлении в сторону, противоположную движению жидкости в опорной трубе 1 (фиг. 1). Из продольных каналов 8 жидкость попадает в спиральные нарезы 9 толстостенных втулок 3 и движется в них к проточкам 11, где потоки жидкости объединяются. Из проточек 11 жидкость устремляется в радиальном направлении через отверстия 2 внутрь опорной трубы 1, изменяет направление движения на 90° и течет на прием погружного насоса.
Благодаря изменяющимся по определенному закону характеристикам спиральных нарезов 9 в толстостенных втулках 3 увеличивается гидравлическое сопротивление и снижается пропускная способность вышеназванных втулок в направлении движения жидкости в опорной трубе 1. Этим компенсируется увеличение скорости потока жидкости в щелевые фильтроэлементы 4 в направлении движения жидкости в опорной трубе 1, то есть по мере их приближения к погружному насосу. Вследствие этого через каждую пару щелевой фильтроэлемент 4 - толстостенная втулка 3, сообщающуюся посредством продольных каналов 8 и спиральных нарезов 9, протекает одинаковое количество жидкости, что обеспечивает равномерный приток по длине скважинного фильтра в целом.
Регулированию притока также способствует уменьшение диаметра отверстий на опорной трубе в направлении движения в ней жидкости.
За счет того, что поступающая в скважинный фильтр пластовая жидкость не устремляется сразу на прием погружного насоса, а движется в противоположном от него направлении по продольным каналам и спиральным нарезам, происходит сглаживание пульсаций ее входной скорости и давления, что благоприятно сказывается на работе горизонтальной скважины. Скважинный фильтр с однородным распределением притока по длине способствует увеличению продолжительности работы и продуктивности горизонтальной скважины без появления в ней воды и газа.
В случае значительной длины горизонтальной скважины ее обустройство осуществляется составным скважинным фильтром, собранным на основе нескольких десятков опорных труб, при этом на каждой из них может размещаться по одному щелевому фильтроэлементу и одной толстостенной втулке со спиральными нарезами. В этом случае приток пластовой жидкости регулируется по отдельным скважинным фильтрам аналогично тому, как было описано выше для скважинного фильтра с одной опорной трубой и несколькими парами щелевой фильтроэлемент - толстостенная втулка на ней.