СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР
BOREHOLE FILTER

Изобретение относится к оборудованию для добычи нефти, а именно к скважинным фильтрам, защищающим погружной насос от механических примесей.
Известен скважинный фильтр, содержащий несущую трубу, наружный и внутренний щелевые фильтроэлементы, которые состоят из навитого профиля и продольных профилей и примыкают последними к несущей трубе, образуя наружные и внутренние продольные каналы, первые из которых закрыты сверху и соединены снизу со шламосборником, а вторые закрыты снизу и соединены сверху с отводящими каналами переводника, имеющего центральное отверстие с предохранительным клапаном [Пат. №2446274 РФ, Е21В 43/08, 2012].
К недостаткам скважинного фильтра относятся повышенная металлоемкость из-за наличия несущей трубы, невысокая пропускная способность на единицу длины вследствие поочередной работы щелевых фильтроэлементов, а также вероятность несрабатывания предохранительного клапана при переполнении шламосборника механическими примесями.
Известен скважинный фильтр, содержащий два коаксиальных щелевых фильтроэлемента, состоящих из внутренних продольных профилей и наружного навитого профиля, верхний и нижний фланцы, притянутые к торцам щелевых фильтроэлементов несущим металлическим тросом [Пат. на ПМ №99819 РФ, Е21В 43/08, 2010].
Недостатком скважинного фильтра является низкая удельная пропускная способность из-за поочередного прохождения пластового флюида через щелевые фильтроэлементы и низкая несущая способность последних при радиальном сжатии.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является скважинный фильтр, содержащий несущую трубу с перфорациями, коаксиально установленные на несущей трубе внутренний и наружный щелевые фильтроэлементы, продольные стержни которых примыкают друг к другу с образованием между собой продольных каналов, а навитые профили обращены наружу и внутрь, верхний переводник с отводящими отверстиями, сообщающимися с продольными каналами, и нижний фланец, перекрывающий продольные каналы и снабженный предохранительным клапаном [Пат. №2575370 РФ, Е21В 43/08, 2016].
Недостатком скважинного фильтра является высокая металлоемкость из-за наличия несущей перфорированной трубы, ограниченная удельная пропускная способность из-за поочередной работы щелевых фильтроэлементов и низкая надежность работы предохранительного клапана из-за возможности пересыпания механическими примесями.
Настоящее изобретение направлено на уменьшение металлоемкости скважинного фильтра без снижения несущей способности, увеличение его пропускной способности при сохранении габаритов, а также повышение эксплуатационной надежности и технологичности изготовления.
Указанный технический результат достигается тем, что в скважинном фильтре, содержащем несущий элемент, наружный и внутренний щелевые фильтроэлементы, обращенные опорными стержнями навстречу друг к другу, а навитыми профилями направленными в противоположные стороны с образованием продольных каналов, верхний переводник с отводящими отверстиями, соединенными с продольными каналами, нижний фланец и предохранительный клапан, согласно изобретению несущим элементом служит вал, в нижнем фланце выполнены отверстия, сообщающие внутренний щелевой фильтроэлемент со скважиной, а продольные каналы - с присоединенным к фланцу шламосборником, при этом предохранительный клапан размещен в верхнем переводнике.
На фиг. 1 схематично изображен скважинный фильтр, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.
Скважинный фильтр содержит наружный и внутренний щелевые фильтроэлементы 1 и 2, служащий несущим элементом вал 3 с резьбовыми окончаниями, верхний переводник 4, нижний фланец 5 и шламосборник 6 (фиг. 1). В верхнем переводнике 4 выполнено центральное отверстие 7, отводящие каналы 8 и установлен, по крайней мере, один предохранительный клапан 9. Щелевые фильтроэлементы 1 и 2 обращены опорными стержнями 10 и 11 навстречу друг к другу, а их навитые с зазором 12 профили 13 и 14 направлены в противоположные стороны, при этом между частями фильтроэлементов 1 и 2 формируются продольные каналы 15, служащие для отвода очищенного пластового флюида (фиг. 2). Общая площадь зазоров 12 на щелевых фильтроэлементах 1 и 2 сопоставима с площадью отводящих каналов 8 в верхнем переводнике 4 и с площадью поперечного сечения продольных каналов 15. Продольные каналы 15 гидравлически соединены снизу со шламосборником 6 через отверстия 16, выполненные в нижнем фланце 5, а сверху - с отводящими каналами 8, которые, в свою очередь, выведены в центральное отверстие 7. Между валом 3 и внутренним щелевым фильтроэлементом 2 образована полость 18. В нижнем фланце 5 выполнены сквозные отверстия 17 с боковыми отводами, соединяющие полость 18 со шламосборником 6 и со скважиной 19.
В верхнем переводнике 4 и нижнем фланце 5 выполнены кольцевые проточки 20 и 21, в которые вставлены торцы щелевых фильтроэлементов 1 и 2, и осевые отверстия 22 и 23, сквозь которые пропущен вал 3. На резьбовые окончания вала 3 навертываются гайки для плотного прижатия верхнего переводника 4 и нижнего фланца 5 к торцам щелевых фильтроэлементов 1 и 2 и для придания жесткости скважинному фильтру.
Скважинный фильтр работает следующим образом.
Пластовый флюид (черные стрелки) втекает одновременно через зазоры 12 между витками профилей 13 и 14 наружного и внутреннего щелевого фильтроэлемента 1 и 2 в продольные каналы 15, при этом в полость 18 между фильтроэлементом 2 и валом 3 флюид попадает из скважины 19 через отверстия 17 в нижнем фланце 5 (фиг. 1). При прохождении через зазоры 12 пластовый флюид оставляет между профилями 13 и 14 находящиеся в нем частицы с размером, превышающим ширину зазора 12. Далее пластовый флюид с оставшимися частицами меньшего размера (контурные стрелки) поднимается по продольным каналам 15 к отводящим каналам 8 в верхнем переводнике 4, попадает по ним в центральное отверстие 7 и выводится из скважинного фильтра. При подъеме пластового флюида возможно осаждение наиболее тяжелых из оставшихся в нем частиц в нижнюю часть продольных каналов 15 с перекрытием зазоров 12. Через отверстия 16 в нижнем фланце 5 осевшие частицы выводятся из продольных каналов 15 в шламосборник 6, обеспечивая тем самым сохранение пропускной способности скважинного фильтра. Этой же цели служат осевые части отверстий 17 в нижнем фланце 5, через которые задержанные внутренним щелевым фильтроэлементом 2 частицы после их укрупнения и отслаивания от навитого профиля 14 выводятся из полости 18 в шламосборник 6.
По мере перекрытия задержанными частицами зазоров 12 между витками навитых профилей 13 и 14 снижается поток пластового флюида, проходящий через оба щелевых фильтроэлемента 1 и 2. Это приводит при работающем погружном насосе к созданию разрежения в центральном отверстии 7, куда в результате открытия предохранительного клапана 9 устремляется пластовый флюид из скважины. Размещение предохранительного клапана в верхнем переводнике 4 исключает возможность его пересыпания частицами, что повышает эксплуатационную надежность скважинного фильтра.
Применение вала в качестве несущего элемента взамен трубы с перфорациями дает возможность уменьшить металлоемкость и соответственно вес скважинного фильтра, а также улучшить технологичность и снизить трудоемкость его изготовления. Осуществление фильтрации пластового флюида одновременно через оба щелевых фильтроэлемента позволяет значимо увеличить пропускную способность скважинного фильтра без увеличения его длины, что очень важно для скважин с неглубоким зумпфом.