ФИЛЬТРУЮЩИЙ МОДУЛЬ

Предлагаемое техническое решение относится к добыче жидких и газообразных текучих сред из буровых скважин, в частности к их подземному фильтрованию, а именно к конструкциям скважинных фильтров, и может найти применение при эксплуатации нефтяных и газовых скважин.
Уже известен фильтрующий модуль, содержащий несущий корпус, выполненный в виде цилиндрической трубы, вал, размещенный в полости этого корпуса, и фильтрующий элемент, состоящий, по меньшей мере, из одного блока автономных сменных кольцевых фильтрующих втулок и установленный коаксиально с корпусом, снаружи него с образованием между ними радиального зазора, подшипники скольжения, фиксированно установленные в осевом направлении между валом и внутренней цилиндрической поверхностью несущего корпуса с возможностью вращения в них вала, по меньшей мере, один центратор, расположенный коаксиально между несущим корпусом и фильтрующим элементом с примыканием к цилиндрическим поверхностям несущего корпуса и фильтрующего элемента, и устройство для оптимального сжатия фильтрующего элемента в осевом направлении, снабженное, по меньшей мере, одним распорным кольцом, расположенным на стыке фильтрующего элемента с верхним и нижним фланцами модуля, при этом несущий корпус жестко соединен своими торцами с верхним и нижним фланцами со стороны погружного насоса и узла гидрозащиты погружного электродвигателя соответственно, кольцевые втулки фильтрующих элементов последовательно установлены вдоль несущего корпуса с плотным примыканием друг к другу кольцевыми торцами, а в качестве фильтрующего материала взят проволочный нетканый материал, или «металлорезина», или спрессованная металлическая путанка, или пористый проницаемый материал.
Фильтрующий модуль дополнительно снабжен, по меньшей мере, одной захватной втулкой с фиксатором, коаксиально установленной на наружной поверхности несущего корпуса, по меньшей мере, одним дополнительным распорным кольцом, расположенным на стыке смежных блоков автономных сменных кольцевых фильтрующих втулок, установленным на наружной поверхности несущего корпуса, и снабженным, по меньшей мере, одним радиальным углублением, открытым со стороны несущего корпуса, снабжен коаксиальными с валом распорными устройствами, выполненными в полости между валом и внутренней поверхностью несущего корпуса, например, в виде отдельных отрезков труб, размещенных вдоль фильтрующего модуля между подшипниками скольжения, а верхний фланец модуля в зоне соединения с погружным насосом снабжен цилиндрической полостью, сообщенной с входной полостью погружного насоса, и продольными каналами, выполненными с возможностью сообщения этой цилиндрической полости с кольцевой полостью между несущим корпусом и фильтрующим элементом, при этом каждый центратор выполнен в виде кольцевого каркаса, предпочтительно тонкостенного, имеющего поперечное сечение со смежными выступами и впадинами в радиальном направлении, и установлен с возможностью примыкания выступов к внутренней поверхности фильтрующего элемента, и впадин к наружной поверхности несущего корпуса по всей осевой длине центратора, внутренняя цилиндрическая поверхность каждой захватной втулки снабжена, по меньшей мере, одним радиальным углублением, открытым со стороны несущего корпуса и выполненным с возможностью образования, по меньшей мере, одного сквозного продольного канала захватной втулки, несущий корпус фильтрующего модуля в зоне размещения каждого подшипника скольжения снабжен, по меньшей мере, одним радиальным каналом, а в зоне размещения каждой захватной втулки несущий корпус снабжен радиальным отверстием, размещенным с возможностью образования единой детали каждой захватной втулкой и несущего корпуса фильтрующего модуля посредством соответствующего фиксатора, установленного одной его частью в радиальном отверстии несущего корпуса и другой его частью - в торце радиального углубления на внутренней цилиндрической поверхности захватной втулки, открытом со стороны несущего корпуса, причем наружные втулки подшипников скольжения снабжены кольцевыми канавками и уплотнениями, расположенными в них с примыканием к внутренней цилиндрической поверхности несущего корпуса, а отрезки распорных труб в зоне расположения радиальных каналов несущего корпуса снабжены перепускными отверстиями.
Внутренняя цилиндрическая поверхность каждой захватной втулки снабжена равномерно по ней распределенными радиальными углублениями, выполненными открытыми со стороны несущего корпуса и сквозными по всей длине захватной втулки и размещенными параллельно продольной ее оси с возможностью дискретного примыкания участков между соседними радиальными углублениями к наружной цилиндрической поверхности несущего корпуса фильтрующего модуля.
Наружная цилиндрическая поверхность каждой захватной втулки снабжена выступами, сопряженными с каждой из них и выполненными с наружный диаметром, предпочтительно превышающим наружный диаметр фильтрующего элемента.
Фиксатор каждой захватной втулки выполнен предпочтительно Т-образным.
Наружная поверхность верхнего фланца модуля снабжена выступами, сопряженными с ним и выполненными с наружный диаметром, предпочтительно превышающими наружный диаметр фильтрующего элемента.
Кольцевой каркас центратора со смежными выступами и впадинами в поперечном сечении может быть выполнен в виде незамкнутой упругой металлической ленты или в виде замкнутой упругой металлической ленты или выполнен в виде замкнутой упругой металлической ленты.
Кольцевой каркас центратора со смежными выступами и впадинами в поперечном сечении может быть выполнен в виде металлической сетки.
Центры окружностей поверхностей радиальных углублений захватной втулки, открытых со стороны несущего корпуса, расположены в зоне наружной цилиндрической поверхности несущего корпуса.
Соседние выступы на наружной цилиндрической поверхности каждой захватной втулки и соседние выступы на наружной поверхности верхнего фланца модуля могут быть выполнены под углом, предпочтительно равным 60-90 градусам.
Радиальное углубление в дополнительном распорном кольце, расположенном на стыке смежных блоков автономных смежных кольцевых фильтрующих втулок, выполнено сквозным по всей длине распорного кольца.
Уплотнения подшипников скольжения, расположенные в канавках их наружных втулок с примыканием к внутренней поверхности несущего корпуса, могут быть выполнены из набухающей в рабочей среде эластомерной композиции, например, на основе каучука СКЭП-Т.
Распорные устройства, выполненные в виде труб, размещенных в полости между валом и внутренней поверхностью несущего корпуса между подшипниками скольжения, могут быть снабжены перепускными каналами. / Патент РФ №2551596 на изобретение «Фильтрующий модуль», опубл. 2015, Е21В 43/08/.
В процессе работы известного фильтрующего модуля механические примеси, содержащиеся в агрессивной рабочей среде, не полностью задерживаются на фильтрующих элементах. Например, если установлены фильтрующие элементы стойкостью фильтрации 200 мкм, это значит, что задерживаются механические примеси с размером частиц 200 мкм и более, а те, что меньше, проходит внутрь в проточную часть модуля. Часть механических примесей уходит к погружному насосу вместе с перекачиваемой пластовой жидкостью, а часть оседает на деталях фильтра, в том числе попадают в зазор между распорной трубой и несущим корпусом, забивая этот зазор и впоследствии препятствуя разборке фильтрующего модуля при ремонте или техническом обслуживании.
Задача предлагаемого изобретения состоит в повышении эффективности фильтрации путем оптимизации размеров проточной части фильтрующего модуля - кольцевой полости между цилиндрическими поверхностями несущего корпуса и фильтрующего элемента по всей длине модуля для снижения в ней гидравлического сопротивления, а также состоит в снижении трудоемкости ремонта и техобслуживания модуля путем сокращения габаритов модуля и создания оптимизированной защиты фильтрующей поверхности модуля и улучшения фиксации подшипников скольжения.
В предлагаемом техническом решении отсутствуют распорные трубы между подшипниками скольжения, поскольку фиксация подшипников скольжения осуществляется посредством упоров в виде полых штифтов. Отсутствие распорных труб в зоне проточной части фильтрующего модуля увеличивает объем проточной части модуля по всей его длине.
Для решения поставленной задачи с достижением заявляемого технического результата фильтрующий модуль, содержащий несущий корпус, выполненный в виде цилиндрической трубы, вал, размещенный в полости этого корпуса, корпус верхнего фланца со стороны погружного насоса и корпус нижнего фланца со стороны узла гидрозащиты погружного электродвигателя, жестко соединенные с торцами несущего корпуса, соответственно, фильтрующий элемент, установленный коаксиально с несущим корпусом, снаружи него, с образованием между ними радиального зазора, и состоящий из одного блока автономных сменных кольцевых фильтрующих втулок, устройство для оптимального сжатия фильтрующего элемента в осевом направлении, снабженное, по меньшей мере, одним распорным кольцом, расположенным на стыке фильтрующего элемента с верхним и нижним фланцами модуля, подшипники скольжения, фиксированно установленные в осевом направлении между валом и внутренней цилиндрической поверхностью несущего корпуса с возможностью вращения в них вала и включающие наружные втулки, каждая из которых снабжена по меньшей мере одной кольцевой канавкой и уплотнением в ней, расположенными с примыканием к внутренней цилиндрической поверхности несущего корпуса, центратор, выполненный в виде кольцевого, предпочтительно, тонкостенного каркаса, установленного коаксиально фильтрующему элементу с примыканием к его внутренней цилиндрической поверхности по всей длине фильтрующего элемента, при этом несущий корпус снабжен по меньшей мере одним радиальным каналом, размещенным в зоне каждого подшипника скольжения, а верхний и нижний фланцы модуля выполнены с наружными диаметрами, предпочтительно, превышающими наружный диаметр фильтрующего элемента, согласно предлагаемой полезной модели, фильтрующий модуль снабжен дополнительным центратором, установленным с примыканием к наружной цилиндрической поверхности каждого фильтрующего элемента и выполненным в виде кольцевого, цилиндрического, предпочтительно, тонкостенного каркаса, а блок автономных сменных кольцевых фильтрующих втулок фильтрующего элемента включает центратор, установленный с примыканием к внутренней цилиндрической поверхности фильтрующего элемента, и дополнительный центратор, установленный с примыканием к наружной цилиндрической поверхности фильтрующего элемента, причем оба центратора установлены коаксиально фильтрующему элементу с полным примыканием к его наружной и внутренней цилиндрическим поверхностям, соответственно, по всей длине окружности этих цилиндрических поверхностей, и жестко связаны с обоими торцами фильтрующего элемента блока автономных сменных кольцевых фильтрующих втулок с образованием кольцевых наконечников, фильтрующий модуль снабжен по меньшей мере одной конусной втулкой и/или отбойником, а фиксированная установка каждого подшипника скольжения в осевом направлении фильтрующего модуля выполнена посредством по меньшей мере одного упора с цилиндрической образующей, снабженного по меньшей мере одной торцевой фаской, размещенного с натягом в соответстствующем радиальном канале несущего корпуса каждого подшипника скольжения, одна твердосплавная втулка которого жестко закреплена на наружной втулке этого подшипника, а другая его твердосплавная втулка жестко закреплена на валу, и каждая конусная втулка и/или отбойник размещены на валу с примыканием по меньшей мере к одному торцу закрепленной на валу твердосплавной втулки каждого подшипника скольжения, причем стенка радиального канала несущего корпуса, ближайшая к торцу наружной втулки подшипника скольжения, расположенному со стороны узла гидрозащиты погружного электродвигателя, и указанный торец наружной втулки этого подшипника скольжения расположены в одной плоскости, ориентированной перпендикулярно продольной оси вала, а каждое распорное кольцо, расположенное на стыке фильтрующего элемента с верхним и нижним фланцами модуля, снабжено фиксирующими выступами, выполненными со стороны фильтрующего элемента с возможностью взаимодействия с кольцевыми наконечниками торцов блока автономных сменных кольцевых фильтрующих втулок фильтрующего элемента.
Каждый упор выполнен в виде несплошного цилиндра, например, в виде полого штифта и снабжен продольной прорезью в цилиндрической стенке.
Поверхность каждой наружной втулки подшипника скольжения с обеих сторон от ее кольцевой канавки, обращенная к внутренней цилиндрической поверхности несущего корпуса, может быть выполнена конической с уменьшением ее толщины от кольцевой канавки к периферии.
Подшипники скольжения могут быть расположены между корпусом верхнего фильтрующего модуля со стороны погружного насоса и корпусом нижнего фланцев со стороны узла гидрозащиты электродвигателя.
Подшипники скольжения могут быть расположены внутри корпусов верхнего и нижнего фланцев, причем один подшипник скольжения расположен внутри корпуса верхнего фланца фильтрующего модуля со стороны погружного насоса, а другой подшипник скольжения расположен внутри корпуса нижнего фланца модуля со стороны узла гидрозащиты электродвигателя, при этом наружная втулка каждого подшипника скольжения, расположенного внутри корпуса каждого фланца, выполнена в виде концевой части корпуса соответствующего фланца в зоне жесткого соединения его с соответствующим торцем несущего корпуса.
Кроме того подшипники скольжения расположены между корпусом верхнего фильтрующего модуля со стороны погружного насоса и корпусом нижнего фланцев со стороны узла гидрозащиты электродвигателя, а также могут быть расположены внутри корпусов верхнего и нижнего фланцев, причем один подшипник скольжения расположен внутри корпуса верхнего фланца фильтрующего модуля со стороны погружного насоса, а другой подшипник скольжения расположен внутри корпуса нижнего фланца модуля со стороны узла гидрозащиты электродвигателя.
В процессе проведения поиска по патентной и научно-технической литературе не выявлена известность предлагаемой совокупности существенных признаков.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется графически.
На фиг. 1 показана схема скважинной установки, содержащей предлагаемый фильтрующий модуль.
На фиг. 2 представлено продольное сечение фильтрующего модуля с размещением подшипников скольжения на валу модуля между корпусов верхнего фланца и нижнего фланца.
На фиг. 3 представлено продольное сечение фильтрующего модуля с размещением подшипников скольжения на валу модуля внутри корпуса верхнего фланца и внутри корпуса нижнего фланца, а также между корпусов верхнего и нижнего фланца.
На фиг. 4 представлено поперечное сечение по Г-Г фильтрующего модуля через центратор и полый упор.
На фиг. 5 представлен фрагмент упора наружной втулки подшипника в полый штифт.
Представленная на фиг. 1 схема скважинной установки включает размещенные внутри скважины с жидкостью фильтрующий модуль 1, закрепленный между корпусом 2 верхнего фланца, со стороны которого крепится погружной насос 3, и корпусом 4 нижнего фланца, со стороны которого крепится узел 5 гидрозащиты электродвигателя.
Представленный на фиг. 2-3 фильтрующий модуль содержит несущий корпус 6, выполненный в виде цилиндрической трубы, вал 7 с продольной осью 8, размещенный в полости несущего корпуса 6, корпус 2 верхнего фланца, расположенный со стороны погружного насоса 3, и корпус 4 нижнего фланца, расположенный со стороны узла 5 гидрозащиты погружного электродвигателя, фильтрующий элемент 9 состоящий из одного блока 10 автономных сменных кольцевых втулок (не показан), и установленный коаксиально с несущим корпусом 6, снаружи него, с образованием между ними радиального зазора. Оба торца блока 10 автономных сменных кольцевых втулок фильтрующего элемента снабжены кольцевыми наконечниками 11.
Модуль также содержит устройство для оптимального сжатия фильтрующего элемента в осевом направлении, снабженное, по меньшей мере, одним распорным кольцом 12, расположенном на стыке фильтрующего элемента с корпусом 2 верхнего фланца и корпусом 4 нижнего фланца модуля на наружной поверхности 13 несущего корпуса 6. Кроме того модуль содержит подшипники 14 скольжения /в сборе/, фиксированно установленные в осевом направлении между валом 7 и внутренней цилиндрической поверхностью 15 несущего корпуса 6 с возможностью вращения в них вала 7. Модуль также содержит центратор 16, выполненный в виде кольцевого цилиндрического тонкостенного каркаса, например, из металлической сетки, и установленный с полным примыканием к внутренней цилиндрической поверхности 17 фильтрующего элемента 9 и дополнительный центратор 18, выполненный в виде кольцевого цилиндрического тонкостенного каркаса, и установленный с полным примыканием к наружной цилиндрической поверхности 19 фильтрующего элемента 9, причем полное примыкание обеспечивается примыканием по всей длине окружности этих цилиндрических поверхностей. Эти центраторы 16 и 18 выполнены с одинаковой осевой длиной и жестко связаны с обоими торцами блока 10 автономных сменных кольцевых фильтрующих втулок фильтрующего элемента 9 посредством кольцевых наконечников 11, выполненных на торцах блока 10. Размещение на валу 7 блока 10 автономных сменных кольцевых фильтрующих втулок фильтрующего элемента 9 с центраторами 16 и 18, примыкающими к обеим сторонам фильтрующего элемента 9, обеспечивается посредством установки, по меньшей мере, одного распорного кольца 12, расположенного на стыке блока 10 фильтрующего элемента 9 с корпусами верхнего и нижнего фланцев.
Каждое распорное кольцо 12, расположенное на стыке фильтрующего элемента 9 с верхним и нижним фланцами модуля снабжено фиксирующим кольцевым выступом 20, выполненным со стороны фильтрующего элемента 9 с возможностью взаимодействия с кольцевым наконечником И блока 10 автономных сменных кольцевых фильтрующих втулок фильтрующего элемента 9, примыкающего к этому распорному кольцу 12.
Каждый упор 21 с цилиндрической образующей 22 и по меньшей мере одной торцевой фаской 23 может быть выполнен в виде несплошного цилиндра /т.е. со сквозной продольной выемкой внутри /, например, может быть выполнен в виде полого штифта, имеющего сквозную продольную прорезь 24 в его цилиндрической стенке и по меньшей мере одну торцевую фаску 23.
Сквозная продольная выемка может быть выполнена сегментной снаружи упора 21.
Несущий корпус 6 снабжен, по меньшей мере, одним радиальным каналом 25, размещенным в зоне каждого подшипника 14 скольжения. Упор 21 размещен с натягом в соответствующем радиальном канале 25 несущего корпуса 6 в зоне каждого подшипника 14 скольжения для фиксированной установки этих подшипников.
Корпус 2 верхнего фланца и корпус 4 нижнего фланца жестко соединены с торцами 26 и 27 несущего корпуса 6, соответственно. Подшипники 14 скольжения /в сборе/ включают наружные втулки 28, каждая из которых снабжена по меньшей мере одной кольцевой канавкой 29 и уплотнением 30 в ней, расположенными с примыканием к внутренней цилиндрической поверхности 15 несущего корпуса 6. Кроме того каждый подшипник 14 скольжения содержит одну твердосплавную втулку 31 каждого подшипника 14 скольжения, жестко закрепленную на наружной втулке 28 этого подшипника 14, и другую его твердосплавную втулку 32, жестко закрепленную на валу 7 при помощи шпонки 33. Обе твердосплавные втулки изготовлены, например, из сплава ВК8 / ГОСТ 3882-74 «Сплавы твердые спеченные. Марки» /. Для фиксации подшипников на валу 7 предусмотрены конусная втулка 34 и/или отбойник 35. Каждая конусная втулка 34 и/или отбойник 35 размещены на валу 7 с примыканием, по меньшей мере, к одному торцу 36 или другому торцу 37, закрепленной на валу 7 твердосплавной втулки 32 каждого подшипника 14 скольжения.
Стенка 38 радиального канала 25 несущего корпуса 6, ближайшая к торцу 39 наружной втулки 28 подшипника 14 скольжения, расположенному со стороны узла 5 гидрозащиты погружного электродвигателя, и указанный торец 39 наружной втулки 28 этого подшипника 14 скольжения расположены в одной плоскости, ориентированной перпендикулярно продольной оси 8 вала 7.
Корпус 2 верхнего фланца и корпус 4 нижнего фланца модуля выполнены с наружными диаметрами, предпочтительно, превышающими наружный диаметр фильтрующего элемента 9.
Поверхность каждой наружной втулки 28 подшипника 14 скольжения с обеих сторон от ее кольцевой канавки 29, обращенная к внутренней цилиндрической поверхности 15 несущего корпуса 6, может быть выполнена конической с уменьшением ее толщины от кольцевой канавки 29 к периферии этой наружной втулки 28.
Проточная часть фильтрующего модуля 1- кольцевая полость между цилиндрическими поверхностями несущего корпуса 6 и фильтрующего элемента 9 по всей длине модуля сообщена с погружным насосом 3 посредством каналов 40 в корпусе 2 верхнего фланца.
В фильтрующем модуле один подшипник 14 скольжения может быть расположен внутри корпуса 2 верхнего фланца фильтрующего модуля со стороны погружного насоса 3, а другой подшипник 14 скольжения расположен внутри корпуса 4 нижнего фланца модуля со стороны узла 5 гидрозащиты электродвигателя, при этом наружная втулка 28 каждого подшипника 14 скольжения, расположенного внутри корпуса каждого фланца, выполнена в виде концевой части корпуса соответствующего фланца в зоне жесткого соединения ее с соответствующим торцем наружного корпуса 6: торцем 26 со стороны корпуса 2 верхнего фланца или с торцем 27 со стороны корпуса 4 нижнего фланца несущего корпуса 6.
Подшипники 14 скольжения могут быть расположены между корпусом 2 верхнего фильтрующего модуля со стороны погружного насоса и корпусом 4 нижнего фланцев со стороны узла гидрозащиты электродвигателя, а также внутри корпусов верхнего и нижнего фланцев, причем один подшипник 14 скольжения расположен внутри корпуса 2 верхнего фланца фильтрующего модуля со стороны погружного насоса, а другой подшипник скольжения 14 расположен внутри корпуса 4 нижнего фланца модуля со стороны узла гидрозащиты электродвигателя.
Наружная втулка каждого подшипника 14 скольжения, расположенного внутри корпуса каждого фланца, выполнена в виде концевой части корпуса соответствующего фланца в зоне жесткого соединения его с соответствующим торцем несущего корпуса 6.
Работа предлагаемого фильтрующего модуля 1, установленного между корпусом 2 верхнего фланца, со стороны которого крепится погружной насос 3, и корпусом 4 нижнего фланца, со стороны которого крепится узел 5 гидрозащиты электродвигателя, осуществляется посредством нагнетания загрязненной пластовой жидкости через фильтрующие элементы 9 внутрь проточной части - кольцевой полости между цилиндрическими поверхностями несущего корпуса 6 и фильтрующего элемента 9 и задержания механических примесей. Далее очищенная жидкость из указанной проточной части через каналы 40 в корпусе 2 верхнего фланца попадает в погружной насос 3.
В процессе работы предлагаемого фильтрующего модуля отсутствует зазор между цилиндрическими поверхностями несущего корпуса 6 и фильтрующего элемента 9 и поэтому отсутствует возможность засорения в процессе работы. Использование упоров 21, например, в виде полых штифтов позволит правильно фиксировать подшипники 14 скольжения на валу 7 модуля 1, а также создает возможность смачивания подшипников 14 скольжения через полую часть упора 21.
Использование центратора 16 и дополнительного центратора 18 в виде кольцевых цилиндрических каркасов, предпочтительно тонкостенных, дискретно прилегающих к цилиндрическим поверхностям 17 и 19 фильтрующего элемента 9, позволяет прочно и надежно фиксировать фильтрующую поверхность фильтрующих элементов 9 относительно несущего корпуса 6.
Каждое распорное кольцо 12, расположенное на стыке фильтрующего элемента 9 с верхним и нижним фланцами модуля, позволит эффективно фиксировать блок 10 автономных сменных кольцевых фильтрующих втулок по длине модуля посредством фиксирующих кольцевых выступов 20, выполненных на этих распорных кольцах со стороны фильтрующего элемента с возможностью взаимодействия с кольцевым наконечником 11 торца блока автономных сменных кольцевых фильтрующих втулок фильтрующего элемента 9, примыкающего к этому распорному кольцу 12.
Для исключения «сухого» трения в подшипниках 14 скольжения в зоне размещения последних несущий корпус 6 снабжен, по меньшей мере, одним радиальным каналом 25, через который возможно поступление ограниченного количества рабочей жидкости на втулки подшипника 14 скольжения.
Предлагаемый фильтрующий модуль успешно прошел опытные испытания и подготовлен к производству.
Применение заявляемого фильтрующего модуля позволит значительно повысить эффективность фильтрации путем оптимизации размеров проточной части фильтрующего модуля - кольцевой полости между цилиндрическими поверхностями несущего корпуса и фильтрующего элемента по всей длине модуля для снижения в ней гидравлического сопротивления, а также состоит в снижении трудоемкости ремонта и техобслуживания модуля путем сокращения габаритов модуля и создания оптимизированной защиты фильтрующей поверхности модуля и улучшения фиксации подшипников скольжения.