МОДУЛЬ ФИЛЬТРАЦИИ САМООЧИЩАЮЩИЙСЯ
SELF-CLEANING FILTER MODULE

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для эксплуатации в составе установки электроцентробежного насоса с целью предотвращения попадания в него механических примесей, содержащихся в пластовой жидкости.
Известен входной модуль ЖНШ-1, содержащий дискутирующие аппараты, основание входного модуля снабжено самоочищающим многосекционным фильтром, представляющим собой щелевой экран, который крепится на основании модуля опорными кольцами, при этом по всей длине основания расположены отверстия, количество и периодичность расположения которых расчетная. (1).
Недостатком входного модуля ЖНШ-1 является быстрая закупорка щелевого экрана твердыми частицами, содержащимися в очищаемой среде, при этом самоочистке экрана препятствует сила давления на частицы, оказываемая потоком очищаемой среды, поступающей во внутреннюю полость модуля, так как силы потока и давления на твердые частицы постоянно направлены перпендикулярно в сторону плоскости экрана, недостатками входного модуля являются исполнение фильтра многосекционным и снабжение его дистругирующими аппаратами, увеличивающими нагрузку на вал, в результате происходит перегрев электродвигателя и повышение температуры очищаемой среды, что влечет интенсификацию процесса кристаллизации солей и отложению их на щелевом экране, недостатком входного модуля является утверждение о прямой зависимости количества секций фильтра от производительности УЭЦН, в действительности зависимость многосекционного исполнения фильтра не прямо пропорциональна увеличению пропускной способности модуля, так как пропускная способность модуля - неизменная величина и равняется площади живого сечения внутренней полости модуля, при этом производительность - это функция, зависящая от скорости протекания жидкости через выходное отверстие модуля, откуда следует, что исполнение фильтра многосекционным направлено на создание запаса площади щелевого экрана с целью продления срока закупорки щелей, что также является недостатком, потому что скорость прохождения очищаемой среды через щелевой экран обратно пропорциональна и  зависит от расстояния щелей до выхода из модуля, снижение скорости прохождения очищаемой среды через щели экрана способствует осаждению солей и накоплению твердых частиц на щелевом экране, недостатком входного модуля является отсутствие защитного кожуха фильтра, что снижает технологичность транспортировки и спуска модуля в скважину.
Наиболее близким решением, взятым за прототип, является насосная компоновка скважинная самоочищающаяся, включающая фильтр в составе установки электроцентробежного насоса и установленный над ним струйный насос, концентрично расположенный кожух, снабженный отверстиями в нижней части, фильтр включает полый корпус с фланцами, шлицевой вал, фильтроэлемент, выполненный в виде усеченного конуса, закрепленного с возможностью перекрытия кольцевого зазора между полым корпусом и концентрично расположенным кожухом, при этом на боковой поверхности концентрично расположенного кожуха выполнены отверстия перед верхними кромками фильтроэлемента. (2).
Преимуществом прототипа по сравнению с аналогом является очистка рабочей поверхности фильтроэлемента потоком очищаемой среды, проходящей вдоль кольцевого зазора, в котором размещен данный фильтроэлемент, далее очищенная среда поступает через входной модуль на прием насоса, а отфильтрованный шлам выносится из фильтра наружу через отверстия на боковой поверхности концентрично расположенного кожуха, который обеспечивает защиту фильтроэлемента при монтаже и транспортировке.
Недостатками прототипа являются сложность монтажа к приемному модулю УЭЦН, наличие фланцевого соединения фильтра с приемным модулем в полости верхней части концентрично расположенного кожуха создает гидравлическое сопротивление движению потока очищенной среды из фильтра в приемный модуль насоса и далее в насосную секцию.
Задачей изобретения является создание технологичного и компактного модуля фильтрации самоочищающегося обеспечивающего стабильную проектную пропускную способность фильтроэлемента без создания гидравлического сопротивления движению потока очищаемой среды из модуля фильтрации самоочищающегося в нижнюю секцию насоса, а также исключение дополнительной нагрузки на подземный электродвигатель насосной установки.
Технический результат достигается тем, что модуль фильтрации самоочищающийся, содержащий фильтроэлемент, выполненный в виде усеченного конуса, закрепленного с возможностью перекрытия кольцевого зазора между полым корпусом и концентрично расположенным кожухом, имеющим входные и выходные отверстия на боковой поверхности, полый корпус, содержащий верхний и нижний фланцы, шлицевой вал, размещенный в полости корпуса, при этом кожух со стороны входных отверстий прикреплен к корпусу в зоне нижнего фланца, на боковой поверхности полого корпуса в зоне верхнего фланца выполнены окна, концентрично расположенный кожух герметично соединен с полым корпусом в зоне верхнего фланца, фильтроэлемент вершиной усеченного конуса прикреплен к полому корпусу в зоне входных отверстий на кожухе, далее фильтроэлемент, раскрываясь в сторону верхнего фланца, прикреплен основанием к кожуху в интервале между выходными отверстиями и герметичным соединением кожуха с корпусом.
Сущность изобретения заключается в том, что выполнение на боковой поверхности корпуса окон, герметичное соединение концентрично расположенного кожуха с полым корпусом в зоне верхнего фланца обеспечивают стабильный отвод потока очищенной скважинной жидкости из зоны фильтрации в нижнюю секцию электроцентробежного насоса, размещение фильтроэлемента в интервале входных и выходных отверстий на кожухе и выполнение окон на полом корпусе в зоне выхода очищенной пластовой жидкости из зоны фильтрации обеспечивают создание компактной и технологичной конструкции модуля фильтрации, эффект удаления твердых частиц с поверхности фильтроэлемента за счет воздействия на частицы силы потока очищаемой среды, проходящей сквозь фильтроэлемент, обусловлен совпадением направления движения потока и равнодействующей сил векторов давления и смещения твердых частиц с фронтальной поверхности фильтроэлемента.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен продольный частичный разрез модуля фильтрации самоочищающегося; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 2 представлена схема функционирования модуля фильтрации самоочищающегося в составе электроцентробежного насоса.
Модуль фильтрации самоочищающийся (фиг. 1 и фиг. 3) включает полый корпус 1, концентрично расположенный кожух 2, фильтроэлемент 3, выполненный в виде усеченного конуса и закрепленный с возможностью перекрытия кольцевого зазора между полым корпусом 1 и кожухом 2, полый корпус 1 содержит верхний 4 и нижний 5 фланцы, шлицевой вал 6, подшипники скольжения 7, полый корпус 1 снабжен окнами 8, кожух 2 герметично соединен с полым корпусом 1 в зоне верхнего фланца 4, кожух 2 снабжен на боковой поверхности входными 9 и выходными 10 отверстиями, в зоне входных 9 отверстий кожух 2 соединен с полым корпусом 1.
Модуль фильтрации самоочищающийся (фиг. 2) эксплуатируется в составе установки электроцентробежного насоса (УЭЦН) и размещается между протектором 11 и насосной секцией 12 (либо газосепаратором в случае включения его в состав УЭЦН). Пластовая жидкость 13, приводимая в движение работой УЭЦН и за счет пластового давления, через входные 9 отверстия поступает в кольцевой зазор между полым корпусом 1 и кожухом 2, перемещаясь по кольцевому зазору, пластовая жидкость 13 проходит сквозь фильтроэлемент 3, при этом твердые частицы 14 отфильтровываются из пластовой жидкости 13 и, перемещаясь под действием силы потока пластовой жидкости 13 вдоль поверхности фильтроэлемента 3, через выходные 10 отверстия выносятся из кольцевого пространства модуля наружу и опускаются в низ скважины, очищенная от твердых частиц 14 пластовая жидкость 15, перемещаясь в сторону герметичного соединения корпуса 1 и кожуха 2 в зоне верхнего фланца 4, через окна 8 поступает в насосную секцию 12 (или в газосепаратор). Модуль фильтрации самоочищающийся устанавливается в УЭЦН вместо входного модуля, габариты модуля фильтрации аналогичны габаритам газосепаратора, при этом вал модуля не испытывает радиальную нагрузку, таким образом дополнительная нагрузка на подземный электродвигатель исключается. Модуль фильтрации самоочищающийся не требует ремонта и дополнительного обслуживания. Ресурс модуля фильтрации самоочищающегося превышает проектный ресурс УЭЦН износостойкого исполнения.
На январь 2015 года средняя наработка на отказ установок электроцентробежных насосов на промыслах Западной Сибири составляет в среднем 250-350 суток при потенциальном ресурсе наработки на отказ не менее 1200 суток, таким образом, за период, равный проектному ресурсу одного электроцентробежного насоса, на одной скважине используются еще два электроцентробежных насоса по причине выхода из строя первых двух из-за отрицательного влияния механических примесей на работу насоса.
Ресурс известных фильтров не более 250-300 суток.
Использование модуля фильтрации самоочищающегося позволит повысить наработку на отказ скважинных установок до их потенциального ресурса - 1200-1500 суток, при этом экономический эффект составит не менее 5 млн. руб. на одну скважину за счет увеличения в два и более раза наработки на отказ установки электроцентробежного насоса и исключения не менее трех остановок скважины на очистку и ремонт, а также за счет исключения потерь при простоях добывающих скважин.
В настоящее время ведутся работы по изготовлению опытного образца модуля фильтрации самоочищающегося и проведения стендовых и опытно-промышленных испытаний на скважинах.
Модуль фильтрации самоочищающийся разрабатывается по просьбе и по техническим требованиям нефтяных компаний (ОАО «Самаранефтегаз», ОАО «Сургутнефтегаз» и др.) (3).
Источники информации
1. Патент на полезную модель RU №42081, МПК: F04D 21.06. 2004 г.
2. Патент на изобретение RU №2463441 С1, М. Кл. E21B 43/08, 09.03.2011 г. - прототип.
3. Письмо ОАО «Самаранефтегаз» № СИГ 36/3-4497 от 09.12.2011 г. за подписью начальника Управления добычи нефти и газа.