УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ СКВАЖИННОГО ФИЛЬТРА
WELL FILTER CLEANOUT DEVICE

Предлагаемое изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для пескопроявляющих нефтяных скважин, оборудованных штанговыми невставными (трубными) насосами.
Известен способ борьбы с пескопроявлением в скважинах, оборудованных штанговым насосом (патент RU №2348801 С2. Заявл. 10.01.2007. Опубл. 10.03.2009), обеспечивающий постоянную скорость притока флюида из пласта за счет сглаживания пульсаций давления штангового насоса, передаваемых к призабойной зоне через скважинную жидкость. Устройство для реализации способа включает приемную колонну, размещенную под приемом насоса с карманами, заполненными газом. Эти карманы предназначены для устранения пульсаций давления за счет сжимаемости газовой среды.
Недостатком способа и устройства для его осуществления является слабое влияние неравномерности работы штангового насоса на приток флюида из пласта вследствие того, что объем скважинной жидкости между интервалом перфорации скважины и приемом насоса в совокупности с жидкостью в призабойной зоне пласта на несколько порядков превышает объем цилиндра насоса. Кроме того, влияние неравномерности подачи насоса на характер притока флюида из пласта будет слабым из-за наличия свободного выделившегося газа ниже приема насоса и достаточно высоких сопротивлений фильтрации жидкости в поровом пространстве призабойной зоны.
Известен фильтр скважинный самоочищаемый (патент RU №2441139 C1, Е21В 43/08. Заявл. 12.07.2010. Опубл. 27.01.2012), включающий наружную трубу с соединительными элементами на концах и с боковыми отверстиями, внутреннюю трубу с отверстиями, фильтрующий элемент, закрепленный в пространство между трубами и волновой преобразователь. Внутренняя труба установлена коаксиально внутри наружной трубы.
Фильтрующий элемент выполнен в виде свитой по высоте проволоки с межвитковыми вставками для обеспечения равномерных щелей по всей длине и периметру фильтрующего элемента. Нижний упор выполнен в виде поршня, вставленного в наружную трубу ниже боковых отверстий с возможностью продольного перемещения. Волновой преобразователь выполнен в виде пружины сжатия, с возможностью продольного перемещения и фиксации.
Очистка фильтра производится созданием обратного тока жидкости через насос, которая, отжав подпружиненный поршень, увеличивает расстояние между витками и удаляет твердые взвешенные частицы (ТВЧ). Недостатками данного фильтра являются:
- необходимость разработки и применения дополнительных технических средств, обеспечивающих промывку фильтра после засорения обратным потоком жидкости из колонны насосно-компрессорных труб в скважину;
- возможность попадания в насос более крупных, в сравнении с расстоянием между витками фильтра твердых частиц, из-за увеличения расстояния между витками расклинивающим действием фильтруемых частиц при подвижном нижнем конце фильтра;
- необходимость высоких перепадов давления обратной промывки фильтра из-за сжатия твердых частиц, попавших в межвитковое пространство фильтра, установленной пружиной.
Известно устройство для отделения песка от пластового флюида в скважине при ее очистке (патент RU №2232881 С1, Е21В 43/38. 3аявл. 27.03.2003. Опубл. 20.07.2004).
Устройство содержит приемную колонну на входе в штанговый насос, состоящую из ряда песочных карманов, разделенных перемычками. В перемычках установлены патрубки, длина которых составляет 0,3-0,75 расстояния между перемычками, а диаметр проходного канала перемычек составляет 0,2-0,8 приемной колонны.
Работа устройства состоит в оседании песка в каждом кармане в период хода плунжера насоса вниз. Для усиления отделения песка могут быть использованы центробежные силы с помощью шнеков.
Недостаток устройства состоит в необходимости периодического подъема оборудования для удаления накопившегося песка в карманах.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому решению является фильтр скважинный с промывкой без подъема оборудования (RU 2504644 C1 Е21В 43/08. 3аявл. 25.06.2012. Опубл. 20.01.2014.), содержащий цилиндр насоса с всасывающим и плунжер с нагнетательным клапанами, приемный патрубок насоса с фильтром снаружи для очистки добываемой жидкости от твердых взвешенных частиц.
В нормальном режиме эксплуатации скважины добываемая жидкость входит в фильтр снаружи, очищаясь от твердых взвешенных частиц и поступает на прием насоса. В режиме очистки фильтра в затрубное пространство скважины закачивается промывочная жидкость, которая, отжав подпружиненный поршень, очищает фильтр с его внутренней стороны.
Фильтр, выбранный в качестве наиболее близкого аналога, обладает сложной конструкцией и необходимостью спуска в скважину пакера. Негерметичное исполнение поршня ставит большие проблемы расчета зазора между его боковой поверхностью и трубой, а также заклинивания поршня в результате попадания твердых взвешенных частиц в образованный зазор.
Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение и повышение надежности эксплуатации фильтра.
Техническая задача решается тем, что в известном устройстве, содержащем на приеме штангового трубного насоса фильтр для очистки добываемой жидкости от твердых взвешенных частиц, установленный концентрично снаружи приемного патрубка, отверстия для поступления отфильтрованной жидкости в насос, подпружиненный поршень, цилиндр насоса с всасывающим и плунжер с нагнетательным клапанами, согласно изобретению подпружиненный снизу проходной поршень расположен в приемном патрубке над всасывающим клапаном насоса, имеет центральный шток в верхнем торце и перекрывает своей боковой поверхностью отверстие в приемном патрубке, сообщающее в нижнем положении проходного поршня цилиндр насоса с полостью между приемным патрубком насоса и фильтром.
На рис. 1, 2 и 3 показана схема устройства.
В скважину 1 на колонне насосно-компрессорных труб 2 спущен цилиндр 3 трубного насоса. В нижней части насоса размещен всасывающий клапан 4 с фильтром 5. На колонне насосных штанг 6 в цилиндр 3 спущен плунжер 7 с нагнетательным клапаном 8. Колонна штанг подвешена на траверсе 9, к которой закреплена канатная подвеска 10, соединенная с головкой балансира 11 станка-качалки.
Цилиндр 3 насоса соединен в нижней части с приемным патрубком 12, снизу заглушенным крышкой 13. На патрубке 12 концентрично размещен сам фильтр 14, фиксируемый на патрубке 12 кольцевыми упорами 15 и 16. Фильтр 14 с патрубком и упорами 15 и 16 образуют, таким образом, замкнутую концентрическую полость. В приемном патрубке 12 выполнены на разных уровнях отверстия 17 и 18.
Внутри патрубка 12 герметично расположен проходной поршень 19 с центральным штоком 20 в верхней части и сквозными отверстиями 21 в верхнем торце, на котором установлен шток 20. Верхний торец поршня упирается в кольцевой выступ 22, а снизу поршня размещена пружина 23. Отверстие 17 в рабочем положении перекрыто боковой поверхностью подпружиненного снизу поршня 19, а отверстие 18 размещено ниже всасывающего клапана 4, расположенного также в патрубке 12. Клапаны 4 и 8 имеют ограничители движения 24 и 25 с проходными отверстиями. Пружина 23 опирается на ограничитель 24 всасывающего клапана 4.
На устье скважины колонна насосно-компрессорных труб 2 заканчивается сальником 26, через который проходит полированный шток (на рис. не показан) штанговой колонны 6.
Работа устройства состоит в следующем.
При нормальном режиме работы насоса плунжер 7 в крайнем нижнем положении головки балансира 11 не касается своим нагнетательным клапаном штока 20 поршня 19. Поршень 19 постоянно прижат пружиной 23 к кольцевому выступу 22 и перекрывает своей боковой поверхностью отверстие 17 в патрубке 12 (рис. 2).
Подвеска насоса 10 на устье скважины регулируется таким образом, что при крайнем нижнем положении головки балансира 11 между траверсой 9 и сальником 25 сохраняется определенный интервал.
Добываемая продукция скважины в процессе ее эксплуатации проходит через сетчатый фильтр 14 в концентрическую полость и далее через отверстие 18, всасывающий клапан 4 и отверстия 21 поступает в полость цилиндра 3 насоса.
При этом твердые взвешенные частицы жидкости задерживаются в фильтре 14 и не попадают в полость цилиндра 3. Далее очищенная жидкость откачивается плунжером 7 на поверхность.
По мере эксплуатации скважины фильтр 14 постепенно засоряется твердыми частицами и уменьшает объем поступления жидкости на прием насоса. При снижении подачи насоса до допустимой величины производится промывка фильтра созданием обратного тока жидкости под значительным перепадом давления из колонны насосно-компрессорных труб 2 в скважину.
Для этого скважину останавливают в крайнем нижнем положении головки балансира 11. После этого колонну штанг 6 дополнительно спускают вниз до упора, при котором шток 20 вытолкнет нагнетательный клапан 8 плунжера 7, переместит поршень 19 вниз и сожмет до предела пружину 23 (рис. 3). При этом траверса 9 не касается сальника 26 во избежание его поломки.
В таком положении жидкость из колонны насосно-компрессорных труб 2 через отверстия ограничителя 25, седло клапана 8 и отверстие 17 будет под давлением поступать в скважину через обратную сторону фильтра 14 и очищать его от засора с внешней стороны. Промывка фильтра осуществляется до тех пор, пока уровень жидкости в скважине не достигнет статического положения. После этого колонну штанг приподнимают до прежней величины и установку запускают в работу. Поршень 19 под действием пружины займет свое крайнее верхнее положение, при котором отверстие 17 будет перекрыто его боковой поверхностью. Добываемая продукция во всасывающий клапан 4 насоса вновь будет поступать через фильтр 14 и отверстие 18.
Работоспособность устройства будет обеспечена при условии, что интервал между траверсой 9 и сальником 26 будет превосходить величину дополнительного спуска плунжера 7, при которой полностью сожмется пружина 23 и откроется отверстие 17.
Технико-экономическим преимуществом предложенного устройства является возможность промывки засоренного фильтра на приеме насоса без подъема насосного оборудования на поверхность с использованием жидкости, находящейся в колонне насосно-компрессорных труб.