СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР
DOWNHOLE FILTER

Изобретение относится к нефтегазобобывающей промышленности, конкретно - к средствам фильтрования нефти и газа.
Известен щелевой скважинный фильтр по патенту РФ на полезную модель №71694. Фильтр содержит перфорированную трубу, на которой установлены продольные опорные элементы, на внешней поверхности которых намотана проволока с образованием зазоров между витками, при этом проволока приварена или припаяна к продольным элементам, а соотношение шага установки продольных элементов к их высоте выполнено в диапазоне от 1,0 до 10.
Недостаток: большой вес.
Известен скважинный фильтр по патенту РФ на изобретение №2507384, МПК Е21В 43/08, опубл. 20.02.2014 г.
Этот щелевой скважинный фильтр содержит перфорированную несущую трубу и щелевой фильтрующий элемент, выполненный из проволоки, намотанной на продольные элементы по спирали, причем поперечное сечение проволоки, намотанной по спирали выполнено пятиграным, одна из граней проволоки выполнена параллельно продольной оси фильтра и образует его наружную поверхность, а каждая боковая сторона выполнена с двумя гранями, верхние образуют фильтрующий зазор, а нижние сходятся, образуя острый угол.
Недостатки - низкая прочность проволоки фильтрующего элемента, что приводит к изменению зазоров при спуске скважинного фильтра, и быстрый абразивный износ «самого узкого места» фильтрующего элемента.
Известен скважинный фильтр по патенту РФ на изобретение №2606710, МПК Е21В 43/08, опубл. 10.01.2017 г., прототип.
Этот скважинный фильтр содержит ниппели, и фильтрующий элемент, содержащий стрингеры, уложенные параллельно оси скважинного фильтра между ограничительными кольцами, и намотанные на них витки профилированной проволоки треугольного сечения,
Недостаток: высокий вес, соизмеримый с весом каркасного фильтра.
Задача создания изобретения уменьшение веса упрощение конструкции скважинного фильтра при обеспечении эффективной очистки.
Решение указанной задачи достигнуто в скважинном фильтре, содержащем ниппели, и фильтрующий элемент, содержащий стрингеры, уложенные параллельно оси скважинного фильтра между ограничительными кольцами, и намотанные на них витки профилированной проволоки треугольного сечения, тем, что стрингеры выполнены пустотелыми, четырехугольного поперечного сечения в форме трапеции и установлены под углом к радиальному направлению, а высота стрингеров выполнена из соотношения:
1
Н=(2,2…2,5) в где:
Н - высота стрингера,
1
в - ширина меньшего основания стрингера.
Большее основание трапеции может быть выполнено скругленным.
Концы стрингеров перед приваркой уложены в выполненные с равномерным шагом радиальные пазы на торцах ограничительных колец
Профилированная проволока может быть может быть выполнена треугольного сечения выполнена с радиусным скруглением при вершине.
Профилированная проволока может быть выполнена трапециевидного поперечного сечения с радиусным скруглением вершины, обращенной к оси скважного фильтра.
Радиусное скругление вершины, обращенной к оси скважного фильтра может быть выполнено из условия:
1
R=(0,2…0,25) а, где:
1
R - радиус скруглния вершины,
А - ширина профилированной проволоки.
Укладка стингеров при сборке выполнена таким образом, чтобы:
внс
вн,
D=D
внс
где: D - внутренний диаметр установки стрингеров,
вн,
D - внутренний диаметр ниппелей 1 и ограничительных колец 6.
Укладка стингеров при сборке может быть выполнена таким образом, чтобы:
внс
вн
D≤D.
Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг. 1-15, где:
- на фиг. 1 приведен скважный фильтр,
- на фиг. 2 приведен фильтрующий элемент,
- на фиг. 3 приведен первый вариант стрингера,
- на фиг. 4 приведен второй вариант стрингера,
- на фиг. 5 приведен третий вариант стрингера,
- на фиг. 6 приведен четвертый вариант стрингера,
- на фиг. 7 приведен пятый вариант стрингера,
- на фиг. 8 приведен первый вариант профилированной проволоки,
- на фиг. 9 приведен второй вариант профилированной проволоки,
Профилированная проволока может быть может быть выполнена треугольного сечения выполнена с радиусным скруглением при вершине.
Профилированная проволока может быть выполнена трапециевидного поперечного сечения с радиусным скруглением вершины, обращенной к оси скважного фильтра.
Радиусное скругление вершины, обращенной к оси скважного фильтра может быть выполнено из условия:
1
а
R=(0,2…0,25) , где:
R1 - радиус скругления вершины,
А - ширина профилированной проволоки.
Укладка стингеров при сборке выполнена таким образом, чтобы:
внс
вн,
D = D
внс
где: D - внутренний диаметр установки стрингеров,
вн,
D - внутренний диаметр ниппелей 1 и ограничительных колец 6.
Укладка стингеров при сборке может быть выполнена таким образом, чтобы:
внс
вн,
D ≤ D
Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг. 1-16, где:
-на фиг. 1 приведена скважный фильтр,
- на фиг. 2 приведен фильтрующий элемент,
- на фиг. 3 приведен стрингер с вырезами на концах,
- на фиг. 4 приведен первый вариант стрингера,
- на фиг. 5 приведен второй вариант стрингера,
- на фиг. 6 приведен третий вариант стрингера,
- на фиг. 7 приведен четвертый вариант стрингера,
- на фиг. 8 приведен пятый вариант стрингера,
- на фиг. 9 приведен первый вариант профилированной проволоки,
- на фиг. 10 приведен второй вариант профилированной проволоки,
- на фиг. 11 приведен конец стрингера и его установка в ограничительное кольцо, первый вариант,
- на фиг. 12 приведен конец стрингера и его установка в ограничительное кольцо, второй вариант,
- на фиг. 13 приведена сборка фильтрующего элемента,
- на фиг. 14 приведен вид А,
- на фиг 15 приведено ограничительное кольцо,
- на фиг. 16 приведен вид В.
Обозначения, принятые в описании:
ниппель 1,
муфта 2,
центратор 3,
фильтрующий элемент 4,
стрингер 5,
ограничительно кольцо 6,
профилированная проволока 7,
сварочный шов 8,
контактная сварка 9,
внутренняя полость 10,
внутреннее основание 11,
внешнее основание 12,
боковая стенка 13,
полость 14,
конец 15,
вырез 16,
внешняя грань 17,
внутренняя грань 18,
боковая грань 19,
радиальный паз 20,
внутренний торец 21,
внутренняя фаска 22,
внешняя фаска 23,
внешний торец 24,
внутренняя проточка 25.
Скважинный фильтр (фиг. 1…16) предназначен для очистки нефти или газа.
Скважинный фильтр (фиг. 1) содержит два ниппеля 1, муфту 2 на верхнем ниппеле 1 и центратор 3. Между ниппелями 1 выполнен по меньшей мере один фильтрующий элемент 4.
Фильтрующий элемент 4, (фиг. 2) содержит стрингеры 5, уложенные параллельно оси 00 скважинного фильтра между ограничительными кольцами 6, и намотанные на них витки профилированной проволоки 7 треугольного сечения.
Соединения ниппелей 1 с ограничительными кольцами 6 и ограничительных колец 6 с фильтрующими элементами 4 выполнено сварочными швами 8.
Соединение профилированной проволоки 7 со стрингерами выполнено контактной сваркой 9. Внутри фильтра образована внутренняя полость 10.
На фиг. 3 приведен стрингер с концами 15 на которых выполнены вырезы 15 прямоугольной форму для укладки стрингеров на ограничительные кольца 6.
Стрингеры 5 (фиг. 4…8) выполнены в поперечном сечении четырехугольной формы и имеют внутренние основания 11, расположенные ближе к продольной оси OO скважинного фильтра и внешние основания 12, а также по две боковые стенки 13. Стрингеры 5 (фиг. 4) могут быть выполнены пустотелыми, с полостью 14 внутри них любой формы. Стрингеры 5 могут быть выполнены различной формы в поперечном сечении, в частности в виде прямоугольника (фиг. 4…6) или трапеции (фиг. 7 и 8).
На фиг. 5 приведен прямоугольный стрингер с прямоугольным отверстием,
На фиг. 6 приведен прямоугольный стрингер с эллипсным отверстием,
На фиг 7 и 8 приведены варианты стрингеров 5 четырехугольного поперечного сечения в виде трапеции, внутренне основание 12 которой обращено к продольной оси OO скважинного фильтра, а внешнее основание 13 трапеции может быть выполнено скругленным радиусом R (фиг. 8) для лучшей сварки стригнеров 5 с профилированной проволокой 7. Внутренне основание 12 может быть выполнено меньшим, а внешнее основание 13 - большим. Боковые стенки 14 одинаковые по форме и высоте.
Оптимальной является высота стрингеров 5, определяемая из соотношения:
1
Н=(2,3…2,8) в, где:
Н - высота стрингера,
1
в - ширина меньшего основания стрингера.
Более подробно разъяснение оптимальности выбранных соотношений размеров приведены некоторые данные из в табл. 1, частично позаимствованных из ГОСТ 633- 80 Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним. Технические условия. Возможно применение труб по ГОСТ 632 - 80. Трубы обсадные и муфты к ним. Технические условия.
Из табл. 1 следует, что высота фильтрующего элемента 4:
0
Н=13,5…16,0 мм.
1
При высоте профилированной проволоки 7 равной 3 мм имеем высоту H (фиг. 4) стрингеров 5:
1
Н=10, 5…13,0 мм. что достаточно для изготовления тонкостенного профилированного проката.
Технологии изготовления тонкостенного профилированного проката известны из пат. РФ №2163869, МПК B21D 26/06, опубл. 10.03.2001 и пат. РФ №2338620, МПК B21J 5/12, опубл. 10.10.2007.
Профилированная проволока 7 может быть выполнена двух вариантах фиг. 9 и 10.
Первый вариант (фиг 9): треугольного поперечного сечения, имеющий внешнюю грань 17, внутреннюю грань 18, а также две боковые грани 19 и радиусное скругление.
1
Радиусное скругление, выполнено радиусом r (фиг. 9), при том оптимальный радиус скругления:
1
а
r=(0,2…0,25) ,
1
Где: r - радиус радиусного скругления при вершине поперечного сечения профилированной проволоки 7, где:
а
- ширина профилированной проволоки 7.
На фиг. 10 приведен второй вариант профилированной проволоки 7? выполненной в поперечном сечении в форме трапеции, меньшее основание 18 которой обращено в сторону оси ОО скважинного фильтра, а большее основание 17- в сторону профилированной проволоки 7.
На фиг. 11 приведено соединение конца 15 стрингера 5 с ограничительным кольцом 6 имеющим первый вариант, в котором:
внс
вн,
D=D
внс
где: D - внутренний диаметр установки стрингеров 5,
вн,
D - внутренний диаметр ниппелей 1 и ограничительных колец 6.
Концы 19 стрингеров 5 перед приваркой уложены в, выполненные с равномерным шагом в радиальные пазы 20 на внутренних торцах 21 ограничительных колец 6. Ограничительные кольца также имеют внутренние фаски 22 и внешние фаски 23 на большом диаметра внешних торцов 24. Со стороны внешнего торца по малому диаметру сделана внутренняя проточка 25 кольцевой формы для стыковки с ниппелем 1. Фаски 22 и 23 предназначены для сварочного шва 8.
На фиг. 12 приведен конец стрингера 5, второй вариант и его установка в ограничительное кольцо 6, в котором с целью увеличения жесткости стрингеров 5 выполнено:
внс
вн
D<D.
На фиг. 13 приведена соединение фильтрующего элемента 2 с ограничительным кольцом 6, а на фиг.14 приведен вид В, при этом необходимо соблюдать соотношение:
макс
м
D ≤ D,
макс
где: D - максимальный диаметр фильтрующего элемента 4,
м
D - внешний диаметр муфты 2.
На фиг 15 приведено ограничительное кольцо 6, а на фиг. 16 приведен вид В ограничительного кольца 6. Ограничительно кольцо 6 имеет фаску 25 на большем диаметре внешнего торца 26 и выемку 27 на меньшем диаметре для стыковки к ниппелю 1.
Сборка скважинного фильтра
При сборке отдельно (фиг. 1…16) изготавливают ниппели 1, ограничительные кольца 6 и фильтрующие элементы 4.
Фильтрующие элементы 4 приваривают с обеих сторон к ограничительным кольцам 6 сварочными швами 8.
Ниппеля 1 приваривают к ограничительным кольцам 6 тоже сварочными швами 8.
РАБОТА СКВАЖИНОГО ФИЛЬТРА
1
2
Скважинный фильтр предназначен для очистки нефти или газа от посторонних примесей (фиг. 1…16). Для этого скважинный фильтр устанавливают в состав эксплуатационной колонны (не показано). Нефть (газ) через зазор δ между витками профилированной проволоки 7 и далее через зазоры между стрингерами 5 - δ. поступает во внутреннюю полость 9.
1
Степень фильтрации зависит преимущественно от зазора δ и задается заказчиком обычно в диапазоне от 0.1 до 1,0 мм. При этом не допустима деформация витков профилированной проволоки 7 при изготовлении, при перевозке и спуске скважинного фильтра в скважину. Это достигнуто контактом профилированной проволоки 7 со стрингерами 5 при приварке их сварке за счет большей площади их контакта.
1
При большой площади контакта после оплавления соединяемых деталей в зоне контактной сварки 9 профилированная проволока 7 не провисает и поддерживается постоянный зазор δ
2
Проходя через зазоры δ между стрингерами 5 (фиг. 14), установленными под углами β к радиальному направлению добываемый продукт закручивается и центробежные силы отбрасывают посторонние примеси на периферию и они падают вниз.
Предложенная конструкция обеспечивает улучшение фильтрации за счет закрутки потока добываемого продукта во внутренней полости 10 и повышает его прочность за счет предложенного профиля стрингеров 5 и профилированной проволоки 7.
Применение изобретения позволило:
- уменьшить вес скважинного фильтра на 30…50% при сохранении его прочности, что достигнуто применением стрингеров четырехугольного поперечного сечения их выполнения пустотелыми и как вариант стрингеры могут быть выполнены прямоугольного поперечного сечения, при этом их меньшие грани выполнены параллельно продольной оси скважинного фильтра, а соотношение размеров поперечного сечения стрингеров выполнено в диапазоне:
2
Н=(2,3…2,8) в, где:
Н - высота стрингера,
2
в - ширина меньшего основания стрингера.
- простить конструкцию скважинного фильтра, за счет совмещения функций закручивающего поток устройства со стрингерами, установленными под углом к радиальному направлению,
- улучшить очистку добываемого продукта за счет уменьшения деформации профилированной проволоки, что достигнуто внешним контуром поперечного сечения стрингеров и профилированной проволоки и их сваркой.