СПОСОБНЫЙ К РАСШИРЕНИЮ ФИЛЬТР

Изобретение относится к оборудованию для добычи нефти и газа, а именно к внутрискважинным фильтрам, предназначенным для предотвращения выноса твердых частиц из коллектора в эксплуатационную колонну вместе с добываемым продуктом.
Известен скважинный раскрывающийся фильтр, состоящий из перфорированного корпуса, пружины кручения и многослойного фильтрующего элемента из гофрированной сетки, который выполнен с возможностью увеличения размеров в радиальном направлении при раскрутке пружины (Патент РФ №224,4103 Е21В 43/08, 2005).
Недостатком данной конструкции является неполное перекрытие фильтрующим элементом перфораций в эксплуатационной колонне из-за выхода части перфораций во впадины между гофрами сетки, которые в дальнейшем заполняются выносимым из призабойной зоны песком, что способствует суффозии пласта.
Известен расширяемый скважинный фильтр, содержащий выполненную с возможностью расширения несущую трубу с прорезями и множество прямоугольных фильтровальных листов в форме ирисовой диаграммы, закрепленных на несущей трубе с перекрытием друг друга в осевом и окружном направлении (Патент РФ №2197600 Е21В 43/08, 1998).
Недостаток известного фильтра состоит в том, что при перекрытии перфораций эксплуатационной колонны фильтровальные листы перемещаются друг относительно друга, что может привести к их зацеплению, разрыву и нарушению фильтрационных свойств фильтра.
Известен скважинный раскрывающийся фильтр, состоящий из перфорированного корпуса, нескольких фильтровальных лопастей криволинейной формы и цилиндрического кожуха с вертикальными прорезями снаружи, причем лопасти закреплены одним прямолинейным краем на корпусе с возможностью выдвижения противоположного края сквозь прорези (Патент РФ №2289680, Е21В 43/08, 2006).
Недостаток описанного фильтра заключается в ограниченной изгибной жесткости фильтровальных лопастей, перекрывающих перфорации в эксплуатационной колонне, в результате чего возникающий при работе фильтра перепад давления отжимает лопасти от колонны, и твердые частицы мигрируют через перфорации внутрь скважины.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способный к расширению фильтр, включающий опорную трубу с множеством прорезей, дренажный слой и, по крайней мере, одну фильтрующую оболочку, выполненную из металлической сетки, проволоки основы и утка которой расположены под углом к продольной оси трубы (Pat. US №6607032, Е21В 43/08, 2003).
Недостатком принятого за прототип фильтра является возможность задира единственной фильтрующей оболочки из тонкой сетки при расширении, и как следствие - нарушение однородности размера ее проходных сечений и резкое ухудшение способности к задержанию частиц. Кроме того, наличие дренажного слоя, служащего для увеличения потока жидкости между сеткой и прорезями опорной трубы, усложняет и удорожает фильтр.
Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции фильтра и повышение надежности его работы по предупреждению выноса песка из призабойной зоны в скважину.
Указанный технический результат достигается тем, что в способном к расширению фильтре, включающем опорную трубу с прорезями и размещенную на ней фильтрующую оболочку из проволоки, согласно изобретению, фильтрующая оболочка изготовлена из проволочной спирали, спрессованной в толстостенные цилиндры.
Фильтрующая оболочка набирается на опорной трубе из множества толстостенных цилиндров, состыкованных между собой с помощью кольцевых выступов и ответных кольцевых канавок на их сопрягаемых торцах.
На фиг.1 показан способный к расширению фильтр в эксплуатационной колонне скважины, общий вид; на фиг.2 приведена пространственная структура фильтрующей оболочки фильтра.
Способный к расширению фильтр содержит опорную трубу 1 с прорезями 2 и фильтрующую оболочку 3 (фиг.1), изготовленную из спрессованной проволочной спирали (см., например, Конструирование рабочих органов машин и оборудования из упругопористого материала MP: Учеб.-справ, пособие. Ч.1 / Д.Е. Чегодаев, О.П. Мулюкин, Е.В. Колтыгин. - НПЦ «Авиатор»: Самара, 1994. 156 с). На проволочные спирали может быть нанесено антифрикционное покрытие для уменьшения трения между витками и снижения общего усилия при последующем расширении фильтрующей оболочки в скважине. Форма, количество и расположение прорезей 2 на опорной трубе 1 определяются из условия минимизации усилия, необходимого для ее расширения, и сохранения ею приемлемой остаточной прочности. Структурными элементами фильтрующей оболочки 3 являются хаотически уложенные и спрессованные проволочные спирали 4, между витками которых находятся сообщающиеся поры 5 (фиг.2). Фильтрующая оболочка 3 состоит из проволочных толстостенных цилиндров 6 с кольцевыми выступами 7 на одном торце и ответными кольцевыми канавками 8 на другом торце (фиг.1). Фильтрующая оболочка из спрессованной проволочной спирали за счет трехмерной структуры обладает высоким потенциалом к задержанию частиц, а также не требует дренажного слоя, что упрощает конструкцию фильтра.
Способный к расширению фильтр, снабженный по концам центраторами, спускается вместе с расширяющим конусом 9 в интервал перфорации 10 эксплуатационной колонны 11, при этом фильтрующая оболочка 3 пропитана воском для предотвращения закупоривания поверхностных пор 5 механическими частицами. В скважине воск растворяется в нефти, и проволочная структура фильтрующей оболочки 3 становится проницаемой.
После спуска фильтра в скважину между фильтрующей оболочкой 3 и стенкой эксплуатационной колонны 11 остается зазор 12. При последующем протягивании через фильтр расширяющего конуса 9 происходит увеличение диаметра опорной трубы 1 и диаметра размещенной на ней фильтрующей оболочки 3 с увеличением ее размера пор 5 до рабочего значения. Происходящие изменения в фильтрующей оболочке 3 при расширении учитываются при выборе ее начальных структурных параметров. Процесс расширения фильтра проводится за несколько циклов вплоть до устранения кольцевого зазора 12 и прижатия фильтрующей оболочки 3 к эксплуатационной колонне 11 с перекрытием проволочными спиралями 4 перфораций 10. Фильтрующая оболочка 3 из спрессованной проволочной спирали 4 обладает высокими прочностными и упругими свойствами и может претерпевать высокую степень деформации без ущерба для структурной однородности. Кольцевой выступ 7 и ответная кольцевая канавка 8 на сопрягаемых торцах проволочных толстостенных цилиндров 6 образуют своеобразный замок, обеспечивающий расширение наборной фильтрующей оболочки 3 как единой конструкции и герметизирующий стыки между цилиндрами 6. В процессе расширения фильтра изменяется форма и увеличивается ширина прорезей 2 на опорной трубе 1. После расширения межтрубное пространство выше фильтра перекрывается пакером (не показан).
При включении электроцентробежного насоса (не показан) жидкость поступает из прифильтровой зоны продуктивного пласта 13 через перфорации 10 эксплуатационной колонны 11 непосредственно к фильтрующей оболочке 3 и попадает в поры 5 между проволочными спиралями 4. Отсутствие кольцевого зазора и наличие пакера исключают вертикальную составляющую потока жидкости в порах фильтра, а также уменьшает входную скорость жидкости в фильтр. Частицы породы, находящиеся в жидкости, наталкиваются на витки проволочной спирали 4 фильтрующей оболочки 3, застревают и накапливаются в поверхностных порах 5. Образующиеся из частиц проницаемые структуры, функционируют как искусственный фильтр с повышенной тонкостью очистки, препятствуя попаданию новых частиц из продуктивного пласта 13 внутрь фильтрующего слоя 3. Благодаря пространственной структуре и высокому уровню механических свойств фильтрующая оболочка 3 способна противостоять возникающему при работе фильтра перепаду давления, не вминаясь в расширенные прорези 2 опорной трубы 1 и сохраняя свою целостность. Очищенная жидкость продолжает двигаться в радиальном направлении, попадает в расширенные прорези 2 опорной трубы 1, изменяет направление на 90° и поднимается на дневную поверхность.
Способный к расширению фильтр за счет перекрытия перфораций 10 в эксплуатационной колонне 11 уменьшает скорость жидкости в призабойной зоне пласта 13, что снижает способность жидкости к транспортировке частиц породы в скважину. В результате предотвращается разрушение и повышается породоудерживающая способность пласта, а также сохраняется производительность скважины и удлиняется период между ее ремонтами. Одновременно уменьшается износ и увеличивается наработка внутрискважинного оборудования.