ФИЛЬТР ДЛЯ НЕФТЯНОЙ СКВАЖИНЫ

Предполагаемая полезная модель относится к нефтяной отрасли промышленности для фильтрации добываемой продукции от твердых взвешенных частиц (ТВЧ), выносимых из продуктивного пласта. Присутствие ТВЧ в добываемой продукции вызывает повышенный износ скважинного оборудования, накопление осадков в емкостном оборудовании и осложнения в подготовке товарной нефти.
Фильтры предназначены для удержания слабосцементированных частиц породы, продуктов коррозии металла, а также различных твердых веществ, вносимых в призабойную зону пласта в период проведения геолого-технических мероприятий по обработке скважин химическими реагентами.
Известен скважинный щеточный фильтр (варианты) (RU №2603868 С1, Заявл. 29.07.2015. Опубл.10.12.2016. БИ №34), препятствующий попаданию частиц породы из продуктивного пласта в ствол скважины. Фильтр представляет собой несущую перфорированную трубу и размещенную на ней щетку, наружный диаметр щетинок которой составляет не менее внутреннего диаметра эксплуатационной колонны. Корпус щетки образован сомкнутыми витками U-образного желоба спиральной полосовой щетки, а функцию радиальных каналов выполняют канавки на боковых стенках U-образного желоба или отверстия в его стенке.
Недостатком фильтра является быстрое засорение ячеек фильтра, выносимыми из пласта ТВЧ, так как весь спектр их размеров, в том числе и очень крупных, входит в фильтр, перекрывающий продуктивный разрез пласта. Малый межочистной период эксплуатации фильтра приводит к значительным издержкам и потерям в добыче нефти.
Недостаток фильтра заключается также в том, что для приведения его в рабочее положение в скважине необходимо применение специальной технологической оснастки и привлечение высококвалифицированного персонала. Кроме того, конструкция и размещение фильтра исключают возможность его очистки без подъема на поверхность, что влечет за собой также и механические повреждения.
Известен скважинный раскрывающийся фильтр (RU №2504643 С1. Заявл. 15.08.2012. Опубл. 20.01.2014. БИ №2), включает несущий каркас, фильтрующие круглые щетки в виде цилиндрического корпуса с радиально ориентированными пучками ворса, диаметр которых превышает внутренний диаметр эксплуатационной колонны скважины. Межтрубное пространство между несущим каркасом и эксплуатационной колонной перекрыто разобщителем, расположенным выше фильтра.
Устройство так же, как и в предыдущем случае, быстро засоряется ТВЧ из-за наполнения ими пучков ворса, входящими непосредственно в перфорационные каналы колонны.
Известен скважинный фильтр, включающий проволочный элемент, выполненный из горизонтального пакета заменяемых и дополняемых гибких щеточных дисков, материалом которого является коррозионностойкая сталь, устанавливаемый напротив продуктивного пласта с упором на забой, причем наружный диаметр пакета превышает внутренний диаметр эксплуатационной колонны, обеспечивая гарантированный механический контакт с перфорационными отверстиями колонны (RU №103848 U1. Заявл. 18.10.2010. Опубл. 27.04.2011. БИ №12).
Недостатками фильтра являются сложность его посадки на большой глубине в зоне перфорации из-за эффекта «поршневания», сложность конструкции, высокий риск засорения фильтроэлементов, что требует замены фильтра, связанной с остановкой работы насоса.
Наиболее близким к предполагаемой полезной модели является фильтр скважинный (RU №138070 U1. Заявл. 24.07.2013. Опубл. 27.02.2014. БИ №6), включающий узел крепления, фильтрующие элементы, выполненные из горизонтальных пакетов заменяемых и дополняемых гибких щеточных дисков, устанавливаемых напротив продуктивного пласта, наружный диаметр которых превышает внутренний диаметр эксплуатационной колонны и закрепляемых на соединительной штанге с внутренним сквозным каналом. При этом пространство зоны фильтрации между пакетами заполнено гравийным или иным наполнителем.
Очистка фильтрующих элементов и наполнителя может осуществляться методом периодической промывки растворителем, например кислотой, с устья скважины через затрубное пространство, без подъема установки на земную поверхность.
Недостаток фильтра, выбранного в качестве прототипа, состоит в сложности растворения горных пород, в частности кварцевого песка, какими-либо растворителями.
Кроме того, наличие ТВЧ большого спектра размеров в продукции пласта является причиной их так называемой плотной упаковки в ячейках фильтра. Пространства между удержанными крупными ТВЧ в фильтре заполняют более мелкие частицы, между которыми, в свою очередь, располагаются еще более мелкие ТВЧ. Такая плотная упаковка ТВЧ не позволяет эффективно вытеснить их из фильтра. Под давлением закачки промывочной жидкости они будут еще более консолидироваться и образовывать непроницаемый барьер для промывки. Движение продукции через плотную упаковку ТВЧ в ячейках фильтра становится невозможным и оборудование приходится поднимать на поверхность для очистки или замены фильтра.
Технической задачей предполагаемой полезной модели является повышение эффективности фильтрации продукции пласта от твердых взвешенных частиц и межочистного периода эксплуатации фильтра.
Решение технической задачи достигается тем, что в известном устройстве, включающем несущую трубу с центратором, подвешенную снизу к скважинному насосу, набор горизонтальных пакетов с диаметрами, превышающими внутренний диаметр эксплуатационной колонны, заполненных стальной проволокой, и поинтервально закрепленных на несущей трубе, согласно полезной модели, горизонтальные пакеты выполнены с различными размерами ячеек, образуемых проволокой, уменьшающимися в направлении к устью скважины, причем размеры ячеек выбирают исходя из диапазонов изменения размеров твердых взвешенных частиц в продукции скважины.
На фиг. 1 и 2 приведены схемы фильтра нефтяной скважины. В скважину 1, вскрывшей продуктивный пласт 2, на колонне насосно-компрессорных труб 3 спущен электроцентробежный насос (ЭЦН) 4 с приводом от кабеля 5. Снизу к насосу закреплена несущая труба 6 с центратором 7 и поинтервально размещенными на ней горизонтальными пакетами 8. Каждый пакет выполнен из втулки 9, верхней 10 и нижней 11 круглых пластин с отверстиями 12, ограничивающих стальные проволочные набивки 13. Наружный диаметр набивок 13 превышает внутренний диаметр эксплуатационной колонны в целях герметизации пакетов в скважине.
Набивка нижнего пакета 8 выполнена с ячейками наибольшего размера. Набивка вышерасположенного пакета выполнена с ячейками меньшего размера и т.д. Самый верхний пакет выполнен с наименьшим размером ячеек набивки. Такое расположение пакетов позволяет разделить ТВЧ на фракции, каждая из которых удерживается в соответствующем пакете. Самый нижний пакет удерживает самую крупную фракцию ТВЧ, позволяя более мелким фракциям проходить через этот пакет в вышерасположенные. В следующем пакете будет удерживаться фракция меньшего размера, не препятствуя более мелким ТВЧ проходить в следующий вышерасположенный пакет и т.д.
Удерживание в каждом пакете фракции ТВЧ примерно одного размера не позволяет получить их плотную упаковку, препятствующую течение продукции пласта через этот пакет. Таким образом, раздельное удерживание ТВЧ по фракциям в различных пакетах позволяет, с одной стороны, продлить период их засорения, с другой - сохранять течение жидкости через пакеты благодаря предупреждению образования плотных упаковок ТВЧ. При одинаковых размерах ячеек происходило бы быстрое засорение первого снизу пакета и образование плотной упаковки ТВЧ.
Для определения размеров ячеек пакетов используется дифференциальная кривая распределения ТВЧ по размерам для данной залежи нефти, получаемая в лабораторных условиях (фиг. 3).
Из фиг. 3 видно, что кривую можно разделить на 4 интервала размеров ТВЧ, Первый - 112…200 мкм, второй - 87…112 мкм, третий - 50…87 мкм, четвертый - 12…50 мкм. Таким образом, видно, что первый пакет должен быть выполнен с ячейками не менее 112 мкм, второй - не менее 87 мкм, третий - не менее 50 мкм, и четвертый не менее 12 мкм. Для практических случаев установка 4 пакетов является достаточной.
Технико-экономическим преимуществом предложенного решения является увеличение межочистного периода работы фильтра и сохранение объемов добычи нефти.