ФИЛЬТРУЮЩЕЕ СКВАЖИННОЕ УСТРОЙСТВО
DOWNHOLE FILTERING DEVICE

Изобретение относится к нефтепогружному оборудованию, а именно к скважинным фильтрующим устройствам, предупреждающим попадание частиц породы и проппанта в электроцентробежный насос (ЭЦН).
Известно скважинное фильтрующее устройство, содержащее трубчатый каркас, верхний конец которого соединен с патрубком, а нижний конец заглублен в отстойник, щелевые фильтры, концентрично установленные снаружи и внутри трубчатого каркаса и образующие с ним наружные и внутренние вертикальные каналы, первые из которых закрыты сверху и соединены с отстойником снизу, а вторые - закрыты внизу и соединены с патрубком вверху, и клапан, отделяющий полость внутреннего щелевого фильтра от патрубка [Патент №2446274 РФ, Е21В 43/08, 2012].
Недостаток скважинного фильтрующего устройства заключается в сложности конструкции, что неблагоприятно сказывается на его надежности, трудоемкости изготовления и стоимости.
Известно фильтрующее скважинное устройство, содержащее опорную трубу с перфорациями, щелевые фильтры, установленные на опорной трубе, и предохранительный клапан, размещенный внутри опорной трубы между щелевыми фильтрами [Патент на ПМ №133561 РФ, Е21В 43/08, 2013].
Недостаток фильтрующего скважинного устройства состоит в низкой надежности из-за возможности несрабатывания предохранительного клапана вследствие пересыпания мелкодисперсными примесями, прошедшими через щели верхнего щелевого фильтра, следствием чего является прекращение подачи жидкости через нижний щелевой фильтр и остановка ЭЦН.
Известно фильтрующее скважинное устройство, содержащее верхнюю перфорированную трубу большего диаметра, снабженную на нижнем торце крышкой с центральным отверстием, в которое вставлена нижняя перфорированная труба меньшего диаметра, оснащенная заглушкой на нижнем торце, крышкой с клапаном на верхнем торце и отсечными клапанами в верхней части стенки, и щелевые фильтрующие элементы снаружи обеих труб [Патент №2396422 РФ, Е21В 43/08, 2010].
Недостатком фильтрующего скважинного устройства является сложность и низкая надежность конструкции из-за наличия нескольких клапанов, а также трудоемкость изготовления.
Известно фильтрующее скважинное устройство, включающее покрытую сеткой верхнюю трубу с отверстиями удлиненной формы, внутрь которой вставлена резиновая диафрагма с уменьшенной толщиной по вертикальной линии, совпадающей с осью вышеназванных отверстий, и нижнюю перфорированную трубу с размещенным внутри фильтрующим элементом, снабженную снизу заглушкой [Патент №2514057 РФ, Е21В 43/08, 2014].
Недостаток фильтрующего скважинного устройства выражается в невысокой пропускной способности на единицу длины, поскольку фильтрующий элемент размещен внутри нижней перфорированной трубы и имеет ограниченный диаметр и площадь поверхности.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является фильтрующее скважинное устройство, включающее несущую трубу, верхний конец которой гидравлически связан с ЭЦН, а на нижнем конце выполнены отверстия и закреплен фильтрующий элемент, внутреннюю трубку, открытую сверху, расположенную внутри несущей трубы и образующую с ней закрытый снизу кольцевой зазор, и предохранительный клапан на нижнем торце внутренней трубки, выполненный с возможностью гидравлического соединения затрубного пространства с полостью внутренней трубки [Патент на ПМ №72269 РФ, Е21В 43/10, 2008].
Недостатком принятого за прототип фильтрующего скважинного устройства является то, что оно работает в режиме фильтрации только до момента открытия предохранительного клапана, после чего на прием ЭЦН начинает поступать неочищенная пластовая жидкость.
Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение надежности и ресурса работы фильтрующего скважинного устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что в фильтрующем скважинном устройстве, включающем несущую трубу с отверстиями, наружный фильтрующий элемент, внутреннюю трубку, образующую с несущей трубой кольцевой зазор, открытый сверху и закрытый снизу, и предохранительный клапан на нижнем торце внутренней трубки, отделяющий ее полость от скважины, согласно изобретению, в качестве внутренней трубки применен внутренний фильтрующий элемент с обращенной внутрь фильтрующей поверхностью и перекрытым дополнительным предохранительным клапаном верхним торцом.
В качестве внутреннего фильтрующего элемента может быть использован щелевой фильтр, состоящий из скрепленных между собой внутренних продольных призматических профилей и навитого наружного призматического профиля.
Предохранительный клапан может быть выполнен в виде пластины с ослабленным сечением в виде одного или нескольких надрезов.
Дополнительный предохранительный клапан может быть выполнен в виде упругой пластины.
Изобретение поясняется чертежами: фиг. 1 - общий вид фильтрующего скважинного устройства; фиг. 2 - предохранительный клапан, поперечное сечение; фиг. 3 - дополнительный предохранительный клапан, вид сверху; фиг. 4 - внутренний фильтрующий элемент, поперечное сечение.
Фильтрующее скважинное устройство содержит несущую трубу 1 с отверстиями 2, наружный 3 и внутренний 4 фильтрующие элементы и предохранительный клапан 5, отделяющий полость 6 внутреннего фильтрующего элемента 4 от скважины, и дополнительный предохранительный клапан 7, перекрывающий верхний торец внутреннего фильтрующего элемента 4 (фиг. 1). Внутренний фильтрующий элемент 4 образует с несущей трубой 1 кольцевой зазор 8, открытый сверху и закрытый снизу.
Предохранительный клапан 5 выполнен с возможностью гидравлического соединения полости 6 внутреннего фильтрующего элемента 4 со скважиной и представляет собой пластину 9 с кольцевым надрезом 10 для ослабления сечения, вызывающего разрушение по указанному надрезу при возникновении перепада давления (фиг. 2). Ослабление сечения пластины 9 может быть также достигнуто за счет радиальных надрезов (не показано). Пластина 9 изготовлена из материала, способного к разрушению в скважинных условиях, в том числе с образованием обломков. Дополнительный предохранительный клапан 7 представляет собой защемленную по периметру пластину 11, в которой сформирована окружная щель 12 с сохранением перемычки 13 (фиг. 3). Пластина 11 выполнена из упругого материала.
Внутренний фильтрующий элемент 4 состоит из внутренних продольных призматических профилей 14, размещенных по окружности через равный промежуток 15, и приваренного к ним снаружи в точках контакта навитого призматического профиля 16 (фиг. 4). Величина промежутка или ширина щели 15 определяет рейтинг фильтрации внутреннего фильтрующего элемента 4.
Ширина окружной щели 12 соответствует ширине щели 15 между продольными профилями 14, чтобы предотвратить проскок частиц породы при фильтрации пластовой жидкости через внутренний фильтрующий элемент 4.
Фильтрующее скважинное устройство работает следующим образом.
Всасываемая пластовая жидкость фильтруется через наружный фильтрующий элемент 3, освобождается от частиц породы и проходит через отверстия 2 в кольцевой зазор 8 между несущей трубой 1 и внутренним фильтрующим элементом 4 (фиг. 1). Сквозь открытый сверху кольцевой зазор 8 жидкость попадает в верхнюю часть несущей трубы 1, после чего покидает скважинное фильтрующее устройство и оказывается на приеме ЭЦН (не показан). В это время предохранительный клапан 5 закрыт и движение жидкости через внутренний щелевой фильтр 4 не происходит.
По мере засорения наружного фильтрующего элемента 3 механическими примесями в кольцевом зазоре 8 и гидравлически связанной с ним полости 6 внутреннего фильтрующего элемента 4 создается разряжение, в результате чего возрастает давление, действующее на клапан 5 со стороны скважины. При возрастании перепада давления выше критического значения пластина 9 клапана 5 разрушается по ослабленному сечению 10, и пластовая жидкость поступает из скважины в полость 6 внутреннего фильтрующего элемента 4, при этом обломки пластины 9 остаются в полости 6 и не попадают в ЭЦН. Пластовая жидкость фильтруется через множество щелей 15 между продольными призматическими профилями 14, оказывается в кольцевом зазоре 8 и через верхнюю часть несущей трубы 1 покидает фильтрующее скважинное устройство. Одновременно с этим малая часть потока пластовой жидкости фильтруется сквозь окружную щель 12 в пластине 11 и в очищенном состоянии сливается с основным потоком в несущей трубе 1.
В кольцевом зазоре 8 поток жидкости течет поперек навитого призматического профиля 16, в результате в нем возникают пульсации поля скоростей и поля давлений. Пульсации передаются в наружный фильтрующий элемент 3 через отверстия 2 в несущей трубе 1, порождая частичный сброс задержанных частиц породы с его фильтрующей поверхности и возобновление движения сквозь него жидкости. В свою очередь, при течении жидкости через наружный фильтрующий элемент 3 совершается очистка внутреннего фильтрующего элемента 4.
При необратимом загрязнении частицами породы щелей 15 внутреннего фильтрующего элемента 4 понижается давление в верхней части несущей трубы 1 и упругая пластина 11 прогибается вверх, пропуская поток пластовой жидкости через раскрывшуюся щель 12 на прием насоса.
За счет внутреннего фильтрующего элемента заявляемое фильтрующее скважинное устройство имеет более высокий ресурс работы по сравнению с прототипом такой же длины, поскольку обеспечивает очистку пластовой жидкости после открытия предохранительного клапана.