ЩЕЛЕВОЙ ФИЛЬТР С ПРОВОЛОЧНЫМ ФИЛЬТРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ
SLOTTED FILTER WITH WIRED FILTRATING ELEMENT

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к нефтегазодобывающей, и может быть использовано при освоении нефтяных и газовых скважин.
Известен скважинный фильтр по АС СССР №1645470, содержащий перфорированную трубу, на которую уложен проволочный фильтрующий элемент с выступами. Выступы, размещенные достаточно часто на проволоке, обеспечивают постоянный зазор между рядами.
Недостатком фильтра является возможность деформации проволоки при транспортировке фильтра или его установке в скважину. Это может привести к местному увеличению зазора между рядами проволоки и проходу в устье скважины крупных частиц посторонних примесей.
Известен гравийный скважинный фильтр по св. РФ на полезную модель №38830, содержащий перфорированную трубу с муфтовой и ниппельной частями, фильтрующий элемент в виде фильтрующей сетки и защитный кожух. Размер ячеек сетки фильтрующего элемента 0,15…0,25 мм.
Недостаток: фильтр не приспособлен для добычи вязкой нефти по двум причинам: малый размер ячеек фильтрующей сетки и наложение фильтрующей сетки в стыках друг на друга, что приводит к дополнительному уменьшению проходного сечения в месте наложения слоев фильтрующей сетки.
Известен фильтр для водозаборных, водопонизительных и гидрогеологических скважин по АС СССР №192125, содержащий кольцевые элементы с опорными площадками, образующие расположенные в радиальном направлении водоприемные каналы, при этом кольцевые элементы стянуты болтами в нескольких местах.
Недостатками этой конструкции являются:
- большие габариты и вес фильтра, обусловленные тем, что наружный диаметр кольцевых элементов при такой компоновке должен составлять 1,5…2,0 диаметра обсадной колонны, т.к. на кольцевых элементах необходимо разместить по окружности крепежные болты,
- низкая прочность по сравнению с фильтрами, в которых в качестве силового каркаса используется перфорированная труба, т.к. поперечное сечение трубы с учетом перфорации будет всегда больше, чем поперечное сечение нескольких болтов.
- нетехнологичность изготовления и трудности при сборке, обусловленные повышенными требованиями к точным совмещениям отверстий под болты,
- возможность деформации фильтра по фильтрующим элементам при спуске в наклонно-направленные и горизонтальные скважины из-за низкой жесткости и отсутствия силового каркаса.
Кроме того, фильтр по АС СССР №192125 не предназначен для использования в нефтегазодобывающей промышленности. Невозможность использования подобных фильтров в нефтегазодобывающей промышленности обусловлена, в первую очередь, большим диаметральным габаритом фильтра, во-вторых, его низкой прочностью. Таким образом, этот фильтр имеет другое назначение.
Известен скважинный фильтр, предназначенный для добычи нефти или газа по патенту РФ на полезную модель №66415, содержащий перфорированную трубу с ниппельной и муфтовой частями, концентрично которой выполнен фильтрующий элемент, выполненный из проволоки. Кольцевые элементы установлены с зазором, выполняющим роль фильтрующих каналов. В описании не указано, за счет каких средств достигается установка кольцевых элементов с зазорами между ними. Кроме того, не предусмотрен дренажный слой между перфорированной трубой и кольцевыми элементами, поэтому такой фильтр будет иметь низкий дебит добываемого продукта и быстро забьется посторонними частицами. Также недостатком щелевых скважинных фильтров является низкая прочность и возможность прохода через фильтрующий элемент крупных частиц, имеющих некруглую форму, а недостатком сетчатых фильтров является быстрая кольматация фильтрующего элемента, связанная с профилем проходного сечения ячейки проволочной сетки.
Задача создания изобретения: повышение прочности фильтрующего элемента, уменьшение кольматации скважинного фильтра и повышение степени очистки добываемого продукта от примесей некруглой формы.
Решение указанной задачи достигнуто в щелевом фильтре с проволочным фильтрующим элементом, содержащим перфорированную трубу с ниппельной и муфтовой частями, концентрично которой выполнен фильтрующий элемент из намотанной по спирали проволоки, соединенной с проволочными продольными стрингерами, тем, что проволока в спирали уложена виток к витку, причем, как минимум, на одной из соприкасающихся сторон проволоки выполнена насечка, обеспечивающая фильтрующий зазор, при этом насечка на проволоке выполнена тангенциальной или пересекающейся. Профиль насечки может быть выполнен прямоугольным, треугольным или полукруглым. Проволока фильтрующего элемента выполнена из нержавеющей стали.
Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями изобретения.
Новизна технического решения и изобретательский уровень подтверждаются проведенными патентными исследованиями. Промышленная применимость обусловлена тем, что при изготовлении фильтра применяются недефицитные материалы и известные технологии. Перфорированная труба выполнена из легированной стали, а проволока фильтрующего элемента - из нержавеющей стали.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1…15, где:
- на фиг.1 приведен фильтр в сборе с пробками,
- на фиг.2 приведен проволочный фильтр без пробок,
- на фиг.3 приведен вид А,
- на фиг.4 приведен вид Б,
- на фиг.5 приведен разрез В-В,
- на фиг.6 приведен вид Г первого варианта,
- на фиг.7 приведен вид Г второго варианта,
- на фиг.8 приведен вид Г третьего варианта,
- на фиг.9 приведена операция нанесения треугольных насечек на одной стороне проволоки,
- на фиг.10 приведен внешний вид проволоки с треугольными насечками на одной боковой стороне проволоки,
- на фиг.11 приведена операция нанесения треугольных насечек на двух боковых сторонах проволоки,
- на фиг.12 приведен внешний вид проволоки с треугольной насечкой на двух боковых сторонах,
- на фиг.13 приведен отрезок проволоки с прямоугольной насечкой,
- на фиг.14 приведен отрезок проволоки с треугольной насечкой,
- на фиг.15 приведен отрезок проволоки с полукруглой насечкой.
Предложенная конструкция (фиг.1…15) содержит перфорированную трубу 1 с отверстиями «Д», ниппельную и муфтовую части соответственно 2 и 3, фильтрующий элемент 4, установленный концентрично перфорированной трубе 1 между опорами 5 и 6. Фильтрующий элемент 4 выполнен из проволоки и содержит витки 7, намотанные без зазора и контактирующие друг с другом по боковой поверхности. Витки 7 соединены со стрингерами 8, например, точечной сваркой. В отверстиях «Д» перфорированной трубы 1 могут быть установлены пробки 9 (фиг.1). Пробки 9 срезаются после установки фильтра в скважину. Они выполняются из низкопрочного или хрупкого материала, например алюминия или керамики. Возможна поставка скважинных фильтров без пробок 9 (фиг.2).
Проволока, используемая для фильтрующего элемента может иметь любое, например круглое, прямоугольное или треугольное, поперечное сечение. На фиг.3 и 4 показан пример проволоки с треугольным поперечным сечением. На торцах «Е» витков 7 (фиг.3 и 4) выполнены насечки 10. Насечки 10 могут быть выполнены радиально (фиг.6), или тангенциально (фиг.7), или крестообразно (фиг.8).
Насечки 10 могут быть накатаны накатным роликом 11 с одной стороны проволоки (фиг.9), при этом гладкий ролик 12 установлен с другой стороны. Внешний вид полученной при этом проволоки приведен на фиг.10. Насечка 10 может быть выполнена с двух сторон (фиг.11 и 12) посредством двух накатных роликов 11.
Профиль насечек 10 может быть любым, например прямоугольным (фиг.13), треугольным (фиг.14) или полукруглым (фиг.15).
Фильтрующий зазор скважинного фильтра может быть равен 0,1…1,0 мм. Ширина насечек «а» (фиг.13…15) может быть равна их глубине «b».
Скважинный фильтр устанавливают в нижней части обсадной колонны. После установки в скважину скважинного фильтра с пробками 9 (фиг.1) их срезают при помощи фрезера или долота. При отсутствии пробок 9 эта операция не выполняется.
При эксплуатации добываемый продукт, содержащий посторонние примеси, проходит через насечки 10 по дренажному слою, образованному между продольными элементами 8, добываемый продукт растекается вдоль перфорированной трубы 1 и поступает через отверстия «Д» внутрь фильтра. За счет того что размер насечек 10 витков 7 фильтрующего элемента 4 составляет на входе 0,1…1,0 мм, частицы более крупных размеров отфильтровываются и не попадают к насосному оборудованию и арматуре, установленным на устье скважины, что предотвращает их преждевременный износ. Увеличение глубины насечек «b» от боковой поверхности с оси фильтра (за счет применения проволоки треугольного сечения) уменьшает вероятность его кольматации. Частицы, имеющие размер меньше, чем ширина «а» насечки 10, проходят в нее и не забивают фильтрующий зазор, потому что она расширяется дальше по потоку. Крупные частицы падают вниз вне фильтра вдоль его наружной поверхности, образуется естественный гравийный фильтр. Оптимальная форма насечек предотвращает кольматацию фильтра при длительной эксплуатации в процессе добычи нефти или газа из продуктивных пластов, содержащих значительное количество частиц песка.
Применение изобретения позволит получить ряд преимуществ по сравнению с использовавшимися ранее скважинными фильтрами, а именно:
1. Повысить прочность фильтрующего элемента.
2. Уменьшить кольматацию скважинного фильтра.
3. Повысить качество очистки добываемого продукта от примесей некруглой формы.
4. Обеспечить фильтрацию с одинаковым качеством в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.
5. Упростить конструкцию фильтра.
6. Обеспечить высокую технологичность фильтра и снизить затраты на его изготовление.
7. Облегчить изготовление любого типоразмера скважинного фильтра на основе изобретения.
8. Снизить затраты на изготовление скважинного фильтра и освоение скважины.