СКВАЖИННЫЙ РАСКРЫВАЮЩИЙСЯ ФИЛЬТР
DOWNHOLE SPLIT FILTER

Изобретение относится к технике для нефтедобычи, в частности, к фильтрующим устройствам, предотвращающим вынос песка из пласта в эксплуатационную колонну.
Известен раскрывающийся скважинный фильтр, состоящий из перфорированного корпуса, кожуха с вертикальными пазами и фильтрующих подпружиненных лопастей криволинейной формы внутри кожуха, закрепленных одним краем на корпусе и с противоположным краем, выдвигающимся через пазы до прижатия к стенкам эксплуатационной колонны (Пат. №2289680 РФ, E21B 43/08, 2005).
Недостатком раскрывающегося скважинного фильтра является то, что лопасти из металлической сетки, перекрывающие при своем выдвижении перфорации в эксплуатационной колонне, обладают невысокой жесткостью. Вследствие этого возникающий при фильтрации жидкости перепад давления отжимает лопасти от колонны и открывает перфорации, приводя к неконтролируемому выносу частиц породы из пласта в скважину.
Известен раскрывающийся скважинный фильтр, состоящий из перфорированного корпуса, пружины кручения и многослойного фильтрующего элемента из гофрированной сетки, выполненного с возможностью изменения размеров в радиальном направлении при раскрутке или закрутке пружины (Пат. №2244103 РФ, E21B 43/08, 2003).
Недостаток раскрывающегося скважинного фильтра заключается в ограниченном усилии, развиваемом пружиной кручения для прижатия гофрированной сетки к стенке эксплуатационной колонны и перекрытия в ней перфораций. При последующей работе фильтра давление жидкости в заколонном пространстве повышается по сравнению с давлением внутри фильтрующего элемента, что приводит к смещению последнего к центру и проникновению частиц породы в скважину через открывшиеся перфорации.
Наиболее близким по технической сущности является скважинный раскрывающийся фильтр, включающий несущий каркас и закрепленные на нем фильтрующие круглые щетки в виде цилиндрического корпуса с радиально ориентированными пучками ворса, диаметр которого превышает внутренний диаметр эксплуатационной колонны скважины (ПМ №103842 РФ, Е21 В43/08, 2010).
Недостатком принятого за прототип скважинного раскрывающегося фильтра является повышенное гидравлическое сопротивление, обусловленное поперечным обтеканием жидкостью пучков ворса в кольцевом зазоре между эксплуатационной колонной и корпусом щеток. Такое направление потока жидкости в кольцевом зазоре обусловлено тем, что цилиндрический корпус и несущий каркас, выполненные из сплошной трубы и литого стержня соответственно, не снабжены радиальными отверстиями. Кроме того, из-за невысокой изгибной жесткости ворсинок возможна их переориентация под напором движущейся жидкости и увеличение расстояния между ними с ухудшением качества очистки.
Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является оптимизация траектории движения жидкости и улучшение гидравлических и фильтрационных характеристик скважинного раскрывающегося фильтра.
Указанный технический результат достигается тем, что в скважинном раскрывающемся фильтре, включающем несущий каркас и закрепленные на нем фильтрующие круглые щетки в виде цилиндрического корпуса с радиально ориентированными пучками ворса, диаметр которых превышает внутренний диаметр эксплуатационной колонны скважины, согласно изобретению, несущий каркас представляет собой трубу с отверстиями, в цилиндрическом корпусе между пучками ворса выполнены отверстиями, а межтрубное пространство между несущим каркасом и эксплуатационной колонной перекрыто разобщителем, расположенным на несущем каркасе выше фильтра.
Между цилиндрическим корпусом и перфорированной трубой имеется радиальный зазор, обеспечивающий свободное сообщение выполненных на них отверстий друг с другом. Зазор может быть образован, например, с помощью дренажной оболочки из сетки.
Фильтрующие щетки выполнены из коррозионно- и износостойкой стали или химически - и термостойкого полимера в зависимости от температуры и состава добываемой жидкости.
На фиг. схематично изображен скважинный раскрывающийся фильтр.
Фильтр содержит несущий каркас в виде трубы 1 с отверстиями 2, дренажную оболочку 3 и фильтрующие круглые щетки 4, состоящие из цилиндрического корпуса 5 с отверстиями 6 и радиально ориентированных пучков ворса 7.
Скважинный раскрывающийся фильтр в транспортировочном чехле (не показан) спускается в интервал перфорации 9 эксплуатационной колонны 8. Чехол обеспечивает поджатие пучков ворса 7 к цилиндрическому корпусу 5 фильтрующих щеток 4 и предназначен для предотвращения истирания пучков ворса о стенку колонны при спуске фильтра. При последующем снятии или растворении чехла в нефти пучки ворса 7 частично расправляются и соприкасаются со стенкой эксплуатационной колонны 8.
Далее осуществляется движение фильтра вверх - вниз с небольшой амплитудой, в результате чего пучки ворса 7 окончательно расправляются и проникают в перфорации 9, перегораживают их сечение и достигают породы пласта в заколонном пространстве 10. Затем межтрубное пространство выше фильтра перекрывается эластичным разобщителем (не показан), исключающим вертикальную составляющую скорости потока.
При включении электроцентробежного насоса (не показан) жидкость поступает из прифильтровой зоны продуктивного пласта к перфорациям 9. Находящие в жидкости частицы породы сталкиваются с пучками ворса 7 фильтрующих щеток 4 в заколонном пространстве 10 и перфорациях 9. Частицы теряют при этом скорость, застревают и накапливаются в пространстве между ворсинками. Двигаясь в радиальном направлении, очищенная жидкость попадает в отверстия 6 цилиндрического корпуса 5, проходит сквозь дренажную оболочку 3 и отверстия 2 трубы 1, изменяет направление на 90° и поднимается на дневную поверхность. Из задержанных частиц снаружи и внутри ворса формируются проницаемые структуры, приобретающие функцию искусственного фильтра и препятствующие движению частиц из продуктивного пласта внутрь эксплуатационной колонны. Этим сохраняется производительность скважины и удлиняется период между ее ремонтами. Одновременно уменьшается износ работающего в скважине погружного оборудования и увеличивается его наработка.
Благодаря тому, что жидкость из пласта движется к отверстиям трубы в радиальном направлении, то есть вдоль пучков ворса, скважинный раскрывающийся фильтр характеризуется невысоким гидравлическим сопротивлением и соответственно незначительной потерей напора жидкости. Кроме того, при продольном обтекании практически не происходит искривление пучков ворса и изменение проходных сечений между ворсинками, чем поддерживается стабильность фильтрационных свойств скважинного раскрывающегося фильтра.