ЩЕЛЕВОЙ ФИЛЬТР

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей отрасли и может быть использована при эксплуатации нефтяных и нефтегазоконденсатных месторождений, осложненных повышенным выносом из разрабатываемых продуктивных горизонтов вместе с добываемыми углеводородами и пластовой водой песка и других механических примесей.
В данной области техники существует много типов фильтровальных устройств, выполненных с возможностью предотвращения попадания песка и других твердых частиц в текучие среды, добываемые из нефтяных, газовых, водяных скважин.
Известен щелевой фильтр, содержащий трубу, фильтровальный участок которой имеет перфорацию в виде отверстий, фильтрующий элемент установлен концентрично трубе между неподвижно закрепленным нижним опорным элементом в виде стакана и подвижным двусторонним упором в кольцевых зазорах между наружным диаметром трубы и внутренними диаметрами нижнего опорного элемента и подвижного двустороннего упора, с опорой на кольцевую площадку каждого, а между подвижным двусторонним упором и верхним подвижным упором в кольцевые зазоры между наружным диаметром трубы и внутренними диаметрами упоров с опорой на кольцевую площадку каждого установлена пружина, первоначальное усилие которой превышает упругую деформацию пружины фильтрующего элемента, что обеспечивает плотное прилегание витков проволоки фильтрующего элемента.
Патент РФ №2445146, МПК B01D 29/48, опубликовано 20.03.2012.
Известен щелевой фильтр с проволочным фильтрующим элементом, содержащий перфорированную трубу с ниппельной и муфтовой частями, концентрично которой выполнен фильтрующий элемент из намотанной по спирали проволоки, соединенной с проволочными продольными стрингерами, 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 (Патент РФ №2378494, МПК E21B 43/08, опубликовано 10.01.2010).
Известен фильтр, содержащий концентрически расположенные наружную, промежуточную и внутреннюю трубы. Последние две снабжены отверстиями и в верхней части соединены между собой патрубком. Наружная труба по обоим ее торцам соединена с промежуточной трубой кольцевыми заглушками. Внутренняя труба снабжена фильтрующим элементом, размещенным в интервале отверстий, выполненных на данной трубе, снабженной раструбом и соединенной с ним продольными ребрами. Раструб расположен с зазором относительно промежуточной трубы и снабжен центратором и в нижней части соплом. В кольцевом зазоре между внутренней и промежуточной трубами соосно с ними размещен фильтрующий элемент, выполненный в виде обратного усеченного конуса и прикрепленный к данным трубам выше верхних отверстий, выполненных в них. Средние отверстия промежуточной трубы выполнены напротив раструба и снабжены фильтрующим элементом [Патент РФ №2305756, МПК E21B 43/08, опубл. 2007.09.10].
Известен скважинный фильтр, содержащий трубчатый каркас, наружный и внутренний щелевые фильтрующие элементы, концентрично установленные на трубчатом каркасе с образованием вертикальных каналов, отстойник, соединенный с вертикальными каналами, патрубок, связанный с приемом насоса, согласно изобретению щелевые фильтрующие элементы сформированы из продольных призматических стержней и соединенного с ними навитого призматического профиля, размещены снаружи и внутри трубчатого каркаса с опорой на продольные стержни, образуя наружные и внутренние вертикальные каналы между продольными стержнями и трубчатым каркасом и центральную цилиндрическую полость во внутреннем щелевом фильтрующем элементе, причем наружные вертикальные каналы герметично закрыты сверху и соединены с отстойником в нижней части, а внутренние вертикальные каналы герметично закрыты снизу и соединены вверху с патрубком, центральная цилиндрическая полость отделена от патрубка клапаном и соединена с отстойником.
Патент РФ №2446274, МПК Е 21 В 43/08 опубликовано 27.03.2012
Недостатком этих конструкций является малая проходимость щелевых отверстий, в результате чего происходит быстрое забивание проходных отверстий частицами песка и гравия, что приводит к быстрому выходу из строя насосного оборудования и образованию большого количества твердых нефтесодержащих отходов и снижает продуктивность скважины.
Задачей полезной модели является повышение эффективности очистки добываемых продуктов от механических примесей.
Данная задача решается за счет того, что в щелевом фильтре, содержащем перфорированную трубу со сквозными отверстиями, охватываемую фильтровальным блоком, фильтровальный блок состоит из фильтрующих элементов, установленных концентрично перфорированной трубе, выполненных в виде цилиндрической спирали из высокоточного профиля V-образной формы, создающие жесткий экран с кольцевыми щелями размером 50 мкм и более, с допуском на ширину щели до 15 мкм, закрепленных с помощью сварки на опорных элементах, с наружной поверхностью фильтрования с различной степенью фильтрации, причем каждый последующий фильтрующий элемент от наружного к внутреннему имеет уменьшающийся зазор между витками цилиндрической спирали, что позволяет задержать более крупные частицы во внешних слоях, а более мелкие - во внутренних.
Кроме того, сквозные отверстия могут быть расположены вдоль перфорированной трубы.
Кроме того, сквозные отверстия могут быть расположены поперек перфорированной трубы.
Кроме того, на перфорированной трубе сквозные отверстия могут быть расположены в шахматном порядке.
Кроме того, на перфорированной трубе сквозные отверстия могут быть расположены по спирали.
Кроме того, диаметр сквозных отверстий перфорированной трубы может быть выбран одинаковым для всех участков трубы..
Кроме того, диаметр сквозных отверстий на разных участках перфорированной трубы может быть неодинаков.
Кроме того, внутренняя поверхность фильтрующих элементов может быть предварительно обработана парафином.
Полезная модель поясняется рисунками.
Фиг. 1 - общий вид щелевого фильтра.
Фиг. 2 - разрез А-А- расположение фильтрующих элементов
Фиг. 3-вид Б, расположение щелевых отверстий фильтрующих элементов.
Фиг. 4 - накопление осадков на фильтрующем элементе
Фиг. 5 - внутренняя поверхность фильтрующего элемента предварительно обработанная парафином
Щелевой фильтр состоит из перфорированной трубы 1 со сквозными отверстиями 2, диаметр и распределение которых вдоль трубы производится по разработанной математической программе, охватываемой фильтровальным блоком 3, состоящим из двух и более фильтрующих элементов, установленных концентрично трубе, например, наружного 4 и внутреннего 5, имеющих цилиндрическую форму, выполненных в виде цилиндрической спирали из высокоточного профиля V-образной формы, создающие жесткий экран с кольцевыми щелями размером 50 мкм и более, с допуском на ширину щели до 15 мкм, закрепленных с помощью сварки на опорных элементах определенного сечения, с наружной поверхностью фильтрования с различной степенью фильтрации, причем каждый последующий фильтрующий элемент от наружного к внутреннему имеет уменьшающийся зазор между витками цилиндрической спирали, что позволяет задержать более крупные частицы во внешних слоях, а более мелкие - во внутренних.
На примере двух фильтрующих элементов, входящих в конструкцию фильтра, рассмотрим его особенность.
Размер зазора А между витками цилиндрической спирали наружного фильтрующего элемента больше размера зазора В между витками цилиндрической спирали внутреннего фильтрующего элемента
Сквозные отверстия 2 могут быть расположены вдоль и поперек перфорированной трубы, в шахматном порядке или по спирали.
Сквозные отверстия 2 могут быть выполнены калибровкой с повышенной точностью и высокой чистотой поверхности.
Диаметр сквозных отверстий 2 трубы может быть выбран одинаковым для всех участков перфорированной трубы, при этом суммарная площадь отверстий должна соответствовать расчетным данным, полученным для каждого участка перфорированной трубы 1.
На разных участках трубы 1 диаметр сквозных перфорированных отверстий может быть неодинаков, при этом суммарная площадь отверстий должна соответствовать расчетным данным, полученным для каждого участка.
Внутренняя поверхность фильтрующих элементов может быть предварительно обработана парафином 6, что снижает риск «замыливания» рабочих (внешних) поверхностей фильтрующих элементов остатками буровых растворов при установке щелевого фильтра.
Принцип работы щелевого фильтра заключается в следующем.
Рассмотрим на примере применения двух фильтрующих элементов.
Щелевой фильтр устанавливается в скважине внутри обсадной колонны.
Внутренняя поверхность фильтрующих элементов может быть предварительно обработана парафином 6, что снижает риск «замыливания» рабочих (внешних) поверхностей фильтрующих элементов остатками буровых растворов при установке щелевого фильтра.
Жидкость, находящаяся в скважине всасывается через щелевую решетку фильтрующего элемента 4, очищается от механических примесей, размеры которых превышают или соизмеримы с размером щели фильтрующего элемента 4, попадает в кольцевой зазор между фильтрующим элементом 4 и фильтрующим элементом 5. Так как этот зазор намного меньше предыдущего, скорость течения жидкости здесь возрастает. Затем осуществляется процесс дополнительной очистки жидкости за счет уменьшенного зазора между витками цилиндрической спирали внутреннего фильтрующего элемента, что позволяет задержать более мелкие частицы.
Затем очищенная жидкость поступает во внутреннюю полость перфорированной трубы и далее поднимается на поверхность.
Для конкретного месторождения в зависимости от характерного для него фракционного состава пластового песка, а также требований к очистке пластового флюида фильтр может содержать два и три фильтрующих слоя.
По мере эксплуатации скважины и работы фильтра созданный перед наружным фильтрующим слоем свод из вынесенных из пласта крупных зерен песка сам начинает работать как естественный фильтр, препятствуя движению через него более мелких фракций песка. При этом объем естественного фильтра увеличивается за счет вовлечения в процесс фильтрации глубоко лежащих слоев призабойной зоны. Постепенно движение частиц замедляется, а затем прекращается. Это укрепляет изначально рыхлый продуктивный пласт, увеличивает его породоудерживающую способность и предотвращает его разрушение. Снижение пескопроявлений удлиняет срок службы не только скважинного фильтра, но и всего подземного оборудования, увеличивая таким образом межремонтный период скважин и эффективность отбора пластового флюида. Применение данных фильтров особенно целесообразно на вторичных этапах разработки месторождений.