СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР
BOREHOLE FILTER

Изобретение относится к погружному оборудованию, а именно к скважинным фильтрам, проницаемость и пропускная способность которых снижается при появлении пластовой воды в добываемых углеводородах.
Известен скважинный фильтр, содержащий проницаемую матричную структуру из дискретных частиц в виде гравия или стеклянных шариков или скорлупы грецкого ореха или керамики, которые покрыты полимером, разбухающим при контакте с водой и снижающим проницаемость матричной структуры (Пат. №2452554 РФ, Е21В 43/12, 2012).
Недостатком данного скважинного фильтра является трудоемкость развертывания в забое скважины и высокие затраты на регенерацию в случае заиливания порового пространства, которая может быть выполнена лишь при проведении капитального ремонта скважины.
Известно скважинное секционное устройство, каждая секция которого содержит опорную трубу, фильтроэлемент, установленный с кольцевым зазором на опорной трубе, и разбухающий при контакте с водой полимерный клапан, размещенный в канале, сообщающем кольцевой зазор с отверстиями в опорной трубе (Пат. №2476666 РФ, Е21В 34/08, 2012).
Скважинное секционное устройство недостаточно быстро реагирует на появление воды в добываемых углеводородах, поскольку полимерный клапан вследствие невысокой площади поверхности медленно разбухает и не способен быстро перекрывать канал, по которому нежелательная вода поступает в опорную трубу. По этой же причине медленно восстанавливается пропускная способность секции после снижения содержания воды до приемлемого уровня.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является скважинный фильтр, содержащий опорную трубу с перфорациями и многослойный фильтроэлемент из пенометалла с послойно уменьшающимся размером ячейки снаружи во внутрь, размещенный в защитном перфорированном кожухе (Пат. №2258131 РФ, Е21В 43/08, 2005).
Недостаток принятого за прототип скважинного фильтра состоит в неспособности предотвратить поступление воды в нефтедобывающую скважину, поскольку проницаемость и пропускная способность фильтрующего элемента практически не зависят от состава добываемой пластовой жидкости. Кроме того, скважинный фильтр характеризуется повышенной кольматируемостью и низкой пропускной способностью примыкающего к опорной трубе слоя пенометалла, имеющего наименьший размер ячейки.
Настоящее изобретение направлено на создание скважинного фильтра с пропускной способностью, снижающейся с появлением пластовой воды в прокачиваемых сквозь него углеводородах.
Указанный технический результат достигается тем, что в скважинном фильтре, содержащем опорную трубу с перфорациями, многослойный фильтроэлемент из пенометалла с изменяющимся по слоям размером ячейки и защитный перфорированный кожух, согласно изобретению, слои пенометалла расположены в порядке уменьшения размера ячейки снаружи внутрь до слоя, охватывающего перфорированную трубу, который выполнен с наибольшим по сравнению с остальными слоями размером ячейки и покрыт полимером, разбухающим при контакте с водой.
На фиг. 1 схематично изображен фрагмент скважинного фильтра, продольный разрез; на фиг. 2 приведена фотография структуры пенометалла; на фиг. 3 - схематично показаны скважинные фильтры, развернутые в скважине с несколькими продуктивными интервалами.
Скважинный фильтр 1 включает опорную трубу 2, снабженную перфорациями 3, многослойный фильтроэлемент 4, каждый слой которого выполнен из пенометалла, и защитный перфорированный кожух 5 (фиг. 1). Пенометалл имеет трехмерный каркас, образованный пустотелыми многогранными ячейками 10, в которых металл сосредоточен в ребрах 11 ячеек, а окна 12 в их гранях открыты и сообщают ячейки между собой (фиг. 2). Фильтроэлемент 4 содержит несколько, например, три фильтрующих слоя из пенометалла 6, 7 и 8 с уменьшающимся по направлению к опорной трубе 2 размером ячейки, например, 1.63, 0.84, 0.39 мм и охватывающий опорную трубу 2 слой из пенометалла 9 с размером ячейки 2.41 мм, превышающим размеры фильтрующих слоев. Функционально слой 9 является дренажным слоем, обеспечивающим свободное сообщение ячеек 10 фильтрующего слоя 8, имеющих минимальный размер, с перфорациями 3 на опорной трубе 2. Число фильтрующих слоев, а также размер ячейки в них и в дренажном слое 9, являются варьируемыми параметрами и подбираются под внутрискважинные условия. Для придания избирательной пропускной способности на каркас дренажного слоя 9 методом окунания нанесено тонкое полимерное покрытие (не показано), практически не уменьшающее размера окон 12 в гранях ячеек 10. Нанесенный полимер является инертным по отношению к углеводородам, но способен к разбуханию в воде, при котором происходит утолщение ребер 11 и перекрытие окон 12 в гранях ячеек 10. Скважинный фильтр работает следующим образом.
Скважинные фильтры 1 с разобщителями межтрубного пространства 13 по концам, например, в виде втулок из разбухающего в углеводородах полимера соединяют трубами 14 и спускают в составе погружной насосной установки (не показана) в скважину 15, эксплуатирующую три продуктивных интервала I, II и III (фиг. 3). Защитный перфорированный кожух 5 обеспечивает целостность многослойного фильтроэлемента из пенометалла 4 при спуске. По завершению спуска напротив каждого продуктивного интервала оказывается, по крайней мере, один скважинный фильтр 1. В скважине втулки из полимера 13 при контакте с углеводородами увеличиваются в диаметре и перекрывают пространство между трубами 14 и стенкой скважины 15. Таким образом продуктивные интервалы I, II и III отделяются друг от друга по наружной стороне скважинных фильтров 1, но остаются гидравлически связанными посредством соединенных между собой опорных труб 2. После этого включается погружная насосная установка.
Пластовый флюид, изначально состоящий из углеводородов с содержанием твердых частиц, поступает из продуктивных интервалов I, II и III в находящиеся напротив них скважинные фильтры 1. При движении углеводородов через многослойный фильтроэлемент 4 происходит пофракционное отделение твердых частиц в фильтрующих слоях из пенометалла 6, 7 и 8, начиная с наиболее крупных частиц во внешнем слое 6, частиц среднего размера в среднем слое 7 и наиболее мелких частиц во внутреннем слое 8. Очищенные от твердых частиц углеводороды попадают в дренажный слой 9 из пенометалла, покрытого полимером. Поскольку полимер инертен к углеводородам, то окна 12 остаются открытыми, и углеводороды не испытывая сопротивления текут по свободно сообщающимся ячейкам 10 к перфорациям 3 в опорной трубе 2 и поднимаются по ней на прием погружной насосной установки.
Если во время эксплуатации скважины в один из ее продуктивных интервалов (например, II) вместе с углеводородами начинает поступать вода, то после прохождения фильтрующих слоев 6, 7 и 8 она достигает дренажного слоя 9 и вступает в контакт с нанесенным полимерным покрытием. Когда концентрация воды в углеводородах достигает определенного предела, автоматически происходит набухание полимерного покрытия с увеличением его толщины на ребрах 11, в результате которого окна 12 многогранных ячеек 10 сначала уменьшаются в размерах, а затем вообще перекрываются полимером. Вследствие этого течение содержащих воду углеводородов сквозь дренажный слой 9 в опорную трубу 2 прекращается. В сущности, дренажный слой 9 из покрытого полимером пенометалла отключает скважинный фильтр 1 от фильтрации содержащих воду углеводородов, поступающих из продуктивного интервала II, при этом опорная труба 2 отключенного скважинного фильтра остается свободной. Закрытие скважинного фильтра в продуктивном интервале II не влияет на добычу углеводородов из продуктивных пластов I и III через расположенные напротив них скважинные фильтры. Добытые из пластов I и III углеводороды попадают в общую для всех скважинных фильтров опорную трубу 2 и поднимаются по ней на поверхность.
Со временем при снижении содержания воды в углеводородах до приемлемого уровня набухшее полимерное покрытие на пенометалле дренажного слоя 9 может восстанавливать свою толщину. При этом окна 12 многогранных ячеек 10 вновь открываются и течение очищенных углеводородов через дренажный слой 9 скважинного фильтра 1 в продуктивном интервале II возобновляется.
Благодаря заявляемому скважинному фильтру повышается рентабельность процесса добычи углеводородов, поскольку практически исключается подъем из скважины на поверхность нежелательной воды и не требуется ее последующая сепарация.