Фильтр скважинный проволочный щелевой с прямой намоткой на обсадную трубу

Область техники.
Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована при эксплуатации нефтяных, газовых, водозаборных скважин при откачке жидких сред с механическими примесями.
Уровень техники.
Анализ уровня техники в данной области показал следующее. Скважинные фильтры обычно используются для фильтрования песка и т.п. твердых частиц загрязняющих примесей из добываемой текучей среды перед перекачкой текучей среды на поверхность. При этом, если фильтры не размещаются на пути текучей среды, входящей в скважину, песок и другие загрязняющие примеси, захваченные в текучую среду, могут значительно уменьшить срок службы скважинного насоса и/или других устройств, с которым скважина соединяется.
Существуют скважинные фильтры различных конструкций.
Из уровня техники известен проволочный скважинный фильтр, содержащий, RU 76677 U1, Е21В 43/08, 27.09.2008, содержащий перфорированную трубу с ниппельной и муфтовой частями концентрично которой выполнен фильтрующий элемент из намотанной по спирали проволоки, соединенной с проволочными продольными стрингерами, отличающийся тем, что проволока в спирали уложена виток к витку, причем как минимум на одной из соприкасающихся сторон проволоки выполнена насечка, обеспечивающая фильтрующий зазор. Недостатком данного фильтра является неудовлетворительная эффективность работы фильтрующего элемента, вследствие забивания сетки механическими примесями (песок, шлам) при работе скважинной насосной установки.
Наиболее близким к заявленной полезной модели, по техническому результату и решаемой задаче, является щелевой скважинный фильтр включающий перфорированную несущую трубу, с одной стороны которой выполнена муфта, а с другой - ниппель для установки в состав колонны бурильных труб. На наружной поверхности перфорированной несущей трубы концентрично ей расположен щелевой фильтрующий элемент, с обеих сторон которого выполнены ограничительные кольца. Фильтрующий элемент выполнен из проволоки, намотанной на продольные элементы по спирали, причем поперечное сечение проволоки, намотанной по спирали, выполнено преимущественно треугольного поперечного сечения. Перфорация в перфорированной несущей трубе может быть выполнена отверстиями. Перфорация может быть выполнена щелями. Внутри несущей трубы размещен кольцевой кожух с кольцевым зазором между ним и перфорировано несущей трубой. Внутри кольцевого кожуха установлено устройство для закрутки добываемого продукта, которое установлено с кольцевым зазором между ним и кольцевым кожухом. Щелевой скважинный фильтр имеет несколько фильтрующих элементов, при этом они ограничены с обеих сторон ограничительными кольцами при помощи сварки. Отверстия могут быть выполнены на перфорированной несущей трубе несколькими способами.  (Патент РФ № 2610738 C1, Е21В 43/08, 15.02.2017). Однако данный фильтр не исключает возможность смещения либо размотки профильной проволоки, не обеспечивает высоких вращательных нагрузок, а также высокого сопротивления натяжению и разрушению в ходе спуска и извлечения, что приводит к неудовлетворительной работе фильтрующего элемента
Раскрытие сущности полезной модели.
Техническим результатом, на решение которого направлена о заявленная полезная модель, является повышение эффективности работы скважинного фильтра за счет исключения возможности забивания сетки механическими примесями (песок, шлам) при работе скважинной насосной установки, достигающейся установкой разрезных колец, обеспечивающих плотное прилегание кольца к щелевому фильтрующему элементу и, следовательно, отсутствие зазора между разрезным кольцом и щелевым фильтрующим элементом, плотную посадку опорных элементов и проволоки создающих необходимое сжатие по окружности трубы и формирующих близкую к идеальной цилиндрическую форму, а также исключение риска смещения либо размотки профильной проволоки и поддержание высоких вращательных нагрузок с обеспечением высокого сопротивления натяжению и разрушению в ходе спуска и извлечения скважинного фильтра, а также уменьшение кольматации скважинного фильтра и повышение степени очистки добываемого продукта от примесей некруглой формы.
Указанный технический результат достигается за счет того, что фильтр скважинный проволочный щелевой с прямой намоткой на обсадную трубу содержит перфорированную обсадную трубу с отверстиями, муфту, ниппельную часть для соединения с другой обсадной трубой, щелевой фильтрующий элемент.  Щелевой фильтрующий элемент включает в себя плотно посаженные опорные элементы – стрингеры равномерно расположенные на трубе и спирально намотанную на них с натягом проволоку треугольного сечения. Фиксация фильтрующего элемента осуществляется путем сварки стрингеров и намотанной проволоки в каждой точке прилегания. Края фильтрующего элемента фиксируются кольцами. Фиксирующие кольца выполнены разрезными. Фиксирующие кольца имеют Г–образное поперечное сечение, и выполнены с возможностью плотного прилегания, исключающим зазор, к концам витков спирально намотанной проволоки за счет поперечного смещения торцов разрезных колец. Разрезные кольца крепятся к обсадной трубе сваркой, примыкающей к обсадной трубе нижней своей частью. Разрез на кольце после затяжки также заваривается. Перфорация несущей трубы выполнена по спирали. Разрезные кольца выполнены из нержавеющей стали. Стрингеры расположены непосредственно на трубе, без зазора с трубой. На перфорированной обсадной трубе установлено два щелевых фильтрующих элемента, каждый из которых закреплен разрезными кольцами. Проволока имеет треугольное сечение.
Описание чертежей.
На фиг. 1 представлена общая схема заявляемого фильтра скважинного проволочного щелевого с прямой намоткой.
1 – обсадная труба;
2 – щелевой фильтрующий элемент;
3 – фиксирующие разрезные кольца;
4 – муфта;
5 – ниппель (ниппельная часть).
На фиг. 2 изображено фиксирующее разрезное кольцо.
На фиг. 3 представлен вид щелевого фильтрующего элемента зафиксированного разрезным кольцом, приваренным к обсадной трубе.
6 – опорные элементы – стрингеры;
7 – проволока.
Осуществление полезной модели.
Фильтр скважинный проволочный щелевой с прямой намоткой относится к нефтегазодобывающей отрасли, и содержит содержащий перфорированную обсадную трубу (1) с отверстиями, муфту (4), ниппельную часть (5) для соединения с другой обсадной трубой, щелевой фильтрующий элемент (2) и фиксирующие кольца (3) выполненные разрезными. Щелевой фильтрующий элемент (2) включает плотно посаженные в себя опорные элементы – стрингеры  (6) равномерно расположенные на обсадной трубе (1) и спирально намотанную на них с натягом проволоку (7).
Фиксация фильтрующего элемента (2) осуществляется путем сварки стрингеров и намотанной проволоки в каждой точке прилегания, а края фильтрующего элемента (2) фиксируются кольцами. Фиксирующие кольца выполнены разрезными. Фиксирующие кольца имеют Г – образное поперечное сечение, и выполнены с возможностью плотного прилегания, исключающим зазор, к концам витков спирально намотанной проволоки за счет поперечного смещения торцов разрезных колец. Разрезные кольца нижней частью,  примыкающей к обсадной трубе, крепятся к обсадной трубе сваркой. Разрез на фиксирующем разрезном кольце (3) после затяжки также заваривается.
Устройство данного типа может применяться в составе хвостовика, для вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных скважин, а так же при спуске колонны с вращением.  В зависимости от пропускной способности подбирается диаметр круглого отверстия и количество отверстий на 1 п.м.
Стрингеры равномерно расположены на обсадной трубе и на них с натягом, по спирали накручивается проволока. Во время накрутки происходят контактная сварка в местах соприкосновения стрингера с обмоточной проволокой. Перфорация на обсадной трубе (1) может быть выполнена отверстиями или щелями. Расположение отверстий может быть по спирали, либо же с угловым шагом. Фильтрующая часть может состоять из двух щелевых фильтрующих элементов, с промежутком между фильтрами. По краям щелевых фильтрующих элементов размещаются фиксирующие разрезные кольца (3). Размеры проволоки (7) и материал закладывается на начальном этапе при проектировании фильтра по требованию заказчика. Геометрические размеры проволоки бывают различные по высоте и ширине, а так же профиль проволоки – треугольный, трапецеидальный. Фиксация происходит путем сварки стрингеров и намотанной проволоки в каждой точке прилегания. Края фильтрующего элемента (2) фиксируются разрезными кольцами (3), при этом края фильтрующего элемента (2) обеспечивают плотное прилегание для предотвращения прохода примесей, и  повреждения фильтрующей части. Для того, чтобы механические примеси не проникали с торца фильтрующего элемента (2), его торцы обвариваются, а затем устанавливаются фиксирующие разрезные кольца (3) поверх фильтрующего элемента (2) и замыкают прорезь с помощью цепного ключа. При сжатии ключом оставляют возможность осевого перемещения фиксирующих разрезных колец (3). После чего необходимо слегка постучать алюминиевой/латунной планкой в месте (Х), чтобы закрыть щель и аккуратно нажимать в месте (У), если фиксирующее разрезное кольцо смещается далеко. Измерить щупом зазор  между кольцом и фильтрующим элементом (2).
В случае превышения зазором щелевого зазора фильтра, то разжать ключ и повторить действия описанные выше. Затем замкнуть прорезь ключом и прихватить в двух местах сваркой. Разжать ключ и зачистить прихватки. При зачистке искры должны лететь от фильтрующего элемента (2). Произвести сварку от внутреннего края с отступом 3 мм и довести до торца кольца. После остывания сварного шва щупом измерить зазор между фильтрующим элементом (2) и фиксирующим разрезным кольцом. Значение не должно быть больше щелевого зазора фильтра. Произвести сварку фиксирующего разрезного кольца (3) и обсадной трубы. Зачистить сварочный шов заподлицо с основным металлом. Муфта (4) предназначена для соединения обсадных труб в единую колонну. Резьбовые соединения муфты и ниппельной части защищены консервационной смазкой, а так же предусмотрены от повреждения резьбы протектора.
Перфорация несущей трубы выполнена по спирали. Фиксирующие разрезные кольца выполнены из нержавеющей стали. Стрингеры расположены непосредственно на обсадной трубе, без зазора с обсадной трубой. На перфорированной обсадной трубе может быть установлено два щелевых фильтрующих элемента, каждый из которых закреплен разрезными кольцами.
Согласно широкому аспекту заявленного технического решения созданный скважинный фильтр, содержащий основную трубу с отверстиями, промежуточный фильтрующий слой, включающий в себя плотно посаженные опорные элементы (стрингеры) и спирально намотанную на обсадную трубу проволоку имеет ряд преимуществ:
Плотная посадка опорных элементов и проволоки создает необходимое сжатие по окружности трубы и формирует идеальную цилиндрическую форму.
Отсутствие риска смещения либо размотки профильной проволоки.
Продолжительный срок службы в агрессивных производственных средах.
Поддержание высоких вращательных нагрузок.
Высокое сопротивление натяжению и разрушению в ходе спуска и извлечения.
Возможность производства фильтров диаметром от 60 мм до 178 мм. Жесткий допуск щели +/- 50 мкм.
Обеспечение условий для обратной промывки.
Таким образом, предложенное техническое решение, позволяет повысить эффективность работы фильтра скважинного и как следствие повысить надежность работы скважинной насосной установки.
Заявленная полезная модель может быть использована в нефтегазовой, горной промышленности и других отраслях промышленности при откачке из скважин различного рода жидких сред с механическими примесями.