ФИЛЬТР СКВАЖИННЫЙ ЩЕЛЕВОЙ ШТАНГОВОГО ГЛУБИННОГО НАСОСА

1. Область техники
Полезная модель относится к области нефтяного машиностроения, фильтр может быть использован в штанговых глубинных насосах для добычи нефти из нефтяных скважин, служит для тонкой очистки пластовой жидкости на входе в насос от крупных и мелких механических примесей (от фракций от 1,2 до 0,2 мм).
2. Уровень техники
Для использования в данной области в разработан фильтр-насадка ЖНШ-ШГН, содержащий перфорированный корпус с расположенным на нем многосекционным щелевым фильтроэлементом, включающим наружные кольца, с верхней головкой выполненной в виде переходника с внутренней конической резьбой и наружной резьбой по габариту корпуса фильтра, а на основании корпуса установлена транспортировочная крышка (патент РФ на полезную модель №92490, опубликованный 20.03.2010).
Известны защитные фильтры ОАО Ижнефтемаш (1'', 1 1/4'', 1 1/2''', 2''), предназначенные для предотвращения попадания в насос инородных частиц размером более 3 мм, такой фильтр представляет собой трубу с приваренной заглушкой и отверстиями диаметром 3 мм, в верхней части трубы нарезана присоединительная резьба LP (трубопроводная коническая), которая соответствует внутренней резьбе в нижней части насоса или якорного башмака насосов RHBM (11.aspx#cat114).
Известен скважинный сетчатый фильтр ФС-60/92, устанавливаемый в колонне НКТ-60 под скважинным штанговым насосом и предназначенный для защиты насосов от попадания механичексих частиц размером более 4 мм; в качестве фильтрующего элемента используется сетка с ячейками рзмером 4x4 мм; скважинная жидкость на прием насоса поступает через сетку и через отверстия в корпусе фильтра; при загрязнении фильтра срабатывает золотник, и скважинная жидкость без очистки поступает на прием насоса по каналам в золотник (11.aspx#cat141).
Известен фильтр сетчатый производства ОАО «Татнефть». Фильтры жидкостные сетчатые для трубопроводов на условные давления 1,6 и 4,0 МПа при температуре транспортируемой жидкости от минус 60 до 300°C, предназначены для защиты от механических примесей насосного и другого оборудования в технологических установках нефтеперерабатывающей, нефтехимической, нефтяной и газовой отраслей промышленности. Размеры улавливаемых твердых частиц механических примесей более 200 мкм (connect/tatneft/bmz/produktsiya/yomkostnie_apparati/filtri_zhidkostnie_setchatie_dlya_truboprovodov/).
Известен фильтр сетчатый производства ООО «ТатПром-Холдинг», представляющий собой сборную конструкцию с одним сменнофильтрующим элементом и золотником расположенным в нижней части ствола; жидкость, поступающая на прием насоса из пласта и межтрубного пространства скважины, очищается от механических примесей фильтрующим элементом, конструктивно выполненным в виде навитой проволоки из нержавеющей жаропрочной стали, профиль которого позволяет самоочищаться. В нижней части фильтра, в расточке ствола установлен золотник, который вступает в работу в случае полного засорения фильтрующего элемента. За счет перепада давления внутри ствола и заглушки перед золотником, золотник продвигается вверх до совмещения отверстия с проточкой в золотнике. Возвратно-поступательное движение золотника и тактическое движение плунжера насоса обеспечивает самоочищение фильтрующего элемента. Имеет на конце присоединительную муфту НКТ 60 или НКТ 73 (.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является фильтр скважинный щелевой штангового глубинного насоса, предназначенный для установки на входе штанговых глубинных насосов для добычи воды и нефти и содержащий корпус с отверстиями для прохода пластовой жидкости, присоединенные к корпусу основание и головку, фильтроэлемент, установленный снаружи от корпуса, кольца наружные для герметичной посадки и центрации фильтроэлемента относительно корпуса (патент РФ на полезную модель №67630, опубликованный 27.10.2007).
Известные конструкции фильтров имеют следующие недостатки:
- затруднение перемещения золотникового клапана из-за скопления механических примесей в основании фильтра;
- самопроизвольное развинчивание деталей в процессе работы насоса при возникновении вибрации.
Заявляемая на регистрацию полезная модель фильтра скважинного щелевого штангового глубинного насоса позволит:
- обеспечить свободное перемещение золотникового клапана в полости основания фильтра, посредством предотвращения скопления в ней механических примесей, за счет оснащения заглушки основания дренажными отверстиями;
- предотвратить самопроизвольное развинчивание головки, корпуса и основания при работе насоса за счет снабжения фильтра винтами контровочными.
Для достижения данного технического результата конструкция фильтра скважинного щелевого штангового глубинного насоса имеет следующие особенности:
для обеспечения свободного перемещения золотникового клапана в полости основания заявляемый фильтр скважинный щелевой штангового глубинного насоса оснащен дренажными отверстиями в заглушке основания, что способствует свободной циркуляции пластовой жидкости между полостью основания и полостью скважины и выведению из полости основания взвешенных в пластовой жидкости механических примесей, предотвращая тем самым их скопление в полости основания фильтра;
для предотвращения самопроизвольного развинчивания головки, корпуса и основания между собой при работе насоса фильтр скважинный щелевой штангового глубинного насоса снабжен винтами контровочными, фиксирующими резьбовые соединения корпуса фильтра с головкой и корпуса фильтра с основанием.
3. Раскрытие полезной модели.
Предлагаемый фильтр скважинный щелевой штангового глубинного насоса применяется в скажинах глубиной от 1000 до 4000 метров и монтируются на глубине около трехсот метров ниже уровня добываемой пластовой жидкости в составе установок для штанговых глубинных насосов для добычи нефти, крепится на входном отверстии штангового глубинного насоса и состоит из корпуса, изготовленного из высокопрочной трубы с отверстиями по всей длине для прохода пластовой жидкости, основания и головки, навинченных на корпус в нижней и верхней его части. На корпусе установлен фильтрующий щелевой элемент каркасно-проволочного сварного типа из нержавеющей стальной проволоки V-образного профиля с жестким допуском на размер щели, и герметизирующие наружные кольца верхнее и нижнее. В основание встроен золотниковый клапан, а также напорные отверстия в нижней его части и приемные отверстия в средней, а заглушка основания оснащена дренажными отверстиями. Через напорные отверстия и дренажные отверстия в полость основания под скважинным давлением подается, воздействующая на нижний торец золотникового клапана, пластовая жидкость, содержащая взвешенные в ней механические примеси. В тоже время, на верхний торец золотникового клапана воздействует давление пластовой жидкости, поступающей через фильтрующий щелевой элемент и через отверстия в корпусе во внутреннюю полость корпуса фильтра. При нормальном перепаде давлений пластовой жидкости в скважине и во внутренней полости корпуса фильтра (фильтрующий щелевой элемент чист) золотниковый клапан находится в нижнем рабочем положении и перекрывает подачу пластовой жидкости через приемные отверстия во внутреннюю полость корпуса фильтра. При засорении фильтрующего щелевого элемента давление пластовой жидкости, поступающей через фильтрующий щелевой элемент и через отверстия в корпусе во внутреннюю полость корпуса фильтра и воздействующей на верхний торец золотникового клапана, ослабевает, позволяя пластовой жидкости, подаваемой под скважинным давлением через напорные отверстия и дренажные отверстия в полость основания и воздействующей на нижний торец золотникового клапана, переместить золотниковый клапан вверх до уровня совпадения приемных отверстий в основании с каналами осевыми в золотниковом клапане, по которым пластовая жидкость подается непосредственно во внутреннюю полость корпуса фильтра в обход фильтрующего щелевого элемента и далее на вход насоса. Это обеспечивает бесперебойную и безаварийную работу фильтра даже при засорении фильтрующего щелевого элемента выше предельно допустимого уровня.
Оснащение заглушки основания дренажными отверстиями способствует свободной циркуляции пластовой жидкости между полостью основания и полостью скважины, и выведению из полости основания взвешенных в пластовой жидкости механических примесей, скапливавшихся неуравновешенными частями в полости основания на внутренней поверхности заглушки основания, что обеспечивает свободное перемещение золотникового клапана в полости основания.
В целях предотвращения самопроизвольного развинчивания от вибрации, возникающей при работе насоса, головка и основание оснащены винтами контровочными, которые фиксируют положение головки и основания по отношению к корпусу и препятствуют их окружному вращению под воздействием вибрации и их развинчиванию.
4. Краткое описание чертежей.
Фильтр скважинный щелевой штангового глубинного насоса состоит из корпуса 1 изготовленного из высокопрочной трубы с отверстиями по всей длине для прохода пластовой жидкости, основания 2 и головки 3, навинченных на корпус 1 в нижней и верхней его части. На корпусе 1 установлен фильтрующий щелевой элемент 4, и герметизирующие наружные кольца верхнее 5 и нижнее 6. В полости основания 2 вмонтирован золотниковый клапан 8 с каналами осевыми 13 для прохода пластовой жидкости в полость фильтра, а также напорные отверстия 11 в нижней его части и приемные отверстия 10 в средней. Полость основания 2 оснащена заглушкой 9 с дренажными отверстиями 12. Головка 3 и основание 2 оснащены винтами контровочными 7.
Фильтр скважинный щелевой штангового глубинного насоса оснащен следующими узлами:
1 - корпус;
2 - основание;
3 - головка;
4 - фильтрующий щелевой элемент;
5 - герметизирующее наружное кольцо верхнее;
6 - герметизирующее наружное кольцо нижнее;
7 - винт контровочный;
8 - золотниковый клапан;
9 - заглушка;
10 - приемное отверстие;
11 - напорное отверстие;
12 - дренажное отверстие;
13 - канал осевой.
5. Осуществление полезной модели.
Фильтр скважинный щелевой штангового глубинного насоса применяется в скажинах глубиной от 1000 до 4000 метров и монтируются на глубине около трехсот метров ниже уровня добываемой пластовой жидкости в составе установок для штанговых глубинных насосов для добычи нефти. Фильтр крепится на входном отверстии штангового глубинного насоса и опускается в скважину в состыкованном к насосу виде. Фильтр очищает от механических примесей и подает пластовую жидкость на вход насоса.
При включении в работу штангового глубинного насоса пластовая жидкость, всасываемая плунжером насоса, проходит через фильтрующий щелевой элемент и через отверстия в корпусе во внутреннюю полость фильтра и далее на вход насоса. Для высококачественной очистки добываемой пластовой нефтесодержащей жидкости фильтрующий щелевой элемент выполнен каркасно-проволочным сварным из нержавеющей проволоки V-образного профиля с жестким допуском на размер щели (не более 10 микрон). Его конструкция имеет только две острые рабочие кромки в каждой ячейке фильтрующего щелевого элемента, сечение канала выполнено плавно-расширяющимся и минимальной глубины, поверхность фильтрующего щелевого элемента подвергается шлифовке и полировке, что обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление, минимальную склонность к засорению, способность к самоочищению, высокую конструктивную жесткость обеспечивающую работоспособность фильтра без защитного экрана, большую долговечность.
Торцы фильтрующих щелевых элементов герметизируются для обеспечения работоспособности в скважинах большой кривизны и центрируется относительно корпуса кольцом наружным верхним и кольцом наружным нижним.
Механические примеси, взвешенные в пластовой жидкости размером более размера щели фильтрующего щелевого элемента, отделяются от пластовой жидкости и оседают в полости скважины.
Для обеспечения бесперебойной работы при засорении фильтрующего щелевого элемента, заявляемый фильтр скважинный щелевой штангового глубинного насоса оснащен приемными отверстиями в средней части основания. Подача пластовой жидкости через эти приемные отверстия перекрыта установленным в полости основания золотниковым клапаном, под нижний торец которого через напорные отверстия и дренажные отверстия под скважинным давлением подается пластовая жидкость, воздействуя на него снизу, в то время как на верхний торец золотникового клапана воздействует давление жидкости, поступающей через фильтрующий щелевой элемент и через отверстия в корпусе во внутреннюю полость фильтра. При нормальном перепаде давлений жидкости в полости скважины и во внутренней полости корпуса фильтра золотниковый клапан находится в нижнем рабочем положении и перекрывает подачу пластовой жидкости через приемные отверстия во внутреннюю полость корпуса фильтра. При засорении фильтрующего щелевого элемента давление пластовой жидкости, поступающей через фильтрующий щелевой элемент и через отверстия в корпусе во внутреннюю полость корпуса фильтра и воздействующей на верхний торец золотникового клапана, ослабевает, позволяя пластовой жидкости, подаваемой под скважинным давлением через напорные отверстия и дренажные отверстия в полость основания и воздействующей на нижний торец золотникового клапана, переместить золотниковый клапан вверх до уровня совпадения приемных отверстий в основании с каналами осевыми в золотниковом клапане, по которым пластовая жидкость подается непосредственно во внутреннюю полость корпуса фильтра в обход засоренного фильтрующего щелевого элемента и далее на вход насоса.
Оснащение заглушки основания дренажными отверстиями способствует свободной циркуляции пластовой жидкости между полостью основания и полостью скважины, и выведению из полости основания взвешенных в пластовой жидкости механических примесей, скапливавшихся неуравновешенными частями в полости основания на внутренней поверхности заглушки основания, что обеспечивает свободное перемещение золотникового клапана в полости основания.
Фильтр эксплуатируется в зоне постоянной вибрации, исходящей от работающего глубинного насоса. В целях предотвращения самопроизвольного развинчивания от вибрации головка и основание оснащены винтами контровочными, которые фиксируют положение головки и основания по отношению к корпусу и препятствуют их окружному вращению под воздействием вибрации и их развинчиванию.
Все детали фильтра изготавливаются из материалов с повышенной коррозионной стойкостью, в частности, из нержавеющей стали.
Фильтр можно многократно использовать после регенерации (механическая очистка фильтрующих щелевых элементов, горячая промывка, восстановление прорывов). Частичное самоочищение поверхности фильтрующих щелевых элементов происходит в процессе эксплуатации за счет вибрации фильтра при работе насоса и специального профиля проволоки, острых кромок приемных каналов и шлифовки всех плоскостей профиля проволоки, контактирующих с пластовой жидкостью проходящей через фильтр.