ФИЛЬРТ СПИРАЛЬНО-ЩЕЛЕВОЙ СКВАЖИННОГО ГЛУБИННОГО НАСОСА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использована в строительстве и эксплуатации нефтяных и газовых скважин.
Известен скважинный фильтр, содержащий трубчатый перфорированный каркас, продольные опорные стержни с выполненной по их наружной поверхности резьбовой нарезкой (канавками) под витки обмоточной проволоки, причем витки обмоточной проволоки жестко закреплены в резьбовой нарезке с образованием технологической щели (зазора) между ними (см. Гаврилко В.М. Фильтры водозаборных, водопонизительных и гидрогеологических скважин, Москва, 1968 г., с.77).
Однако конструкция фильтра недостаточно надежна, что связано с непрочным креплением витков обмоточной проволоки на продольных опорных стержнях. В случае обрыва витков обмоточной проволоки в нескольких местах по периметру происходит разматывание всего фильтра и, как следствие, возникновение аварийной ситуации в скважине.
Наиболее близким к полезной модели по техническому результату и решаемой задаче является фильтр спирально-щелевой скважинного глубинного насоса, содержащий цилиндрический корпус, выполненный в виде отрезка насосно-компрессорной трубы в стенке которой выполнены сквозные отверстия и соединенный с входом скважинного насоса посредством резьбового соединения, при этом на цилиндрическом корпусе размещен с возможностью замены спирально щелевой фильтрующий элемент, выполненный в виде спирально навитой и приваренной к продольным пруткам проволоки с треугольным профилем, причем фильтрующий элемент зафиксирован на цилиндрическом корпусе между верхней, промежуточной и нижней упорными втулками, (см. патент на полезную модель RU №50598, Кл. Е 21 В 43/08, 20.01.2006).
Данный скважинный фильтр обеспечивает надежную фильтрацию откачиваемой из скважины среды. Однако жесткое крепление сборки на колонне труб затрудняет техническое обслуживание фильтра.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является снижение трудозатрат и упрощение эксплуатации скважинного фильтра при проведении регламентных работ по замене скважинного фильтра с повышением удобства и простоты смены и регенерации фильтрующего элемента.
Техническим результатом, достигаемым при использовании данной полезной модели является повышение надежности работы и снижение себестоимости работ при проведении ремонтных и регламентных работ по замене и восстановлению скважинного фильтра в случае повреждения его фильтрующей поверхности.
Указанные задача и технический результат достигаются за счет того, что фильтр спирально-щелевой скважинного глубинного насоса содержит цилиндрический корпус, выполненный в виде отрезка насосно-компрессорной трубы в стенке которой выполнены сквозные отверстия и соединенный с входом скважинного насоса посредством резьбового соединения, при этом на цилиндрическом корпусе размещен с возможностью замены спирально щелевой фильтрующий элемент, выполненный в виде спирально навитой и приваренной к продольным пруткам проволоки с треугольным профилем, причем фильтрующий элемент зафиксирован на цилиндрическом корпусе между верхней и нижней упорными втулками, одна из упорных втулок жестко зафиксирована, например посредством сварки, относительно цилиндрического корпуса, а вторая упорная втулка установлена с возможностью осевого перемещения относительно цилиндрического корпуса и подпружинена относительно него в осевом направлении посредством упругого элемента.
Упругий элемент выполнен в виде цилиндрической втулки в стенке которой выполнены поперечные прорези, при этом соседние прорези выполнены навстречу друг другу.
Глубина каждой поперечной прорези L определяется из уравнения:
L=0,5(D-d), где
D - наружный диаметр цилиндрической втулки упругого элемента;
d - внутренний диаметр цилиндрической втулки упругого элемента.
Второй вариант выполнения фильтра отличается тем, что на цилиндрическом корпусе размещены с возможностью замены, по крайней мере два спирально щелевых фильтрующих элемента, каждый из которых выполнен в виде спирально навитой и приваренной к продольным пруткам проволоки с треугольным профилем, причем фильтрующий элемент зафиксирован на цилиндрическом корпусе между верхней, промежуточной и нижней упорными втулками, промежуточная упорная втулка жестко зафиксирована, например посредством сварки, относительно цилиндрического корпуса, а нижняя и верхняя упорные втулки установлены с возможностью осевого перемещения относительно цилиндрического корпуса и каждая из этих упорных втулок подпружинена относительно корпуса в осевом направлении посредством упругого элемента.
Упругий элемент выполнен в виде цилиндрической втулки, в стенке которой выполнены поперечные прорези, при этом соседние прорези выполнены навстречу друг другу.
Глубина каждой поперечной прорези L определяется из уравнения:
L=0,5(D-d), где
D - наружный диаметр цилиндрической втулки упругого элемента;
d - внутренний диаметр цилиндрической втулки упругого элемента.
В ходе анализа работы различных конструкций скважинных фильтров было выявлено, что наиболее рациональным является выполнение скважинного фильтра в виде намотанной по спирали проволоки с профилем, образованным треугольным поперечным сечением проволоки. В этом случае
для нарезки на продольных опорных стержнях винтовой нарезки можно использовать стандартное оборудование. Проволока плотно прилегает к стенкам V-образных канавок. Проволоку легко фиксировать относительно продольных стержней посредством сварки или пайки. Кроме того, жесткая фиксация витков проволоки относительно продольных опорных стержней позволяет создать съемные фильтрующие кассеты. В результате представляется возможным быстро заменять фильтрующие элементы в случае выхода их из строя в результате, например разрыва проволоки, образующей фильтрующую поверхность. Кроме того, в зависимости от состава откачиваемой среды и производительности скважинного, например штангового или центробежного насоса, который установлен над фильтром, представляется возможность устанавливать фильтрующие элементы с различной величиной щелевых отверстий между витками проволоки, что дает возможность регулировать гидравлическое сопротивление, созданное фильтрующими элементами. Кроме того, представляется возможность использовать отфильтрованную жидкую среду в качестве охлаждающей среды электродвигателя, приводящего в действие скважинный насос. Фиксация фильтрующего или фильтрующих элементов с помощью нижней, верхней и, если необходимо, промежуточной упорных втулок позволяет надежно фиксировать фильтрующие элементы, при этом снижаются требования к точности изготовления фильтрующих элементов по высоте. Дальнейшего упрощения сборки и эксплуатации при повышении надежности работы удалось добиться за счет установки одной из упорных втулок или обоих нижней и верхней упорных втулок подпружиненными относительно корпуса фильтра. Жесткая фиксация одной из втулок, фиксирующих фильтрующий элемент и установка подпружиненной другой втулки позволяют предотвратить осевое смещение фильтрующего элемента в процессе эксплуатации в условиях, практически постоянной вибрации и, тем самым нарушение его работы с поступлением в насос неочищенной откачиваемой среды. Выполнение упругого элемента из цилиндрической втулки позволяет, при необходимости, изготовить упругий элемент, практически в любой мастерской, что исключает необходимость накапливания на складе запасных упругих элементов. В ходе испытаний было установлено, что наибольшая надежность при требуемой степени упругости достигается при выполнении поперечных прорезей на глубину L, рассчитанной по уравнению L=0,5(D-d), где
D - наружный диаметр цилиндрической втулки упругого элемента;
d - внутренний диаметр цилиндрической втулки упругого элемента.
В зависимости от требуемой производительности возможны два варианты выполнения фильтра - с одним или двумя фильтрующими элементами при сохранении в каждом из вариантов выполнения описанных выше особенностей его выполнения.
На фиг.1 представлен продольный разрез скважинного фильтра с одним фильтрующим элементом.
На фиг.2 представлен продольный разрез скважинного фильтра с двумя фильтрующими элементами.
Фильтр спирально-щелевой скважинного глубинного насоса содержит цилиндрический корпус 1, выполненный в виде отрезка насосно-компрессорной трубы, в стенке которой выполнены сквозные отверстия 2. Корпус 1 соединен с входом скважинного насоса 3 посредством резьбового соединения. На цилиндрическом корпусе 1 размещен с возможностью замены спирально щелевой фильтрующий элемент 4, выполненный в виде спирально навитой и приваренной к продольным пруткам 5 проволоки 6 с треугольным профилем. Фильтрующий элемент 4 зафиксирован на цилиндрическом корпусе 1 между верхней 7 и нижней 8 упорными втулками. Одна из упорных втулок, например, нижняя упорная втулка 8 жестко зафиксирована, например посредством сварки, относительно цилиндрического корпуса 1, а вторая упорная втулка, например верхняя упорная втулка 7, установлена с возможностью осевого перемещения относительно цилиндрического корпуса 1 и подпружинена относительно него в осевом направлении посредством упругого элемента 9.
Второй вариант выполнения фильтра отличается тем, что на цилиндрическом корпусе 1 размещены с возможностью замены, по крайней мере два спирально щелевых фильтрующих элемента 4, каждый из которых выполнен в виде спирально навитой и приваренной к продольным пруткам 5 проволоки 6 с V-образным профилем, причем фильтрующие элементы зафиксированы на цилиндрическом корпусе 1 между верхней 7, промежуточной 10 и нижней 8 упорными втулками. Промежуточная упорная втулка 10 жестко зафиксирована, например посредством сварки, относительно цилиндрического корпуса 1, а нижняя 8 и верхняя 7 упорные втулки установлены с возможностью осевого перемещения относительно цилиндрического корпуса 1 и каждая из этих упорных втулок 7 и 8 подпружинена относительно корпуса 1 в осевом направлении посредством упругого элемента 9.
Упругий элемент 9 выполнен в виде цилиндрической втулки в стенке которой выполнены поперечные прорези, при этом соседние прорези выполнены навстречу друг другу.
Глубина каждой поперечной прорези L определяется из уравнения:
L=0,5(D-d), где
D - наружный диаметр цилиндрической втулки упругого элемента;
d - внутренний диаметр цилиндрической втулки упругого элемента.
Скважинный фильтр работает следующим образом.
Жидкость с механическими примесями различных размеров поступает извне через щелевые отверстия, образованные витками проволоки 6, при этом от откачиваемой скважинным, например штанговым или центробежным, насосом 3 жидкой среды отделяются крупные примеси, размер которых превышает размер щелевых отверстий. Частицы с размерами менее ширины щелевых отверстий совместно с продукцией скважины проходят сквозь фильтрующий элемент 4, при этом более крупные частицы
из тех, что прошли сквозь щелевые отверстия постепенно под действием собственного веса оседают в нижней части фильтра, где выполнен сборник 11 механических примесей. Далее очищенная от примесей жидкая среда из фильтра поступает на вход насоса 3.
Данная полезная модель может быть использована в нефтегазовой, горной промышленности и других отраслях промышленности при откачке из скважин различного рода жидких сред с механическими примесями.