СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР

Полезная модель относится к строительству и эксплуатации скважин различного назначения, в частности нефтяных и газовых скважин.
Известен фильтр для нефти, имеющий фильтрующий элемент с проволочной спиральной навивкой, соединенной сваркой между торцами двух корпусов и имеющей входные щели и опорные профили, расположенные внутри указанной навивки и выполненные с сечением в форме равнобедренного треугольника, причем каждый опорный профиль соединен вершиной с внутренней поверхностью проволочной спиральной навивки сваркой таким образом, что их основания образуют внутреннюю решетчатую поверхность фильтрующего элемента (патент WO 2011012177, МПК B01D 29/15, E21B 43/08, публ. 03.02.2011 г.).
Недостаток известного фильтра заключается в низкой надежности крепления проволочной навивки к корпусам, что затрудняет его применение при высоких осевых и радиальных нагрузках из-за возможности разрушения фильтра.
Известны скважинные фильтры, включающие полый корпус с циркуляционными отверстиями, в которых установлены цилиндрические герметизирующие колпачки с глухим отверстием, причем на наружной поверхности корпуса установлен фильтрующий элемент со стрингерами, проволочной навивкой и кольцевыми опорными бандажами с Г-образным сечением, превышающим высоту внешней поверхности проволочной навивки, для жесткого закрепления ее торцевой поверхности, причем концы проволочной навивки закреплены в указанных бандажах (например, патенты RU №49105, МПК E21B 43/11, публ. 10.11.2005 г. RU №52095, МПК E21B 43/11, публ. 10.03.2006 г., RU №52096, МПК E21B 43/11, публ. 10.03.2006 г.).
Недостатком известных скважинных фильтров является низкая надежность, обусловленная отсутствием надежного крепления фильтрующего элемента к корпусу и между опорными бандажами с Г-образным сечением.
Известен скважинный фильтр, включающий полый корпус с радиальными отверстиями для циркуляции жидкости, в которых закреплены перекрывающие полые срезные штифты, причем на наружной поверхности корпуса установлен фильтрующий элемент со стрингерами, проволочной навивкой и кольцевыми опорными бандажами с Г-образным сечением, превышающим высоту внешней поверхности проволочной навивки, для жесткого закрепления торцевой поверхности фильтра на корпусе (патент RU №2435941, МПК E21B 43/11, публ. 10.12.2011 г.).
Недостатком известного устройства является его низкая надежность, обусловленная недостаточно надежным креплением фильтрующего элемента к корпусу и между бандажами с Г-образным сечением.
Известен скважинный фильтр, включающий полый корпус с радиальными отверстиями для циркуляции жидкости, полые срезные штифты с кольцевыми буртами, закрепленные в радиальных отверстиях, выполненных с кольцевой проточкой, образующей с кольцевыми буртами полость для размещения уплотнительного кольца, установленный на наружной поверхности корпуса фильтрующий элемент, соединенный на торцах с корпусом кольцевыми сварочными бандажами и выполненный со стрингерами и проволочной навивкой, причем каждый кольцевой опорный бандаж выполнен с продольным треугольным сечением без превышения высоты внешней поверхности проволочной навивки, жестко закрепляющим торцевую поверхность фильтра (патент RU №2182960, публ. 2002, МПК E21B 43/11).
Недостатком известного устройства является его низкая надежность, обусловленная недостаточно надежным креплением фильтрующего элемента к корпусу простым кольцевым сварочным бандажом без применения защитных колец и опорных кольцевых бандажей.
Наиболее близким к предлагаемому является скважинный фильтр, включающий корпус, выполненный полым с радиальными отверстиями для циркуляции жидкости, полые срезные штифты с кольцевыми буртами, закрепленные в радиальных отверстиях, выполненных с кольцевой проточкой, образующей с кольцевыми буртами полость для размещения уплотнительного кольца, центратор, фильтрующий элемент, соединенный на торцах с наружной поверхностью корпуса кольцевыми сварочными бандажами и выполненный со стрингерами, проволочной навивкой и двумя опорными бандажами в форме колец на концах, два защитных кольца, соединенных с корпусом сварочными швами со стороны, обращенной к фильтрующему элементу, и размещенных с обеих сторон фильтрующего элемента таким образом, что одно из защитных колец размещено между центратором и фильтрующим элементом, причем кольцевые сварочные бандажи не выше внешней поверхности опорных бандажей и защитных колец (патент на полезную модель №47048, МПК E21B 43/08, публ. 10.08.2005 г.).
Недостатком известного скважинного фильтра является его низкая надежность, обусловленная отсутствием надежного крепления фильтрующего элемента к корпусу в связи с тем, что сварочные швы для крепления фильтра к корпусу выполнены только в вертикальном направлении в зазоре между торцами фильтра и защитных колец, не превышая высоту последних. При спуско-подъемных операциях может возникнуть аварийная ситуация, например, прихват колонны, при этом наружная поверхность сварного фильтрующего элемента в силу больших механических сопротивлений испытывает значительные осевые нагрузки, что может привести к деформации, срыву и механическим повреждениям.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надежности скважинного фильтра за счет исключения опасности деформации и механического повреждения его фильтрующего элемента при спуско-подъемных операциях. Кроме того, обеспечены низкие затраты на его изготовление путем снижения трудоемкости, материалоемкости и себестоимости скважинного фильтра.
Технический результат достигается тем, что в скважинном фильтре, включающем корпус, выполненный полым с радиальными отверстиями для циркуляции жидкости, полые срезные штифты с кольцевыми буртами, закрепленные в радиальных отверстиях, выполненных с кольцевой проточкой, образующей с кольцевыми буртами полость для размещения уплотнительного кольца, фильтрующий элемент, соединенный на торцах с наружной поверхностью корпуса первым и вторым кольцевыми сварочными бандажами и выполненный со стрингерами, проволочной навивкой и двумя опорными бандажами в форме колец на концах, центратор, защитное кольцо, соединенное с корпусом сварочным швом со стороны, обращенной к фильтрующему элементу, и размещенное между центратором и фильтрующим элементом, первый и второй кольцевые сварочные бандажи выполнены выше опорных бандажей и соединены с ними по краю внешней их поверхности, при этом второй кольцевой сварочный бандаж соединен с обращенным к нему краем на внешней поверхности защитного кольца.
В опорных бандажах предпочтительно иметь ширину края на их внешней поверхности для соответствующего соединения с первым и вторым кольцевыми сварочными бандажами не менее 1,5 мм.
В защитном кольце предпочтительно иметь ширину края на его внешней поверхности для соединения со вторым кольцевым сварочным бандажом не менее 1,5 мм.
Первый и второй кольцевые сварочные бандажи целесообразно выполнить выше опорных бандажей на величину от 0,5 до 1,5 мм с шириной соответственно от 7 до 11 мм и от 10 до 14 мм.
Второй кольцевой сварочный бандаж предпочтительно выполнить в зазоре между защитным кольцом и фильтрующим элементом.
Первый и второй кольцевые сварочные бандажи в продольном сечении выполнены соответственно в форме, близкой к прямоугольному треугольнику со скругленной вершиной и прямоугольнику с выпуклой верхней стороной.
Первый кольцевой сварочный бандаж целесообразно образовать из внутренних фиксирующих сварочных швов, соединяющих торцевые поверхности всех стрингеров непосредственно с корпусом, и внешнего кольцевого сварочного шва, соединяющего торцевые поверхности опорного бандажа и крайнего витка проволочной навивки с корпусом.
Второй кольцевой сварочный бандаж целесообразно образовать из внутренних фиксирующих сварочных швов, соединяющих торцевые поверхности всех стрингеров непосредственно с корпусом, сварочного шва для соединения защитного кольца с корпусом и внешнего второго кольцевого сварочного шва, сопряженного с обращенными друг к другу краями на внешних поверхностях соответственно защитного кольца и второго бандажа.
Сущность полезной модели заключается в применении специальных надежных кольцевых сварочных бандажей, соединенных с внешней поверхностью опорных бандажей, при использовании одного защитного кольца.
При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному, а, следовательно, заявленная полезная модель соответствует критерию «новизна».
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен общий вид скважинного фильтра в разрезе. На фиг. 2 показано сечение по А-А. На фиг. 3 представлен увеличенный фрагмент Г на фиг. 1. На фиг. 4 представлен увеличенный фрагмент D на фиг. 1.
На фиг. 1-4 приняты следующие обозначения:
1 - корпус (выполненный полым);
2 - радиальные отверстия;
3 - полые срезные штифты;
4 - кольцевая проточка;
5 - кольцевые бурты;
6 - полость;
7 - уплотнительное кольцо;
8 - кольцевая канавка;
9 - стрингеры;
10 - проволочная навивка;
11 - первый опорный бандаж (в форме кольца);
12 - второй опорный бандаж (в форме кольца);
13 - центратор;
14 - защитное кольцо;
15 - первый кольцевой сварочный бандаж (для крепления фильтрующего элемента на корпусе 1);
16 - фиксирующие сварочные швы;
17 - первый кольцевой сварочный шов (в первом кольцевом сварочном бандаже 15);
18 - второй кольцевой сварочный бандаж (для крепления фильтрующего элемента на корпусе 1);
19 - сварочный шов (для соединения защитного кольца 14 с корпусом 1);
20 - второй кольцевой сварочный шов (во втором кольцевом сварочном бандаже 18);
1
S - ширина первого кольцевого сварочного бандажа;
2
S - ширина второго кольцевого сварочного бандажа;
- величина выхода первого и второго кольцевых сварочных бандажей 15, 18 за пределы внешней поверхности соответственно первого и второго опорных бандажей 11, 12;
L - ширина края (на внешней поверхности в первом и втором опорных бандажах 11,12 для соответствующего соединения с первым и вторым кольцевыми сварочными бандажами 15,18).
1
L - ширина края на внешней поверхности защитного кольца 14.
Скважинный фильтр содержит (фиг. 1) корпус 1, выполненный полым с радиальными отверстиями 2 для циркуляции жидкости, в которых закреплены посредством чеканки или вальцевания кромки стенки корпуса 1, перекрывающие полые срезные штифты 3. Каждое радиальное отверстие 2 (фиг. 2) с наружной стороны корпуса 1 выполнено с кольцевой проточкой 4, образующей с кольцевыми буртами 5, выполненными на полых срезных штифтах 3, полость 6 для размещения уплотнительного кольца 7. Полый срезной штифт 3 имеет кольцевую канавку 8 для упрощения его разрушения.
На наружной поверхности корпуса 1 установлен фильтрующий элемент со стрингерами 9 (продольные ребра жесткости), на которых размещена проволочная навивка 10, первым и вторым опорными бандажами 11, 12 в форме колец, установленных на его концах. Только с одной стороны фильтрующего элемента установлен центратор 13 и защитное кольцо 14, закрепленное между центратором 13 и фильтрующим элементом.
1
Фильтрующий элемент на одном своем торце (фиг. 3) соединен с корпусом 1 первым кольцевым сварочным бандажом 15 шириной (S) от 7 до 11 мм, выполненным выше внешней поверхности первого опорного бандажа 11 на величину () от 0,5 до 1,5 мм.
Первый кольцевой сварочный бандаж 15 в продольном сечении выполнен соответственно с формой, близкой к прямоугольному треугольнику со скругленной вершиной и соединен с краем шириной L первого опорного бандажа 11 на его внешней поверхности.
Первый кольцевой сварочный бандаж 15 образован из внутренних фиксирующих сварочных швов 16, соединяющих торцевые поверхности всех стрингеров 9 непосредственно с полым корпусом 1, и внешнего первого кольцевого сварочного шва 17, соединяющего торцевые поверхности первого опорного бандажа 11 и крайнего витка проволочной навивки 10 с корпусом 1. Причем на корпусе 1 может быть установлено несколько фильтрующих элементов. При выполнении первого кольцевого сварочного бандажа 15 комплексным (состоящим из внутренних коренных фиксирующих сварочных швов 16 и внешнего первого кольцевого сварочного шва 17) и сопряженным с краем внешней поверхности первого опорного бандажа 11 отпадает необходимость в защитном кольце со стороны, где нет центратора. Вероятность деформации и разрушения фильтрующего элемента при этом не больше, чем при применении двух защитных колец.
2
Фильтрующий элемент на другом своем торце (фиг. 4) соединен с полым корпусом 1 вторым кольцевым сварочным бандажом 18 шириной (S) от 10 до 14 мм, выполненным выше внешней поверхности второго опорного бандажа 12 на величину () от 0,5 до 1,5 мм. Указанный кольцевой сварочный бандаж 18 выполнен в зазоре между защитным кольцом 14 и обращенным к нему торцем фильтрующего элемента, в продольном сечении имеет форму близкую к прямоугольнику с выпуклой верхней стороной и соединен с краем шириной L на внешней поверхности второго опорного бандажа 12.
Ширина (L) указанного края в первом и втором опорных бандажах 11, 12 на их внешней поверхности не менее 1,5 мм.
1
1
Второй кольцевой сварочный бандаж 18 (фиг. 4) образован из внутренних фиксирующих сварочных швов 16, соединяющих торцевые поверхности всех стрингеров 9 непосредственно с полым корпусом 1, сварочного шва 19 для соединения защитного кольца 14 с корпусом 1 и внешнего кольцевого сварочного шва 20 с выпуклой верхней поверхностью, сопряженного с обращенными друг к другу краями шириной L и L на внешних поверхностях соответственно защитного кольца 14 и второго опорного бандажа 12. В защитном кольце 14 ширина L края на его внешней поверхности для соединения со вторым кольцевым сварочным бандажом 18 не менее 1,5 мм. Первый и второй кольцевые сварочные бандажи 15 и 18 могут быть выполнены с использованием средств автоматической сварки.
При выполнении первого и второго кольцевых сварочных бандажей 15 и 18 комбинированными (состоящими из внутренних коренных фиксирующих сварочных швов 16 и соответствующих внешних первого и второго кольцевых сварочных швов 17 и 20) и сопряженными с краями на внешней поверхности первого и второго опорных бандажей 11 и 12 отпадает необходимость во втором защитном кольце. Вероятность деформации и разрушения фильтрующего элемента при этом не больше, чем при применении двух защитных колец.
Сборочные работы по изготовлению скважинного фильтра включают установку фильтрующего элемента на корпус 1, образование фиксирующих сварочных швов 16 сваркой торцевых поверхностей стрингеров 9 с корпусом 1 и выполнение сварочного шва 19 для соединения защитного кольца 14 с корпусом 1, образование первого кольцевого сварочного бандажа 15 (путем выполнения первого кольцевого сварочного шва 15 для соединения с корпусом 1 поверхностей первого опорного бандажа 11, крайних витков проволочной навивки 10 и фиксирующих сварочных швов 16), а также образование второго кольцевого сварочного бандажа 18 (путем выполнения кольцевого сварочного шва 20 для соединения участков поверхностей второго опорного бандажа 12, крайних витков проволочной навивки 10, фиксирующих сварочных швов 13, сварочного шва 19 и защитного кольца 14).
Скважинные фильтры применяют следующим образом. Скважинные фильтры устанавливают на обсадной колонне и спускают в интервал продуктивного пласта. Затем в обсадную колонну спускают колонну насосно-компрессорных труб с наголовником (не показан) для взаимодействия с полыми срезными штифтами 3. При взаимодействии наголовника с указанными штифтами 3 происходит их разрушение по кольцевой канавке 8 и таким образом, сообщение продуктивного пласта через щелевые зазоры фильтрующего элемента, радиальные отверстия 2 с полостью обсадной колонны.
Преимуществом заявляемого скважинного фильтра является высокая надежность его работы при низких затратах на изготовление благодаря исключению деформации, срыва, механических повреждений путем применения специальных кольцевых сварочных бандажей, выполненных комбинированными для соединения фильтрующего элемента к корпусу с применением одного защитного кольца.