Скважинный фильтр и способ его сборки

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности. Скважинный фильтр содержит дренажную и фильтрующую сетки, защитный перфорированный кожух, установленные концентрично на трубе. На боковой поверхности трубы в отверстиях герметично установлены срезаемые пробки. Пробки выполнены пустотелыми со ступенчатым отверстием и упорным буртом с одной стороны и донышком с другой. Переход с отверстия большего диаметра, расположенного ближе к упорному бурту, на меньший, расположенный ближе к донышку пробки, выполнен в виде конуса. Во время сборки фильтра каждая пробка устанавливается в отверстие, выполненное в трубе. Далее в пробку вставляется стержень, диаметр которого соответствует большему диаметру отверстия пробки. На стержень воздействуют ударным инструментом, при этом стержень доходит до упора в дно пробки. Наружный диаметр пробки увеличивается и пробка фиксируется в отверстии. После удара стержень извлекается. Техническим результатом является повышение надежности герметизации срезаемых пробок, снижение трудоемкости их установки, однозначная осевая ориентация пробок в определенном положении для их гарантированного среза при вводе фильтра в эксплуатацию, снижение стоимости фильтра. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при оборудовании газовых, нефтяных, а также водозаборных скважин в интервале продуктивного пласта для фильтрации добываемого продукта от частиц породы.

Известен скважинный фильтр по патенту на изобретение №2284408. Фильтр включает фильтрующую оболочку, базовый элемент в виде трубы, продольные элементы в виде стержней и опорные кольца. При этом опорные кольца выполнены с наружными пазами под продольные элементы и внутренними пазами. Внутренние пазы образуют с базовым элементом продольные каналы. Продольные элементы выполнены из стержней в виде прямоугольных треугольников. Катеты последних образуют наружный диаметр фильтрующей оболочки. Острые углы стержней в виде прямоугольных треугольников установлены в продольных каналах с образованием односторонних расширений и обеспечением направленных потоков фильтруемого агента. Недостатком фильтра является высокая трудоемкость изготовления, связанная с установкой стержней, а также наличие открытых отверстий, что делает невозможной промывку скважины после установки фильтров в скважине.

Известен скважинный фильтр по патенту РФ на изобретение №2245995. Фильтр содержит полый цилиндрический корпус, фильтрующие элементы с щелевидными пазами, выполненными в стенке корпуса за счет пересечения винтовых пазов на его наружной поверхности с продольными пазами на его внутренней поверхности и деформации выступов на наружной поверхности корпуса. Поверхности выступов, образующие щелевидные пазы, параллельны друг другу, выступы снабжены винтовыми угловыми скосами и канавками, выполненными на наружной поверхности. Изобретение развито в зависимых пунктах. Способ изготовления скважинного фильтра, включающий выполнение на наружной поверхности корпуса винтовых пазов, а на внутренней его поверхности - продольных пазов, пересекающихся одних с другими, пластическое деформирование выступов на наружной поверхности корпуса, заключается в том, что перед пластическим деформированием выступов на них выполняют винтовые угловые скосы с величиной угла, равной 1-45° по отношению к оси трубы, а на средних частях выступов выполняют винтовые угловые канавки с величиной угла 90-170° относительно осей поперечных сечений корпуса через вершины угла, причем стороны углов располагают симметрично относительно осей поперечных сечений корпуса через вершины угла. Недостатком фильтра является высокая трудоемкость изготовления трубы с пазами, расположенными внутри проходного отверстия, а также нарезка винтового паза. При этом снижается механическая прочность фильтра и увеличиваются объемы механической обработки.

Известен скважинный фильтр по патенту РФ на изобретение №2256780. Фильтр состоит из трубчатого фильтрующего устройства, включающего металлический корпус с перфорированным участком, и фиксирующих указанное устройство в обсадной колонне элементов. Оба фиксирующих элемента выполнены в виде резиновых уплотняющих манжет, перекрывающих с обеих сторон по оси обсадной колонны зону ее перфорации, открывающей доступ добываемой из пласта жидкости на фильтр. Корпус имеет две раздающиеся по диаметру и жестко прижимающиеся к обсадной колонне части с указанными манжетами, под которыми участок корпуса более пластичный, чем указанный перфорированный участок, выполненный из металла повышенной твердости. При этом обеспечивается сквозной свободный проход специального оборудования через внутреннее сечение фильтра для одновременной или поочередной эксплуатации нижележащих или вышележащих продуктивных пластов. Недостатком фильтра является его сложная конструкция.

Известен скважинный фильтр по патенту РФ на изобретение №2259472. Фильтр содержит трубу, с выполненными на ее боковой поверхности спиральными рядами отверстий, в которых герметично установлены срезаемые пробки, по меньшей мере, одну фильтрующую сетку и защитный кожух с отверстиями, установленные концентрично на трубе. Защитный кожух выполнен из нескольких уложенных встык по длине трубы листов, продольные стыки которых, а также ряды отверстий на соседних листах смещены относительно друг друга в окружном направлении. Отверстия в защитном кожухе и трубе могут быть смещены относительно друг друга. Концы кожуха и фильтрующей сетки с торцов могут быть закрыты ограничительными кольцами, зафиксированными на трубе. Фильтрующая сетка с мелкими ячейками может быть установлена между двумя слоями фильтрующей сетки с крупными ячейками. Пробки могут быть выполнены пустотелыми, а площадь отверстий защитного кожуха может быть больше площади проходного сечения трубы. Недостатком фильтра является высокая трудоемкость изготовления, связанная с установкой герметичных пробок.

Известен скважинный фильтр по патенту на полезную модель РФ №16758 - прототип. Скважинный фильтр содержит трубу с отверстиями, на боковой поверхности которой герметично установлены срезаемые пробки. Фильтр дополнительно содержит, по меньшей мере, одну фильтрующую сетку и защитный перфорированный кожух, установленные концентрично трубе. Скважинный фильтр дополнительно содержит дренажную сетку. Площадь отверстий защитного перфорированного кожуха в 3...7 раз больше площади проходного сечения трубы. Фильтрующая сетка скважинного фильтра имеет ячейки размером 0,1...1,0 мм. Дренажная сетка скважинного фильтра имеет размер ячеек больше, чем размер ячеек у фильтрующей сетки.

Недостатком фильтра является низкая надежность герметизации срезаемых пробок, высокая трудоемкость их установки, а также отсутствие фиксации до упора в определенном положении при ввертывании пробок в резьбовые отверстия в трубе. Как следствие, это приводит к тому, что часть пробок недостаточно выступает внутрь трубы и в дальнейшем не срезается долотом при вводе фильтра в эксплуатацию, а другая часть не обеспечивает необходимую герметизацию фильтра во время его установки.

Задача создания изобретения: повышение надежности герметизации срезаемых пробок, снижение трудоемкости их установки, однозначная осевая ориентация пробок в определенном положении для их гарантированного среза при вводе фильтра в эксплуатацию, снижение стоимости фильтра.

Решение указанных задач достигнуто за счет новой конструкции пробок фильтра и нового способа сборки. Скважинный фильтр содержит дренажную и фильтрующую сетки, защитный перфорированный кожух, установленные концентрично на трубе. На боковой поверхности трубы в отверстиях герметично установлены срезаемые пробки. Пробки выполнены пустотелыми со ступенчатым отверстием и упорным буртом с одной стороны и донышком с другой, причем переход с отверстия большего диаметра, расположенного ближе к упорному бурту, на меньший, расположенный ближе к донышку пробки, выполнен в виде конуса. Отверстия в трубе выполнены с расточкой под упорный бурт пробки, причем диаметр расточки больше диаметра упорного бурта пробки, а ее глубина обеспечивает установку пробки заподлицо с боковой поверхностью трубы. Между упорным буртом пробки и поверхностью трубы в расточке установлены уплотнительные кольца. Профиль кольцевой поверхности упорного бурта пробки контактирующего с кольцом повторяет профиль уплотнительного кольца. Уплотнительные кольца выполнены прямоугольного или круглого сечения. На уровне внутренней поверхности трубы на наружной стороне пробок выполнены концентраторы напряжения в виде кольцевых проточек. Пробки выполнены из коррозионно-стойкой стали. Пробки выполнены из стали, предназначенной для холодной деформации. Во время сборки фильтра каждая пробка устанавливается в отверстие, выполненное в трубе, после чего в пробку вставляется стержень, диаметр которого соответствует большему диаметру отверстия пробки, на стержень воздействуют ударным инструментом, при этом стержень доходит до упора в дно пробки, наружный диаметр пробки увеличивается и пробка фиксируется в отверстии. После удара стержень извлекается. Перед установкой пробки между ее упорным буртом и поверхностью трубы в расточке для повышения герметичности может устанавливаться уплотнительное кольцо. Стержень извлекается воздействием ударного инструмента на его выступающую часть с разных сторон перпендикулярно оси.

Проведенные патентные исследования показали, что предложенное техническое решение обладает новизной, промышленной применимостью и изобретательским уровнем, т.е. удовлетворяет критериям изобретения. Изобретательский уровень подтверждается тем, что новая совокупность существенных признаков обеспечивает получение нового технического результата.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 приведен скважинный фильтр,

на фиг.2 приведен разрез фильтра А-А в месте установки пробки,

на фиг.3 и фиг.4 - подготовка отверстия в трубе,

на фиг.5 - пробка в отверстии трубы перед ее фиксацией,

на фиг.6 - пробка, зафиксированная в отверстии трубы,

на фиг.7 - пробка в увеличенном масштабе,

на фиг.8 - выносной элемент «В».

Скважинный фильтр (фиг.1...8) состоит из дренажной сетки 1 и фильтрующей сетки 2, защитного перфорированного кожуха 3, установленных концентрично на трубе 4. На боковой поверхности трубы 4 в отверстиях герметично установлены срезаемые пробки 5. Пробки 5 выполнены пустотелыми со ступенчатым отверстием и упорным буртом 6 с одной стороны и дном 7 с другой, причем переход с отверстия большего диаметра, расположенного ближе к упорному бурту 6, на меньший, расположенный ближе к донышку пробки, выполнен в виде конуса 8. Отверстия в трубе 4 выполнены с расточкой 9 под упорный бурт 6 пробки 5, причем диаметр расточки больше диаметра упорного бурта 6 пробки 5, а ее глубина обеспечивает установку пробки 5 заподлицо с боковой поверхностью трубы 10. Между упорным буртом 6 пробки 5 и поверхностью трубы 4 в расточке установлены уплотнительные кольца 11. Профиль кольцевой поверхности 12 упорного бурта пробки 6, контактирующего с уплотнительным кольцом 11, повторяет профиль уплотнительного кольца. Уплотнительные кольца 11 выполнены прямоугольного или круглого сечения. На уровне внутренней поверхности трубы на наружной стороне пробок 5 выполнен концентратор напряжения в виде проточки 13. Пробки 5 могут быть выполнены из коррозионно-стойкой стали. Пробки 5 могут быть выполнены из стали, предназначенной для холодной деформации. Во время сборки фильтра каждая пробка 5 устанавливается в отверстие, выполненное в трубе 4, после чего в пробку 5 вставляется стержень 14, диаметр которого соответствует большему диаметру отверстия пробки 5, на стержень воздействуют ударным инструментом, при этом стержень 14 доходит до упора в дно 7 пробки, наружный диаметр пробки 5 увеличивается и пробка 5 фиксируется в отверстии. После удара стержень 14 извлекается. Перед установкой пробки 5 между ее упорным буртом 6 и поверхностью трубы 4 в расточке для повышения герметичности может устанавливаться уплотнительное кольцо 11. Стержень 14 извлекается воздействием ударного инструмента на его выступающую часть с разных сторон перпендикулярно оси.

Скважинный фильтр работает следующим образом:

В трубе 4 сверлятся отверстия «Б». Фрезой 15 с направляющим хвостовиком 16, диаметр которого соответствует диаметру отверстия «А», выполняется расточка 9 под упорный бурт 6 пробки 5. В процессе сборки фильтра на стержень 13, установленный в большем диаметре пробки 5, воздействуют ударным инструментом, например молотком. Стержень доходит до упора в дно 7 пробки 5, диаметр пробки 5 увеличивается и она надежно фиксируется в теле трубы 4, при этом в месте концентратора напряжения, образованного проточкой 13, возникают растягивающие и изгибающие нагрузки, позволяющие в дальнейшем легко срезать выступающую внутрь трубы пробку 5 с дном 7. Собранный фильтр соединяется на резьбе 17 и 18 с колонной обсадных труб, другими фильтрами (на фиг. не показаны) и устанавливается в продуктивном горизонте скважины. После промывки скважины и цементирования осадной колонны интервал, в котором установлены фильтры, прорабатывается породоразрушающим инструментом, например долотом. При этом пробки 5 срезаются в местах проточек 13, образующих концентратор напряжения, отверстия в пробках открываются, через дренажную 1 и фильтрующую 2 сетки в трубу 4 поступает добываемый продукт (нефть, газ или вода), очищенный от посторонних включений.

Применение изобретения позволило:

1. Обеспечить надежную герметизацию пробок

2. Ускорить монтаж пробок в трубе фильтра

3. Снизить стоимость фильтра и трудоемкость сборки.

1. Скважинный фильтр, содержащий дренажную и фильтрующую сетки, защитный перфорированный кожух, установленные концентрично на трубе, на боковой поверхности которой в отверстиях герметично установлены срезаемые пробки, отличающийся тем, что пробки выполнены пустотелыми со ступенчатым отверстием и упорным буртом с одной стороны и донышком с другой, причем переход с отверстия большего диаметра, расположенного ближе к упорному бурту, на меньший, расположенный ближе к донышку пробки, выполнен в виде конуса.

2. Скважинный фильтр по п.1, отличающийся тем, что отверстия в трубе выполнены с расточкой под упорный бурт пробки, причем диаметр расточки больше диаметра упорного бурта пробки, а ее глубина обеспечивает установку пробки заподлицо с боковой поверхностью трубы.

3. Скважинный фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что между упорным буртом пробки и поверхностью трубы в расточке установлены уплотнительные кольца.

4. Скважинный фильтр по п.3, отличающийся тем, что профиль кольцевой поверхности упорного бурта пробки, контактирующего с уплотнительным кольцом, повторяет профиль уплотнительного кольца.

5. Скважинный фильтр по п.3, отличающийся тем, что уплотнительные кольца выполнены прямоугольного сечения.

6. Скважинный фильтр по п.3, отличающийся тем, что уплотнительные кольца выполнены круглого сечения.

7. Скважинный фильтр по п.1, отличающийся тем, что на уровне внутренней поверхности трубы на наружной стороне пробок выполнены концентраторы напряжения в виде кольцевых проточек.

8. Скважинный фильтр по п.1, отличающийся тем, что пробки выполнены из коррозионно-стойкой стали.

9. Скважинный фильтр по п.1, отличающийся тем, что пробки выполнены из стали, предназначенной для холодной деформации.

10. Способ сборки фильтра, отличающийся тем, что пробка устанавливается в отверстие, выполненное в трубе, после чего в пробку вставляется стержень, диаметр которого соответствует большему диаметру отверстия пробки, на стержень воздействуют ударным инструментом, при этом стержень доходит до упора в дно пробки, наружный диаметр пробки увеличивается и пробка фиксируется в отверстии, после удара стержень извлекается.

11. Способ сборки фильтра, отличающийся тем, что перед установкой пробки между ее упорным буртом и поверхностью трубы в расточке устанавливается уплотнительное кольцо.

12. Способ сборки фильтра, отличающийся тем, что стержень извлекается воздействием ударного инструмента на его выступающую часть с разных сторон перпендикулярно оси.