Скважинный фильтр
Владельцы патента RU 2334081:
Закрытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "НЕФТЕТРУБОСЕРВИС" (RU)
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при добыче нефти из скважин с помощью скважинных электронасосов. Скважинный Фильтр включает корпус в виде двух коаксиально расположенных труб с боковыми отверстиями для пропуска фильтруемой жидкости, две конусные втулки, соединяющие концы фильтрующего элемента с концами труб. В пространстве между трубами закреплен фильтрующий элемент. К корпусу фильтра прикреплены с помощью резьбовых соединений верхний и нижний замки с центраторами. В верхней части фильтра расположен электроакустический преобразователь, снабженный устройством для его подключения к токоподводящему кабелю. Длина фильтра и длина фильтрующего элемента кратны длине полуволны ультразвуковых колебаний, возбуждаемых электроакустическим преобразователем. Техническим результатом является сохранение рабочего дебита скважины путем многократного восстановления пропускной способности фильтра за счет его регенерации без извлечения из скважины. 6 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при добыче нефти из скважин, в частности при заканчивании скважин.
Эксплуатация нефтегазопромысловых скважин часто осложняется развитием процессов кольматации и осаждения твердых частиц в элементах скважинных фильтров, что затрудняет работу скважинных насосов и сокращает продолжительность их эксплуатации. Извлечение скважинных фильтров на поверхность для очистки фильтрующих элементов или для их замены связано с дополнительными расходами и с потерей производительности, поэтому на решение проблемы регенерации скважинных фильтров без извлечения их из скважины направлены многие технические решения.
Из описания к авт. свид. СССР №1749446, кл. Е21В 43/08, опубл. 23.07.94 г. [1], известен скважинный фильтр, включающий корпус в виде двух коаксиально расположенных перфорированных труб и закрепленного между ними фильтрующего элемента, который состоит из приводных корундовых кругов, образующих фильтрационные щели. Саморегенерация фильтра происходит в процессе его работы за счет вращения корундовых кругов и происходящего при этом разрушения и измельчения твердой фракции и выноса ее с пластовым флюидом на поверхность. Недостаточная фильтрующая способность является препятствием для широкого внедрения изобретения [1] в практику добычи углеводородного сырья.
Из описания к авт. свид. СССР №1335681, кл. Е21В 43/08, 43/28, опубл. 07.09.87 г. [2], известен скважинный фильтр, включающий фильтрующие элементы, выполненные с возможностью регенерации. Эти элементы состоят из расположенных с зазорами и скрепленных стяжками дисков, которые заполнены магнитным материалом. В полости фильтра установлен с возможностью вертикального перемещения источник колебаний, который выполнен в виде электромеханического преобразователя, имеющего излучатель переменного магнитного поля. Под влиянием переменного магнитного поля в дисках, составляющих фильтрующий элемент, возбуждаются механические колебания. При перемещении излучателя вдоль оси фильтра направление механических колебаний меняется, что препятствует развитию процессов кольматации и осаждения твердых частиц в междисковом пространстве. Однако необходимость перемещения излучателя связана с усложнением конструкции фильтра и дополнительными эксплуатационными расходами, что является недостатком фильтра [2].
Из описания к патенту RU 2161696 С2, кл. Е21В 43/08, опубл. 10.01.2001 г. [3], известен скважинный фильтр, включающий перфорированную приемную трубу и фильтрующий элемент в виде сетки. Очистка фильтра осуществляется в процессе работы путем создания периодических гидравлических импульсов через фильтрующий элемент в обратном направлении. Следует отметить, что конструкция фильтра [3] значительно усложнена наличием дополнительного патрубка с фрикционным башмаком для фиксации в обсадной колонне скважины. Фильтр [3] может работать только со штанговым насосом, и конструкция этого фильтра не обеспечивает полного удаления скопившихся на поверхности фильтрующего элемента твердых отложений. Предусмотренная на случай засорения фильтрующего элемента подача скважинной жидкости через отверстия грубой фильтрации не может обеспечить высокой степени очистки. Кроме того, неизбежный износ подвижных деталей сокращает период межремонтной эксплуатации фильтра [3].
Техническим результатом настоящего изобретения является сохранение рабочего дебита скважины путем многократного восстановления пропускной способности фильтра за счет его регенерации без извлечения из скважины.
Упомянутый результат достигается в скважинном фильтре, включающем корпус в виде двух коаксиально расположенных труб с боковыми отверстиями для пропуска фильтруемой жидкости, фильтрующий элемент, закрепленный в пространстве между трубами корпуса, прикрепленные к корпусу с помощью резьбовых соединений верхний и нижний замки с центраторами, две конусные втулки, соединяющие концы фильтрующего элемента с концами труб, составляющих корпус фильтра, и расположенный в верхней части фильтра электроакустический преобразователь, снабженный устройством для его подключения к токоподводящему кабелю, при этом длина фильтра и длина фильтрующего элемента кратны длине полуволны упругих колебаний, возбуждаемых электроакустическим преобразователем.
Изобретение имеет следующие частные случаи выполнения.
В качестве электроакустического преобразователя может быть использован ультразвуковой преобразователь.
Фильтрующий элемент состоит из двух сеток - наружной дренажной сетки и внутренней фильтрующей сетки, обе сетки выполнены в виде труб, имеющих боковые отверстия, боковые отверстия в наружной трубе корпуса и в сетках фильтрующего элемента имеют вид продольных щелей, отделенных друг от друга перемычками.
Размер каждой из перемычек между щелями в наружной труб корпуса и в сетках фильтрующего элемента составляет от 0,1 до 0,2 длины соответствующих щелей.
Узлы функции распределения стоячей волны смещений упругих колебаний, возбуждаемых электроакустическим преобразователем, могут быть расположены в перемычках между щелями, выполненными в наружной трубе корпуса фильтра.
Электроакустический преобразователь с устройством для подключения его к токоподводящему кабелю вмонтирован в нижнюю часть верхнего замка.
Трубы корпуса изготовлены из углеродистой легированной стали, фильтрующий элемент изготовлен из нержавеющей стали, между фильтрующим элементом и корпусом в местах соединения их концов установлены кольца из электроизоляционного материала, при этом корпус и фильтрующий элемент выполнены с возможностью их подключения к источнику постоянного тока так, что при подаче на них напряжения фильтрующий элемент является анодом, а корпус является катодом.
Существо изобретения поясняется следующими чертежами.
Фиг.1 - общий вид фильтра, частичный продольный разрез.
Фиг.2 - узел А на фиг.1, масштаб увеличен.
Фиг.3 - форма и расположение боковых отверстий, выполненных во внутренней трубе корпуса.
Фиг.4 - форма и расположение боковых отверстий а) фильтрующей сетки, b) дренажной сетки и с) наружной трубы корпуса.
На фиг.1 изображен случай выполнения изобретения при снабжении фильтра ультразвуковым преобразователем. Корпус фильтра состоит из двух коаксиально расположенных труб - наружной трубы 1 и внутренней трубы 2. В трубах 1 и 2 выполнены боковые отверстия, служащие для пропуска фильтруемой жидкости. Фильтрующий элемент состоит из двух сеток - наружной дренажной сетки 3 и внутренней фильтрующей сетки 4. Сетки 3 и 4 выполнены в виде труб с боковыми отверстиями для пропуска фильтруемой жидкости. Форма и расположение боковых отверстий, выполненных во внутренней трубе 2 корпуса, показаны на фиг.3. Отверстия в стенках наружной трубы 1 и отверстия в сетках 3 и 4 фильтрующего элемента имеют вид продольных щелей 5, отделенных друг от друга перемычками 6 (см. фиг.4). Сверху и снизу к корпусу посредством резьбовых соединений прикреплены соответственно верхний и нижний замки 7 и 8 с верхним и нижним центраторами 9 и 10. Как показано на фиг.1 и 2, верхние и нижние концы сеток 3 и 4 фильтрующего элемента соединены с верхними и нижними концами труб 1 и 2 с помощью верхней и нижней конусных втулок 11 и 12. Длина фильтра и длина фильтрующего элемента обозначены Lф и Lфэ соответственно (см. фиг.1).
У наружной трубы 1 корпуса и у обеих сеток 3 и 4 фильтрующего элемента размер каждой из перемычек 6 может быть выбран из интервала от 0,1 до 0,2 длины соответствующих продольных щелей 5. Выбор этого интервала основан на экспериментальных данных, представленных в прилагаемых таблицах 1-3.
В нижнюю часть верхнего замка 7 вмонтирован ультразвуковой преобразователь 13 с устройством 14 для подключения его к токоподводящему кабелю 15. На фиг.1 показан примерный вид эпюры амплитуд ξ и частот f колебаний, возникающих в процессе работы преобразователя 13.
Узлы стоячей волны смещений ультразвуковых продольных колебаний, возбуждаемых ультразвуковым преобразователем 13, расположены в перемычках 6 между щелями 5 в наружной трубе 1 корпуса.
В частном случае выполнения изобретения трубы 1 и 2 корпуса могут быть изготовлены из углеродистой легированной стали, а детали фильтрующего элемента - из нержавеющей стали. В этом случае между фильтрующим элементом и корпусом в местах соединения их концов устанавливают кольца 16 из электроизоляционного материала (см. фиг.2). Корпус и фильтрующий элемент соединены с источником постоянного тока (на чертежах не показан) так, что при подаче на них электрического напряжения фильтрующий элемент является анодом, а корпус - катодом.
Скважинный фильтр работает следующим образом.
Фильтр с электроцентробежным насосом спускают в скважину и приступают к извлечению нефтепродукта. В процессе работы после снижения коэффициента продуктивности ниже определенного уровня подключают электроакустический преобразователь (в частном случае ультразвуковой преобразователь 13) к расположенному на поверхности генератору (на чертежах не показан). Упругие колебания передаются от преобразователя 13 деталям фильтра. В результате упругих колебаний осуществляется очистка фильтра от кольматанта, солей и всякого рода новообразований. Таким образом, пропускная способность фильтра восстанавливается. Операции по регенерации фильтра могут повторяться многократно без его извлечения из скважины на поверхность.
В случае изготовления корпуса фильтра из углеродистой легированной стали, а фильтрующего элемента - из нержавеющей стали, фильтрующий элемент и корпус подключают к источнику постоянного тока так, что фильтрующий элемент является анодом, а корпус - катодом. В таком случае совместное воздействие двух факторов - упругих колебаний деталей фильтра и частичного электролиза фильтруемой жидкости - приводит к существенному ускорению процесса декольматации. Применение такой технологии регенерации особенно эффективно при осаждении на деталях фильтра солей магния и кальция.
В соответствие с данным описанием был изготовлен опытный образец скважинного фильтра. Испытания этого образца в производственных условиях показали стабильность дебита скважины на протяжении длительного периода ее эксплуатации.
| Таблица 1 | |||||
| Влияние отношения Lп/Lщ на параметры очистки фильтрующей сетки | |||||
| № п/п | Размеры, мм | Отношение Lп/Lщ | Параметры | ||
| Размер перемычки, Lп | Длина щели, Lщ | Степень очистки, % | Начало трещинообразования, мин | ||
| 1 | 0,36 | 9,00 | 0,04 | 72 | 163 |
| 2 | 0,90 | 9,00 | 0,10 | 92 | 1118 |
| 3 | 1,00 | 9,00 | 0,11 | 97 | 1254 |
| 4 | 1,35 | 9,00 | 0,15 | 98 | 1248 |
| 5 | 2,00 | 9,00 | 0,22 | 63 | 858 |
| Таблица 2 | |||||
| Влияние отношения Lп/Lщ на параметры очистки дренажной сетки | |||||
| № п/п | Размеры, мм | Отношение Lп/Lщ | Параметры | ||
| Размер перемычки, Lп | Длина щели Lщ | Степень очистки, % | Начало трещинообразования, мин | ||
| 1 | 1,20 | 18,0 | 0,06 | 68 | 381 |
| 2 | 2,16 | 18,0 | 0,12 | 90 | 1998 |
| 3 | 2,70 | 18,0 | 0,15 | 95 | 2476 |
| 4 | 3,60 | 18,0 | 0,20 | 96 | 2354 |
| 5 | 4,50 | 18,0 | 0,25 | 59 | 1268 |
| Таблица 3 | |||||
| Влияние отношения Lп/Lщ на параметры очистки наружной трубы корпуса фильтра | |||||
| № п/п | Размеры, мм | Отношение Lп/Lщ | Параметры | ||
| Размер перемычки, Lп | Длина щели, Lщ | Степень очистки, % | Начало трещинообразования, мин | ||
| 1 | 6,50 | 72,0 | 0,09 | 43 | 1220 |
| 2 | 8,64 | 72,0 | 0,12 | 93 | 3971 |
| 3 | 14,50 | 72,0 | 0,20 | 96 | 4581 |
| 4 | 17,28 | 72,0 | 0,24 | 94 | 3872 |
| 5 | 21,50 | 72,0 | 0,30 | 58 | 2164 |
Технический результат (цель) изобретения - сохранение рабочего дебита скважины путем многократного восстановления пропускной способности фильтра за счет его регенерации без извлечения из скважины.
Перечень названий деталей
1. наружная труба корпуса,
2. внутренняя труба корпуса,
3. наружная дренажная сетка фильтрующего элемента,
4. внутренняя сетка фильтрующего элемента окончательной очистки,
5. продольные щели в наружной трубе корпуса и в сетках фильтрующего элемента,
6. перемычка,
7. верхний замок,
8. нижний замок,
9. верхний центратор,
10. нижний центратор,
11. верхняя конусная втулка,
12. нижняя конусная втулка,
13. электроакустический преобразователь,
14. устройство для подключения электроакустического преобразователя к токоподводящему кабелю,
15. токоподводящий кабель,
16. кольцо из электроизоляционного материала.
1. Скважинный фильтр, включающий корпус в виде двух коаксиально расположенных труб с боковыми отверстиями для пропуска фильтруемой жидкости, фильтрующий элемент, закрепленный в пространстве между трубами корпуса, прикрепленные к корпусу с помощью резьбовых соединений верхний и нижний замки с центраторами, две конусные втулки, соединяющие концы фильтрующего элемента с концами труб, составляющих корпус фильтра, и расположенный в верхней части фильтра электроакустический преобразователь, снабженный устройством для его подключения к токоподводящему кабелю, при этом длина фильтра и длина фильтрующего элемента кратны длине полуволны упругих колебаний, возбуждаемых электроакустическим преобразователем.
2. Скважинный фильтр по п.1, отличающийся тем, что в качестве электроакустического преобразователя использован ультразвуковой преобразователь.
3. Скважинный фильтр по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что фильтрующий элемент состоит из двух сеток - наружной дренажной сетки и внутренней фильтрующей сетки, обе сетки выполнены в виде труб, имеющих боковые отверстия, боковые отверстия в наружной трубе корпуса и в сетках фильтрующего элемента имеют вид продольных щелей, отделенных друг от друга перемычками.
4. Скважинный фильтр по п.3, отличающийся тем, что размер каждой из перемычек между щелями в наружной трубе корпуса и в сетках фильтрующего элемента составляет от 0,1 до 0,2 длины соответствующих щелей.
5. Скважинный фильтр по п.3, отличающийся тем, что узлы функции распределения стоячей волны смещений упругих колебаний, возбуждаемых электроакустическим преобразователем, расположены в перемычках между щелями, выполненными в наружной трубе корпуса фильтра.
6. Скважинный фильтр по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что электроакустический преобразователь с устройством для подключения его к токоподводящему кабелю вмонтирован в нижнюю часть верхнего замка.
7. Скважинный фильтр по одному из п.1 или 2, отличающийся тем, что трубы корпуса изготовлены из углеродистой легированной стали, фильтрующий элемент изготовлен из нержавеющей стали, между фильтрующим элементом и корпусом в местах соединения их концов установлены кольца из электроизоляционного материала, при этом корпус и фильтрующий элемент выполнены с возможностью их подключения к источнику постоянного тока так, что при подаче на них напряжения фильтрующий элемент является анодом, а корпус является катодом.
