Скважинное фильтрующее устройство

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при добыче жидкостей и газов из недр земли. Скважинное фильтрующее устройство включает муфту и ниппель, несущий каркас, выполненный из перфорированной трубы, фильтрующий элемент, установленный на несущем каркасе и закрытый снаружи защитным кожухом с отверстиями. Защитный кожух выполнен из металлического листа с просечкой в нем отверстий некруглой формой, выполненной не по всему периметру отверстий и с отгибом просеченных элементов. Отогнутая часть просеченных элементов выполнена с возможностью предотвращения попадания породы внутрь при спуске фильтрующего устройства в скважину. Техническим результатом является увеличение пропускной способности. 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при добыче жидкости и газов из недр в составе обсадной или эксплуатационной колонны.

Известен скважинный фильтр, представляющий собой стальную трубу с отверстиями, на которую намотана профилированная проволока (Гаврилко В.М. Фильтры буровых скважин. М.: Недра, 1985, с.7-9).

Основным недостатком такой конструкции является изменение межвитковых промежутков при установке фильтра в скважину, отсутствие защиты фильтрующей сетки от механических воздействий в процессе транспортировки и установки фильтра, что отрицательно сказывается на качестве фильтрации.

Известен скважинный фильтр, состоящий из несущего трубчатого перфорированного каркаса и волокнистого фильтрующего покрытия, выполненного в виде отдельных пластин из проволочного нетканого материала, жестко закрепленных внахлест при помощи сварки и пайки на трубчатом каркасе фильтра против перфорационных отверстий (авт. свидетельство СССР №941548, МКИ 3 Е21В 43/08, опубл. 1982).

Основным недостатком данной конструкции является наличие сварных зон, что со временем активизирует процессы коррозии металла. Плотное прилегание фильтрующего элемента к перфорированной трубе существенно уменьшает зону фильтрации, которая ограничена площадью отверстия в трубе. Отсутствует защита фильтрующего элемента от механических воздействий в процессе транспортировки и установки фильтра.

Известно скважинное фильтрующее устройство по св. РФ на полезную модель №16758, прототип. Это скважинное фильтрующее устройство содержит перфорированную трубу, муфту и ниппель, фильтрующее устройство, защищенное защитным кожухом с отверстиями круглой формы, и дренажный слой, расположенный между фильтрующим элементом и трубой. Защитный кожух предотвращает повреждение фильтрующего элемента при его спуске в скважину.

Недостатком этого фильтра является низкая пропускная способность фильтра, связанная с тем, что площадь отверстий в защитном кожухе невелика. Увеличение диаметра отверстий и их количества приведет к большей вероятности повреждения фильтрующего элемента или попаданию в породы при его спуске в скважину, а также к ослаблению защитного кожуха.

Скважинное фильтрующее устройство выполнено неразборным, т.е. оно не очищается и не ремонтируется в процессе эксплуатации. Такие фильтры используются преимущественно в составе обсадной колонны. Если эти фильтры применить в составе НКТ, то при регламентных работах их меняют, т. к. они не подлежат ремонту.

Задачи создания изобретения: увеличение пропускной способности фильтра при одновременном предотвращении попадания породы в фильтрующий элемент при спуске фильтрующего устройства в скважину.

Решение указанных задач достигнуто за счет того, что скважинное фильтрующее устройство, включающее муфту и ниппель, несущий каркас, выполненный из перфорированной трубы, фильтрующий элемент, установленный на несущем каркасе, закрытый снаружи защитным кожухом с отверстиями, при этом защитный кожух выполнен из металлического листа с просечкой в нем отверстий некруглой формой, выполненной не по всему периметру отверстий, с отгибом просеченных элементов, причем отогнутая часть просечных элементов выполнена с возможностью предотвращения попадания породы внутрь при спуске фильтрующего устройства в скважину. Отогнутая часть просечных элементов может быть отогнута вниз к ниппелю и внутрь к перфорированной трубе, при этом отогнутая часть просечных элементов выполняет роль наружного дренажного слоя. Отогнутая часть просечных элементов может быть отогнута вверх к муфте и одновременно наружу от перфорированной трубы. Отогнутая часть просечных элементов одновременно может быть отогнута вбок. В отверстиях перфорированной трубы могут быть герметично установлены срезаемые пробки. Отверстия в защитном кожухе в виде ромба. Отверстия в защитном кожухе выполнены в виде треугольника. Фильтрующий элемент выполнен из проволоки. Фильтрующий элемент выполнен из проволочной сетки. Фильтрующий элемент выполнен из спрессованной металлической проволоки. Фильтрующий элемент выполнен из нержавеющей стали. Защитный кожух выполнен из нержавеющей стали. Защитный кожух выполнен из нескольких секций.

Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг.1...8:

- на фиг.1 представлен скважинный фильтр с элементами, отогнутыми вниз к ниппелю и в сторону перфорированной трубы,

- на фиг.2 приведен разрез А-А,

- на фиг.3 представлен скважинный фильтр с элементами, отогнутыми вверх и наружу.

- на фиг.4 представлен разрез В-В,

- на фиг.5 представлен разрез А-А варианта скважинного фильтрующего устройства с отгибом просечных элементов вбок,

- на фиг.6 представлен разрез А-А варианта скважинного фильтрующего устройства с пробками,

- на фиг.7 представлен вариант скважинного фильтрующего устройства с фильтрующей и дренажной сетками,

- на фиг.8 приведен фильтрующий элемент из «металлорезины».

Скважинный фильтр (фиг.1) содержит перфорированную трубу 1 с отверстиями «Г, муфту 2, ниппель 3, фильтрующий элемент 4, один или несколько дренажных слоев, например наружный дренажный слой 5 и внутренний 6. Внутренний и наружный дренажные слои могут быть образованы, например, из проволоки спиралевидной намотки. Снаружи установлен защитный кожух 7 с отверстиями «Д» и просечными элементами 8. Фильтрующий элемент 4 установлен на перфорированной трубе 1 концентрично ей. Конструкция фильтрующего элемента 4 может быть любой, например, он может быть выполнен или из проволоки методом ее навивки (щелевой фильтр), из проволочной сетки с размером ячейки от 0,1 до 0,5 мм или из сплетенной и спрессованной в виде полого цилиндра металлической проволоки (металлорезина). Фильтрующий элемент 4 может состоять из нескольких трубчатых фильтрующих элементов, размещенных вдоль оси перфорированной трубы 1 концентрично ей. Металлорезина разработана в Самарском государственном аэрокосмическом университете (ранее Куйбышевский авиационный институт) и применялась преимущественно для демпферов опор двигателей. При изготовлении металлорезины применяется проволока из нержавеющей стали диаметром от 0,1 до 0,5 мм, при этом она сплетается и спрессовывается.

Защитный кожух 7 выполнен из просечного металлического листа (фиг.1 и 3) с просечкой в нем отверстий некруглой формы «Д», выполненной не по всему периметру отверстий, и отогнутыми вверх, или вниз, или вбок, или одновременно вниз и вбок, или одновременно вверх и вбок просечными элементами 8 для предохранения фильтрующего элемента 4 от попадания породы при спуске фильтрующего устройства в скважину.

При этом просечные элементы 8 могут быть отогнуты вниз, внутрь в сторону перфорированной трубы 1, создавая тем самым наружный дренажный слой 5 (фиг.1, 5 и 7), или могут быть отогнуты вверх и наружу от перфорированной трубы 1 (фиг.3 и 4). На фиг.6 приведен вариант скважинного фильтрующего устройства с пробками 9.

На фиг.7 приведен вариант сетчатого фильтра, у которого фильтрующий элемент 4 выполнен из фильтрующей сетки, внутренний дренажный слой 6 выполнен из проволочной сетки, но большего диаметра и с большей ячейкой, чем фильтрующая сетка.

На фиг.8 приведен вариант фильтрующего элемента 4 из прессованной проволоки (металлорезины). Предпочтительный материал для проволоки, сетки и металлорезины - нержавеющая сталь.

Скважинное фильтрующее устройство работает следующим образом.

При опускании фильтра в скважину отогнутые просечные элементы 8 направлены или вниз (фиг.1), или вверх (фиг.2), поэтому порода не попадает в фильтрующий элемент 4, и он не забивается породой.

При работе через отверстия «Д» в защитном кожухе 7 жидкость (вода или нефть) поступает на фильтрацию. Защитный кожух 7 из просечно-вытяжного листа имеет размер ячеек 3-60 мм, а общая площадь отверстий защитного экрана составляет не менее 50% от общей площади защитного кожуха 7. Указанный защитный кожух 7 предотвращает попадание крупных механических примесей на поверхность фильтрующего элемента, предохраняя его от деформации и повреждения и обеспечивая значительно больший срок эксплуатации фильтра. За счет большой площади отверстий «Д» защитного кожуха 7 обеспечивается свободное поступление жидкости к фильтрующему элементу с низким коэффициентом сопротивления. Защитный кожух 7 также выполняет функцию защиты скважинного фильтрующего устройства от механических повреждений в процессе транспортировки и установки. Дренажные слои 5 и 6 (фиг.2) предотвращают соприкосновение защитного кожуха 7 с фильтрующим элементом 4 и фильтрующего элемента 4 с перфорированной трубой 1. Конкретный размер проволоки, используемой для изготовления внутреннего дренажного слоя 5, определяется исходя из гранулометрического состава грунта и соответственно необходимого зазора между защитным кожухом 7 и фильтрующим элементом 4. Зазор между защитным кожухом 7 и фильтрующим элементом 4 обеспечивает использование всей фильтрующей поверхности скважинного фильтрующего устройства, а не только участков, расположенных над отверстиями «Д» в защитном кожухе 7. Попавшая на фильтрующий элемент 4 отфильтрованная жидкость поступает в пространство между фильтрующим элементом 4 и перфорированной трубой 1 и далее движется к отверстиям «Г» в перфорированной трубе 4. Внутренний дренажный слой 6, выполненный из проволоки со спиралевидной намоткой, предотвращает соприкосновение фильтрующего элемента 4 и перфорированной трубы 1, что значительно увеличивает пропускную способность скважинного фильтрующего устройства и обеспечивает равномерное поступление жидкости к отверстиям «Г» в перфорированной трубе 1.

Использование защитного кожуха 7 из просечно-вытяжного листа с размером ячеек 3-60 мм обеспечивает защиту фильтрующего элемента 4 от засорения крупными механическими примесями, а также защищает скважинное фильтрующее устройство от механических повреждений в процессе транспортировки и установки.

Защитный кожух 7 целесообразно выполнить из нержавеющей стали толщиной от 0,6 до 1,2 мм. Общая площадь отверстий «Д» защитного кожуха 7 составляет не менее 50% от общей площади защитного кожуха, это значительно увеличит пропускную способность скважинного фильтрующего устройства. Конкретный размер ячеек в просечно-вытяжном листе (кожухе) определяется исходя из условий эксплуатации фильтра (гранулометрического состава грунта). Между защитным кожухом 7 и фильтрующим элементом 4 должен быть выполнен наружный дренажный слой 5, выполненный в виде проволоки, намотанной по спирали или за счет использования просечных элементов 8, отогнутых внутрь в сторону перфорированной трубы 1. Рекомендуемый диаметр проволоки для дренажного слоя от 0,8 до 2,6 мм. В случае применения проволоки меньшего диаметра эффективность дренажа будет незначительной, а применение проволоки большего диаметра ограничено диаметральными габаритами скважины. При спуске в скважину, особенно горизонтальную, фильтр большого диаметра может прихватить, например, на радиусном участке скважины.

Если применяется вариант фильтра со срезаемыми пробками 9 (фиг.6), то после установки скважинного фильтрующего устройства в скважину его цементируют, спрессовывают, потом срезают пробки 9.

Применение изобретения позволило:

1. Создать фильтр, имеющий очень большую пропускную способность и обладающий хорошими фильтрующими и эксплуатационными свойствами за счет применения просечек некруглой формы и большой относительно площади просеченных отверстий и эффективного применения внутреннего и наружного дренажных слоев.

2. Предотвратить засорение фильтра при его спуске в скважину.

3. Упростить конструкцию фильтра.

4. Снизить себестоимость фильтра.

5. Автоматизировать и механизировать производство фильтра.

6. Обеспечить длительную эксплуатацию фильтра без засорения.

Скважинный фильтр прошел стендовые и промышленные испытания и показал высокую фильтрующую способность и надежность в эксплуатации.

1. Скважинное фильтрующее устройство, включающее муфту и ниппель, несущий каркас, выполненный из перфорированной трубы, фильтрующий элемент, установленный на несущем каркасе, закрытый снаружи защитным кожухом с отверстиями, отличающееся тем, что защитный кожух выполнен из металлического листа с просечкой в нем отверстий некруглой формой, выполненной не по всему периметру отверстий, с отгибом просеченных элементов, причем отогнутая часть просеченных элементов выполнена с возможностью предотвращения попадания породы внутрь при спуске фильтрующего устройства в скважину.

2. Скважинное фильтрующее устройство по п.1, отличающееся тем, что отогнутая часть просечных элементов отогнута вниз к ниппелю и внутрь к перфорированной трубе.

3. Скважинное фильтрующее устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, отогнутая часть просечных элементов выполняет роль наружного дренажного слоя.

4. Скважинное фильтрующее устройство по п.1, отличающееся тем, что отогнутая часть просечных элементов отогнута вверх к муфте и наружу от перфорированной трубы.

5. Скважинное фильтрующее устройство по п.1, или 2, или 4, отличающееся тем, что отогнутая часть просечных элементов одновременно отогнута вбок.

6. Скважинное фильтрующее устройство по п.1, или 2, или 4, отличающееся тем, что в отверстиях перфорированной трубы герметично установлены срезаемые пробки.

7. Скважинное фильтрующее устройство по п.1, или 2, или 4, отличающееся тем, что отверстия в защитном кожухе в виде ромба.

8. Скважинное фильтрующее устройство по п.1, или 2, или 4, отличающееся тем, что отверстия в защитном кожухе выполнены в виде треугольника.

9. Скважинное фильтрующее устройство по п.1, или 2, или 4, отличающееся тем, что фильтрующий элемент выполнен из проволоки.

10. Скважинное фильтрующее устройство по п.9, отличающееся тем, что фильтрующий элемент выполнен из проволочной сетки.

11. Скважинное фильтрующее устройство по п.9, отличающееся тем, что фильтрующий элемент выполнен из спрессованной металлической проволоки.

12. Скважинное фильтрующее устройство по п.1, или 2, или 4, отличающееся тем, что фильтрующий элемент выполнен из нержавеющей стали.

13. Скважинное фильтрующее устройство по п.1, или 2, или 4, отличающееся тем, что защитный кожух выполнен из нержавеющей стали.

14. Скважинное фильтрующее устройство по п.1, или 2, или 4, отличающееся тем, что защитный кожух выполнен из нескольких секций.