Разборный скважинный фильтр
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при добыче нефти и газа. Разборный скважинный фильтр содержит несущий каркас, выполненный из перфорированной трубы. На трубе между двумя упорами установлены фильтрующие элементы. Каждый фильтрующий элемент выполнен из проволочного материала, запрессованного в перфорированные корпуса, которые установлены на перфорированной трубе с зазором, выполняющим роль внутреннего дренажного слоя. Соседние корпуса частично входят друг в друга за счет того, что одна из сторон корпуса выполнена с кольцевой впадиной, наружный диаметр которой равен или меньше внутреннего диаметра другой стороны корпуса. Техническим результатом является повышение пропускной способности и качества очистки жидкостей и газов, поступающих на фильтрацию, и увеличение срока службы скважинного фильтра. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при добыче жидкости и газов из недр.
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. св. 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.
Известен фильтр по патенту РФ на полезную модель №51664, состоящий из несущего каркаса, выполненного из перфорированной трубы, и фильтрующего покрытия из проволочного нетканого материала, фильтрующее покрытие выполнено в виде трубчатого элемента и установлено на несущем каркасе в пазах опорных колец, зафиксированных переводниками. Между фильтрующим покрытием и несущим каркасом установлен дренажный слой, выполненный в виде спирали из проволоки, намотанной на несущий каркас. Эта спираль, образующая дренажный слой, может быть выполнена из пружинной проволоки. Трубчатый фильтрующий элемент изготовлен из проволочного нетканого материала, полученного путем прессования проволоки (металлорезины). Металлорезина разработана в Самарском государственном аэрокосмическом университете (ранее Куйбышевский авиационный институт) и применялась преимущественно для демпферов опор двигателей. Скважинный фильтр защищен кожухом с отверстиями.
Недостатком известной конструкции фильтра является быстрое засорение фильтрующего элемента механическими примесями. Защитный кожух с отверстиями (радиальными зазорами) не выполняет функцию защиты фильтрующего элемента от засорения крупными частицами механических примесей, выполняя функцию защиты фильтра от механических повреждений в процессе транспортировки и установки. Кроме этого, защитный кожух с радиальными зазорами создает повышенное сопротивление при прохождении жидкости через защитный кожух, что снижает скорость поступления жидкости к фильтрующему элементу и соответственно уменьшает пропускную способность скважинного фильтра.
Известен скважинный фильтр по патенту РФ на полезную модель №35368, прототип. Этот фильтр содержит перфорированную трубу, на которой установлены между двумя упорами фильтрующие элементы. Фильтрующие элементы выполнены в виде металлических колец с щелями на их торцах.
Недостатком фильтра такой конструкции является очень низкая пропускная способность фильтра, обусловленная тем, что щели, имеющие поперечный размер 0,1...0,2 мм и толщину 5...10 мм, имеют очень низкую пропускную способность, т.к. сплошные металлические кольца в процессе фильтрации не участвуют.
Задача изобретения - повышение пропускной способности и качества очистки жидкостей и газов, поступающих на фильтрацию, и увеличение срока службы скважинного фильтра.
Решение указанной задачи достигнуто за счет того, что разборный скважинный фильтр, содержащий несущий каркас, выполненный из перфорированной трубы и установленных на ней между двумя упорами фильтрующих элементов, выполненных в корпусах, при этом каждый фильтрующий элемент выполнен из проволочного материала, запрессованного в перфорированные корпуса, установлен на перфорированной трубе с зазором, выполняющим роль внутреннего дренажного слоя, при этом соседние корпуса частично входят друг в друга за счет того, что одна из сторон корпуса выполнена с кольцевой впадиной, наружный диаметр которой равен или меньше внутреннего диаметра другой стороны корпуса.
Часть длины корпуса равна длине впадины, не заполненной фильтрующими элементами. Во внутреннем дренажном слое вдоль оси фильтра установлено не менее трех отрезков проволоки, закрепленных на поверхности трубы. Во внутреннем дренажном слое установлена проволока, уложенная по спирали. Каждый фильтрующий элемент выполнен многослойным, причем фильтрующие слои отделены друг от друга промежуточными дренажными слоями, выполненными из проволоки, намотанной по спирали. Направление навивки проволоки в соседних дренажных слоях отличается по направлению. Проволока дренажного слоя выполнена большего диаметра, чем проволока фильтрующего элемента. Диаметр проволоки дренажных слоев увеличивается по направлению от защитного кожуха к боковой поверхности трубы. Корпуса могут быть выполнены из листа с отверстиями. Корпуса могут быть выполнены из просечно-вытяжного листа. К просечно-вытяжному листу могут быть приварены верхнее и нижнее кольца, при этом кольцевая впадина выполнена на нижнем кольце.
Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, т.е всеми необходимыми критериями для изобретения. Новизна подтверждается проведенными патентными исследованиями, изобретательский уровень-достижением нового свойства: значительным увеличение пропускной способности фильтра при высокой степени фильтрации. Промышленная применимость обусловлена тем, что для изготовления фильтра потребуются известные материалы и технологии.
Сущность изобретения поясняется чертежами,
где на фиг.1 представлен скважинный фильтр,
на фиг.2 - отдельный фильтрующий элемент,
на фиг.3 - вид А на фиг.1,
на фиг.4 - вид Б на фиг.1,
на фиг.5 - корпус, выполненный из просечно-вытяжного листа,
на фиг.6 приведен вид корпуса снизу, вид Ж на фиг.5.
Скважинный фильтр (фиг.1-3) содержит перфорированную трубу 1 с отверстиями «В». Сверху и снизу выполнены соответственно муфтовая и ниппельная части 2 и 3. На муфтовой части 2 выполнена внутренняя резьба, а на ниппельной части 3 - наружная резьба. На перфорированной трубе 1 установлены с зазором Н фильтрующие элементы 4.
Фильтрующие элементы 4 (фиг.2) выполнены кольцевьми и установлены между муфтовой частью 2 и ниппельной частью 3. Фильтрующие элементы 4 могут быть выполнены в виде перфорированных колец 5 с отверстиями Г на поверхности фильтра, внутри которых запрессована проволока 6 (металлорезина). Соседние перфорированные кольца 5 частично входят друг в друга, образуя единый фильтрующий элемент без изменений наружного диаметра. Фильтрующие элементы 4 имеют с одной стороны кольцевые впадины Д, наружный диаметр которых D1 равен или меньше внутреннего диаметра кольца D0 для их центрирования относительно друг друга. Со стороны впадины Д выполнена отбортовка Е. Каждый фильтрующий элемент 4 имеет внутренний дренажный слой 7. Возможны два варианта исполнения внутреннего дренажного слоя 7: в виде продольно установленных отрезков проволоки или в виде проволоки, намотанной по спирали. По первому варианту внутренний дренажный слой 7 выполнен не менее чем из трех отрезков проволоки, установленных вдоль оси фильтра на перфорированную трубу 1 (на фиг.1-6 такой вариант исполнения не показан). Фильтр выполнен разборным, а фильтрующие элементы 4 сменными для его ремонта. Каждый съемный фильтрующий элемент 4 может состоять их одного или нескольких фильтрующих слоев 8 и 9.
Далее приведен пример съемного фильтрующего элемента с двумя фильтрующими слоями: с фильтрующим слоем грубой очистки 8 и фильтрующего слоя тонкой очистки 9 и промежуточного и внешнего дренажного слоев 10 и 11 соответственно, выполненного из проволоки, намотанной по спирали.
Скважинный фильтр работает следующим образом.
Через отверстия Г в перфорированных корпусах 5 жидкость или газ поступает на фильтрацию. Если перфорированные корпуса выполнены из просечно-вытяжного листа и имеют размер ячеек 3-60 мм, то общая площадь этих отверстий составляет не менее 50% от общей площади единого фильтрующего элемента. Это обеспечивает высокую пропускную способность фильтра. Одновременно перфорированные корпуса 5 выполняют защитную функцию: предотвращают попадание крупных механических примесей в фильтрующие элементы 4. За счет большой площади отверстий защитного кожуха обеспечивается свободное поступление жидкости к фильтрующему элементу 4 с низким коэффициентом сопротивления. Перфорированные корпуса 5 также выполняют функцию защиты скважинного фильтра от механических повреждений в процессе транспортировки и установки в скважину. Дренажные слои 7, 10 и 11 выполнены из проволоки, намотанной по спирали, причем направление намотки для соседних слоев противоположное, что предотвращает соприкосновение фильтрующих слоев 8 и 9 между собой с перфорированной трубой 1. На ниппельной части 3 установлено центрирующее кольцо 12, в которое вставляется при сборке первый перфорированный корпус 5 своей впадиной Д, при этом в торец ниппеля 3 упирается отбортовка Е (фиг.4). Перфорированные корпуса 5 могут быть выполнены из просечно-вытяжного листа 13 (фиг.5). По обе стороны просечно-вытяжного листа 13 к нему приварены верхнее и нижнее кольца 14 и 15 соответственно. Перфорированный корпус 5 выполнен из просечно-вытяжного листа посредством сварки по продольному сварочному шву 16.
Корпус 5 может иметь кольцевую отбортовку и пазы «И» для улучшения дренажа добываемой жидкости между отдельными фильтрующими элементами.
Конкретный размер проволоки, используемой для изготовления дренажных слоев, определяется исходя из гранулометрического состава грунта и соответственно необходимого зазора между защитным экраном и фильтрующим элементом. Зазор между защитным экраном и фильтрующим элементом (внутренний дренажный слой 7) обеспечивает использование всей фильтрующей поверхности фильтра, а не только участков, расположенных над отверстиями в защитном кожухе. Попавшая на фильтрующий слой 8 грубой очистки жидкость фильтруется по всей его длине. Далее жидкость поступает на фильтрующий слой 9 тонкой очистки. За счет промежуточного дренажного слоя 10, установленного между фильтрующими слоями 8 и 9, обеспечивается равномерное поступление жидкости на фильтрующий слой 9 тонкой очистки. Отфильтрованная жидкость поступает в пространство между фильтрующим элементом 2 и трубой 1 и далее движется к отверстиям в перфорированной трубе Г. Использование для изготовления перфорированных корпусов 5 просечно-вытяжного листа с размером ячеек 3-60 мм, обеспечивает защиту фильтрующего элемента от засорения крупными механическими примесями, а также защищает скважинный фильтр от механических повреждений в процессе транспортировки и установки. Внутренний дренажный слой 7 обеспечивает использование всей фильтрующей поверхности за счет образования зазора между защитным экраном и фильтрующим элементом и соответственно более равномерное распределение потока жидкости или газа по поверхности фильтрующего элемента. Использование двухслойного (многослойного) фильтрующего элемента 4 обеспечивает более высокую степень очистки поступающей жидкости или газа от механических примесей, а также обеспечивает более длительный срок эксплуатации скважинного фильтра.
В процессе эксплуатации фильтрующий элемент 4 засоряется и его пропускная способность резко уменьшается. При использовании скважинного фильтра в составе НКТ он может быть извлечен из скважины, разобран, а фильтрующие элементы 4 заменены или промыты.
Применение пазов И позволяет осуществлять дренаж добываемого продукта не только в пределах отдельного фильтрующего элемента, но и между ними, что является значительным преимуществом предложенного скважинного фильтра.
Применение изобретения позволяет
1) создать фильтр, имеющий высокую пропускную способность и обладающий хорошими фильтрующими свойствами;
2) осуществлять периодическую очистку и ремонт скважинного фильтра при его использовании в составе НКТ путем промывки или замены фильтрующих элементов;
3) обеспечить длительную эксплуатацию фильтра без засорения за счет эффективного дренажа;
4) предотвратить засорение фильтра при его спуске в скважину;
5) упростить конструкцию фильтра;
6) упростить и облегчить сборку фильтра;
7) снизить себестоимость фильтра;
8) автоматизировать и механизировать производство фильтра.
Скважинный фильтр прошел стендовые и промышленные испытания и показал высокую фильтрующую способность и надежность в эксплуатации.
1. Разборный скважинный фильтр, содержащий несущий каркас, выполненный из перфорированной трубы и установленных на ней между двумя упорами фильтрующих элементов, выполненных в корпусах, отличающийся тем, что каждый фильтрующий элемент выполнен из проволочного материала, запрессованного в перфорированные корпуса, которые установлены на перфорированной трубе с зазором, выполняющим роль внутреннего дренажного слоя, при этом соседние корпуса частично входят друг в друга за счет того, что одна из сторон корпуса выполнена с кольцевой впадиной, наружный диаметр которой равен или меньше внутреннего диаметра другой стороны корпуса.
2. Разборный скважинный фильтр по п.1, отличающийся тем, что часть длины корпуса, равная длине впадины, не заполнена фильтрующим элементом.
3. Разборный скважинный фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что корпус выполнен с кольцевым днищем.
4. Разборный скважинный фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что во внутреннем дренажном слое установлена проволока, уложенная по спирали.
5. Разборный скважинный фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что каждый фильтрующий элемент выполнен многослойным, причем фильтрующие слои отделены друг от друга промежуточными дренажными слоями, выполненными из проволоки, намотанной по спирали.
6. Разборный скважинный фильтр по п.5, отличающийся тем, что направление навивки проволоки в соседних дренажных слоях отличается по направлению.
7. Разборный скважинный фильтр по п.4, отличающийся тем, что проволока дренажного слоя выполнена большего диаметра, чем проволока фильтрующего элемента.
8. Разборный скважинный фильтр по п.4, отличающийся тем, что диаметр проволоки дренажных слоев увеличивается по направлению от защитного кожуха к боковой поверхности трубы.
9. Разборный скважинный фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что корпуса выполнены из листа с отверстиями.
10. Разборный скважинный фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что корпуса выполнены из просечно-вытяжного листа.
11. Разборный скважинный фильтр по п.10, отличающийся тем, что к просечно-вытяжному листу приварены верхнее и нижнее кольца, при этом кольцевая впадина выполнена на нижнем кольце.
