Фильтр для скважин

Изобретение относится к устройствам для фильтрации пластовой жидкости при добыче ее из скважины. Фильтр для скважин содержит жестко и герметично соединенные друг с другом секции, набранные из состыкованных по торцам с осевым натягом цилиндрических тонкостенных фильтрующих элементов и двух опор, на которые также с осевым натягом опираются первый и последний фильтрующие элементы секции. Последняя опора последней секции герметично закрыта крышкой, а первая опора первой секции герметично и жестко соединена с погружным насосом. Фильтрующие элементы выполнены следующим образом: фильтрующие элементы с одним плоским торцом, которым они опираются на опору, и другим коническим с углом конуса α от 60 до 90°, у одного элемента с внешним конусом, а другого - с внутренним; промежуточные фильтрующие элементы секции выполнены с коническими торцами, с одним внешним и другим внутренним с конусом с углом α. Фильтрующие элементы секции стыкуются друг с другом таким образом, что внешний конус одного элемента с осевым натягом входит во внутренний конус другого элемента, образуя жесткий герметичный стык. Внутрь секции фильтрующих элементов без радиального зазора или с минимально возможным радиальным зазором вставлена спиральная пружина сжатия со шлифованными торцами, свитая таким образом, что первые три или четыре витка пружины у каждого из двух ее торцов свиты вплотную друг с другом с минимально возможным углом подъема. По длине каждого фильтрующего элемента секции пружина свита с таким шагом, что на его длине равномерно располагаются два, три или четыре витка пружины, а следующие два витка пружины свиты вплотную друг с другом с минимально возможным углом подъема и располагаются в собранной секции, у стыка фильтрующих элементов так, что один виток располагается на конце одного элемента, а другой - на конце другого. Секция фильтрующих элементов центрируется в опорах как по центрирующему буртику опоры, так и по двум последним виткам пружины в каждой группе свитых вплотную витков, расположенной на концах пружины, в каждую опору до упора с натягом в витки пружины и упора головки винта в уплотнительную прокладку под ней ввинчены три или четыре стопорных винта, равнорасположенных по окружности, причем высота головки винта подобрана таким образом, что зазор между стенкой скважины или обсадной трубой и торцом головки винта не превышал 0.2÷0.3 мм. Опоры секций выполнены с перегородкой, в которой проделаны сквозные центральное отверстие и три или четыре выкрушки, равнорасположенные по окружности. Первая опора первой секции фильтра выполнена с хвостовиком с метрической резьбой, на которую до упора в уплотнительную прокладку навернута промежуточная проставка с ввернутыми в нее шпильками для крепления к погружному насосу, а в промежуточной проставке первой секции жестко закреплен пустотелый цилиндрический стержень со сквозными отверстиями, равнораспределенными как вдоль образующей стержня, так и в окружном направлении, причем внутренняя полость стержня через центральное отверстие в проставке сообщается с всасывающей полостью погружного насоса. Внутренние полости секций сообщаются друг с другом через отверстия в центральном стержне и выкрушки, в перегородках опор. Внутренняя полость первой секции сообщается с всасывающей полостью погружного насоса через отверстия в центральном стержне и выкрушки в промежуточной проставке, расположенные ответно выкрушкам опор. Стержень с минимально возможным зазором проходит через центральные отверстия перегородок опор секций. Центральный стержень выполнен составным из отдельных частей, соединенных втулками, навинченными на обе соединяемые части стержня, и каждая соединительная втулка навинчена на одну из соединяемых частей стержня до упора в перегородку последней опоры последней секции из пакета секций, расположенных на длине этой части стержня, так что в стыках фильтрующих элементов секций этого пакета создан требуемый осевой натяг. На вторую соединяемую часть стержня навинчена круглая гайка до упора в соединительную втулку, и на конец последней части центрального стержня навинчена крышка до упора в уплотнительную прокладку, установленную между крышкой и последней опорой последней секции фильтра, таким образом, что между фильтрующими элементами секций последнего пакета фильтра создан требуемый осевой натяг, а сама крышка центрируется по центральному отверстию последней опоры. Изобретение позволяет увеличить производительность фильтра, жесткость и прочность фильтрующих элементов в радиальном и осевом направлениях. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Известны секции фильтров ФВПР, размещаемые в скважинах, для фильтрации нефти при ее добыче. Секции фильтров ФВПР выпускаются по ТУ 3665-030-46521402-2010 габаритов 5, 5А и 7А с наружным расположением фильтрующих элементов, выполненных по технологии патента RU 2470695 С1 из материала ППМ (проволочного прессуемого материала), с тонкостью фильтрации 100 и 200 мкм.

Каждая секция фильтров ФВПР, в свою очередь, набрана из последовательно соединенных секций, жестко и герметично скрепленных друг с другом, состоящих из n поджатых друг к другу обечайками до образования герметичного соединения цилиндрическими тонкостенными фильтрующими элементами, изготовленными из материала ППМ (патент RU 2470695 C1), двух опор, выполненных в виде втулки с опорным фланцем и перегородкой в середине ее длины с центральным отверстием для прохода центрального стержня и сквозными пазами для пропуска отфильтрованной жидкости, выполненными в окружном направлении и равнорасположенными по окружности, расположенного с концентричным зазором внутри фильтрующих элементов пустотелого цилиндра со сквозными отверстиями, равномерно расположенными по образующим и в окружном направлении цилиндра, соединенного по резьбе с обеими опорами секции таким образом, что обеспечивается герметичность стыков между фильтрующими элементами и стыков между торцами цилиндров и опорами, в которых расположены уплотняющие прокладки.

На длине секции фильтра ФВПР центральный стержень выполнен цельным и центральные стержни отдельных секций фильтра жестко соединяются втулкой, свинченной с обоими стержнями.

В центральном отверстии каждой опоры закреплена втулка и ответная втулка закреплена на центральном стержне. Этими втулками центральные стержни каждой секции фильтра ФВПР опираются на втулки всех опор секции фильтра таким образом, что допускается проскальзывание центрального стержня относительно опор секции фильтра (втулок, закрепленных на стержне, по втулкам, закрепленным в опорах) вдоль оси стержня.

У первой опоры первой секции фильтра ФВПР выполнен фланец, которым фильтр шпильками, закрепленными во фланце, и гайками крепится к погружному насосу. Торец последней опоры последней секции фильтра ФВПР герметично закрыт крышкой, закрепленной на опоре болтами и гайками.

Центральный стержень фильтра, собранный из жестко соединенных друг с другом центральных стержней секций фильтра, жестко закреплен в первой опоре первой секции фильтра ФВПР. В последней опоре последней секции фильтра ФВПР центральный стержень также закреплен с возможностью его смещения в опоре вдоль оси стержня. Величина этого смещения ограничена зазором между торцами втулки, закрепленной в опоре, и соединительной втулки, навернутой на конец центрального стержня.

Такой способ закрепления центрального стержня в опорах секций фильтра обеспечивает свободное удлинение стержня за счет его тепловой деформации, но при этом центральный стержень не работает на осевое сжатие или растяжение, что можно отнести к недостаткам этой конструкции. Он только увеличивает жесткость каждой секции фильтра ФВПР и фильтра в целом в радиальных направлениях.

Основными недостатками этой конструкции секции фильтра ФВПР и, следовательно, конструкции самого фильтра, во многом обуславливающие и другие ее недостатки, являются недостаточная жесткость и прочность фильтрующих элементов, изготовленных из материала ППМ (патент RU 2470695 С1), в радиальных направлениях, что приводит к необходимости установки обечаек на торцы фильтрующих элементов, изготовления этих элементов с небольшой высотой, установки в каждой секции фильтрующих элементов стержней (по 7 стержней в каждой секции) в концентрическом зазоре между фильтрующими элементами и цилиндром и установки самого цилиндра.

Невысокие жесткость и прочность фильтрующих элементов, изготовленных из материала ППМ по технологии патента RU 2470695 С1, объясняется тем, что материал ППМ изготовляется прессованием заготовки, сформированной из проволочных спиралей, растянутых до шага, равного диаметру проволоки спиралей. В результате в материале фильтрующего элемента появляется большое количество регулярно расположенных в теле элемента слоев (примерно около трети от общего числа слоев материала элемента), сцепленных с соседними слоями только на глубине взаимного проникновения слоев, равной диаметру проволоки. Диаметр проволоки, из которой изготавливают фильтрующие элементы, мал и сцепление этих слоев с соседними слабое, что и является причиной небольших жесткости и прочности этих фильтрующих элементов.

Необходимость установки в каждой секции фильтрующих элементов большого числа фильтрующих элементов (12 фильтрующих элементов в секции) за счет наличия у них обечаек снижает полезную суммарную фильтрующую поверхность этих элементов и, следовательно, пропускную способность (производительность) каждой секции фильтрующих элементов, каждой секции фильтра ФВПР и фильтра в целом, повышает опасность разгерметизации стыков между элементами, усложняет конструкцию фильтра и повышает стоимость секции фильтра ФВПР.

Наличие в каждой секции фильтрующих элементов 7-ми стержней и цилиндра со сквозными отверстиями увеличивает гидравлическое сопротивление внутренней полости секции и, следовательно, снижает ее производительность, существенно увеличивает вес секции фильтра ФВПР.

Фильтр для скважин, собранный из секций фильтра ФВПР, по технической сущности наиболее близок к предлагаемому и принят за прототип.

Ставится задача повышения производительности фильтра при таких же, как у прототипа, габаритных размерах, т.е. обеспечения большего, чем у прототипа суточного дебита скважины, снижения веса фильтра, упрощения его конструкции, повышения жесткости и прочности фильтрующих элементов в радиальных и осевом направлениях.

Поставленная задача решается тем, что предлагается фильтр для скважин, содержащий жестко и герметично соединенные друг с другом секции, набранные из состыкованных по торцам с осевым натягом цилиндрических тонкостенных фильтрующих элементов, изготовленных холодным прессованием из проволочного материала, и двух опор, на которые также с осевым натягом опираются первый и последний фильтрующие элементы секции, и последняя опора последней секции герметично закрыта крышкой, а первая опора первой секции герметично и жестко с помощью шпилек, ввернутых в опору с натягом, и гаек соединена с погружным насосом, отличающийся тем, что фильтрующие элементы каждой секции изготовлены из материала MP осевым прессованием или объемным прессованием с применением полиуретана выполнены в трех модификациях: фильтрующие элементы с одним плоским торцом, которым они опираются на опору, и другим коническим с углом конуса α от 60 до 90°, у одного элемента с внешним конусом, а другого - с внутренним, и промежуточные фильтрующие элементы секции выполнены с коническими торцами, с одним внешним и другим внутренним с конусом с углом α, причем фильтрующие элементы секции стыкуются друг с другом таким образом, что внешний конус одного элемента с осевым натягом входит во внутренний конус другого элемента, образуя жесткий герметичный стык, внутрь секции фильтрующих элементов без радиального зазора или с минимально возможным радиальным зазором вставлена спиральная пружина сжатия со шлифованными торцами, свитая таким образом, что первые три или четыре витка пружины у каждого из двух ее торцов свиты вплотную друг с другом с минимально возможным углом подъема, а на длине каждого фильтрующего элемента секции пружина свита с таким шагом, что на его длине равномерно располагаются два, три или четыре витка пружины, а следующие два витка пружины свиты вплотную друг с другом с минимально возможным углом подъема и располагаются в собранной секции, у стыка фильтрующих элементов так, что один виток располагается на конце одного элемента, а другой - на конце другого, длина пружины каждой секции фильтра, подобрана так, чтобы у каждой собранной секции в рабочем процессе между фильтрующими элементами и фильтрующими элементами и опорами секции сохранялся осевой натяг, обеспечивающий герметичность стыков между ними и прочность фильтрующих элементов на сжатие, причем секция фильтрующих элементов центрируется в опорах как по центрирующему буртику опоры, так и по двум последним виткам пружины в каждой группе свитых вплотную витков, расположенной на концах пружины, в каждую опору до упора с натягом в витки пружины и упора головки винта в уплотнительную прокладку под ней ввинчены три или четыре стопорных винта, равнорасположенных по окружности, причем высота головки винта подобрана таким образом, что зазор между стенкой скважины или обсадной трубой и торцом головки винта не превышал 0.2÷0.3 мм, опоры секций выполнены с перегородкой, в которой проделаны сквозные, центральное отверстие и три или четыре выкрушки, равнорасположенные по окружности, и первая опора первой секции фильтра выполнена с хвостовиком с метрической резьбой, на которую до упора в уплотнительную прокладку навернута промежуточная проставка с ввернутыми в нее шпильками для крепления к погружному насосу, а в промежуточной проставке первой секции жестко закреплен пустотелый цилиндрический стержень со сквозными отверстиями, равнораспределенными как вдоль образующей стержня, так и в окружном направлении, причем внутренняя полость стержня через центральное отверстие в проставке сообщается с всасывающей полостью погружного насоса, а внутренние полости секций сообщаются друг с другом через отверстия в центральном стержне и выкрушки в перегородках опор, и внутренняя полость первой секции сообщается с всасывающей полостью погружного насоса через отверстия в центральном стержне и выкрушки в промежуточной проставке, расположенные ответно выкрушкам опор, и стержень с минимально возможным зазором проходит через центральные отверстия перегородок опор секций, центральный стержень выполнен составным из отдельных частей, соединенных втулками, навинченными на обе соединяемые части стержня, и каждая соединительная втулка навинчена на одну из соединяемых частей стержня до упора в перегородку последней опоры последней секции из пакета секций, расположенных на длине этой части стержня, так что в стыках фильтрующих элементов секций этого пакета создан требуемый осевой натяг, а на вторую соединяемую часть стержня навинчена круглая гайка до упора в соединительную втулку, и на конец последней части центрального стержня навинчена крышка до упора в уплотнительную прокладку, установленную между крышкой и последней опорой последней секции фильтра, таким образом, что между фильтрующими элементами секций последнего пакета фильтра создан требуемый осевой натяг, а сама крышка центрируется по центральному отверстию последней опоры.

Фильтрующие элементы, изготовленные из проволочного нетканого материала MP («Металлорезины»), при тех же габаритных размерах обладают существенно большими жесткостью и прочностью на сжатие и изгиб, чем фильтрующие элементы прототипа, изготовленные из проволочного материала ППМ (по патенту RU 2470695 С1) за счет того, что изделия из материала MP изготавливают из проволочных спиралей, растянутых до шага, равного диаметру спирали, что обеспечивает хорошее сцепление слоев материала во всем теле изделия.

Это позволяет изготавливать фильтрующие элементы без обечаек, что при тех же габаритных размерах секции фильтрующих элементов увеличивает ее суммарную полезную фильтрующую поверхность и, следовательно, увеличивает ее пропускную способность и фильтра для скважин в целом.

Изготовление фильтрующих элементов из материала MP позволяет применять фильтрующие элементы с большей в 1,5÷2 раза высотой, чем у прототипа, и при той же высоте секции уменьшает в такое же количество раз число фильтров в секции и, следовательно, в еще большее количество раз - число стыков фильтрующих элементов. Это существенно повышает надежность работы фильтра, так как существенно снижается вероятность разгерметизации фильтра, которая, прежде всего, происходит в стыках фильтрующих элементов секций.

Заметим, что здесь герметичными считаются стыки, которые не пропускают частицы с размером, большим гидравлического диаметра частицы, допускаемым для заявленной тонкости фильтрации фильтра.

Гидравлическое сопротивление внутренней полости предлагаемого фильтра для скважин меньше, чем у прототипа, так как в ней отсутствуют стержни, цилиндры и центральный стержень, примененные в прототипе для обеспечения требуемой жесткости и прочности его фильтрующих элементов. Это также увеличивает пропускную способность предлагаемого фильтра по сравнению с прототипом.

За счет отсутствия этих деталей конструкция предлагаемого фильтра для скважин существенно упрощается, упрощается технология его сборки и существенно снижается вес каждой секции фильтра и, в целом, вес предлагаемого фильтра для скважин.

Выполнение головок стопорных винтов, с такой высотой, что между головкой и стенкой скважины или обсадной трубой остается зазор в 0,2÷0,3 мм исключает даже при большой длине фильтра (например, при длине большей 5 м) возможность разгерметизации стыков между фильтрующими элементами и стыков между секциями при поперечном изгибе фильтра и потерю продольной устойчивости фильтром при воздействии на него осевой сжимающей силы, в том числе и ее наибольшего значения, воздействующего на фильтр при засорении фильтрующих элементов.

В предлагаемой конструкции фильтра для скважин центральный стержень работает на осевое сжатие и поперечный изгиб и частично разгружает фильтрующие элементы и пружины от осевых сжимающих сил, создаваемых перепадом давления на фильтрующих элементах, увеличивает поперечную жесткость фильтра. Все это позволяет и при больших перепадах давления на фильтрующих элементах использовать в конструкции предлагаемого фильтра пружины с вполне приемлемыми конструктивными параметрами.

Выполнение центрального стержня пустотелым со сквозными отверстиями обеспечивает небольшое повышение гидравлического сопротивления внутренней полости фильтра, и, следовательно, установка центрального стержня ненамного снизит производительность предлагаемого фильтра.

Выполнение центрального стержня из отдельных частей и их соединение соединительными втулками с одновременным созданием требуемого осевого натяга в стыках каждого фильтрующего элемента очередного пакета секций создает в стыках всех фильтрующих элементов фильтра примерно постоянную величину осевого натяга при любой длине фильтра, и, несмотря, на очень большую (в мм) суммарную величину этого натяга у последовательно соединенных фильтрующих элементов фильтра величина эта, и, следовательно, требуемая величина натяга в каждом стыке фильтрующих элементов, может быть создана навинчиванием крышки на центральный стержень на вполне конструктивно приемлемую величину длины резьбы на его конце, равную суммарной величине этого натяга только для одного пакета секций. Длина же пакета подбирается из конструктивных соображений. Естественно, резьба такой длины нарезана также на размещаемом в опоре конце каждой части пустотелого стержня, на другом конце стержня нарезана резьба большей длины, так как на него кроме соединительной втулки навинчена еще контровочная гайка.

Дело здесь в том, что при сборке очередного пакета секций и создании в нем осевого натяга не происходит дополнительной деформации сжатия ранее собранных пакетов, так как нагрузка, сжимающая вновь собранный, уравновешивается ранее созданной при сборке предыдущего пакета сжимающей нагрузкой и при этом просто полностью или почти полностью разгружается от сжимающей нагрузки стык между соединительной втулкой и перегородкой опоры, на которую опирается последняя секция предыдущего пакета. Это справедливо и для последнего пакета секций фильтра и поэтому последняя часть центрального стержня ничем не отличается от остальных его частей.

Тепловое удлинение пакета, приблизительно равное суммарному тепловому удлинению фильтрующих элементов всех секций пакета, при той же температуре больше теплового удлинения части центрального стержня. Поэтому на рабочем режиме, при повышенной температуре в скважине фильтрующие элементы будут нагружаться дополнительной сжимающей нагрузкой, и при этом стыки в каждой секции будут оставаться герметичными. Растягивающие напряжения, возникающие при этом в центральном стержне, будут частично компенсированы сжимающим воздействием на него перепада давления пластовой жидкости на фильтре. Величина осевого натяга в стыках фильтрующих элементов, создаваемого в пакетах секций при сборке выбирается с учетом их дополнительного сжатия на рабочем режиме.

Предлагается также фильтр для скважин, отличающийся тем, что в местах возможного соударения центрального стержня с перегородками опор секций на центральном стержне по резьбе или клеем жестко закреплены втулки из полимера.

Втулки из полимера при наличии зазоров между перегородками опор и центральным стержнем смягчают соударения секций фильтра и центрального стержня.

С целью снижения вероятности смятия фильтрующих элементов внешним давлением при их засорении предлагается фильтр для скважин, отличающийся тем, что в его конструкцию включен перепускной клапан, состоящий из седла клапана, выполненного в крышке в виде центрального сквозного конического отверстия с меньшим диаметром конуса со стороны внешнего давления, клапана в виде усеченного конуса с цилиндрическим хвостовиком, спиральной пружины сжатия со шлифованными торцами и пустотелой опоры клапана, ввернутой до упора в ее торец в пустотелый центральный стержень фильтра, в стенке опоры сделаны сквозные отверстия, опора клапана имеет юбку с внешней метрической резьбой, по которой на нее до упора в торец опоры клапана навинчена промежуточная проставка, пружина надета на цилиндрические хвостовики клапана и опоры с упором в торцы опоры и клапана, клапан без зазора прижат к стенке седла клапана усилием предварительно сжатой пружины, и жесткость пружины клапана и усилие ее предварительного поджатия определяются из условия открытия перепускного клапана при полном засорении фильтрующих элементов или при достижении заданной стадии их засорения.

Надлежащий выбор жесткости пружины клапана и усилия ее предварительного поджатия обеспечивает герметичную посадку клапана на седло на всех рабочих режимах фильтра и обеспечивает открытие клапана при достижении заданной стадии загрязнения фильтрующих элементов.

При открытии клапана внутренняя полость фильтра через внутреннюю полость центрального стержня заполнится нефильтрованной пластовой жидкостью и перепад давления на фильтрующих элементах станет равным нулю и смятия фильтрующих элементов при их засорении не произойдет. Погружной насос будет качать нефильтрованную жидкость и это послужит сигналом для замены засоренных фильтрующих элементов.

Конструкции предлагаемых фильтров для скважин поясняются фигурами:

на фиг. 1 изображен продольный разрез фильтра для скважин;

на фиг. 2 изображен разрез по А-А на фиг. 1;

на фиг. 3 изображен разрез по Б-Б на фиг. 1;

на фиг. 4 изображен вид В на фиг. 1 - место соединения частей центрального стержня, выполненное в исполнении с втулкой из полимера;

на фиг. 5 изображен вид Г на фиг. 1 - фрагмент фильтра с перепускным клапаном.

Предлагаемый фильтр для скважин (см. фиг. 1) содержит жестко и герметично последовательно соединенные друг с другом первую 1, промежуточные 2 и последнюю 3 секции, набранные из состыкованных по торцам с осевым натягом цилиндрических тонкостенных фильтрующих элементов 4, 5 и 6, двух одинаковых у промежуточных секций 2 опор 7, опор 7 и 8 первой секции 1 и опор 7 и 9 последней секции 3 фильтра, на которые также с осевым натягом опираются первый 4 и последний 6 фильтрующие элементы секций, и спиральных пружин сжатия 10, вставленных внутрь каждой секции фильтрующих элементов без радиального зазора или с минимально возможным радиальным зазором, опирающихся шлифованными торцами 11 на перегородки 12 опор секций.

В перегородках 12 выполнены сквозные - центральное отверстие 13 (см. фиг. 2) и три или четыре выкрушки 14, равнорасположенные по окружности (см. фиг. 1 и 2). На опоре 8 выполнен хвостовик 15 (см. фиг. 1) с наружной метрической резьбой, по которой на первой секции 1 закреплена промежуточная проставка 16 со шпильками 17 для крепления фильтра к погружному насосу (не показан). В стык между проставкой 16 и опорой 8 установлена уплотнительная прокладка 18.

В каждую опору секций ввинчены равнорасположенные по окружности три или четыре стопорных винта 19, до упора с натягом в витки пружины 10 и упора головки 20 винта в уплотнительную прокладку 21, причем высота головки винта подобрана таким образом, чтобы зазор между стенкой скважины или обсадной трубой и торцом головки винта не превышал 0.2÷0.3 мм.

Фильтрующие элементы 4, 5 и 6 каждой секции изготовлены из материала MP осевым прессованием или объемным прессованием с применением полиуретана, высотой в 1,5-2 раза большей, чем у прототипа. Фильтрующие элементы 4 и 6 выполнены с одним плоским торцом, которым они опираются на опору, и другим коническим с углом конуса α от 60 до 90°, у элемента 4 с внешним конусом, а у элемента 6 - с внутренним. Промежуточные фильтрующие элементы 5 секций выполнены с коническими торцами, с одним внешним и другим внутренним с конусом с углом α. Фильтрующие элементы секции стыкуются друг с другом таким образом, что внешний конус одного элемента с осевым натягом входит во внутренний конус другого элемента, образуя жесткий герметичный стык.

Спиральная пружина сжатия 10 свита таким образом, что первые три или четыре витка 22 пружины 10 у каждого из двух ее торцов 11 свиты вплотную друг с другом с минимально возможным углом подъема, и на длине каждого фильтрующего элемента секций пружина 10 свита с таким шагом, что на его длине равномерно располагаются два, три или четыре витка 23 пружины 10, а следующие два витка 24 и 25 пружины свиты вплотную друг с другом с минимально возможным углом подъема и располагаются в собранной секции, у стыка фильтрующих элементов так, что виток 24 располагается на конце одного элемента, а виток 25 - на конце другого.

Секция фильтрующих элементов центрируется в опорах секции как по центрирующему буртику 26 каждой опоры, так и по двум последним виткам 22 пружины 10 в каждой группе свитых вплотную витков 22, расположенной на концах пружины 10. Между торцами фильтрующих элементов 2 и 4 и опорами секций могут быть установлены уплотнительные прокладки и фильтрующие элементы могут быть выполнены как у прототипа с плоскими торцами и с установленными на них обечайками (не показано).

В промежуточной проставке 16 первой секции 1 (см. фиг. 1 и 2) жестко закреплен пустотелый цилиндрический стержень 27 со сквозными отверстиями 28, равнораспределенными как вдоль образующей стержня, так и в окружном направлении. Внутренняя полость 29 стержня 27 через центральное отверстие 30 в проставке 16 (см. фиг. 1 и 3) сообщается с всасывающей полостью погружного насоса, а внутренние полости 31 каждой секции сообщаются друг с другом как через отверстия 28 в стержне, так и через выкрушки 14 перегородок 12 опор секций, и внутренняя полость 31 первой секции 1 сообщается с всасывающей полостью погружного насоса так же через центральный стержень 27 и выкрушки 14 в промежуточной проставке 16. Наружный диаметр стержня 27 больше диаметра центрального стержня прототипа и стержень 27 с минимально возможным зазором проходит через центральные отверстия 13 перегородок 12 опор секций. Центральный стержень 27 (см. фиг. 1) выполнен составным из отдельных частей 32, соединенных втулками 33, навинченными на обе соединяемые части стержня. Причем каждая соединительная втулка 33 навинчена на одну из соединяемых частей 32 стержня 27 до упора в перегородку 12 последней опоры 7 последней секции 2 из пакета 34 секций, расположенных на длине этой части стержня 27, так что в стыках фильтрующих элементов секций этого пакета создан требуемый осевой натяг, а на вторую соединяемую часть 32 стержня 27 навинчена круглая гайка 35 до упора в соединительную втулку.

На конец последней части 32 центрального стержня 27 навинчена крышка 36 до упора в уплотнительную прокладку 37, установленную между крышкой 36 и последней опорой 9 последней секции 3 фильтра, таким образом, что между фильтрующими элементами секций последнего пакета 34 фильтра создан требуемый осевой натяг. Крышка 36 центрируется по центральному отверстию последней опоры 9.

Длина пружины 10 каждой секции фильтра подобрана так, чтобы у каждой собранной секции в рабочем процессе между фильтрующими элементами и фильтрующими элементами и опорами секции сохранялся осевой натяг, обеспечивающий герметичность стыков между ними и прочность фильтрующих элементов на сжатие,

Предлагается также конструкция фильтра для скважин (см. фиг. 4), отличающаяся от предыдущей конструкции только тем, что в местах возможного соударения центрального стержня 27 с перегородками 12 опор секций на центральном стержне 27 по резьбе или клеем жестко закреплены втулки 38 из полимера.

Кроме того, предлагается фильтр для скважин (см. фиг. 5), отличающийся от предыдущих конструкций только тем, что в его конструкцию включен перепускной клапан 39, состоящий из седла 40 клапана, выполненного в крышке 41 в виде центрального сквозного конического отверстия с меньшим диаметром конуса со стороны внешнего давления, клапана 42 в виде усеченного конуса с цилиндрическим хвостовиком 43, спиральной пружины сжатия 44 со шлифованными торцами и пустотелой опоры 45 клапана, ввернутой до упора в ее торец в пустотелый центральный стержень 27 фильтра. В стенке опоры 45 сделаны сквозные отверстия 46. Опора 45 клапана имеет юбку 47 с внешней метрической резьбой, по которой на нее до упора в уплотнительную прокладку 48 навинчена промежуточная проставка 49. Пружина 44 надета на цилиндрические хвостовики 43 и 50 клапана 42 и опоры 45 с упором в торцы опоры и клапана. Клапан 42 без зазора прижат к стенке седла 40 клапана усилием предварительно сжатой пружины 44. Крышка 41 крепится к промежуточной проставке 49 шпильками 51 и гайками 52.

Жесткость пружины 44 клапана и усилие ее предварительного поджатия определяются из условия открытия перепускного клапана 39 при полном засорении фильтрующих элементов или при достижении заданной стадии их засорения.

Сборка предлагаемых фильтров для скважин проста и подробно не описывается.

Фильтр (см. фиг. 1) собирают следующим образом. На промежуточную проставку 16 с ввернутыми в нее шпильками 17 устанавливают уплотнительную прокладку 18 и закрепляют в проставке 16 опору 8 первой секции 1 и первую часть 32 центрального пустотелого стержня 27. Собирают первый пакет 34 секций (порядок сборки пакета 34 секций ясен из фиг. 1 и подробно не описывается). После сборки каждой секции в пакет ее пружину 10 фиксируют стопорными винтами 19, вворачивая их в опоры секции до упора с натягом в витки пружины 10 и упора головки 20 винта в уплотнительную прокладку 21. Соединительной втулкой 33 соединяют первую и вторую части 32 стержня 27. Для чего соединительную втулку 33 навинчивают на первую часть 32 стержня 27 до упора в перегородку 12 последней опоры 7 последней секции 2 из собранного пакета 34 секций так, что в стыках фильтрующих элементов секций этого пакета создается требуемый осевой натяг. Вторую соединяемую часть 32 стержня 27 ввинчивают в соединительную втулку 33 и навинчивают круглую гайку 35 до упора в соединительную втулку.

Эти операции повторяют, пока не соберут все пакеты 34 секций фильтра. Затем на последнюю опору 9 последней секции 3 последнего пакета 34 устанавливают уплотнительную прокладку 37 и навинчивают крышку 36 на последнюю часть 32 центрального стержня 27 до упора в ее торец. При этом создается требуемая величина осевого натяга в стыках фильтрующих элементов в последнем пакете 34 секций и, следовательно, во всех стыках фильтрующих элементов фильтра.

Сборка фильтра (см. фиг. 4)) отличается от сборки фильтра (см. фиг. 1) только тем, что части 32 центрального стержня 27 поступают на сборку с уже закрепленными на них втулками 38 из полимера.

Сборка фильтра (см. фиг. 5) отличается от сборки фильтра (см. фиг. 1) только тем, что включает операции сборки перепускного клапана 39. Порядок выполнения этих операций ясен из фиг. 5 и не описывается.

Фильтрующие элементы предлагаемых фильтров для скважин нагружаются в рабочем процессе сжимающими осевыми и радиальными нагрузками. Для фильтров погружных насосов УЭЦН наиболее востребована величина тонкости фильтрации 100÷300 мкм. Фильтрующие элементы с такой тонкостью фильтрации могут быть изготовлены из проволоки с достаточно большим диаметром, например с d=0,2 и даже 0,3 мм. Фильтрующие элементы из материала MP с плотностью материала, обеспечивающей такую тонкость фильтрации, изготовленные из проволоки такого диаметра, обладают высокими жесткостью и прочностью на все виды действующей сжимающей нагрузки, причем применение проволоки с таким диаметром существенно снижает себестоимость изготовления фильтрующих элементов.

Как уже указывалось, надлежащий выбор жесткости пружины 44 клапана 39 (см. фиг. 5) и усилия ее предварительного поджатия обеспечивают герметичную посадку клапана 42 на седло 40 на всех рабочих режимах фильтра и обеспечивает открытие клапана 39 при достижении заданной стадии загрязнения фильтрующих элементов, что позволяет избежать смятия фильтрующих элементов даже при полном их загрязнении, и несмятые загрязненные фильтрующие элементы могут быть регенерированы.

Другие преимущества предлагаемых фильтров для скважин по сравнению с прототипом рассмотрены выше.

1. Фильтр для скважин, содержащий жестко и герметично соединенные друг с другом секции, набранные из состыкованных по торцам с осевым натягом цилиндрических тонкостенных фильтрующих элементов, изготовленных холодным прессованием из проволочного материала, и двух опор, на которые также с осевым натягом опираются первый и последний фильтрующие элементы секции, и последняя опора последней секции герметично закрыта крышкой, а первая опора первой секции герметично и жестко с помощью шпилек, ввернутых в опору с натягом, и гаек соединена с погружным насосом, отличающийся тем, что фильтрующие элементы каждой секции изготовлены из материала MP осевым прессованием или объемным прессованием с применением полиуретана, выполнены в трех модификациях: фильтрующие элементы с одним плоским торцом, которым они опираются на опору, и другим коническим с углом конуса α от 60 до 90°, у одного элемента с внешним конусом, а другого - с внутренним, и промежуточные фильтрующие элементы секции выполнены с коническими торцами, с одним внешним и другим внутренним с конусом с углом α, причем фильтрующие элементы секции стыкуются друг с другом таким образом, что внешний конус одного элемента с осевым натягом входит во внутренний конус другого элемента, образуя жесткий герметичный стык, внутрь секции фильтрующих элементов без радиального зазора или с минимально возможным радиальным зазором вставлена спиральная пружина сжатия со шлифованными торцами, свитая таким образом, что первые три или четыре витка пружины у каждого из двух ее торцов свиты вплотную друг с другом с минимально возможным углом подъема, а на длине каждого фильтрующего элемента секции пружина свита с таким шагом, что на его длине равномерно располагаются два, три или четыре витка пружины, а следующие два витка пружины свиты вплотную друг с другом с минимально возможным углом подъема и располагаются в собранной секции у стыка фильтрующих элементов так, что один виток располагается на конце одного элемента, а другой - на конце другого, длина пружины каждой секции фильтра подобрана так, чтобы у каждой собранной секции в рабочем процессе между фильтрующими элементами и фильтрующими элементами и опорами секции сохранялся осевой натяг, обеспечивающий герметичность стыков между ними и прочность фильтрующих элементов на сжатие, причем секция фильтрующих элементов центрируется в опорах как по центрирующему буртику опоры, так и по двум последним виткам пружины в каждой группе свитых вплотную витков, расположенной на концах пружины, в каждую опору до упора с натягом в витки пружины и упора головки винта в уплотнительную прокладку под ней ввинчены три или четыре стопорных винта, равнорасположенных по окружности, причем высота головки винта подобрана таким образом, чтобы зазор между стенкой скважины или обсадной трубой и торцом головки винта не превышал 0.2÷0.3 мм, опоры секций выполнены с перегородкой, в которой проделаны сквозные центральное отверстие и три или четыре выкрушки, равнорасположенные по окружности, и первая опора первой секции фильтра выполнена с хвостовиком с метрической резьбой, на которую до упора в уплотнительную прокладку навернута промежуточная проставка с ввернутыми в нее шпильками для крепления к погружному насосу, а в промежуточной проставке первой секции жестко закреплен пустотелый цилиндрический стержень со сквозными отверстиями, равнораспределенными как вдоль образующей стержня, так и в окружном направлении, причем внутренняя полость стержня через центральное отверстие в проставке сообщается с всасывающей полостью погружного насоса, а внутренние полости секций сообщаются друг с другом через отверстия в центральном стержне и выкрушки в перегородках опор, и внутренняя полость первой секции сообщается с всасывающей полостью погружного насоса через отверстия в центральном стержне и выкрушки в промежуточной проставке, расположенные ответно выкрушкам опор, и стержень с минимально возможным зазором проходит через центральные отверстия перегородок опор секций, центральный стержень выполнен составным из отдельных частей, соединенных втулками, навинченными на обе соединяемые части стержня, и каждая соединительная втулка навинчена на одну из соединяемых частей стержня до упора в перегородку последней опоры последней секции из пакета секций, расположенных на длине этой части стержня, так что в стыках фильтрующих элементов секций этого пакета создан требуемый осевой натяг, а на вторую соединяемую часть стержня навинчена круглая гайка до упора в соединительную втулку, и на конец последней части центрального стержня навинчена крышка до упора в уплотнительную прокладку, установленную между крышкой и последней опорой последней секции фильтра, таким образом, что между фильтрующими элементами секций последнего пакета фильтра создан требуемый осевой натяг, а сама крышка центрируется по центральному отверстию последней опоры.

2. Фильтр для скважин по п.1, отличающийся тем, что в местах возможного соударения центрального стержня с перегородками опор секций на центральном стержне по резьбе или клеем жестко закреплены втулки из полимера.

3. Фильтр для скважин по п.2, отличающийся тем, что в его конструкцию включен перепускной клапан, состоящий из седла клапана, выполненного в крышке в виде центрального сквозного конического отверстия с меньшим диаметром конуса со стороны внешнего давления, клапана в виде усеченного конуса с цилиндрическим хвостовиком, спиральной пружины сжатия со шлифованными торцами и пустотелой опоры клапана, ввернутой до упора в ее торец в пустотелый центральный стержень фильтра, в стенке опоры сделаны сквозные отверстия, опора клапана имеет юбку с внешней метрической резьбой, по которой на нее до упора в торец опоры клапана навинчена промежуточная проставка, пружина надета на цилиндрические хвостовики клапана и опоры с упором в торцы опоры и клапана, клапан без зазора прижат к стенке седла клапана усилием предварительно сжатой пружины, и жесткость пружины клапана и усилие ее предварительного поджатия определяются из условия открытия перепускного клапана при полном засорении фильтрующих элементов или при достижении заданной стадии их засорения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к изготовлению металлических фильтров. .

Изобретение относится к аэрозольным фильтрам, которые используются для выделения из воздуха или из жидкостей масла, аэрозолей или коалесценций. .

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для изготовления фильтрующих элементов из проволоки и позволяет повысить производительность, а также повысить технические возможности фильтрующих элементов за счет их сравнительно больших размеров.

Изобретение относится к способам изготовления фильтров из проволочных материалов для фильтрования жидкотекучих и газообразных сред и может быть также использовано для фильтрования агрессивных и радиоактивных сред при высоких температуре (до 500°C) и давлении среды, и, в частности, для подземной фильтрации жидких и газообразных сред при добыче их из буровых скважин. Способ изготовления фильтрующих элементов включает формирование прямоугольных полос из двух слоев армирующей сетки, плетеной из проволочных спиралей, растянутых до шага, равного диаметру D спирали, причем в одном слое у одной сетки оси спиралей параллельны образующей цилиндра, а в другом расположены в его окружном направлении, и сцепленных с слоями сетки слоев заполнителя из проволочных спиралей с меньшими, чем у спиралей армирующей сетки, диаметрами проволоки d и спирали D, растянутых до шага, равного их диаметру, сворачивание полосы в рулон и холодное прессование сформированной заготовки. При этом заготовку фильтрующего элемента формируют из чередующихся концентричных цилиндров заполнителя и армирующих сеток, сцепленных друг с другом контактирующими слоями, для чего для каждого цилиндра формируют три прямоугольных полосы. На технологический центральный стержень в зависимости от того, будет ли первый цилиндр выполнен из заполнителя или армирующих сеток, первой наматывают полосу заполнителя или полосу армирующих сеток, составленную из двух слоев сеток с осями спиралей, параллельными образующей цилиндра, слоем сетки со спиралями правой свивки, затем на эту полосу наматывают, соответственно, полосу заполнителя или армирующих сеток, составленную из двух слоев сеток со спиралями правой свивки, слоем сетки со спиралями с осями, параллельными образующей цилиндра, и на эту полосу наматывают вторую полосу, соответственно, заполнителя или армирующих сеток, составленную из двух слоев сеток с осями спиралей, параллельными образующей цилиндра, слоем сетки со спиралями правой свивки. На сформированный таким образом цилиндр аналогичным образом наматывают полосы остальных цилиндров, чередуя цилиндры заполнителя и армирующих сеток, причем в контактирующих слоях сеток заполнителя и армирующих сеток направления свивок спиралей противоположны, а начало и конец каждой полосы находятся в смежных радиальных сечениях и эти сечения равномерно распределены по окружности. Заготовка может быть сформирована в следующих вариантах: с первым и последним цилиндрами, выполненными из сеток заполнителя, с первым и последним цилиндрами, выполненными из армирующих сеток, с первым цилиндром, выполненным из сеток заполнителя, и последним - из армирующих сеток, с первым цилиндром, выполненным из армирующих сеток, и последним - из сеток заполнителя. Затем сформированную таким образом заготовку помещают в пресс-форму и сначала прессуют полиуретаном объемным прессованием в радиальных направлениях и в направлении оси вращения фильтрующего элемента, и затем окончательно прессуют в направлении его оси вращения, причем усилия прессования в обеих операциях прессования подбираются таким образом, чтобы в готовом фильтрующем элементе плоскости основной массы витков спиралей были касательными к конусу с осью, совпадающей с осью вращения фильтрующего элемента, и заданным углом при вершине конуса, выбираемым предпочтительно из диапазона 60°≤φ≤90°, причем первой по направлению действия осевой прессующей силы встречается вершина конуса. Техническим результатом является повышение удельной прочности фильтра на сжимающие и растягивающие виды нагрузок, обеспечение возможности работы фильтра в условиях высоких давления и температуры, повышение качества очистки и обеспечение регенерации фильтра. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.
Изобретение относится к технологии изготовления фильтрующего материала, в частности, для фильтрации жидкостей, очистки газовых потоков и других процессов разделения. В качестве подложки используют металлическую сетку с размерами ячейки в интервале от 2 до 10 мкм и толщиной не более 200 мкм, на которую наносят подслой из металлического порошка со средним размером частиц не более 10 мкм, проводят сушку и спекание металлического порошка на сетке. На полученной подложке формируют селективный керамический слой толщиной не более 10 мкм со средним размером пор не более 0,2 мкм путем нанесения слоя суспензии, состоящей из смесевой композиции керамических порошков со средним размером частиц не более 0,2 мкм и ее высушивания. Полученный материал отжигают при температуре, составляющей 0,5-0,7 от температуры плавления наиболее легкоплавкого компонента смесевой композиции керамических порошков. Обеспечивается повышение пористости и гибкости фильтрующего материала. 3 з.п. ф-лы, 4 пр.

Изобретение относится к способам изготовления фильтрующих элементов из проволочного материала, в частности, для грубой и тонкой фильтрации жидкости. Используют два длинномерных отрезка нерастянутой спирали равной длины и различного направления свивки и осуществляют навивку на оправке одного из длинномерных отрезков в цилиндрическую спираль с шагом, равным или более двух диаметров нерастянутой спирали используемого длинномерного отрезка. Снимают цилиндрическую спираль с оправки с обеспечением сохранности формы. Растягивают в поперечном направлении в ее диаметральной плоскости до шага между витками нерастянутой спирали, равного (0,5-0,8) ее диаметра. Фиксируют в растянутом состоянии с образованием рядов спирали. На образовавшиеся ряды растянутой спирали накладывают под углом 90° или менее сформированные ряды растянутой спирали другого длинномерного отрезка спирали, сжимают их между собой до взаимного внедрения друг в друга и снимают фиксацию. Улучшается сцепляемость рядов сетки, обеспечивается возможность регулирования её пористости. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх