Щелевой скважинный фильтр
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к скважинным фильтрам. Устройство включает перфорированную несущую трубу и по меньшей мере один щелевой фильтрующий элемент, выполненный из проволоки, намотанной на продольные элементы по спирали. В начале и в конце щелевого фильтрующего элемента установлены ограничительные кольца. Каждый щелевой фильтрующий элемент присоединен к несущей трубе приваркой одного ограничительного кольца. Повышается устойчивость фильтра к абразивному износу, обеспечивается необходимый уровень фильтрации и дебита в течение длительного времени, увеличивается жесткость и прочность фильтрующего элемента, появляется возможность самоочистки фильтрующих элементов. 13 з.п. ф-лы, 24 ил.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при добыче газа и нефти.
Известен щелевой фильтр по патенту РФ на изобретение №2445146. Изобретение относится к устройствам фильтрования жидких сред и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где требуется эффективная очистка маловязких жидких сред, например воды, керосина, бензина, ацетона, дизельного топлива и других, от механических примесей. Щелевой фильтр содержит трубу, фильтровальный участок которой имеет перфорацию в виде отверстий, фильтрующий элемент в виде навитой по спирали проволоки, пружину. Фильтрующий элемент установлен концентрично трубе между неподвижно закрепленным нижним опорным элементом в виде стакана и подвижным двусторонним упором в кольцевых зазорах между наружным диаметром трубы и внутренними диаметрами нижнего опорного элемента и подвижного двустороннего упора, с опорой на кольцевую площадку-каждого. Между подвижным двусторонним упором и верхним подвижным упором в кольцевые зазоры между наружным диаметром трубы и внутренними диаметрами упоров с опорой на кольцевую площадку каждого установлена пружина, первоначальное усилие которой превышает упругую деформацию пружины фильтрующего элемента, что обеспечивает плотное прилегание витков проволоки фильтрующего элемента.
Недостатком щелевого фильтра является отсутствие нормированного фильтрующего зазора.
Известен щелевой скважинный фильтр по патенту РФ на полезную модель №68585. Фильтр включает несущий каркас, выполненный из перфорированной трубы и щелевого фильтрующего элемента, выполненного из проволоки, намотанной на продольные элементы по спирали, отличающийся тем, что под продольными элементами установлен сетчатый фильтрующий элемент в виде, по меньшей мере, одной фильтрующей сетки. Сетки закреплены фиксирующей проволокой, намотанной по спирали. Между фильтрующей сеткой и перфорированной трубой выполнен дренажный слой. Дренажный слой выполнен из проволоки, намотанной по спирали. Навивка проволоки в дренажном слое отличается по направлению от навивки фиксирующей проволоки. Дренажный слой выполнен из сетки. Диаметр проволоки дренажного слоя выполнен меньше, чем высота поперечного сечения проволоки щелевого фильтрующего элемента. Диаметр проволоки фильтрующей сетки выполнен меньше, чем диаметр проволоки дренажного слоя. Дренажный слой зафиксирован направляющими кольцами. Фильтрующие сетки и фиксирующая проволока закреплены направляющими кольцами. Направляющие кольца выполнены из полосы стального листа. В начале и в конце щелевого фильтрующего элемента установлены ограничительные кольца.
Недостатком фильтра является низкая надежность и быстрый износ фильтрующего элемента.
Известен скважинный фильтр по патенту РФ на полезную модель №70300. Фильтр содержит перфорированную трубу, на которой установлен щелевой фильтрующий элемент, содержащий, в свою очередь, продольные опорные элементы, на внешней поверхности которых намотана проволока с образованием зазоров между витками, отличающийся тем, что концентрично щелевому фильтрующему элементу установлен внешний щелевой фильтрующий элемент, имеющий аналогичную конструкцию, а зазор между ними заполнен фильтрующим наполнителем. Между щелевыми фильтрующими элементами установлены дистанционные кольца. Зазор между витками внешнего щелевого элемента не менее чем зазор между витками внутреннего щелевого элемента. Внешний щелевой элемент выполнен из проволоки большего поперечного сечения, чем внутренний щелевой элемент. Внешний щелевой элемент выполнен из проволоки большего поперечного сечения, чем внутренний щелевой элемент. Размер частиц гравийной набивки превышает зазор между витками фильтрующего элемента в 1, 2…10 раз. Фильтрующий наполнитель выполнен из шариков. Шарики выполнены из нержавеющей стали. Шарики выполнены из стекла. Шарики выполнены из полимерного материала. Фильтрующий наполнитель выполнен из песка.
Недостатком фильтра является низкая надежность и быстрый износ фильтрующего элемента.
Известен щелевой фильтр с проволочным фильтрующим элементом по патенту РФ на изобретение №2378494. Изобретение относится к горной промышленности, а именно к нефтегазодобывающей, и может быть использовано при освоении нефтяных и газовых скважин. Щелевой фильтр с проволочным фильтрующим элементом содержит перфорированную трубу с ниппельной и муфтовой частями, концентрично которой выполнен фильтрующий элемент из намотанной по спирали проволоки, соединенной с проволочными продольными стрингерами. При этом проволока в спирали уложена виток к витку, как минимум, на одной из соприкасающихся сторон проволоки выполнена обеспечивающая фильтрующий зазор тангенциальная или пересекающаяся насечка. Техническим результатом является упрощение технологии изготовления и уменьшение кольматации фильтра при добыче нефти или газа.
Недостатком фильтра является высокое гидравлическое сопротивление и низкая пропускная способность.
Известен щелевой скважинный фильтр по патенту РФ на полезную модель №71694. Фильтр содержит перфорированную трубу, на которой установлены продольные опорные элементы, на внешней поверхности которых намотана проволока с образованием зазоров между витками, отличается тем, что проволока приварена или припаяна к продольным элементам, а соотношение шага установки продольных элементов к их высоте выполнено в диапазоне от 1,0 до 10. Между трубой и продольными опорными элементами установлена фильтрующая сетка. Между опорными продольными элементами и фильтрующей сеткой намотана проволока, выполняющая роль дренажного слоя. Между трубой и фильтрующей сеткой установлена дренажная сетка. Между продольными опорными элементами и фильтрующей сеткой установлена дренажная сетка.
Недостатком фильтра является низкая надежность и быстрый абразивный износ фильтрующего элемента.
Известен скважинный фильтр по патенту РФ на изобретение №2507384, МПК Е21В 43/08, опубл. 20.02.2014 г., прототип.
Этот щелевой скважинный фильтр содержит перфорированную несущую трубу и щелевой фильтрующий элемент, выполненный из проволоки, намотанной на продольные элементы по спирали, причем поперечное сечение проволоки, намотанной по спирали, выполнено пятигранным, одна из граней проволоки выполнена параллельно продольной оси фильтра и образует его наружную поверхность, а каждая боковая сторона выполнена с двумя гранями, верхние образуют фильтрующий зазор, а нижние сходятся образуя острый угол.
Недостатки: низкая прочность проволоки фильтрующего элемента, что приводит к изменению зазоров при спуске скважинного фильтра, и быстрый абразивный износ «самого узкого места» фильтрующего элемента.
Задачами создания изобретения являются:
- повышение устойчивости фильтра к абразивному износу,
- обеспечение необходимого уровня фильтрации в течение длительного времени и увеличение дебита добываемого продукта,
- увеличение жесткости и прочности фильтрующего элемента.
Решение указанных задач достигнуто в щелевом скважинном фильтре, включающем перфорированную несущую трубу и, по меньшей мере, один щелевой фильтрующий элемент, выполненный из проволоки, намотанной на продольные элементы по спирали, тем, что в начале и в конце щелевого фильтрующего элемента установлены ограничительные кольца, каждый щелевой фильтрующий элемент присоединен к несущей трубе приваркой одного ограничительного кольца.
Поперечное сечение проволоки, намотанной по спирали, может быть выполнено шестигранным, одна из граней проволоки выполнена параллельно продольной оси фильтра и образует его наружную поверхность, а два боковых угла образуют калиброванный зазор. Может быть применена проволока, имеющая в поперечном сечении форму правильного шестиугольника. Угол, соединяющий грани, может быть скруглен. Перфорация в несущей трубе может быть выполнена отверстиями. Отверстия перфорации в несущей трубе могут быть закрыты срезаемыми пробками.
Срезаемые пробки могут быть выполнены из алюминия. Срезаемые пробки могут быть выполнены из пластмассы. Срезаемые пробки могут быть установлены по резьбе. Срезаемые пробки могут быть установлены на клею.
Перфорация в несущей трубе может быть выполнена щелями вдоль трубы. Перфорация в несущей трубе может быть выполнена щелями поперек трубы. Перфорация в несущей трубе может быть выполнена щелями под наклоном к продольной оси. Щелевые фильтрующие элементы могут установлены без осевого зазора между ограничительными кольцами соседних щелевых фильтрующих элементов.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1 - 24, где:
на фиг. 1 приведен скважинный фильтр,
на фиг 2 приведен вид А,
на фиг. 3 приведено поперечное сечение проволоки, имеющей шестигранное поперечное сечение с радиусными скруглениями углов,
на фиг. 4 приведен вид А с продольным разрезом трубы, перфорированной отверстиями,
на фиг. 5 приведен вид А с продольным разрезом трубы, перфорированной щелями,
на фиг. 6 приведен вид А с продольным разрезом трубы, перфорированной отверстиями, выполненными под углом к продольной оси фильтра,
на фиг. 7 показан разрез В-В,
на фиг. 8 приведен скважинный фильтр со срезаемыми пробками, разрез В-В,
на фиг. 9 приведен скважинный фильтр с несколькими фильтрующими элементами, установленными с осевым зазором между ними,
на фиг. 10 приведен скважинный фильтр с несколькими фильтрующими элементами, установленными без осевого зазора между ними,
на фиг. 11 приведен разрез С-С, первый вариант,
на фиг. 12 приведен разрез С-С, второй вариант,
на фиг. 13 приведена опорная перфорированная труба с отверстиями, расположенными рядами,
на фиг. 14 приведена опорная перфорированная труба с отверстиями, расположенными в шахматном порядке,
на фиг. 15 приведена опорная перфорированная труба с отверстиями, расположенными по спирали,
на фиг. 16 приведено дистанционное кольцо,
на фиг. 17 приведен вид D,
на фиг. 18 приведен процесс приварки продольных элементов,
на фиг. 19 начало сборки фильтра,
на фиг. 20 установка второго фильтрующего элемента,
на фиг. 21 установка центратора,
на фиг. 22 сборка фильтрующего элемента,
на фиг. 23 очистка наружной стороны фильтрующего элемента,
на фиг. 24 очистка внутренней стороны фильтрующего элемента.
Щелевой скважинный фильтр (фиг. 1-24) включает перфорированную несущую трубу 1, с одной стороны которой выполнена муфта 2, а с другой - ниппель 3 для установки в состав колонны бурильных труб.
На наружной поверхности перфорированной несущей трубы 1 концентрично ей расположен щелевой фильтрующий элемент 4, с обеих сторон которого выполнены ограничительные кольца 5.
Фильтрующий элемент 4 выполнен из проволоки 6. намотанной на продольные элементы 7 по спирали, причем поперечное сечение проволоки 6, намотанной по спирали, выполнено шестигранным, одна из граней проволоки 8 выполнена параллельно продольной оси фильтра OO и образует его наружную поверхность, боковые грани 9 образуют кромку 10 с углом 120°.Углы, соединяющие все грани 8 и 9, могут быть скруглены радиусом r (фиг. 3).
Перфорация в перфорированной несущей трубе 1 может быть выполнена отверстиями 11.
Перфорация может быть выполнена щелями 12. (фиг. 5).
Отверстия 11 могут быть выполнены под острым углом α к оси фильтра OO (фиг. 6) для уменьшения гидравлических потерь при добыче нефти или газа.
Отверстия 11 могут быть не закрыты (фиг.7) или временно закрыты срезаемыми пробками 13 (фиг. 8) для опрессовки и промывки.
Материал пробок 13 или алюминий, или пластмасса.
Пробки 13 устанавливают в отверстиях 11 на резьбе или на клее.
Щелевой скважинный фильтр может иметь несколько фильтрующих элементов 4 (фиг. 9), при этом они ограничены с обеих сторон ограничительными кольцами 5 при помощи сварки. На фиг. 9 приведен скважинный фильтр с несколькими фильтрующими элементами, установленными с осевым зазором между ними.
На фиг. 10 приведен скважинный фильтр с несколькими фильтрующими элементами, установленными без осевого зазора между ними.
Продольные элементы 7 крепятся к ограничительным кольцам 4 сварочным швом 14, двух ограничительных колец 5 к перфорированной опорной трубе 1 - сварочным швом 15, а проволока 6 к продольным элементам 7 - сварочным швом 16 (фиг. 11). Возможен вариант (фиг. 12), когда приварка к перфорированной опорной трубе 1 осуществлена только одного ограничительно кольца 5. Это позволит при колебаниях температуры осуществлять продольные перемещения фильтрующих элементов 4 и их самоочистку.
Отверстия 11 могут быть выполнены на перфорированной несущей трубе 1 несколькими способами. На фиг. 13 приведена опорная перфорированная труба 1 с отверстиями 11 расположенными рядами, на фиг. 16 приведена опорная перфорированная труба 1 с отверстиями 11, расположенными в шахматном порядке, на фиг. 15 приведена опорная перфорированная труба 1 с отверстиями 11 расположенными по спирали.
Части опорной перфорированной трубы 17 не имеют перфорацию.
На фиг. 16 и 17 приведено дистанционное кольцо 5, которое содержит канавку 18 и прорези 19, в которые укладываются продольные элементы 12 и сваривают сварочным швом 15 (фиг. 18).
Процесс сборки фильтра приведен на фиг. 19…21.
На фиг. 19 показано начало сборки фильтра, на фиг. 20 - установка второго фильтрующего элемента, на фиг. 21 - установка центратора 20 при помощи винта 21.
На фиг. 22 приведена сборка фильтрующего элемента 4 при помощи станка, который содержит керамическую трубу 22, установленную в патроне 23 на центрах 24.
Станок содержит суппорт 25 и контактный ролик 26 и скользящий контакт 27. Кроме того, в оборудование входит сварочный трансформатор 28, который проводами 29 соединен с контактным роликом 26 и скользящим контактом 27. Вне станка установлена катушка 30 с проволокой 6.
На фиг. 23 приведена очистка наружной стороны фильтрующего элемента 5, на фиг. 24 - очистка внутренней стороны фильтрующего элемента 5,
Щелевой скважинный фильтр работает следующим образом. Отдельные скважинные фильтры собирают в колонну на обсадных трубах или в составе подвески хвостовика, спускают в продуктивный горизонт. При наличии срезаемых пробок 13, установленных в отверстиях 11 перфорированной несущей трубы 1, выполняется промывка забоя. После промывки пробки срезаются и добываемый продукт через фильтрующий элемент 5 начинает поступать внутрь перфорированной несущей трубы 1. Газ или нефть проходят через фильтрующий зазор δ фильтрующего элемента 4. Механические частицы больше фильтрующего зазора δ остаются снаружи перфорированной несущей трубы 1, а более мелкие или равные проходят внутрь нее и с газом или с нефтью поднимаются на поверхность. При этом абразивные частицы, проходящие через фильтрующий зазор δ, истирают боковые грани 8 и 9 профиля проволоки 6, использованной для намотки фильтрующего элемента 4, увеличивают фильтрующий зазор и изменяют степень фильтрации. Однако углы 10 проволоки 6, имеющие угол 120°, истираются в несколько раз медленнее, чем у прототипа, имеющего угол в самом «узком месте» менее 90°.
Наличие радиуса r еще более значительно уменьшает истирание абразивными частицами проволоки и препятствует увеличению зазора.
Кроме того, шестигранная проволока имеет большую жесткость, чем трехгранная или пятигранная, и меньше деформируется при спуске скважинных фильтров в забой.
Возможен вариант (фиг. 12), когда приварка к перфорированной опорной трубе 1 осуществлена только одного ограничительно кольца 5. Это позволит при колебаниях температуры осуществлять продольные перемещения фильтрующих элементов 4 и их самоочистку.
Применение изобретения позволило:
1. Повысить надежность и долговечность скважинного фильтра за счет большей прочности проволоки шестигранного сечения по сравнению с прототипом.
2. Обеспечить в течение длительного времени необходимый уровень фильтрации за счет стабильно зазора.
3. Обеспечить фильтрацию газа и нефти от механических примесей.
4. Повысить устойчивость фильтрующего элемента к абразивному износу.
5. Уменьшить деформацию фильтрующего элемента при спуске фильтра в скважину.
6. Увеличить дебит скважинного фильтра за счет установки фильтрующих элементов без зазора между ними.
7. Обеспечить самоочистку скважинного фильтра за счет колебательного движения щелевых фильтрующих элементов, приваренных к опорной трубе.
1. Щелевой скважинный фильтр, включающий перфорированную несущую трубу и по меньшей мере один щелевой фильтрующий элемент, выполненный из проволоки, намотанной на продольные элементы по спирали, отличающийся тем, что в начале и в конце щелевого фильтрующего элемента установлены ограничительные кольца, каждый щелевой фильтрующий элемент присоединен к несущей трубе приваркой одного ограничительного кольца.
2. Щелевой скважинный фильтр по п. 1, отличающийся тем, что поперечное сечение проволоки, намотанной по спирали, выполнено шестигранным, одна из граней проволоки выполнена параллельно продольной оси фильтра и образует его наружную поверхность, а два боковых угла образуют калиброванный зазор.
3. Щелевой скважинный фильтр по п. 2, отличающийся тем, что применена проволока, имеющая в поперечном сечении форму правильного шестиугольника.
4. Щелевой скважинный фильтр по п. 2, отличающийся тем, что угол, соединяющий грани, скруглен.
5. Щелевой скважинный фильтр по п. 1, отличающийся тем, что перфорация в несущей трубе выполнена отверстиями.
6. Щелевой скважинный фильтр по п. 5, отличающийся тем, что отверстия перфорации в несущей трубе закрыты срезаемыми пробками.
7. Щелевой скважинный фильтр по п. 6, отличающийся тем, что срезаемые пробки выполнены из алюминия.
8. Щелевой скважинный фильтр по п. 6, отличающийся тем, что срезаемые пробки выполнены из пластмассы.
9. Щелевой скважинный фильтр по п. 6, отличающийся тем, что срезаемые пробки установлены по резьбе.
10. Щелевой скважинный фильтр по п. 6, отличающийся тем, что срезаемые пробки установлены на клею.
11. Щелевой скважинный фильтр по п. 1, отличающийся тем, что перфорация в несущей трубе выполнена щелями вдоль трубы.
12. Щелевой скважинный фильтр по п. 1, отличающийся тем, что перфорация в несущей трубе выполнена щелями поперек трубы.
13. Щелевой скважинный фильтр по п. 1, отличающийся тем, что перфорация в несущей трубе выполнена щелями под наклоном к продольной оси.
14. Щелевой скважинный фильтр по п. 1, отличающийся тем, что щелевые фильтрующие элементы установлены без осевого зазора между ограничительными кольцами соседних щелевых фильтрующих элементов.
