Результат интеллектуальной деятельности: ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА

Предложение относится к бурению скважин, в частности к устройствам для очистки бурового раствора от наполнителя (кордного волокна, улюка) во всасывающей линии буровых насосов при бурении скважин с помощью забойных двигателей.

Известен фильтр (патент РФ №2254900, МПК В01D 27/06, опубл. в бюл. №18 от 27.06.2005 г.), содержащий фильтрующую часть, выполненную в виде, по крайней мере, одного цилиндра из гофрированной в продольном направлении металлической сетки, охватывающего цилиндрический перфорированный каркас, и соединительные узлы, установленные на торцах цилиндра из металлической сетки и цилиндрического перфорированного каркаса, причем оптимальное по ресурсу количество гофр цилиндра из металлической сетки определяется соотношением

n_опт=π/4d/δ(1+k₁·D/d)·k₂,

где n_опт - оптимальное количество гофр цилиндра из металлической сетки;

d, D - диаметры окружностей соответственно охватываемой и охватывающей вершин гофр цилиндра из металлической сетки;

δ - суммарная толщина металлических сеток фильтрующей части;

k₁ - коэффициент плотности укладки гофр, принимаемый равным k₁=0,1/0,3;

k₂ - коэффициент эффективности регенерации фильтра, принимаемый равным k₂=0,5/l.

Недостатками данного фильтра являются:

- потери напора из-за изменения направления потока на 90°;

- малая площадь фильтрации из-за применения цилиндрического перфорированного каркаса вдоль центральной оси фильтра и, как следствие, малая пропускная способность и необходимость частой очистки фильтра (например, от кордного волокна);

- невозможность работы при минусовых температурах окружающего воздуха, так как не предусмотрен подогрев фильтра.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для очистки растворов (патент РФ №2027472, МПК 6 В01D 33/39, опубл. в бюл. №3 от 27.01.1995 г.), содержащее корпус с патрубком ввода очищаемого раствора, патрубком отвода газа в верхней части корпуса и патрубками отвода очищенного раствора и шлама, размещенными в нижней части корпуса, фильтрующий элемент, шнек с приводом для растекания раствора, выкидной клапан с пружиной, причем устройство снабжено стаканом с размещенным в нем шнеком, дополнительным фильтром грубой очистки в виде щелевого сита из трапециевидной проволоки, жестко соединенной с крыльчаткой для дробления шлама и шнеком, при этом фильтр грубой очистки снабжен ребрами для равномерной подачи раствора на фильтрующий элемент, оснащенный ребрами для дегазации раствора и выполненный из трапециевидной проволоки с меньшими размерами щелей по сравнению с фильтром грубой очистки, а для уплотнения и выгрузки шлама стакан размещен в нижней части корпуса, шнек которого закреплен соосно с фильтром грубой очистки посредством крестовины.

Недостатками этого устройства являются:

- сложность конструкции и наличие механического привода и, как следствие, большие затраты на его изготовление и обслуживание;

- быстрое засорение при попадании наполнителя, например кордного волокна, на сито фильтра тонкой очистки, так как кордное волокно ввиду малой массы не оседает внизу корпуса;

- несъемный фильтрующий элемент, что затрудняет в случае необходимости его замену и чистку;

- невозможность работы при минусовых температурах окружающего воздуха, так как не предусмотрен подогрев устройства.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание надежной, работоспособной конструкции фильтра с минимальным гидравлическим сопротивлением, возможностью быстрой замены фильтрующих элементов и круглогодичной эксплуатацией для очистки бурового раствора от наполнителя (кордного волокна, улюка) во всасывающей линии буровых насосов при бурении скважин с помощью забойных двигателей.

Техническая задача решается фильтром для очистки бурового раствора, включающим корпус с патрубками ввода бурового раствора и вывода очищенного раствора, фильтрующий элемент для очистки раствора.

Новым является то, что патрубки ввода и вывода установлены соосно и выполнены максимально возможного диаметра, а корпус снабжен герметичной крышкой для установки фильтрующего элемента, который выполнен в виде кассеты с параллельными стержнями, при помощи которых зигзагообразно установлена фильтрующая сетка, причем с противоположной стороны крышки в корпусе выполнена герметичная камера с патрубками ввода и вывода теплоносителя.

На фиг.1 изображен фильтр для очистки бурового раствора в разрезе.

На фиг.2 изображен поперечный разрез фильтра.

Фильтр для очистки бурового раствора состоит из корпуса 1 (фиг.1) с патрубками ввода бурового раствора 2 (фиг.2) и вывода очищенного раствора 3, выполненными максимально возможного диаметра с целью снижения сопротивления на входе и выходе с фильтрующего элемента 4 для очистки раствора. При этом патрубки ввода 2 и вывода 3 установлены соосно и выполнены максимально возможного диаметра, а корпус снабжен герметичной благодаря прокладке 5 (фиг.1) крышкой 6, поджимаемой к корпусу 1 (например, винтом 7 при ввинчивании его в гайку 8 или при помощи резьбового соединения крышки 6 с корпусом 1 (на фиг. не показано) или тому подобного). Гайка 8 при этом жестко зафиксирована в проушинах 9 корпуса 1 с помощью штифтов 10.

Корпус 1 в нижней части оснащен герметичной камерой 11, образованной днищами 12, 13 и сообщаемой со штуцерами 14, 15 для подвода и вывода теплоносителя (например, пара) через отверстия 16, 17 в корпусе 1.

В корпусе 1 размещается фильтрующий элемент 4 (фиг.2) для очистки раствора, который выполнен в виде кассеты 18 (фиг.1) с параллельными стержнями 19, нижняя часть которых закреплена в нижнем основании 20 (например, при помощи резьбы или сварки), а верхняя часть крепится при помощи гаек 21 к верхнему основанию 22. На стержнях 19 зигзагообразно установлена фильтрующая сетка 23 (фиг.2), края которой плотно прижаты к основаниям 20 (фиг.1) и 22.

Зигзагообразное расположение фильтрующей сетки 23 позволяет увеличить площадь фильтрации более чем в 2,5 раза. Для извлечения кассеты 18 из корпуса 1 верхнее основание 22 снабжено ручкой 24.

Фильтр для очистки бурового раствора работает следующим образом.

Корпус 1 монтируют во всасывающую линию буровых насосов (на фиг. не показана) при помощи патрубков ввода бурового раствора 2 (фиг.2) и вывода очищенного раствора 3. Затем собирают кассету 18 (фиг.1). Для этого закрепляют стержни 19 на нижнем основании 20, устанавливают на них сверху зигзагообразно фильтрующую сетку 23 (фиг.2) (размеры ячеек сетки подбирают опытным путем), надевают сверху на стержни 19 (фиг.1) верхнее основание 22 и гайками 21, равномерно навинчивая их на стержни 19, прижимают его к верхнему торцу сетки 23 (фиг.2) до исчезновения зазоров над и под сеткой 23.

В корпус 1 (фиг.1) помещают кассету 18, закрывают крышкой 6 с прокладкой 5, устанавливают в проушины 9 гайку 8 со штифтами 10. В гайку 8 ввинчивают винт 7 до упора его в крышку 6, плотно прижимая крышку 6 через прокладку 5 к корпусу 1.

При включении буровых насосов (на фиг. не показаны) буровой раствор с наполнителем проходит через патрубок ввода бурового раствора 2 (фиг.2), зигзаги фильтрующей сетки 23 кассеты 18 (фиг.1) и через патрубок вывода очищенного раствора 3 (фиг.2) поступает в буровые насосы, при этом частицы наполнителя оседают на поверхности фильтрующей сетки 23.

При полном засорении фильтрующей сетки 23 кассету 18 (фиг.1) извлекают из корпуса 1 за ручку 24, разбирают и очищают. Для этого отвинчивают гайки 21 стержней 19, снимают верхнее основание 22 и извлекают сетку 23 (фиг.2). Все детали фильтрующего элемента 4 (фиг.2) промывают под струей воды. На время очистки засорившегося фильтрующего элемента 4 устанавливается запасная кассета 18 (на фиг. не показана), что значительно упрощает обслуживание и уменьшает время простоя.

Для предотвращения замерзания остатков бурового раствора при отрицательных температурах окружающего воздуха в герметичную камеру 11 (фиг.1) через штуцеры 14, 15 и отверстия 16, 17 в корпусе 1 подается (и отводится) теплоноситель, например пар.

Преимущество предлагаемого фильтра для очистки бурового раствора заключается в том, что его конструкция благодаря сменным фильтрующим кассетам позволяет быстро перезаряжать фильтр, а зигзагообразное расположение фильтрующей сетки значительно увеличивает площадь фильтрации и соответственно межсервисный интервал замены фильтрующих кассет. Кроме того, благодаря герметичной термокамере под днищем фильтра исключаются несанкционированные простои из-за замерзания бурового раствора.