Результат интеллектуальной деятельности: СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР

Изобретение относится к нефтегазобобывающей промышленности, конкретно - к средствам фильтрования нефти и газа.

Известен щелевой скважинный фильтр по патенту РФ на полезную модель №71694, МПК Е21В 43/08, опубл. 20.03.2008 г.

Фильтр содержит перфорированную трубу, на которой установлены продольные опорные элементы, на внешней поверхности которых намотана проволока с образованием зазоров между витками, при этом 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.

Недостатками фильтра являются сложность конструкции скважинного фильтра, трудоемкость изготовления, 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.

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.

Известен бескаркасный скважинный фильтр по патенту РФ на изобретение №2606470, МПК В21В 43/08, опубл. 10.01.2017 г., прототип.

Этот бескаркасный скважинный фильтр содержит два ниппеля и, по меньшей мере, один фильтрующий элемент, закрытый защитным кожухом, имеющим отверстия, и выполненным между ограничительными кольцами, тем, что каждый фильтрующий элемент уложен на продольные элементы, а оба ниппеля приварены к крайним ограничительным кольцам, внутри фильтра без кольцевого зазора установлен кольцевой кожух, внутри которого с кольцевым зазором установлено средство закрутки добываемого продукта. Фильтрующий элемент может быть выполнен щелевым в виде проволоки, намотанной на продольные элементы по спирали.

Недостатки: сложность конструкции и ухудшение очистки добываемого продукта.

Задача создания изобретения улучшение очистки добываемого продукта при сохранении прочности фильтра.

Решение указанной задачи достигнуто в скважинном фильтре, содержащем ниппели, и фильтрующий элемент, содержащий стрингеры, уложенные параллельно оси скважинного фильтра между ограничительными кольцами, и намотанные на них витки профилированной проволоки, тем, что стрингеры выполнены «Г»-образного поперечного сечения и одно их основание контактирует с витками профилированной проволоки.

Высота профиля стрингеров может быть выполнена из соотношения:

H₂=(2,3…2,8)в₁ где:

Н₂ - высота стрингера,

в₂ - ширина полки стрингера.

Толщина стрингеров 5 (фиг. 3) может быть выполнена из соотношения:

δ=(0,2…0,3) в₁ где:

δ - толщина стрингера 3,

в₂ - ширина полки 13 стрингера 5.

Профилированная проволока 5 может быть выполнена треугольного поперечного сечения с радиусным скруглением вершины, обращенной к оси скважного фильтра (фиг. 3).

Радиусное скругление вершины, обращенной к оси скважного фильтра, может быть выполнено из условия:

R=(0,2…0,25) а, где:

R - радиус скругления вершины,

а - ширина профилированной проволоки.

Укладка стингеров при сборке может быть выполнена таким образом, чтобы внутренний диаметр установки стрингеров был равен внутреннему диаметру ограничительных колец (фиг. 8):

D_внс = D_вн

где: D_внс - внутренний диаметр установки стрингеров,

D_вн, - внутренний диаметр ограничительных колец.

Укладка стингеров при сборке может быть выполнена таким образом, чтобы внутренний диаметр установки стрингеров был меньше внутреннего диаметра ограничительных колец (фиг. 9):

D_внс < D_вн.

Укладка стингеров при сборке может быть выполнена таким образом, чтобы внутренний диаметр установки стрингеров был больше внутреннего диаметра ограничительных колец (фиг. 10):

D_внс >D_вн.

Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг. 1-14, где:

- на фиг. 1 приведен скважный фильтр,

- на фиг. 2 приведен фильтрующий элемент,

- на фиг. 3 приведен первый вариант стрингера,

- на фиг. 4 приведен второй вариант стрингера,

- на фиг. 5 приведен третий вариант стрингера с разиусным скруглением контактной поверхности полки,

- на фиг. 6 приведена укладка стрингеров,

- на фиг. 7 приведен первый вариант профилированной проволоки,

- на фиг. 8 приведен второй вариант профилированной проволоки,

- на фиг. 9 приведен конец стрингера и его установка в ограничительное кольцо, первый вариант,

- на фиг. 10 приведен конец стрингера и его установка в ограничительное кольцо, второй вариант,

- на фиг. 11 приведена сборка фильтрующего элемента,

- на фиг. 12 приведен вид А,

- на фиг. 13 приведено ограничительное кольцо,

- на фиг. 14 приведен вид В на ограничительное кольцо фиг. 13.

Обозначения, принятые в описании:

ниппель 1,

муфта 2,

центратор 3,

фильтрующий элемент 4,

стрингер 5,

ограничительно кольцо 6,

профилированная проволока 7,

сварочный шов 8,

контактная сварка 9,

внутренняя полость 10,

стойка 11,

основание 12,

полка 13,

контактная поверхность 14,

внешняя грань 15,

внутренняя грань 16,

боковая грань 17,

конец стрингера 18,

радиальный паз 19,

внутренний торец 20,

внутренняя фаска 21,

внешний торец 22

внешняя фаска 23,

внутренняя проточка 24,

вырез 25.

Н₀ - высота фильтрующего элемента,

H₁ - высота поперечного сечения профилированной проволоки.

Н₂ - высота профиля стрингера,

D_вн - внутренний диаметр фильтра,

D_внс - внутренний диаметр установки стрингеров,

D_м - наружный диаметр муфты,

D_ф - диаметр фильтрующего элемента,

а - ширина профиля поперечного сечения профилированной проволоки

b - ширина стрингера,

b₁ - минимальная ширина стрингера в сечении,

b₂ - максимальная ширина стрингера в сечении,

δ₁ - фильтрующий зазор,

δ₂- зазор между стрингерами,

t - шаг установки стрингеров,

R - радиус скругления контактной поверхности,

r₁ - радиус скругления вершины.,

Скважинный фильтр (фиг. 1…14) предназначен для очистки нефти или газа.

Скважинный фильтр (фиг. 1) содержит ниппели 1, муфту 2 на верхнем ниппеле 1 и может быть установлен центратор 3.

Фильтрующий элемент 4, (фиг. 2) содержит стрингеры 5, уложенные параллельно оси 00 скважинного фильтра между ограничительными кольцами 6, и намотанные на них витки профилированной проволоки 7 треугольного сечения.

Соединения ниппелей 1 с ограничительными кольцами 6 и ограничительных колец 6 с фильтрующими элементами 4 выполнено сварочными швами 8.

Соединение профилированной проволоки 7 со стрингерами выполнено контактной сваркой 9.

Внутри фильтра образована внутренняя полость 10, в которой находится очищенный добываемый продукт.

Стрингеры 5 (фиг. 3 и 4) выполнены «Г»-образной формы в поперечном сечении.

При этом возможны два варианта

- первый вариант, когда ширина стрингеров 5 постоянная и равна b (фиг. 3),

- второй вариант, когда стрингер имеет полку 13 в₂, контактирующую с профилированной проволокой 7. (фиг. 4).

Высота стрингеров может быть выполнена из соотношения:

Н₂=(2,3…2,8) в₂ где:

H₁ - высота стрингера,

в₂ - ширина полки стрингера.

Н₂ - высота стингеров 5.

Толщина стрингеров 5 (фиг. 3) δ может быть выполнена из соотношения:

δ=(0,2…0,3)в₂ где:

δ - толщина стрингера 3,

в₂ - ширина полки 13 стрингера 5.

Сборка стрингеров 5 показана на фиг. 5.

Доказательство оптимальности указанного соотношения размеров для определения высоты стрингера Н₂.

Из сопротивления материалов известно (для прямоугольного профиля):

где:

W - момент сопротивления изгибу,

Н₂ - высота стрингера 5,

b₂ - минимальная ширина стрингера 5.

Если ширина стрингера 5 постоянная, то принимают b (фиг. 4 и 5).

Из этой формулы следует, что с увеличением высоты стрингера 5 - Н₂ его сопротивление изгибу возрастает с квадратичной зависимостью. Однако верхний передел ограничен наружным диаметральным габаритом скважинного фильтра: сделать фильтрующий элемент 4 диаметром больше внешнего диаметра муфты 7 нельзя из-за возможности разрушения фильтрующего элемента при спуске в скважину.

Более подробное обоснование оптимальной высоты стригеров 5 приведено с использованием некоторых данных в табл. 1, частично позаимствованных из ГОСТ 633-80. Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним. Технические условия. Также возможно применение труб по ГОСТ 632 - 80. Трубы обсадные и муфты к ним. Технические условия.

Из табл. 1 следует, что высота фильтрующего элемента Н₀=13,5…16, 0 мм.

При высоте профилированной проволоки 7 равной 3 мм, учитывая, что Н₀=H₁+Н₂ имеем, при высоте H₁=3 мм (фиг. 3) высота Н₂ стрингеров 5:

Н₂=10,5…13,0 мм, что вполне достаточно для изготовления тонкостенного профилированного проката.

Технологии изготовления тонкостенного профилированного проката известны из пат. РФ №2163869, МПК B21D 26/06, опубл. 10.03.2001 и пат. РФ №2338620, МПК B21J 5/12, опубл. 10.10.2007.

Стрингеры 5 имеют стойку 11, основание 12 и полку 13 с контактной поверхностью 14, которая может быть выполнена со скруглением радиусом R (фиг. 5).

Профилированная проволока 7 треугольного сечения может быть выполнена в двух вариантах фиг. 7 и 8.

Первый вариант профилированной проволоки 7 (фиг 7) треугольного поперечного сечения, имеющий внешнюю грань 15, внутреннюю грань 16, а также две боковые грани 17 и радиусное скругление.

Радиусное скругление, выполнено радиусом r1 (фиг. 7), при том оптимальный радиус скругления:

r₁=(0,2….0,25)a,

Где: r₁ - радиус радиусного скругления при вершине поперечного сечения профилированной проволоки 7, где:

а - ширина профилированной проволоки 7.

Высота H₁ профилированной проволоки 7 приблизительно равна 3 мм.

На фиг. 8 приведен второй вариант профилированной проволоки 7 выполненной в поперечном сечении в форме трапеции, внешняя грань 15 которой обращено в сторону оси ОО скважинного фильтра, а внутренняя грань 16 в сторону профилированной проволоки 7.

На фиг. 9 приведен конец 18 стрингера 5 с вырезом 25 и его установка в радиальный вырез 19 ограничительное кольцо 6, первый вариант, в котором:

D_внс - D_вн,

где: D_внс - внутренний диаметр установки стрингеров 5,

D_вн, - внутренний диаметр ниппелей 1 и ограничительных колец 6.

Концы 18 стрингеров 5 могут быть перед приваркой уложены в выполненные с равномерным шагом в радиальные пазы 19 на внутренних торцах 20 ограничительных колец 6.

Фаски 21 и 23 предназначены для сварочного шва 8.

На фиг. 10 приведен конец стрингера 5, второй вариант и его установка в ограничительное кольцо 6, в котором:

D_внс≥D_вн,

_{где: Dвнс - внутренний диаметр установки стрингеров 5.}

На фиг. 11 приведен конец стрингера 5, третий вариант и его установка в ограничительное кольцо 6, в котором:

D_внс≥D_вн,

На фиг. 12 приведен вид А.

На фиг 13 приведено ограничительное кольцо 6, а на фиг. 14 приведен вид В ограничительного кольца 6. Ограничительное кольцо 6 имеет внешнюю фаску 23 на большем диаметре внешнего торца 22 и внутреннюю проточку 24 на меньшем диаметре для стыковки к ниппелю 1.

Сборка скважинного фильтра

При сборке отдельно (фиг. 1…14) изготавливают ниппели 1, ограничительные кольца 6 и фильтрующие элементы 4.

Фильтрующие элементы 4 собирают на оправке (не показано) на которой устанавливают стрингеры 5 на них наматывают профилированную проволоку 7 периодически приваривая ее к стрингерам 5 контактной сваркой 10 (фиг. 9).

Фильтрующие элементы 4 приваривают с обеих сторон к ограничительным кольцам 6 сварочными швами 8. (фиг. 2).

Ниппеля 1 приваривают к ограничительным кольцам 6 тоже сварочными швами 8 (фиг. 1 и 2).

РАБОТА СКВАЖИНОГО ФИЛЬТРА

Скважинный фильтр предназначен для очистки нефти или газа от посторонних примесей (фиг. 1…14). Для этого скважинный фильтр устанавливают в состав эксплуатационной колонны (не показано). Нефть (газ) через зазор δ₁ между витками профилированной проволоки 7 и далее через зазоры между стрингерами 5 - δ₂. поступает во внутреннюю полость 10.

Степень фильтрации зависит преимущественно от зазора δ₁ (фиг. 9) и задается заказчиком обычно в диапазоне от 0,1 до 1,0 мм. При этом не допустима деформация витков профилированной проволоки 7 ни при изготовлении, ни при перевозке и спуске скважинного фильтра в скважину. Это достигнуто контактом профилированной проволоки 7 со стрингерами 5 при приварке, их сварке без вытяжки профилированной проволоки 7 за счет большей площади их контакта между собой.

Проходя через зазоры δ₂ между стрингерами 5, (фиг. 12) во внутреннюю полость 10 добываемый продукт очищается.

Предложенная конструкция обеспечивает улучшение фильтрации за счет стабильности бокового зазора δ₁ и повышает его прочность за счет предложенного профиля стрингеров 5 и профилированной проволоки 7.

Применение изобретения позволило:

- улучшить очистку добываемого продукта за счет уменьшение деформации витков профилированной проволоки при сварке и при спуске скважинного фильтра в скважину.