Результат интеллектуальной деятельности: СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР

Изобретение относится к погружному оборудованию, а именно к скважинным фильтрам для предотвращения загрязнения насосного агрегата механическими примесями из пластовой жидкости.

Известен скважинный фильтр, содержащий перфорированный корпус, слоистый фильтрующий элемент на основе зернистого наполнителя и покрытие из ворсистого материала (А.с. №587242 СССР, Е21В 43/08, 1978).

Недостаток скважинного фильтра состоит в неэффективном использовании объема слоистого фильтрующего элемента, так как задержание механических примесей происходит преимущественно в его поверхностных слоях.

Известен скважинный фильтр, состоящий из перфорированного корпуса и плоских корундовых кругов, расположенных между поджимными и центрирующими кольцами с образованием щелей между собой (А.с. №981592 СССР, Е21В 43/08, 1982).

Скважинный фильтр обладает низкой удельной пропускной способностью, так как определяемая суммарной шириной щелей площадь его проходного сечения составляет незначительную часть площади боковой поверхности корундовых кругов.

Известен проволочный многослойный фильтр, содержащий перфорированный каркас, слои продольных опорных металлических лент на каркасе с уменьшающейся толщиной от наружного к внутреннему слою и обмотки проволоки круглого сечения, навитые вокруг каждого слоя лент с расположением витков каждой последующей обмотки между витками предыдущей обмотки (А.с. №927058 СССР, Е21В 43/08, 1982).

Недостатками фильтра являются непродолжительный ресурс работы вследствие быстрой кольматации зазоров между витками проволоки круглого сечения, нестабильность размеров щелей из-за невысокой жесткости, а также сложность и трудоемкость изготовления.

Известен скважинный щелевой трубчатый фильтр, содержащий многослойный фильтрующий элемент, каркасный элемент с патрубками на концах и соединительную штангу квадратного или круглого сечения с вставками на концах для соединения с патрубками (А.с. №1116144 СССР, Е21В 43/08, 1984).

Недостаток фильтра - ограниченная жесткость и нестабильность геометрических и рабочих характеристик из-за способа крепления фильтрующих элементов к каркасным элементам, а штанги - к патрубкам.

Наиболее близким к заявляемому фильтру является скважинный фильтр, содержащий перфорированный каркас, на котором концентрично размещены основные и дополнительные слои фильтрующих элементов в виде пластмассовых дисков переменной и одинаковой толщины с центральным отверстием, образующих между собой щели и каналы (А.с. №1530759 СССР, Е21В 43/08, 1989).

Недостатками скважинного фильтра являются повышенная потеря напора вследствие высокого отношения длины щелей к их ширине, неудовлетворительная тонкость очистки, определяемая шириной щелей, а также низкая грязеемкость.

Настоящее изобретение решает задачу создания скважинного фильтра с высоким качеством очистки пластовой жидкости, низким гидравлическим сопротивлением, увеличенными грязеемкостью и ресурсом работы, надежного в эксплуатации и технологичного в изготовлении.

Указанный технический результат достигается тем, что в скважинном фильтре, содержащем перфорированный каркас и концентрично размещенные на нем фильтрующие элементы в виде дисков с центральным отверстием, образующие щели между собой, согласно изобретению диски изготовлены из металлической сетки, а перфорированный каркас выполнен из профильной трубы квадратной или шестигранной формы с образованием продольных каналов между ее гранями и дисками.

Диски из металлической сетки могут быть выполнены двух размеров ячейки и установлены в чередующемся порядке, при этом центральное отверстие в дисках из крупноячеистой сетки выполнено большего диаметра, чем в дисках из мелкоячеистой сетки. За счет чередования дисков с большим и маленьким размером ячейки формируются щели разной ширины, что повышает пропускную способность и грязеемкость скважинного фильтра.

На фиг.1 схематично изображен скважинный фильтр, продольный разрез, на фиг.2 - то же, поперечное сечение.

Скважинный фильтр состоит из каркаса в виде профильной трубы 1, например, квадратного сечения с перфорациями 2 на гранях и фильтрующих элементов в виде дисков 3 из металлической сетки, установленных между поджимными кольцами (не показаны) на концах профильной трубы 1. Размеры профильной трубы 1 выбираются на основе прочностного и гидравлического расчетов. Между гранями профильной трубы 1 и дисками 3 образованы продольные каналы 4, имеющие форму сегмента в поперечном сечении, при этом ребра профильной трубы 1 центрируют диски 3 (фиг.1).

Металлическая сетка, из которой изготовлены диски 3, может быть, например, рифленой с квадратными ячейками из предварительно деформированной проволоки или тканой полотняного переплетения с квадратными ячейками. Размер ячеек в свету подбирается под фракционный состав механических примесей в добываемой жидкости.

Между синусоидальными проволоками основы 5 и утка 6 в плоскости дисков 3 и между дисками имеются щели 7 извилистой формы с переменной величиной просвета, зависящей от типа металлической сетки и составляющей 0,3... 0,4 от размера ячейки в свету. Щели 7 соединяют периферийную область дисков 3 с продольными каналами 4, что позволяет вовлечь в процесс фильтрации весь объем дисков 3. В продольном направлении диски 3 сообщаются через ячейки 8 между соседними проволоками основы 5 и утка 6 (фиг.2).

За счет поджимных колец диски 3 деформируются в осевом направлении настолько, что образуют цельный фильтрующий элемент в форме цилиндра с приемлемой радиальной жесткостью для противодействия перепаду давления. Упругость и жесткость металлической сетки влияет на сжимаемость дисков 3.

Снаружи дисков 3 установлен защитный кожух 9 с отверстиями 10 для входа жидкости.

Скважинный фильтр работает следующим образом. Под действием создаваемого погружным насосом перепада давления пластовая жидкость с механическими частицами поступает из скважины через отверстия 10 в защитном кожухе 9 к дискам 3 из металлической сетки. Поток жидкости распределяется по щелям 7 и движется преимущественно в радиальном направлении. При этом наиболее крупные частицы задерживаются снаружи щелей 7, а частицы меньшего размера движутся с потоком жидкости по лабиринтообразным щелям 7. Во время движения частицы многократно сталкиваются с проволоками основы 5 и утка 6, изменяют траектории движения, теряют скорость и, в конечном счете, задерживаются в ячейках 8. На выходе из щелей 7 жидкость попадает в продольные каналы 4 и течет в радиальном направлении через отверстия 2 внутрь профильной трубы 1, а затем оказывается на приеме погружного насоса.

Использование тонких дисков из металлической сетки увеличивает число фильтрующих щелей на единицу длины скважинного фильтра и общую площадь фильтрующей поверхности. Это, в свою очередь, повышает пропускную способность и ресурс работы скважинного фильтра.

За счет выбора типа металлической сетки для дисков, учитывающего фракционный состав механических примесей, обеспечивается требуемая тонкость очистки пластовой жидкости.

Благодаря контактированию сеточных дисков с ребрами профильной трубы все фильтрующие щели сообщаются с продольными каналами, а не заканчиваются на непроницаемой поверхности. Этим в процесс фильтрации вовлекается все поровое пространство сеточных дисков и повышается грязеемкость скважинного фильтра, а также уменьшаются потери давления на нем.

Применение профильной трубы исключает необходимость в дренажном слое, функцию которого выполняют сегментообразные продольные каналы, и позволяет уменьшить число перфораций на трубе. Это упрощает конструкцию скважинного фильтра и улучшает ее технологичность.