Результат интеллектуальной деятельности: СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для фильтрации жидкости в нагнетательной скважине.

Известен скважинный фильтр (патент RU №2074313, МПК 8 E21B 43/08), содержащий базовый элемент в виде трубы с отверстиями и концентрично на нем установленные фильтрующие секции, каждая из которых включает продольные прокладочные звенья и фильтрующую рубашку, выполненную из спирально намотанной на них проволоки и приваренной в местах контакта и концевых колец, параллельных друг другу и соединенных посредством сварки с прокладочными звеньями, причем для искривленных скважин фильтрующая рубашка выполняется двухуровневой.

Недостатками данного скважинного фильтра являются:

во-первых, возможность его повреждения в процессе спуска и трудность проведения сварки витков проволоки к прокладочным звеньям и контроля ее качества, так как место сварки находится под витками проволоки с очень малым зазором (0,1-0,3 мм);

во-вторых, высокая стоимость, причем для искривленных скважин стоимость изготовления двухуровнего фильтра увеличивается.

Наиболее близким по технической сущности является скважинный фильтр и способ его изготовления (патент RU №2147676, МПК 8 E21B 43/08, опубл. в бюл. №11 от 20.04.2000 г.), содержащий фильтрующие секции, каждая из которых включает фильтрующую рубашку, снабженную по торцам концевыми кольцами, при этом фильтрующая рубашка выполнена из поперечных крепежных полос и продольных стержней, жестко соединенных с концевыми кольцами.

Недостатками данного скважинного фильтра являются:

- во-первых, сложность сборки, связанная с изгибом крепежных полос в кольца полосами во внутрь с помощью специального станка и их креплением;

- во-вторых, при изгибе крепежные полосы деформируются, а их внутренняя полость сжимается, при этом наружная растягивается, в связи с чем между продольными стержнями образуются щели, ширина которых может отличаться друг от друга по периметру фильтрующей рубашки. Кроме того, без посадочных мест для крепления продольных стержней практически не возможно добиться малой ширины щелей (0,5-0,7 мм) между продольными стержнями по их длине из-за нарушения соосности между ними. В связи с чем ширина щелей между продольными стержнями будет не постоянной уже в процессе сборки, что снижается эффективность (качество фильтрации) скважинного фильтра в процессе последующей эксплуатации;

в-третьих, продольные стержни эллиптического сечения задерживают песок и механические примеси в кольцевом зазоре между продольными стержнями и базовым элементов, что вызывает быстрое засорение скважинного фильтра, а это также снижает эффективность его работы.

Технической задачей изобретения является упрощение сборки скважинного фильтра, а также повышение эффективности его работы при последующей его эксплуатации в скважине.

Поставленная техническая задача решается скважинным фильтром, содержащим фильтрующие секции, каждая из которых включает фильтрующую рубашку, снабженную продольными стержнями с концевыми кольцами по торцам, жестко закрепленными на базовом элементе, выполненным в виде трубы с отверстиями.

Новым является то, фильтрующая рубашка выполнена из продольных стержней круглого сечения и ребер жесткости в виде колец, при этом продольные стержни жестко и соосно с зазором между собой закреплены на периферии ребер жесткости и концевых колец, при этом ребра жесткости установлены между концевыми кольцами исходя из длины каждой фильтрующей секции, причем каждая фильтрующая секция установлена на отдельном базовом элементе, а в каждое отверстие в трубе жестко установлены металлические сетки, размеры ячеек которых увеличиваются снаружи внутрь трубы, причем минимальный размер ячеек сетки больше зазора между продольными стержнями.

На фиг.1 схематично изображен участок предлагаемого скважинного фильтра для нагнетательной скважины.

На фиг.2 изображен разрез скважинного фильтра по сечению A-A.

На фиг.3 изображен вид сверху - B отверстия с сеткой.

На фиг.4 изображен увеличенный вид - C отверстия трубы с размещенными в нем сетками.

Скважинный фильтр состоит из базового элемента 1 (см. фиг.1), выполненного в виде трубы с отверстиями 2 и установленную на нем фильтрующую секцию 3.

Каждая фильтрующая секция 3 содержит фильтрующую рубашку 4 с концевыми кольцами 5.

Фильтрующая рубашка 4 включает в себя ребра жесткости 6 (см. фиг.2), выполненные в виде колец и продольные стержни 7 круглого сечения.

Продольные стержни 7 жестко и соосно с требуемым зазором-S закреплены (например, с помощью сварки) на периферии ребер жесткости 6 и концевых колец 5.

Ребра жесткости 6 установлены между концевыми кольцами 5, а их количество определяется опытным путем, исходя из длины каждой фильтрующей секции 3, причем каждая фильтрующая секция 3 установлена на отдельном базовом элементе 1.

В каждое отверстие 2 в трубе (базовом элементе 1) жестко установлены, например, запаяны, металлические сетки 8, 8', 8'', … 8ⁿ (см. фиг.4) размеры ячеек которых уменьшаются изнутри 9 наружу 10 (см. фиг.1) трубы (базового элемента 1), т.е. размеры ячеек S₈>S₈'>S₈”>S₈'” соответствующих металлических сеток 8, 8', 8'', … 8ⁿ (см. фиг.4) уменьшаются при перетоке жидкости изнутри 9 наружу 10 трубы (базового элемента 1).

Размеры ячеек металлических сеток 8, 8', 8'', … 8ⁿ (см. фиг.3 и 4) в отверстии 2, а также ширину щелей между продольными стержнями 7 (см. фиг 1 и 2) круглого сечения подбирают исходя из гранулометрического анализа фильтрата исходя из предполагаемых условий эксплуатации скважинного фильтра, например в нагнетательной скважине, путем отбора фильтрата и определения фракционного состава частиц, в закачиваемой жидкости.

Например, на основе гранулометрического анализа выявлено, что фракционный состав частиц (фильтрата) имеет размеры от 0,5 до 2,0 мм, поэтому в каждое отверстие 2 (см. фиг.1 и 3, 4) устанавливают четыре металлические сетки 8, 8', 8'' и 8''' с размером ячеек 2,0×2,0; 1,7×1,7; 1,3×1,3; 1,0×1,0, соответственно, а ширину щелей между продольными стержнями 7, то есть зазор S (см. фиг.2) принимают 0,7 мм.

Количество металлических сеток 8, 8', 8'', … 8ⁿ (см. фиг.4), устанавливаемых в отверстия 2 определяется опытном путем исходя из того, какого преимущественного размера является фильтрат в закачиваемой жидкости.

Скважинный фильтр работает следующим образом.

Например, в нагнетательную скважину, имеющую искривленный ствол спускается колонна труб (на фиг.1 и 2 не показано), имеющая в своем составе предлагаемый скважинный фильтр, состоящий из отдельных фильтрующих секций 3 (см. фиг.1), соединенных между собой базовыми элементами 1, выполненными в виде труб с отверстиями 2.

После установки фильтра в скважине в нее по колонне труб (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано) посредством насоса (любой известной конструкции) закачивают жидкость (например, сточную воду)

Жидкость изнутри 9 (см фиг.1, 2, 3, 4) трубы (базового элемента 1) через металлические сетки 8, 8', 8'', … 8ⁿ, установленные в отверстии отверстия 2, перетекает наружу 10 трубы (базового элемента 1), при этом происходит фильтрация наиболее крупных частиц фильтрата размером от 1,0 до 2,0 мм, оседающих на сетках 8, 8', 8'' и 8'''.

Далее отфильтрованная на металлических сетках 8, 8', 8'' и 8''' жидкость имеющая фильтрат с размером частиц менее 1,0 мм проходит через щели с зазором - S между продольными стержнями 7 круглого сечения очищается от фильтрата (песка, механических примесей, взвешанных в жидкости частиц и т.п.), размер которых составляет от 0,7 до 1,0 мм. После чего отфильтрованная закачиваемая жидкость попадает в пласт (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано)

В процессе эксплуатации скважинного фильтра кольцевой зазор - b между фильтрующей рубашкой 4 и базовым элементом 1 (см. фиг.1, 2 и 3, 4) не будет засоряться песком и механическими примесями благодаря:

- во-первых, очистке основной массы фильтра на металлических сетках 8, 8', 8'' и 8''' (крупных и средних фракций фильтрата, в данном примере от 1,0 мм до 2,0 мм).

- во-вторых, круглому сечению продольных стержней 7 фильтрующей рубашки 4. При необходимости конструкция предложенного скважинного фильтра позволяет промыть его без извлечения из скважины.

Предлагаемый скважинный фильтр легко собирается без деформации элементов конструкции и без использования специального гибочного станка, кроме того, он достаточно эффективен при работе, поскольку наличие нескольких металлических сеток с различным типоразмером ячеек, уменьшающихся изнутри наружу позволяют отфильтровать значительную часть фильтрата (крупного и среднего), а продольные стержни отфильтровывают более мелкий фильтрат, а выполнение их в виде круглого сечения практически исключает засорение скважинного фильтра в процессе работы.