Результат интеллектуальной деятельности: СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР

Изобретение относится к строительству и эксплуатации скважин различного назначения и, в частности, нефтяных и газовых скважин.

Известен скважинный фильтр, установленный на обсадной колонне, включающий полый корпус с радиальными отверстиями для циркуляции жидкости, перекрытый полыми срезными штифтами, выступающими внутрь полого корпуса, фильтрующий узел, размещенный снаружи полого корпуса и образующий с ним кольцевую полость [1].

Недостатком известного устройства является низкая надежность его работы из-за недостаточной герметизирующей способности радиальных отверстий корпуса полыми срезными штифтами. Это объясняется тем, что закрепление полых срезных штифтов в радиальных отверстиях корпуса и их герметизация предусмотрены за счет резьбы, которая в принципе не обеспечивает необходимую герметизацию в подобных условиях.

Наиболее близким аналогом изобретения является скважинный фильтр, включающий корпус с радиальными отверстиями, перекрытыми полыми срезными штифтами, выступающими внутрь корпуса, оборудованными уплотнительными кольцами и закрепленными в радиальных отверстиях корпуса посредством чеканки или развальцовки кромки стенки корпуса [2].

Недостатком известного устройства является его невысокая герметизирующая способность, не более 6 МПа, при создании внутреннего избыточного давления внутри спускаемой в скважину транспортировочной колонны, например, обсадной колонны. При спуске скважинного фильтра на транспортировочной колонне могут быть «прихваты» этой колонны и образования «сальников». При промывке транспортировочной колонны с циркуляцией через ее «башмак» внутреннее избыточное давление в упомянутой колонне может достигать 10 МПа и более. При возникновении такой ситуации полые срезные штифты неизбежно разгерметизируются, а промывка станет невозможной.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства.

Необходимый технический результат достигается тем, что скважинный фильтр включает полый корпус с радиальными отверстиями, перекрытыми с натягом полыми срезными штифтами, фильтрующий узел, помещенный снаружи корпуса и образующий с последним кольцевую полость, которая имеет возможность гидравлического сообщения с полостью корпуса через полые срезные штифты в рабочем положении устройства, при этом каждый из полых штифтов выполнен в виде стакана с дном, размещенным в полости корпуса, и боковой поверхностью, имеющей наружный выступ, фиксирующий стакан с внешней стороны корпуса, и наружную поперечную гофру, фиксирующую стакан с противоположной - внутренней стороны корпуса, и обеспечивающую возможность гидравлических возмущений потока жидкости в пристеночной зоне полости корпуса, примыкающей к полым срезным штифтам.

Кроме того:

наружный выступ, наружная боковая поверхность каждого из стаканов и поверхность стенки корпуса образуют между собой кольцевую рабочую полость, где размещен уплотнительный элемент;

каждая из гофр и наружный выступ на боковой поверхности каждого из стаканов дополнительно образуют осевой натяг последнего в радиальном отверстии корпуса.

Сущность изобретения заключается в повышении надежности герметизации радиальных отверстий корпуса, перекрытых полыми срезными штифтами. Существующие конструкции аналогичных устройств выдерживают ограниченные избыточные давления, создаваемые во время промывки скважины, необходимой для доставки устройства в его транспортном положении до установленной глубины скважины. Кроме того, известные устройства не обеспечивают и необходимой механики «чистого» срезания полых штифтов, перекрывающих радиальные отверстия полого корпуса. При наличии рваных сопредельных поверхностей в проходном сечении корпуса возникает необходимость в лишних операциях по проработке проходного сечения скважины в месте установки устройства. Предложенное устройство обеспечивает возможность значительного повышения давления в корпусе устройства - как минимум на 50%. Это обеспечено наличием поперечных гофр на каждом из полых срезных штифтов - своеобразных колец жесткости, увеличивающих устойчивость формы упомянутых штифтов от наружного сминающего давления. С устойчивостью формы, без увеличения толщины стенок, обеспечена необходимая герметичность упомянутых штифтов и надежность их срезания. Увеличению степени герметичности служит натяг в радиальном и осевом направлениях, который без труда, в данном случае, может быть обеспечен предусмотренной механикой установки - запрессовки полых срезных штифтов в радиальных отверстиях корпуса. При этом обеспечена механика «чистого» срезания полых штифтов за счет возможности их промывки в режиме турбулизации потока или в режиме, приближенном к нему. Такие условия обеспечивает наличие поперечной гофры на боковой поверхности каждого из полых срезных штифтов, изменяющих величину проходного сечения корпуса, а также особенность расположения поперечных гофр - их примыкание к кромке внутренней поверхности полого корпуса. Необходимая геометрия поперечных гофр может быть обеспечена осаживанием гофр в осевом направлении при установке полых срезных штифтов. Отсутствие зашламованных или покрытых коркой участков в зоне полых срезных штифтов обеспечивает механику «чистого» срезания полых срезных штифтов без дополнительных видов деформации, например, изгибов, подгибов, замятий, ведущих к образованию рваных поверхностей на оставшихся частях запрессованных полых срезных штифтов.

На фиг.1 показан общий вид устройства.

На фиг.2 показан его узел - полый срезной штифт.

Скважинный фильтр включает полый корпус 1 с радиальными отверстиями 2, перекрытыми полыми срезными штифтами 3, которые выступают внутрь полого корпуса 1. Снаружи полого корпуса 1 помещен фильтрующий узел 4, который образует с полым корпусом, его наружной поверхностью, кольцевую полость 5 (фиг.2). Устройство имеет возможность гидравлического сообщения этой полости с полостью корпуса 1 через полые срезные штифты 3 в рабочем положении. Каждый из полых срезных штифтов 3 выполнен в виде стакана с дном 6, размещенным в полости корпуса 1, и боковой поверхностью, имеющей наружный выступ 7, фиксирующий стакан с внешней стороны полого корпуса 1, и наружную поперечную гофру 8, фиксирующую стакан с внутренней стороны полого корпуса. Устройство выполнено таким образом, что обеспечен натяг (радиальный) в установке полых срезных штифтов 3 в радиальных отверстиях 2 полого корпуса 1 за счет радиальной пластической деформации стенок упомянутых штифтов от предусмотренного внутреннего установочного давления в них. Только этот фактор уже обеспечивает необходимый минимум герметичности устройства. Дальнейшему увеличению степени герметичности служит обеспечение, дополнительно, и осевого натяга при установке полых срезных штифтов 3 как результата силового осевого взаимодействия встречных сил, направленных от наружного выступа 7 к поперечной гофре 8. Этот натяг увеличивает степень герметичности устройства. Необходимый натяг и необходимая геометрия поперечной гофры могут быть обеспечены ее осевым осаживанием в осевом направлении. Может быть предусмотрено уплотнительное кольцо 9, которое размещено в кольцевой рабочей полости 10, образованной наружным выступом 7, наружной боковой поверхностью стакана и поверхностью стенки корпуса 1. Усилие осевого натяга может быть передано на уплотнительное кольцо 9. Такое решение обеспечивает максимальную герметичность устройства. Величина пластической деформации полого срезного штифта - степень его натяга, а также место образования поперечной гофры и ее величина - геометрия заданы толщиной стенки полого срезного штифта. Дно стакана и примыкающая к нему боковая стенка стакана имеет большую прочность - большую толщину, не допускающую их деформаций от заданных сил и давлений. В зоне усиленной прочности внутренняя поверхность стакана может быть выполнена с резьбой 11 для соединений, например, с гидропневматическим узлом, предусматривающим создание необходимых усилий и давлений, ведущих к образованию поперечной гофры, созданию вышеупомянутых натягов в установке полых срезных штифтов 3 в радиальных отверстиях корпуса 1. Фильтрующий узел имеет стрингеры (фиг.2) - продольные ребра жесткости 12, размещенную на них проволочную навивку 13, кольцевой опорный бандаж 14 (фиг.1), жестко закрепляющий торцевую поверхность фильтрующего узла.

Устройство работает следующим образом.

Собирают устройство с применением гидропневматического узла, которое ниппелем подсоединяют к резьбовой части полого срезного штифта. Заданными манипуляциями гидропневматического узла обеспечивают посадку полых срезных штифтов с заданным натягом в радиальных отверстиях корпуса с формированием поперечных гофр. Поперечные гофры могут быть осажены в осевом направлении с необходимыми усилиями для получения заданного натяга и/или геометрии. После сборки устройство опрессовывают внутренним избыточным давлением 15 МПа. В процессе спуска устройства в скважину осуществляют периодическую, а, в случае посадок, внеплановую промывку через башмак транспортировочной колонны. Промывку осуществляют в зависимости от условий в скважине по ее глубине (устойчивость стенок, кавернозность ствола, возможность прихвата транспортировочной колонны или посадки ее башмака) на различных гидродинамических режимах до стабилизации показателей промывочной жидкости, выходящей на устье скважины.

После установки устройства против продуктивного пласта осуществляют окончательную промывку скважины раствором на углеводородной основе. Наличие поперечных гофр в проходном осевом сечении корпуса устройства обеспечивает при заданном расходе жидкости необходимую турбулизацию потока в корпусе устройства и надежную очистку поверхности полых срезных штифтов. Наличие поперечных гофр - мест изменения сечений определяет наличие концентрации напряжений в этих местах. В данном случае концентрация этих напряжений в большей мере будет проявляться на контакте поперечных гофр с внутренней кромкой корпуса, определяемой диаметром наголовника, на 5-7 мм меньшего внутреннего сечения корпуса. Этот наголовник (на чертеже условно не показан) спускают в обсадную колонну скважины на рабочей колонне, например, из насосно-компрессорных труб для взаимодействия с полыми срезными штифтами. При взаимодействии наголовника с полыми срезными штифтами происходит их разрушение. Осуществляют вскрытие продуктивного пласта скважины. Скважинная и пластовая жидкость поступают через фильтрующий узел и радиальные отверстия 2 в полость корпуса 1 и обсадную колонну. Создают депрессию в обсадной колонне снижением в ней уровня жидкости, очищают продуктивный пласт от остаточных продуктов кольматации. После чего приступают к пробной эксплуатации.

Источники информации

1. RU 2182960, 27.05.2002,

2. Фильтр горизонтальных скважин: Рекламный проспект АОО «Тяжпрессмаш», Рязань, 1995 (приложен).