Результат интеллектуальной деятельности: СКВАЖИННЫЙ РАСШИРЯЮЩИЙСЯ ФИЛЬТР

Изобретение относится к погружному оборудованию, а именно к скважинным расширяющимся фильтрам (СРФ), размещаемым в интервале перфораций эксплуатационной колонны (ЭК) для снижения попадания в нее частиц породы из призабойной зоны пласта (ПЗП).

Известен СРФ, состоящий из перфорированного корпуса, пружины кручения и нескольких слоев продольно гофрированной сетки, расширяющихся в радиальном направлении при раскрутке пружины (патент РФ №2244103, Е21В 43/08, 2005).

Недостатком данного СРФ является вероятность неполного расправления гофров и сохранение зазоров между сеткой и ЭК из-за ограниченной жесткости пружины. Вследствие перемещения в оставшиеся зазоры частиц породы происходит разрушение ПЗП.

Известен СРФ, содержащий опорную трубу с множеством продольных прорезей и закрепленные на ней с перекрытием друг друга в осевом и окружном направлении фильтровальные листы в форме ирисовой диаграммы (патент РФ №2197600, Е21В 43/08, 1998). Известен СРФ, включающий опорную трубу с множеством перфораций, дренажную и фильтрующую оболочки из металлической сетки, проволоки основы и утка, которые расположены под углом к продольной оси (патент США №6607032, Е21В 43/08, 2003).

Недостаток описанных СРФ заключается в необходимости применения расширяющего конуса для увеличения диаметра опорной трубы, способного нарушить цельность размещенных на ней фильтровальных листов или оболочек и их способность к задержанию частиц.

Известен СРФ, включающий перфорированный корпус, цилиндрический кожух с продольными прорезями и фильтровальные лопасти криволинейной формы, один край которых закреплен на корпусе, а противоположный край выдвигается сквозь прорези в кожухе (патент РФ №2289680, Е21В 43/08, 2006).

Недостатком такого СРФ является ограниченная изгибная жесткость фильтровальных лопастей и, как следствие, - их неплотное прилегание к ЭК и движение частиц породы сквозь неприкрытые перфорации из ПЗП в скважину.

Известен СРФ, включающий штангу и насаженные на нее щеточные диски с наружным диаметром, превышающим внутренний диаметр ЭК (Патент РФ №103842, Е21В 43/08, 2011).

Недостатком СРФ является высокая вероятность истирания и разрушения щетинок щеточных дисков о стенку ЭК при спуско-подъемных операциях и, как результат, - образование между ними кольцевого зазора, исключающего перекрытие щетинками перфораций в ЭК.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является СРФ, содержащий опорную трубу с отверстиями, закрепленные на ней фильтрующие круглые щетки в виде цилиндрического перфорированного корпуса и радиально ориентированных пучков щетинок, превышающих в диаметре внутренний диаметр ЭК, и разобщитель межтрубного пространства, установленный сверху (Пат. РФ №2504643, Е21В 43/08, 2014).

Недостатком принятого за прототип СРФ является то, что для его спуска в скважину используется защитный чехол, предотвращающий контакт и истирание щетинок о стенку ЭК, при этом вероятность последующего снятия чехла снижается с увеличением длины СРФ и глубины скважины. Кроме того, для направления очищенной жидкости на прием погружного насоса после СРФ необходим разобщитель межтрубного пространства, что усложняет монтаж СРФ.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции СРФ и технологии обустройства им скважины.

Указанный технический результат достигается тем, что в скважинном расширяющемся фильтре, содержащем опорную трубу и фильтрующие щетки с радиально ориентированными пучками щетинок, согласно изобретению равномерно по окружности на опорной трубе прорезаны продольные пазы с большим основанием внутри и меньшим снаружи, в пазы уложен разбухающий эластомер, а поверх него введены фильтрующие реечные щетки, способные к выдвижению наружу при разбухании эластомера, при этом форма корпуса реечных щеток соответствует форме продольного паза, а ширина корпуса превышает ширину меньшего основания паза.

Кроме того, продольные пазы могут иметь трапецеидальную или Т-образную форму поперечного сечения.

На фиг. 1, 2 показан предлагаемый СРФ до и после спуска в скважину, поперечное сечение; на фиг. 3, 4 - то же, продольное сечение; на фиг. 5, 6 - варианты выполнения продольных пазов и фильтрующих реечных щеток в них.

СРФ содержит опорную трубу 1 с равномерно распределенными по окружности открытыми продольными пазами 2, например с трапецеидальной формой поперечного сечения, обращенными большим основанием 3 внутрь и меньшим основанием 4 наружу (фиг. 1, 5). На дно каждого продольного паза 2 вплотную к боковым стенкам помещен разбухающий эластомер 5, а поверх него с технологическим зазором 6 относительно боковых стенок паза 2 введена фильтрующая реечная щетка 7 (фиг. 5). Реечная щетка 7 состоит из корпуса 8 и пучков щетинок 9. Корпус 8 имеет трапецеидальную форму поперечного сечения, соответствующую форме продольного паза 2, при этом ширина корпуса 8 больше ширины меньшего основания 4 паза 2, что предотвращает выпадение из него щетки 7 (фиг. 5). Возможность выдвижения реечной щетки 7 в радиальном направлении при разбухании эластомера 5 обеспечивается за счет выборки технологического зазора 6 (фиг. 2). В варианте исполнения продольных пазов с Т-образной формой поперечного сечения используются реечные щетки 7 с корпусом 8 подобной Т-образной формы, вводимые с технологическим зазором 6 относительно шейки паза 2 (фиг. 6). Реечные щетки 7 изготавливаются из материалов, устойчивых к воздействию пластовой жидкости и химических реагентов, применяемых для обработки скважин. Расстояние между пучками щетинок 9 по длине корпуса 8 выбирается из условия образования свободными концами щетинок непрерывного щеточного поля (фиг. 3). В окружном направлении между реечными щетками 7 остаются продольные каналы 10, наиболее широкие вблизи опорной трубы 1 (фиг. 1, 2). Плотность щетинок 9 в пучке влияет на размер задерживаемых ими частиц породы. В исходном состоянии наружный диаметр СРФ по пучкам щетинок 9 меньше внутреннего диаметра ЭК 11 на величину кольцевого зазора 12 (фиг. 1, 3), что исключает вероятность их взаимного контакта при спуске в скважину, то есть до разбухания эластомера 5 в пластовой жидкости. Продольные пазы 2 заглушены по концам ограничительными элементами (не показаны), исключающими разбухание эластомера в осевом направлении.

СРФ работает следующим образом.

СРФ подвешивают посредством трубы 1 к основанию погружного электродвигателя без каких-либо дополнительных устройств и спускают в интервал перфораций 13 ЭК 11. При спуске щетинки 9 реечных щеток 7 не истираются о стенку ЭК 11 благодаря кольцевому зазору 12 между ними (фиг. 3). В скважине пластовая жидкость проникает через зазоры 6 в продольные пазы 2 и вступает в контакт с разбухающим эластомером 5. Последний, будучи стесненным большим основанием 3 и боковыми стенками продольного паза 2, а также ограничительными элементами по торцам, увеличивается в размере при разбухании в единственно возможном направлении - наружу к меньшему основанию 4 паза 2 (фиг. 2, 4). За счет выборки технологического зазора 6 эластомер 5 перемещает расположенную перед ним реечную щетку 7 вплоть до упора ее корпуса 8 в боковые стенки продольного паза 2. Одновременно с зазором 6 исчезает кольцевой зазор 12 и пучки щетинок 9 упираются в стенку ЭК 11, а затем проникают в перфорации 13 и перегораживают их сечение (фиг. 2, 4).

При включении погружного насоса пластовая жидкость вместе с частицами породы движется из ПЗП по перфорационным каналам 14 к перфорациям 13 в ЭК 11. Наиболее крупные частицы сталкиваются и застревают между щетинками 9, внедрившимися в перфорации 13 и находящимися в ЭК 11 (фиг. 2, 4). Из уловленных частиц формируется устойчивый за счет щетинок 9 естественный фильтр с повышенными фильтрационными свойствами, который с течением времени увеличивается в объеме и заполняет перфорационные каналы 14. Благодаря этому снижается количество выносимых из ПЗП частиц породы и сохраняется производительность скважины. После фильтрации сквозь образовавшийся в пучках щетинок 9 естественный фильтр очищенная жидкость попадает в продольные каналы 10 вблизи опорной трубы 1, изменяет направление на 90° и движется на прием погружного насоса. Последующая откачка очищенной жидкости уменьшает износ и увеличивает наработку погружного насоса.

Таким образом, заявляемый СРФ исключает использование дополнительных устройств в виде защитного чехла и разобщителя межтрубного пространства, что позволяет сократить расходы и время на установку, а также повышает надежность его работы.