Результат интеллектуальной деятельности: СКВАЖИННЫЙ РАСШИРЯЮЩИЙСЯ ФИЛЬТР

Изобретение относится к оборудованию для заканчивания скважин, а именно к скважинным расширяющимся фильтрам (СРФ), устанавливаемым в интервале перфораций эксплуатационной колонны (ЭК) для уменьшения выноса частиц породы из призабойной зоны пласта вместе с добываемой жидкостью.

Известен СРФ, состоящий из перфорированного корпуса, пружины кручения и многослойного фильтрующего элемента из гофрированной сетки, выполненного с возможностью увеличения размера в радиальном направлении при раскрутке пружины (патент РФ №2244103, Е21В 43/08, 2005).

Недостатком данного СРФ является ограниченная жесткость пружины и, как следствие, возможность неплотного прижатия гофров сетки к ЭК. В оставшиеся между ними зазоры перемещаются частицы породы из призабойной зоны пласта и происходит его разрушение.

Известен СРФ, содержащий опорную трубу с множеством продольных прорезей, выполненную с возможностью расширения, и прямоугольные фильтровальные листы в форме ирисовой диаграммы, закрепленные на несущей трубе с перекрытием друг друга в осевом и окружном направлениях (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 которых расположены под углом к продольной оси (патент США №6607032, Е21В 43/08, 2003).

Общим недостатком этих СРФ является необходимость применения расширяющего конуса для увеличения диаметра опорной трубы с фильтровальными листами или оболочками на ней и возможность нарушения при этом у последних цельности и способности к задержанию частиц.

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

Недостаток такого СРФ состоит в ограниченной изгибной жесткости фильтровальных лопастей, допускающей их отталкивание пластовым давлением от стенки ЭК и миграцию частиц породы из пласта в скважину через образовавшиеся зазоры.

Известен СРФ, содержащий выполненную с возможностью расширения несущую трубу с рядами поперечных щелей вдоль ее оси, снабженную сверху якорем, выполненным в виде продольно гофрированной трубы с расширяющим конусом вверху (патент РФ №2421603, Е21В 43/08, 2011).

Недостатком СРФ являются ограниченные функциональные возможности, в частности, непригодность для скважин с обсаженным стволом из-за большой вероятности перекрытия перфораций в ЭК сплошными участками несущей трубы, а не рядами поперечных щелей.

Известен СРФ, включающий штангу и установленные на ней гибкие щеточные диски, наружный диаметр которых превышает внутренний диаметр эксплуатационной колонны (Патент РФ №103842, Е21В 43/08, 2011).

Недостатком СРФ является истирание щетинок щеточных дисков при спуске в скважину с образованием кольцевого зазора со стенкой ЭК, в результате чего щетинки не перекрывают перфорации в ЭК и не предотвращают вынос частиц породы в скважину.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является СРФ, который включает опорную трубу с отверстиями и закрепленные на ней фильтрующие круглые щетки в виде перфорированного корпуса с радиально ориентированными пучками щетинок, диаметр которых превышает внутренний диаметр эксплуатационной колонны скважины. Щетки помещают в чехол для предотвращения истирания о колонну при спуске, а после расширения щеток межтрубное пространство перекрывают разобщителем (пат. РФ №2504643, Е21В 43/08, 2014).

Недостатком принятого за прототип СРФ является сложность конструкции и потребность в дополнительной технологической оснастке для монтажа, вероятность срабатывания которой снижается с увеличением длины СРФ и глубины скважины.

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, опорная труба окружена разбухающей эластомерной оболочкой с равномерно распределенными по окружности открытыми продольными пазами, в качестве фильтрующих щеток применены реечные щетки, корпуса которых заглублены в продольные пазы и снабжены по всей длине продольными отбортовками, перекрывающими цилиндрическую поверхность эластомерной оболочки.

В скважинном расширяющемся фильтре отбортовки соседних реечных щеток могут быть выполнены внахлест.

На фиг. 1, 2 показан СРФ в исходном состоянии при спуске в скважину и в рабочем состоянии после разбухания эластомерной оболочки, продольное сечение; на фиг. 3, 4 - то же, фрагменты поперечного сечения, на фиг. 5 - реечная щетка, на фиг. 6 - опорная труба с разбухающей эластомерной оболочкой.

СРФ содержит опорную металлическую трубу 1 с ограничительными кольцами 2 по концам, размещенную вокруг нее разбухающую эластомерную оболочку 3 с равномерно распределенными по окружности открытыми продольными пазами 4, в которые заглублены корпуса 6 фильтрующих реечных щеток 5 с радиально направленными пучками щетинок 8 (фиг. 1-4, 6). Корпус 6 и пучки щетинок 8 изготавливаются из металлических или полимерных материалов, устойчивых к пластовой жидкости и химическим реагентам, применяемым для обработки скважин. Форма продольного паза 4 в эластомерной оболочке 3 совпадает с формой охватываемого ею корпуса 6 реечной щетки 5. Продольный паз 4 может иметь, например, трапецеидальную форму (фиг. 6). Пучки щетинок 8 вмонтированы в корпус 6 реечной щетки 5 на таком расстоянии друг от друга, что их свободные концы образуют непрерывное щеточное поле. Корпуса 6 имеют отбортовки 7, которые полностью перекрывают цилиндрическую поверхность эластомерной оболочки 3 за счет выполнения их внахлест у соседних реечных щеток 5 (фиг. 3-5). В окружном направлении между пучками щетинок 8 вблизи корпуса 6 остаются продольные каналы 9 (фиг. 3-4). В исходном состоянии наружный диаметр СРФ по пучкам щетинок 8 меньше внутреннего диаметра ЭК 10 на величину кольцевого зазора 11, а в рабочем состоянии после разбухания эластомерной оболочки 3 пучки щетинок 8 плотно примыкают к ЭК 10 (фиг. 2, 4).

СРФ работает следующим образом.

СРФ подвешивают посредством опорной трубы 1 к основанию погружного электродвигателя и спускают в составе ЭЦН в интервал перфораций 12 ЭК 10; при спуске между СРФ и ЭК остается кольцевой зазор 11 (фиг. 1, 3). В скважине пластовая жидкость, содержащая углеводородные соединения и воду, проникает под отбортовки 7 корпуса 6 реечных щеток 5 и взаимодействует с эластомерной оболочкой 3, вызывая ее разбухание. Будучи размещенной на прочной металлической опорной трубе 1 и зажатой между ограничительными кольцами 2, эластомерная оболочка 3 разбухает в радиальном направлении в сторону ЭК 10. Отбортовки 7 не препятствуют увеличению ее диаметра, а лишь предотвращают проникновение эластомера в пучки щетинок 8. Величина нахлеста отбортовок 7 уменьшается вплоть до их примыкания друг к другу после разбухания эластомерной оболочки 3 (фиг. 4). Реечные щетки 5, вставленные в эластомерную оболочку 3, движутся вместе с ней к стенке ЭК 10, и кольцевой зазор 11 между пучками щетинок 8 и стенкой ЭК 10 исчезает. Далее пучки щетинок 8 проникают в перфорации 12 ЭК 10, частично перегораживая их сечение, и достигают перфорационных каналов 13 в призабойной зоне пласта (фиг. 2, 4).

При включении погружного насоса (не показан) жидкость с частицами породы движется по перфорационным каналам 13 к скважине. В перфорационных каналах 13 вблизи ЭК 10 и в перфорациях 12 частицы породы сталкиваются с пучками щетинок 8 реечных щеток 5, теряют при этом скорость и застревают в пространстве между щетинками (фиг. 2, 4). Учитывая существенные по величине промежутки между щетинками, в их пучках задерживаются преимущественно крупнодисперсные частицы, из которых формируются проницаемые структуры, приобретающие функцию искусственного фильтра. За счет незначительной деформации пучков щетинок 8 при продольном обтекании пластовой жидкостью поддерживается устойчивость проницаемых структур и стабильность фильтрационных свойств СРФ. Со временем область образующегося искусственного фильтра расширяется за пределы пучков щетинок 8 вглубь перфорационных каналов 13, благодаря чему уменьшается количество выносимых из призабойной зоны пласта частиц породы и сохраняется производительность скважины. После фильтрации сквозь пучки щетинок 8 очищенная жидкость продолжает движение в радиальном направлении, попадает в продольные каналы 9 между пучками щетинок 8, изменяет направление на 90° и движется на прием погружного насоса. Откачка очищенной жидкости уменьшает износ и увеличивает наработку погружного насоса. СРФ характеризуется невысоким гидравлическим сопротивлением и соответственно незначительной потерей напора жидкости.

Заявляемый СРФ без затруднений спускается в скважину, не требуя дополнительных устройств, например защитного чехла, при этом полностью исключается истирание пучков щетинок о стенку ЭК и гарантируется последующее выполнение СРФ возложенных на него функций. Поскольку внутрь ЭК поступает уже очищенная пластовая жидкость, то отсутствует необходимость в разобщителе межтрубного пространства выше СРФ, что упрощает заканчивание обсаженной скважины и сокращает время и расходы на его выполнение.