Результат интеллектуальной деятельности: СКВАЖИННЫЙ РАСШИРЯЮЩИЙСЯ ФИЛЬТР

Изобретение относится к погружному оборудованию, а именно к скважинным расширяющимся фильтрам (СРФ), устанавливаемым в интервале перфораций эксплуатационной колонны (ЭК) для недопущения загрязнения скважины частицами породы.

Известен скважинный фильтр в виде трубчатого элемента из материала с памятью формы, в котором сформированы щелевые перфорации, перекрытые на поверхности и раскрывающиеся в скважине при температуре фазового перехода материала (А.с. СССР №1105620, Е21В 43/08, 1984).

Недостатком приведенного скважинного фильтра является то, что после раскрытия щелевых перфораций между фильтром и стенкой ЭК сохраняется почти исходный кольцевой зазор, в результате чего частицы породы беспрепятственно проникают в скважину.

Известен СРФ, включающий перфорированный корпус, пружину кручения и слои продольно гофрированной сетки, расширяющиеся при раскрутке пружины (Пат. РФ №2244103, Е21В 43/08, 2005).

Недостаток СРФ заключается в неплотном примыкании гофров к стенке ЭК из-за ограниченной жесткости пружины и попадании частиц породы в оставшиеся между ними зазоры.

Известен СРФ, содержащий перфорированный корпус, цилиндрический кожух с продольными прорезями, криволинейные фильтровальные лопасти с одним закрепленным на корпусе краем и выдвигающимся сквозь прорези противоположным краем (Пат. РФ №2289680, Е21В 43/08, 2006).

Недостатком СРФ является ограниченная изгибная жесткость фильтровальных лопастей, приводящая к их неплотному примыканию к ЭК, что допускает поступление частиц породы в скважину сквозь неприкрытые перфорации.

Известен СРФ, состоящий из штанги и насаженных на штангу щеточных дисков, наружный диаметр щетинок которых превышает внутренний диаметр ЭК (Пат. РФ №103842, Е21В 43/08, 2011).

Недостаток СРФ состоит в истирании щеточных дисков о стенку ЭК при спуске в скважину, вследствие чего щетинки оказываются недостаточно длинными для перекрытия перфораций и застопоривания частиц породы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является СРФ, содержащий опорную трубу с отверстиями, установленные на трубе фильтрующие круглые щетки в виде перфорированного корпуса с радиальными пучками щетинок, превышающими в диаметре внутренний диаметр ЭК, и разобщитель межтрубного пространства, расположенный сверху (Пат. РФ №2504643, Е21В 43/08, 2014).

Недостатком принятого за прототип СРФ является необходимость использования защитного чехла для спуска в скважину, вероятность последующего снятия которого снижается с увеличением длины СРФ и глубины спуска. Кроме того, для направления очищенной посредством СРФ жидкости на прием погружного насоса требуется разобщитель межтрубного пространства, приведение которого в рабочее положение 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 радиальными пучками щетинок, согласно изобретению, на опорной трубе прорезаны продольные пазы с большим основанием внутри и меньшим снаружи, в основании каждого паза помещена плоская полоса из материала с памятью формы, а поверх полосы введена фильтрующая реечная щетка, выдвигающаяся наружу при восстановлении полосой первоначальной волнообразной формы под температурным воздействием пластовой жидкости.

При этом продольные пазы расположены в окружном направлении на расстоянии, обеспечивающем образование свободными концами щетинок непрерывного щеточного поля.

Кроме того, свободные концы щетинок образуют непрерывное щеточное поле по длине реечной щетки.

Кроме того, форма корпуса реечной щетки соответствует форме продольного паза, а наибольшая ширина корпуса превышает ширину меньшего основания паза.

На фиг. 1, 2 схематично изображен предлагаемый СРФ до и после спуска в скважину, продольное сечение; на фиг. 3, 4 - то же, поперечное сечение; на фиг. 5, 6 - вид полосы из материала с памятью формы до и после спуска в скважину.

СРФ (фиг. 1-4) содержит опорную трубу 1 с открытыми продольными пазами 2, например, трапецеидальной формы, обращенными большим основанием 3 внутрь и меньшим основанием 4 наружу (фиг. 3, 4). В основании 3 каждого продольного паза 2 на некотором расстоянии от боковых стенок помещена плоская полоса 5 из материала с памятью формы, например, нитинола, имеющего температуру фазового перехода 80-140°С (фиг. 1, 3, 5). Указанная температура соответствует температуре пластовой жидкости большого числа скважин. Плоскую полосу 5 получают следующим образом. При повышенной температуре плоской полосе, находящейся в аустенитном состоянии, придают волнообразную форму (фиг. 6), которая принимается за первоначальную. Затем пластину охлаждают до температуры мартенситного превращения и распрямляют до плоской формы. Поверх плоской полосы 5 в паз 2 введена фильтрующая реечная щетка 7, состоящая из корпуса 8 и пучков щетинок 9 (фиг. 1, 3). Между корпусом 8 и боковыми стенками паза 2 существует технологический зазор 6. Корпус 8 в поперечном сечении имеет трапецеидальную форму, являющуюся уменьшенной копией сечения продольного паза 2, при этом наибольшая ширина корпуса 8 больше ширины меньшего основания 4 паза 2, что предотвращает выпадение из него щетки. Реечные щетки 7 изготавливают из материалов, устойчивых к воздействию пластовой жидкости. Количество щетинок в пучке 9 выбирается исходя из размера задерживаемых частиц породы. Свободные концы щетинок образуют непрерывное щеточное поле в окружном и продольном направлении за счет подбора расстояний между продольными пазами 2 и между соседними пучками щетинок 9 по длине корпуса 8 реечных щеток 7 (фиг. 1). Вблизи опорной трубы 1 между реечными щетками 7 остаются продольные каналы 10 (фиг. 3, 4). При спуске в скважину и до контакта СРФ с пластовой жидкостью его наружный диаметр по пучкам щетинок 9 меньше внутреннего диаметра ЭК 11 на величину кольцевого зазора 12 благодаря плоской конфигурации полос 5 (фиг. 1).

Предлагаемый СРФ работает следующим образом.

СРФ подсоединяют опорной трубой 1 к основанию погружного электродвигателя (не показан) и спускают в интервал перфораций 13 ЭК 11. Пучки щетинок 9 реечных щеток 7 не истираются при спуске о стенку ЭК 11 благодаря наличию кольцевого зазора 12 (фиг. 1). При погружении СРФ в пластовую жидкость и ее проникновении в продольные пазы 2 происходит разогрев плоской пластины 5 на несколько десятков градусов. В результате совершающихся в материале пластины 5 мартенситных превращений она видоизменяется из плоской в волнообразную, то есть принимает первоначальную форму. Пластина 5 увеличивает свой габаритный размер в радиальном направлении, что приводит к выталкиванию расположенной перед ней реечной щетки 7 из продольного паза 2 и ее перемещению в направлении ЭК 11. При этом технологический зазор 6 исчезает и корпус 8 упирается в боковые стенки продольного паза 2 (фиг. 4). Одновременно пучки щетинок 9 перекрывают кольцевой зазор 12 и упираются в стенку ЭК 11, при этом часть из них внедряется в перфорации 13 и перегораживает их (фиг. 2, 4).

При работе погружного насоса пластовая жидкость, содержащая частицы породы, течет по перфорационным каналам 14 в пласте к перфорациям 13 в ЭК 11. В перфорациях 13 наиболее крупные частицы сталкиваются с щетинками и застревают между ними, образуя естественный фильтр с высокой степенью очистки, причем щетинки придают ему устойчивость (фиг. 2). После фильтрации через естественный фильтр пластовая жидкость попадает в продольные каналы 10 вблизи опорной трубы 1, движется по ним вверх и оказывается на приеме погружного насоса. За счет откачки очищенной пластовой жидкости уменьшается износ рабочих органов погружного насоса и увеличивается его наработка. Постепенно естественный фильтр увеличивается в размерах за счет заполнения частицами породы перфорационных каналов 13 в призабойной зоне пласта. Благодаря этому снижается количество выносимых из пласта частиц породы и продуктивность скважины не подвергается серьезному снижению.

По сравнению с прототипом, расширение заявляемого СРФ в интервале продуктивного пласта скважины выполняется без использования вспомогательных устройств, расположенных вне СРФ. Выдвижение фильтрующих реечных щеток и перекрытие перфораций ЭК происходит под температурным воздействием пластовой жидкости на пластины из материала с памятью формы, находящиеся внутри СРФ. Это позволяет снизить стоимость СРФ и его монтажа, а также повышает надежность работы скважины и эксплуатируемого в ней погружного насоса.