Результат интеллектуальной деятельности: Скважинный самоочищающийся фильтр

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для оборудования нефтяных, газовых и водозаборных скважин в интервале продуктивного пласта.

Известен также скважинный фильтр, включающий перфорированный каркас с опорными стержнями и витками профилированной проволоки (А.с. СССР №1712591, опубликован 15.02.1992 МПК Е21В 43/08).

Недостатком этого фильтра является низкая коррозийная стойкость, преждевременная кольматация, сложность и неэффективность ремонта скважин при необходимости.

Известен скважинный фильтр, выполненный из полиэтилена или пропилена (Патент РФ №2258786, опубликован 20.08.2005. МПК Е04В З/18) с промывочной фильтрующей обмоткой, корпус фильтра выполнен немагнитным, перфорированный каркас с опорными стержнями и витками проволоки.

Недостатком этого фильтра является то, что при эксплуатации его фильтрующие отверстия зарастают бикарбонатами кальция или магния (гидрогеологические скважины), тяжелыми фракциями нефти (нефтяные скважины), что приводит к преждевременной кольматации и выходу из строя фильтра.

Известен скважинный фильтр, принятый за прототип, выполненный из немагнитного перфорированного каркаса (Патент РФ №2478775, опубликован 10.11.2012 г. МПК Е21В 43/08) фильтрующей обмотки из немагнитного шнура и кольцевых постоянных магнитов, расположенных на внешней поверхности фильтра.

Недостатком известного фильтра является то, что после установки фильтра на забой, пространство между магнитами - центраторами -заполняется частицами продуктивного пласта. Фильтр становится не извлекаемым, кроме того, диаметральные размеры (внутренний и наружный) диаметры кольцевого магнита приводят к необходимости уменьшить диаметр трубы скважинного фильтра по отношению к диаметру пробуренной скважины, что приводит к уменьшению поверхности фильтрации и в конечном итоге, приводит к уменьшению его производительности. Также расчеты показывают, что в зависимости от коэрцитивной силы, напряженности магнитного поля, размеров (ширины) и расстояния между кольцевыми магнитами, они (магниты) могут перекрывать до 30% полезной площади фильтра что, дополнительно приводит к уменьшению его производительности.

Задачей изобретения является создание скважинного фильтра с самоочисткой, простого в эксплуатации, не связанного с источником электропитания и имеющего максимальный удельный дебит.

Технический результат - повышение качества фильтрации механических примесей, а также предотвращение закупорки фильтрующих элементов при исключении кольматации в процессе эксплуатации.

Достигается поставленная задача за счет того, что самоочищающийся скважинный фильтр, включающий выполненные из немагнитного материала каркас с отверстиями и кольцевыми постоянными магнитами, установленными на расстоянии друг от друга, фильтровую рубашку в виде автономных секций с обмоткой, прокладочными элементами в виде опорных стержней и соединительных элементов, обмотка фильтровой рубашки каркаса образована внутренним и внешним слоями в виде немагнитного капронового шнура трапецеидального или волнового профиля, внутренний слой обмотки образован витками, расположенными на расстоянии друг от друга, внешний слой обмотки образован витками плотно расположенными друг к другу или в виде синтетической тканевой сетки, соединительные элементы выполнены в виде верхнего и нижнего переводника, причем верхний переводник выполнен как лево-правый, в нижней части фильтра расположен отстойник, соединенный с нижним переводником и промывочным клапаном, расстояние между кольцевыми постоянными магнитами определяют в зависимости от коэрцитивной силы и напряженности магнитного поля, а витки немагнитного капронового шнура внутреннего слоя обмотки уложенного на каркас меньшим основанием трапециевидного профиля, фильтр дополнительно снабжен несущим немагнитным стержнем, расположенным внутри и соосно с перфорированным каркасом, на несущем немагнитном стержне размещены кольцевые постоянные магниты, между которыми расположены проставки из немагнитного материала.

На фиг. 1 представлен общий вид скважинного фильтра.

Скважинный самоочищающийся фильтр, включающий выполненные из немагнитного материала каркас 1 с отверстиями 2 и кольцевыми постоянными магнитами 6, установленными на расстоянии друг от друга, фильтровую рубашку в виде автономных секций с обмоткой 8, прокладочными элементами в виде опорных стержней 11 и соединительных элементов, выполненых в виде верхнего 7 и нижнего 4 переводника, причем верхний переводник 7 выполнен как лево-правый, обмотка фильтровой рубашки 8 каркаса 1 образована внутренним 12 и внешним слоями в виде немагнитного капронового шнура трапецеидального или волнового профиля, внутренний слой 12 обмотки образован витками, расположенными на расстоянии друг от друга, внешний слой обмотки образован витками плотно расположенными друг к другу или в виде синтетической тканевой сетки, в нижней части фильтра расположен отстойник 5, соединенный с нижним переводником 4 и промывочным клапаном 3, расстояние между кольцевыми постоянными магнитами 6 определяют в зависимости от коэрцитивной силы и напряженности магнитного поля, а витки немагнитного капронового шнура внешнего слоя обмотки уложенного на каркас 1 меньшим основанием трапециевидного профиля. Фильтр дополнительно снабжен несущим немагнитным стержнем 10, расположенным внутри и соосно с каркасом 1, на несущем немагнитном стержне 10 размещены кольцевые постоянные магниты 6, между которыми расположены проставки 9 из немагнитного материала.

Элементы скважинного фильтра выполнены из немагнитных материалов: перфорированная полиэтиленовая или пропиленовая труба, опорные немагнитные стержни, капроновый или нейлоновый шнур. Внешним фильтрующим элементом может быть синтетическая тканевая сетка или плотно намотанный немагнитный шнур. На перфорированный каркас монтируются кольцевые постоянные магниты на расстоянии друг от друга, зависящем от диаметра фильтра, коэрцитивной силы и напряженности магнитного поля.

Работает скважинный фильтр следующим образом:

Вода проходит через отверстия 2 немагнитного каркаса 1 и омагничивается кольцевыми постоянными магнитами 3. При пересечении водой магнитных силовых линий катионы солей жесткости выделяются не на поверхности фильтра, а в массе воды уже прошедшей фильтр, т.е. зарастание фильтрующей поверхности фильтра не происходит.

Механизм образования зародышевых кристаллов под действием магнитного поля происходит следующим образом. Магнитное поле оказывает на диполи воды ориентационно - поляризующее действие, в результате чего происходит изменение структуры воды, заключающееся в изменении вида связи диполей воды между собой; возникает двойная водородная связь вместо одинарной.

В процессе работы гидрогеологических скважин происходит снижение их удельного дебита в результате процессов механического, биологического и химического кольматажа. Наиболее отрицательное влияние на надежность и долговечность водозаборных скважин оказывает химический кольматант, который проявляется в заполнении порового пространства прифильтровой зоны, фильтра, водоподъемного оборудования и элементов погружных насосов нерастворимыми в воде оксидами и гидрооксидами различных металлов (Ca, Mg, Fe, Mn, АС и др.)

Следствием этого является сближение гидратированных ионов Са²⁺ и СO_з^2- и образование соответствующих сочетаний ионов, а в дальнейшем - молекул. Ионы Са²⁺ и СO_з^2-, находящиеся в растворе, присоединяются к этим зародышевым молекулам, образуются местные уплотнения пересыщения, которые в конечном итоге становятся центрами кристаллизации. Выпадение кольматантов на фильтрах гидрогеологических скважин связано с нарушением химического равновесия в пласте и проходит при отборе подземных вод. Нарушение химического равновесия определяется десорбцией свободной углекислоты вследствие изменения ее парциального давления. Как правило, кольматант многокомпонентный, в его составе присутствует кальцит Са(СО₃), сидерит Fe(С0₃), магнезит Mg(C0₃), пирит FeS₂, пиролюзит Mn0₂ и другие труднорастворимые соединения, которые забивают фильтрующую сетку и скважины выходят из строя. Устранить отложения кольматанта, повысить удельный дебит скважин и интенсифицировать процесс отбора воды через фильтр гидрогеологических скважин возможно за счет предложенной конструкции скважинного фильтра.