Результат интеллектуальной деятельности: ЩЕЛЕВОЙ ФИЛЬТР

Изобретение относится к горной и нефтедобывающим отраслям и может быть использовано для защиты установок скважинных насосов при добыче нефти в условиях, осложненных высоким содержанием механических примесей в пластовой жидкости.

Известен скважинный щелевой фильтр, включающий фильтрующий элемент, ведущий и ведомый валы, соединенные между собой посредством редуктора, лопасть и средства очистки, установленные на ведомом валу. Ведомый вал окружен фильтрующим элементом, нижний торец которого открыт, а верхний торец закрыт крышкой, через которую проходит ведомый вал. На ведущем валу расположена лопасть, заключенная в корпус с входными отверстиями внизу и выходными отверстиями вверху. На корпусе выше входных отверстий и на нижнем конце фильтрующего элемента установлены уплотнительные кольца. Средства очистки непрерывно взаимодействуют с фильтрующим элементом при вращении ведомого вала, тем самым осуществляя его очистку в процессе работы в скважине. Устройство предназначено для продолжительной защиты электроцентробежных насосов от попадания механических примесей [Пат. RU №2618248 С1, МПК Е21В 43/08, опубл. 03.05.2017].

К недостаткам известного фильтра относится то, что его область применения ограничена скважинными насосными установками, укомплектованными погружными электродвигателями с двухсторонним выходом вращающихся приводных валов. Конструкция фильтра усложнена входящим в ее состав редуктором. Непрерывный контакт фильтрующего элемента с вращающимися средствами очистки, выполненными в виде реечных щеток или подпружиненных бойков, обусловливает ускоренный износ последних, что снижает ресурс устройства в целом.

Наиболее близким к заявляемому по совокупности признаков является щелевой фильтр, содержащий трубу с перфорацией в виде отверстий и фильтрующий элемент, выполненный из продольных стержней и поперечных крепежных полос, снабженный по торцам концевыми кольцами. Фильтрующий элемент установлен между концевыми кольцами концентрично трубе. Между продольными стержнями фильтрующего элемента образованы щели, ширина которых определяет тонкость фильтрации пластовой жидкости. Концы продольных стержней жестко соединены с концевыми кольцами, а на их внутренней поверхности, с образованием колец, закреплены продольные полосы, обеспечивающие жесткость фильтрующего элемента и формирующие зазор между внешней поверхностью трубы и фильтрующим элементом [пат. RU 2147676 С1, МПК Е21В 43/08, опубл. 20.04.2000].

При работе описываемого щелевого фильтра пластовая жидкость проходит через щели фильтрующего элемента между продольными стержнями, а содержащиеся в ней частицы механических примесей задерживаются на внешней поверхности стержней, создавая со временем отложения и снижая пропускную способность фильтрующего элемента. Таким образом, осуществляется очистка пластовой жидкости. Кольца, образованные поперечными полосами, формируют зазор между трубой и продольными стержнями фильтрующего элемента, что обеспечивает очистку пластовой жидкости от механических примесей всей поверхностью фильтрующего элемента. Далее очищенная пластовая жидкость поступает через отверстия в трубе к скважинному насосу.

Данное устройство принято в качестве прототипа.

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства для очистки добываемой жидкости, являются: наличие трубы с перфорацией в виде отверстий с неподвижно закрепленными концевыми кольцами; установленный концентрично трубе фильтрующий элемент в виде продольных стержней со щелями между ними и поперечных крепежных полос.

К недостаткам известного устройства следует отнести то, что для очистки фильтрующего элемента от отложений механических примесей, образующихся на его поверхности при очистке пластовой жидкости, требуется выполнять обратную промывку фильтра, что затруднительно, а зачастую невозможно, осуществлять в условиях нефтяных скважин. Насосную установку приходится останавливать и поднимать из скважины для очистки фильтра, а это влечет за собой существенные временные и материальные затраты.

Задачами, на решение которых направленно предлагаемое изобретение, являются: повышение удобства обслуживания и эффективности работы щелевого фильтра в скважине за счет сокращения времени на его очистку и, как следствие, увеличение наработки скважинной насосной установки на отказ.

Указанный результат достигается тем, что щелевой фильтр, включающий трубу с перфорацией в виде отверстий и установленный концентрично трубе фильтрующий элемент, снабженный по торцам концевыми кольцами и выполненный из продольных стержней, закрепленных с образованием щелей между ними в концевых кольцах, и поперечных крепежных полос, формирующих зазор между внешней поверхностью трубы и фильтрующим элементом, согласно изобретению, снабжен приспособлением для очистки от механических примесей, выполненным в виде надетого на фильтрующий элемент подвижного кольца, по периферии которого закреплен упругий элемент, опирающийся на эксплуатационную колонну и имеющий сквозные отверстия, каналы или полости, а на внутренней стороне расположены опорно-очищающие средства.

При этом в качестве опорно-очищающих средств использованы расположенные по концентричной окружности скребки или щетки.

При использовании щелевого фильтра в качестве входного фильтра через трубу дополнительно пропускают приводной вал, который устанавливают в подшипниковых узлах.

Использование в конструкции предлагаемого щелевого фильтра концентрично установленного подвижного приспособления для очистки от механических примесей позволяет восстанавливать пропускную способность фильтрующего элемента при работе в составе насосной установки непосредственно в скважине, без извлечения установки на дневную поверхность, что исключает выполнение дорогостоящих спускоподъемных операций и длительную остановку процесса добычи пластовой жидкости.

Применение упругого элемента позволяет осуществлять движение приспособления для очистки вдоль продольных щелей фильтрующего элемента за счет трения упругого элемента о стенки эксплуатационной колонны при перемещении насосной установки в скважине. При этом размещенные на внутренней стороне приспособления для очистки опорно-очищающие средства увеличивают удельные нагрузки на отложения механических примесей, что способствует облегчению удаления последних.

Наличие сквозных отверстий, каналов или полостей в упругом элементе обеспечивает беспрепятственное поступление пластовой жидкости к фильтрующему элементу и удаление частиц механических примесей в зумпф скважины при очистке фильтрующего элемента.

Варианты исполнения предусматривают изготовление заявляемого устройства в качестве скважинного фильтра и входного фильтра скважинного насоса.

На основании изложенного заявляемый фильтр является техническим решением, обладает новизной и имеет изобретательский уровень, так как он не известен из уровня техники и для специалистов он явным образом не следует из уровня техники с более ранним приоритетом. Промышленная применимость щелевого фильтра подтверждается возможностью его реализации с использованием известных средств, применяемых в нефтедобывающей промышленности, и материалов.

Сущность устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен продольный разрез заявляемого щелевого фильтра в варианте исполнения в качестве скважинного фильтра.

На фиг. 2 изображен продольный разрез заявляемого щелевого фильтра в варианте исполнения в качестве входного фильтра скважинного насоса.

На фиг. 3 изображен продольный разрез подвижного приспособления для очистки фильтрующего элемента с опорно-очищающими средствами в виде концентрических скребков.

На фиг. 4, 5 изображен продольный разрез подвижного приспособления для очистки фильтрующего элемента с опорно-очищающими средствами в виде щеток.

Щелевой фильтр (фиг. 1, 2) содержит трубу 1, на которой выполнена перфорация в виде сквозных отверстий 2. На окончаниях вокруг трубы 1 смонтированы верхнее 3 и нижнее 4 концевые кольца, между внутренней поверхностью стенок которых и наружной поверхностью трубы 1 образованы кольцевые зазоры. Вокруг трубы 1 концентрично установлен фильтрующий элемент 5, выполненный из продольных стержней 6, между которыми сформированы щели 7. Для придания жесткости в конструкции фильтрующего элемента 5 предусмотрены поперечные крепежные полосы 8 в виде колец, скрепленные с внутренней поверхностью продольных стержней 6, которые формируют зазор между внешней поверхностью трубы 1 и фильтрующим элементом 5. Концы продольных стержней 6 фильтрующего элемента 5 закреплены внутри кольцевых зазоров концевых колец 3 и 4.

На внешней поверхности фильтрующего элемента 5 концентрично установлено подвижное приспособление 9 для очистки от механических примесей, выполненное в виде кольца 10, по периферии которого закреплен упругий элемент 11, имеющий сквозные отверстия 12. Упругий элемент 11 контактирует с внутренними стенками эксплуатационной колонны 13 и может быть выполнен, например, в виде усеченного конуса со сквозными отверстиями 12, либо в виде плоского диска со сквозными отверстиями или каналами, либо иметь сложную форму в поперечном сечении, составную конструкцию с отдельными лепестками, пластинами и сквозными полостями для беспрепятственного прохождения скважинной жидкости к фильтрующему элементу 5.

Подвижное приспособление 9 для очистки от механических примесей установлено с возможностью перемещения вдоль продольных стержней 6 и щелей 7 фильтрующего элемента 5. На внутренней стороне кольца 10 расположены опорно-очищающие средства 14, предназначенные для взаимодействия и удаления отложений механических примесей. Опорно-очищающие средства 14 могут быть выполнены в виде расположенных по концентрической окружности скребков (фиг. 3) или щеток (фиг. 4, 5).

При использовании заявляемого щелевого фильтра в качестве входного фильтра скважинного насоса (см. фиг. 2) внутри трубы 1 жестко устанавливаются подшипниковые узлы 15, которые служат опорами для приводного вала 16, проходящего через них.

Заявляемый щелевой фильтр работает следующим образом.

Щелевой фильтр в составе компоновки погружной насосной установки спускается в скважину. Пластовая жидкость, содержащая механические примеси, поступает к поверхности фильтрующего элемента 5, в том числе через сквозные отверстия 12 упругого элемента 11 (фиг. 1, 2). Проходя через щели 7 между продольными стержнями 6 фильтрующего элемента 5, пластовая жидкость очищается, освобождаясь от механических примесей, и попадает в зазор между трубой 1 и продольными стержнями 6, откуда через отверстия 2 подается вовнутрь трубы 1, по которой далее поднимается в скважинный насос (не показан). Верхнее 3 и нижнее 4 концевые кольца фиксируют фильтрующий элемент 5 неподвижно относительно трубы 1.

Частицы механических примесей, отделенные от пластовой жидкости, оседают на внешней поверхности продольных стержней 6 фильтрующего элемента 5, создавая «мостики» отложений и снижая со временем его проницаемость (пропускную способность). Увеличивающийся перепад давлений на внешней и внутренних поверхностях фильтрующего элемента 5 ведет к увеличению нагрузки на внешнюю поверхность, но благодаря поперечным полосам 8 деформации продольных стержней 6 удается избежать.

При кольматации фильтрующего элемента 5 отбор скважинной жидкости прекращают, отключая привод скважинного насоса. Всю компоновку погружной насосной установки перемещают вдоль эксплуатационной колонны 13 в сторону устья скважины на величину, равную длине 1-2 насосно-компрессорных труб. Во время подъема насосной установки упругий элемент 11 контактирует с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны 13. За счет действия силы трения, возникающей при контакте упругого элемента 11 и внутренней поверхности эксплуатационной колонны 13, приспособление для очистки 9 перемещается вдоль продольных щелей 7 фильтрующего элемента 5, при этом опорно-очищающие средства 14, выполненные в виде расположенных по концентрической окружности скребков или щеток, разрушают отложения механических примесей и очищают поверхность фильтрующего элемента 5, восстанавливая тем самым его проницаемость (пропускную способность). Таким образом осуществляется механическая очистка заявляемого щелевого фильтра.

Отделенные от поверхности фильтрующего элемента 5 частицы механических примесей через отверстия 12 в упругом элементе 11 оседают в зумпф скважины.

Для возвращения приспособления для очистки 9 на прежнее место компоновку погружной насосной установки перемещают вдоль эксплуатационной колонны 13 в сторону забоя скважины на величину, равную длине 1-2 насосно-компрессорных труб, при этом происходит изменение направление силы трения, создаваемой при контакте стенок эксплуатационной колонны 13 и упругого элемента 11. Приспособление для очистки 9 перемещается вдоль поверхности фильтрующего элемента 5 на прежнее место.

Таким образом, за счет периодического проведения механических очисток фильтрующего элемента увеличивается время работы щелевого фильтра в скважине и повышается наработка скважинной насосной установки на отказ.